Marcha Analitica de Los Grupos 1 y 2

MARCHA SISTEMATICA ANALITICA DE MEZCLA DE CATIONES DEL GRUPO I Y II QUIMICA ANALITICA CUALITATIVA







MARCHA SISTEMATICA ANALITICA DE MEZCLA DE CATIONES I Y II | QUIM. ANALIT. CUALITATIVA

INTRODUCCION

En esta práctica se pretende que el estudiante lleve a cabo la separación e identificación de los cationes del grupo I y II (Ag+, Pb+2, Hg2+2, Hg+2, Cu+2, Sn+2, Cd+2, Sb+3y Bi+3) de una muestra problema, haciéndola reaccionar con los reactivos apropiados. Al finalizar la experiencia el estudiante debe ser capaz de identificar los componentes de una muestra cualquiera aplicando los reactivos característicos de cada grupo, basándose en las propiedades químicas de cada catión y poder reconocer cualitativamente.

1


OBJETIVOS 

Reconocer cualitativamente los cationes de los grupos I y II

2


MARCO TEORICO

¿Qué son los cationes? Los cationes son átomos o agrupaciones atómicas que han perdido uno o varios electrones y se encuentran cargados positivamente. La formación de iones sencillos o elementales en medio acuoso dependerá fundamentalmente de la aptitud de un elemento para perder o captar electrones, circunstancias que, a su vez, depende principalmente del número de electrones corticales que necesite un elemento para adquirir la estructura de gas noble que define el periodo en el que se encuentra situado tal elemento en la tabla periódica. Desde el punto de vista analítico, los elementos, a excepción de los gases nobles, pueden clasificarse en dos grupos: los que pueden originar cationes elementales o sencillos en disolución acuosa y los que carecen de esta propiedad. La aptitud de un elemento para formar cationes depende de la facilidad con la que los electrones corticales externos pueden ser eliminados del átomo. La fuerza con la que dichos electrones esta unidos al núcleo se expresa por los valores de la electronegatividad es una función periódica que aumenta de abajo hacia arriba en cada grupo y de izquierda a derecha en cada periodo, la aptitud de los elementos para formar cationes, o lo que es lo mismo, su carácter metálico, seguirá un camino contrario.

SOLUBILIDAD Y Kps Es importante distinguir entre solubilidad y producto de solubilidad (Kps). La solubilidad de una sustancia cambia al variar las concentraciones de los solutos. En cambio, el Kps es la constante de equilibrio para el equilibrio entre el sólido iónico y su solución saturada, tiene un valor único para un soluto determinado a una temperatura dada. El hecho de que los iones de diferentes elementos metálicos varíen ampliamente en la solubilidad de sus sales, en su comportamiento ácido-base, y en su tendencia a formar complejos; además de presentar distintas respuestas al reaccionar con ciertos reactivos (ya identificados) nos da la llave para elaborar una clasificación de estos cationes.  CARACTERISTICAS GENERALES DE CATIONES DEL GRUPO I

Este grupo está constituido por iones plata (Ag +), mercurio (Hg2 2+) y plomo (Pb 2+), los cuales se caracterizan por formar precipitados en presencia de ácido clorhídrico diluido.



Ag+1

De los distintos estados de oxidación de la plata, el catión más estable en disolución es la Ag+, incoloro, por lo que las reacciones analíticas de este elemento se basan en las características de este catión. 3


Este catión poco básico, precipita el hidróxido a un PH relativamente elevado, este hidróxido no se disuelve en exceso de OH-, si bien puede coexistir con pequeñas concentraciones de argentito AgO -, sino que por las características de metal noble del elemento se transforma espontáneamente en Ag2O, termodinámicamente más estable. Los compuestos de Ag(I), solubles en agua, son incoloros, sin embargo, suelen ser fuertemente coloreados, salvo excepciones, los insolubles en agua.

