ANALISIS QUIMICO QUIMICO LABORATORIO N°5 ANÁLISIS DEL CUARTO GRUPO DE CATIONES CATIONES Ing. Suarez Sánchez María Flor Ing. Vizarreta Escudero Tomas Quinto Verastegui Christian Jhonny
20170402G
Garcia Neyra Dante J
20151084C
Lima, 31 de octubre 2018
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA
ANÁLISIS DEL CUARTO GRUPO DE CATIONES OBJETIVOS Distinguir los cationes del grupo 4. Reconocer el reactivo precipitante para cada uno de los cationes del grupo. Reconocer el medio en el cual el análisis se tornará favorable, ya sea éste básico o ácido, utilizando determinados indicadores como el papel de tornasol. Familiarizarnos con las bases prácticas de la aplicación del análisis químico en la industria. Comprobar como varia la solubilidad con el efecto salino
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FUNDAMENTO TEÓRICO Características Generales del Grupo IV El cuarto grupo analítico de cationes comprende los iones Ca2+ , Sr 2+ y Ba2+. A diferencia de la mayoría de los otros cationes, los de este grupo forman unas sales poco solubles en diferentes aniones. Así, los sulfatos, los fosfatos, los oxalatos y los carbonatos de los cationes del grupo cuatro son poco solubles. Para formar sales de este grupo, para lograr así su identificación con respecto a los cationes del grupo V, en primer lugar es necesario que las sales sean poco solubles; es decir, que tengan los valores de los productos de solubilidad lo menos posibles. El mejor modo de separar los cationes del grupo IV es transformarlos en carbonatos: CaCO 3, SrCO3, BaCO3. Los productos de solubilidad de éstas sales son bastante pequeños (del orden de 10-9) y por eso es posible precipitar prácticamente todos los cationes del grupo IV. En virtud de los expuesto anteriormente se puede decir que la propiedad más importante para el análisis de los cationes del grupo analítico IV, a la cual se recurre para separar sus cationes de los cationes del grupo V, es la insolubilidad práctica de los carbonatos CaCO 3, SrCO3, BaCO3 en agua. Por el contrario, los sulfuros de los cationes de este grupo, son solubles en agua, al igual que los del grupo V, propiedad que los distingue de los grupos I, II y III. Los carbonatos de los cationes del grupo IV precipitan cuando el producto de las concentraciones de los iones [X 2+][CO32-] sobrepasa en la solución el valor del valor del PS XCO3 (donde X2+ es un catión del grupo IV). Sin embargo, como reactivo del grupo IV se puede utilizar solamente el carbonato amónico (NH4)2CO3 ya que con Na2CO3 o K2CO3 introducimos en la solución los iones Na + y K+; está claro que resulta imposible establecer si estos iones se encontraban antes en la solución analizada. La introducción del ión amonio no conduce a ningún error, porque se identifica en una porción separada de la solución antes de tratarla con el reactivo de grupo para el grupo IV. Todos los metales que forman los cationes del grupo IV pertenecen al segundo grupo del sistema periódico de D. I. Mendeléiev; están situados en la primera mitad de los grandes periodos, es decir, en las series pares. Éstos metales se llaman alcalino-térreos; descomponen enérgicamente al agua a temperatura de ambiente mediante la siguiente reacción: Ca + 2H2O → Ca2- + 2OH- + H2 ↑
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La actividad química crece de Ca a Ba. En la misma dirección varían también otras muchas propiedades, por ejemplo, la solubilidad de las sales, las propiedades básicas de los hidróxidos, etc. Como las propiedades básicas de los cationes del grupo IV son muy acusadas, sus sales, formadas por los ácidos fuertes, casi no se hidrolizan y presentan en las soluciones una reacción próxima a la neutra (pH 7). A semejanza de los cationes del grupo V, los iones Ca 2+, Sr2+ y Ba2+ tienen las capas externas de 8 electrones completas. En soluciones acuosas éstos iones son incoloros.
Acción del Reactivo del Grupo La precipitación de los cationes del grupo IV por el reactivo de grupo (NH 4)2CO3 debe efectuarse en condiciones que permitan separarlos totalmente de los cationes del grupo V. Una de las condiciones más importantes de la precipitación completa de sales poco solubles en ácidos débiles, como los carbonatos de los cationes del grupo IV, es la creación de un pH conveniente en la solución. El valor del pH es en gran parte determinado aquí por la presencia en la solución de un exceso de (NH4)2CO3 que se hidroliza casi completamente en las soluciones según la ecuación: NH4+ + CO32- + H2O ↔ HCO3- + NH4OH Por esta razón la solución de carbonato amónico es en realidad una mezcla de cantidades aproximadamente equivalentes de NH 4OH y sal de amonio NH4HCO3, o sea, es una mezcla amortiguada amoniacal con un pH 9.2. Con este pH se logra una precipitación prácticamente completa de los tres carbonatos de los cationes del grupo IV. Al mismo tiempo los cationes K +, Na+ y NH4+, cuyos carbonatos son solubles, quedan en la solución. Aunque el carbonato básico de magnesio, así como su hidróxido, son poco solubles, ellos jamás precipitan con el pH 9.2. Así, efectuando la precipitación con el pH 9.2, obtenemos la separación completa de los cationes de los grupos IV y V Para pH < 9.2 la precipitación de los cationes del grupo IV será incompleta y para un pH > 10.4 precipitan parcialmente los compuestos de magnesio poco solubles.
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Reacciones de los iones Ba 2+:
El dicromato potásico K2Cr2O7; forma con el ion Ba 2+ un precipitado amarillo de BaCrO 4 y no de BaCr 2O7, como sería de esperar. La causa radica en lo siguiente: La solución de K2Cr2O7, además de los iones Cr 2O72- contiene una pequeña cantidad de iones CrO42- que se forman debido a la interacción de los iones Cr 2O72- con agua.
El ácido sulfúrico y los sulfatos solubles (iones SO 42-) forman con el Ba2+ un precipitado blanco de BaSO4. Como sal poco soluble de un ácido fuerte, el sulfato de bario es insoluble en ácidos; el sulfato de bario BaSO 4 se solubiliza transformándolo en BaCO 3 que luego se disuelve en un ácido.
El oxalato de amonio (NH4)2C2O4, es decir, la sal de amonio y del ácido oxálico, forma un precipitado blanco de BaC2O4. El precipitado se disuelve en HCl y HNO 3 y con calentamiento también en CH 3COOH concentrado.
El hidrofosfato de sodio Na 2HPO4, forma con el ion Ba 2+ un precipitado blanco de BaHPO4. Precipitado que es soluble en HCl, HNO 3 y CH3COOH.
Reacciones de los iones Sr 2+:
El ácido sulfúrico y los sulfatos solubles forman un precipitado blanco de SrSO 4, prácticamente insoluble en ácidos, se puede solubilizar como BaSO4. La transformación del sulfato de estroncio en carbonato es incomparablemente más fácil que en el caso de BaSO4.
El agua de yeso, es decir la solución saturada de yeso CaSO 4.2H2O, forma también con el ion Sr2+ un precipitado (turbiedad) de SrSO4. Esto se explica porque aunque el yeso es una sustancia poco soluble en agua, su producto de solubilidad es de todos modos mucho más alto que el de SrSO 4.
El hidrofosfato de sodio Na 2HPO4 forma con el ion Sr 2+ un precipitado blanco de hidrofosfato de estroncio soluble en ácidos.
El oxalato de amonio (NH 4)2C2O4 hace precipitar Sr2+ en forma de un precipitado blanco de SrC2O4; que es soluble en ácidos minerales y, al calentarlo, en ácido acético concentrado.
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Reacciones de los iones Ca 2+:
El oxalato de amonio (NH4)2C2O4 forma con los iones Ca 2+, un precipitado blanco de oxalato de calcio soluble en ácidos minerales, pero insoluble en ácido acético; esta reacción es interferida por la presencia de Ba 2+ y Sr2+ que forman con (NH 4)2C2O4 precipitados análogos.
Los sulfatos solubles (los iones SO 42-) Forman un precipitado blanco de CaSO4 solamente en las soluciones relativamente concentradas de sales de calcio. El precipitado es soluble en (NH4)2SO4 debido a la formación de una sal compleja de (NH 4)2[Ca(SO4)2]. El agua de yeso no forma turbiedad con las soluciones de las sales de calcio (a diferencia de Ba2+ y Sr2+).
El terrocianuro de potasio K4[Fe(CN)6] da la posibilidad de identificar Ca 2+ en presencia de Sr2+, así como separar estos cationes.
El hidrofosfato de sodio Na 2HPO4 forma con el catión calcio un precipitado blanco de CaHPO4. Precipitado que es soluble en ácidos, inclusive el ácido acético.
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PARTE EXPERIMENTAL 1. Materiales
8 tubos de ensayo
1 embudo
2 vasos de precipitado
1 gradilla
1 piceta
1 bagueta
papel tornasol
papel filtro
1 pinza metálica
Agua destilada
2. Reactivos
Cloruro de Amonio
Hidróxido de Amonio NH 4 OH (15N)
Carbonato de Amonio (NH 4 ) 2 CO 3
Ácido Acético
CH 3 COOH (17N)
Acetato de Amonio
(NH 4 )C 2 H 3 O 2
Cromato de Potasio
K 2 Cr O 4
Sulfato de Amonio
(NH 4 ) 2 SO 4
Oxalato de Amonio
(NH 4 ) 2 C 2 O 4
NH 4 Cl
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3. Procedimiento Experimental a) La solución filtrada del Grupo III de cationes contiene los cationes del IV y V Grupo,
esta es la solución entregada.
→ Solución incolora
b) Añada a la solución entregada gotas (3 – 4) de NH4Cl, luego alcalinice con NH4OH (15N); caliente la solución (no observará cambios significativos).
c) Añada hasta completa precipitación gotas de (NH 4)2CO3. ¿Qué características observa en el precipitado obtenido? Reposar unos segundos luego filtre y deseche la solución pasante.
Rpta: Se observa la formación de un precipitado de color blanco.
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Lave el precipitado con solución que contenga (H 2O + NH4OH). (La solución de lavado se prepara llenando en un tubo un poco de H 2O destilada, 4 gotas de NH4Cl y 4 gotas de (NH 4)2CO3, la solución filtrada proveniente del lavado se desecha).
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d) El precipitado obtenido está formado por CaCO 3, SrCO3 y BaCO3. Añada sobre el
precipitado gotas de CH3COOH (17N) hasta que la disolución del precipitado sea total (si es necesario refiltre); añada a la solución obtenida gotas (10 – 12) de (NH4)2C2H3O2, caliente la solución unos segundos luego añada gotas de K 2CrO4 hasta observar la formación de un precipitado.
Se observa la formación de un precipitado, color amarillo pálido →
que corresponde al BaCrO 4
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Filtrar en caliente. El precipitado evidencia la presencia del cation Ba +2.
e) La solución filtrada de d) debe ser alcalinizada con NH 4OH 15N, calentarla unos segundos luego añada gotas de (NH4)2CO3 hasta completa precipitación.
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Filtrar en caliente y desechar la solución.
f)
Disuelva el precipitado obtenido con gotas de CH 3COOH (17N) caliente; alcalinice la solución con NH4OH (15N), caliente la solución (no observará cambios significativos) luego añada gotas de (NH4)2SO4 hasta completa precipitación. Filtrar.
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Se observa la formación de un precipitado de color blanco, que corresponde a SrSO 4, el cual evidencia la presencia del cation Sr +2. g) Alcalinice la solución de f) con NH4OH, luego añada gotas de (NH 4)2C2O4, calentar la solución unos segundos. ¿Qué observa cuando ha reposado la solución unos minutos?¿Qué particularidad presenta el precipitado?
Rpta: Se observa la formación de un precipitado de tipo coloidal de
color blanco, que evidenciaría la presencia de CaC 2 O 4 .
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CUESTIONARIO 1) Plantee las reacciones químicas para cada catión de manera individual, indicando las principales características observadas. a) Se agrega NH4Cl y NH4OH (15N) y calentar (no se observa ningún cambio). Luego se añade (NH4)2CO3. (NH4)2CO3 + Ba(NO3)2 BaCO3 + 2NH4NO3 (NH4)2CO3 + Sr(NO3)2 SrCO3 + 2NH4NO3 (NH4)2CO3 + Ca(NO3)2 CaCO3 + 2NH4NO3 b)
Sobre el precipitado se le añade CH 3COOH (17 N) , se disuelven los precipitados. BaCO3 + 2CH3COOH Ba(CH3COOH)2 + H2CO3 SrCO3 + 2CH3COOH Sr(CH3COOH)2 + H2CO3 CaCO3 + 2CH3COOH Ca(CH3COOH)2 + H2CO3
c) Se agrega (NH4)C2H3O2, se calienta la solución y luego se le agrega K 2CrO4. Ba+2 + CrO 4- BaCrO4
d) Se agrega NH4OH , calentamos y agregamos (NH 4)2CO3. SrCrO4 + (NH4)2CO3 SrCO3 + (NH4)2CrO4 CaCrO4 + (NH4)2CO3 CaCO3 + (NH4)2CrO4 e)
Se disuelve los precipitados con CH 3COOH. SrCO3 + 2CH3COOH Sr(CH3COO)2 + H2CO3 CaCO3 + 2CH3COOH Ca(CH3COO)2 + H2CO3
f) Se alcaliniza con NH4OH (15 N), se calienta y agrega (NH 4)2SO4. Sr(CH3COO)2 + (NH4)2SO4 Sr SO4 + NH4CH3COO Ca(CH3COO)2 + (NH4)2SO4 Ca SO4 + NH4CH3COO
g) Se alcaliniza la solución y se calienta y posteriormente se agrega unas gotas de (NH4)2C2O4. CaSO 4 +(NH 4 ) 2 C 2 O 4 Ca C 2 O 4 + (NH 4 ) 2 SO 4
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2) Plantee un nuevo esquema de reconocimiento para la separación e identificación de los cationes del grupo IV
Solución que contiene los cationes del grupo 4 y 5 NH 4 Cl NH 4 OH calor NH 4 2 CO3
Se obtiene un precipitado blanco que contiene a los carbonatos de los cationes del grupo 4
BaCO3 , SrCO 3 , CaCO3
Precipitado blanco
CH 3COOH ( NH 4 )CH 3COO calor K 2 CrO4
BaCrO4
Precipitado amarillo, evidencia la presencia del cation de Ba
Solución que contiene a los cationes de Ca y Sr NH 4OH calor ( NH 4 ) 2 CO3 CH 3COOH ( NH 4 ) 2 SO4
Solucion que contiene al cation de Ca
Precipitado blanco
NH 4OH ( NH 4 ) 2 C 2O4 calor
Precipitados blancos con una ligera forma de cristales
CaC 2 O4
SrSO4
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NORMAS DE SEGURIDAD 10. ¿Qué precauciones se deben tener en cuenta al manipular el ácido acético concentrado?
Utilice gafas protectoras apropiadas, usar Guantes apropiados (neopreno, nitrilo).
Para su Manejo, Transporte y Almacenamiento Manejo:
Evitar la formación de cargas electrostáticas.
Almacenamiento Seguro:
Recipientes bien cerrados, en local bien ventilado, alejado de fuentes de ignición y calor. Temperatura ambiente.
Código de color para almacenamiento:
AZUL (RIESG0 PARA LA SALUD). Otras indicaciones especiales: Almacenar entre +15°C y +25°C
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CONCLUSIONES
Es importante saber si una precipitación es completa o no, ya que solamente en el caso de la precipitación prácticamente completa es posible la separación de los iones durante el análisis.
Para separar los cationes del grupo IV de los demás grupos es necesario que estos se transformen en carbonatos, porque su solubilidad es muy pequeña en comparación con otras sales.
El ácido acético hace posible la no precipitación de los demás iones a excepción del bario que precipita en forma de cromato de bario.
El oxalato de amonio es el que permite la formación del oxalato de calcio en forma de un precipitado blanco.
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BIBLIOGRAFÍA
ARTHUR I. VOGEL
“QuímicaAnalíticaCualitativa”
Editorial Karpelusz Quinta Edición Buenos Aires 1974
V. N. ALEXEIEV
“SemimicroanálisisQuímicoCualitativo”
Editorial Mir URSS 1975
F. BURRIEL, F. LUCENA,
“QuímicaAnalíticaCualitativa”
Editorial Paraninfo Decimoséptima Edición
S. ARRIBAS,
España 2000 J. HERNANDEZ