Asi son de color amarillo, el yoduro, bromuro, arsenito, fosfato y silicato; de color rojo de intensidad variable, el arseniato, cromato (y dicromato); rojo naranja, el ferricianuro; negro, el sulfuro y pardo el óxido. Tienen color blanco, el cloruro, cianuro, tiocianato y ferrocianuro. Debido a estas coloraciones es por el catión Ag+ se utiliza como un buen reactivo general de aniones. Los compuestos de plata más solubles en agua son el nitrato, floururo y clorato. Los más insolubles son los sulfuros y los halogenuros. La mayoría de las sales de plata, particularmente los haluros blancos, se reducen a plata elemental, finamente dividida (de aquí su color negro) por la acción de la luz. Antes de llegar al color negro pasan por una fase transitoria de color violeta. Forma fácilmente complejos, son muy estables los cianurados, aminados y tiosulfuricos, si bien estos últimos ennegrecen lentamente por precipitación de Ag2S debido a un proceso de dismutacion. También forma con facilidad quelatos con reactivos orgánicos.



Pb+2

Los compuestos plumbosos Pb+2, incoloro, estable, que es el catión que comúnmente se encuentra en las reacciones analíticas del plomo. El catión tiene cierta semejanza analítica con el catión Ba +2 (precipitación de sulfato, cromato, oxalato) y con el Ti + (precipitación de cloruros, yoduros y cromatos). El catión Pb+2 es bastante estable en medio acuoso. Cuando disminuye la acidez del medio se hidroliza parcialmente originando PbOH+ y una pequeña especie soluble Pb(OH)2 a un PH alrededor de 7,8 y para una concentración de Pb+2 = 10-2 M, comienza a precipitar el hidróxido, Pb(OH)2, blanco. Este precipitado es anfótero y se disuelve a un PH superior a 12,4 para originar el anión plumbito, HPbO2-, que, en ocasiones, se formula Pb(OH)3-o PbO2-2. Las sales plumbosas son generalmente blancas y solo el nitrito, acetato y perclorato son solubles en agua. Todas poseen una toxicidad acusada. Las sales más insolubles en agua, por orden de insolubilidad son: sulfuros(negro), cromato(amarillo), carbonato, fosfato y sulfato(blanco), yoduro(amarillo) y cloruro(blanco). El óxido de plomo, PbO es de color amarillo y a diferencia de los oxidos superiores, PbO2 (pardo oscuro) y Pb3O4(rojo) se disuelve en el HCl caliente sin desprendimiento de cloro. La azida de plomo Pb(N 3)2, es un detonante que se usa en explosivos. Forma complejos con exceso de Cl -o I-, poco estables, del tipo PbX3-, y de mayor estabilidad con los aniones acetato, tiosulfato, compuestos orgánicos polihidroxilados y con AEDT y similares.

4




Hg2+2

El catión mercurioso Hg2+2, tiene la estructura “Hg-Hg”, estudios realizados por difracción de Rayos X indican que esta unión persiste en los compuestos mercuriosos. El catión es incoloro, como lo son también las sales solubles mercuriosas. Por sus propiedades analíticas el Hg 2+2 tiene ciertas analigias de comportamiento con Ag + y Ti+, precipitando los tres cationes cloruros insolubles El catión mercurioso es un catión bastante acido que necesita acidez libre para existir en medio acuoso. Si la acidez no es suficiente puede precipitar sales básicas blancas o amarillas. Su característica más importante, la facilidad para dismutarse, ya ha sido tratada en el epígrafe de propiedades redox. Son pocas las sales de Hg(I) solubles en agua; prácticamente solo el acetato, nitrato y perclorato se disuelven fácilmente en presencia de acidez mineral libre que evite el enturbiamiento por hidrolisis. El perclorato es la sal soluble del Hg(I) que menos se hidroliza. Todas son blancas y originan disoluciones incoloras. Los compuestos más insolubles del Hg(I) son Hg2Cl2 blanco, que ennegrece con amoniaco; Hg 2I2, amarillo vivo; Hg2(SCN)2, blanco, sedoso. La insolubilidad y el color de estas sales tienen una gran semejanza con las correspondientes de Ag(I). Los compuestos de Hg(I) son toxicos, aunque menos que los del Hg(II). Asi, el HgCl2 tiene una elevada toxicida, mientras que el Hg2Cl2, que se ha utilizado como purgante, no es toxico debido a su insolubilidad en los acidos del aparato digestivo. Los escasos complejos de Hg(I) conocidos como el oxalato, succinato, pirofosfato, anilina; no presentan interés analítico.



CARACTERISTICAS GENERALES DE LOS CATIONES DEL GRUPO II  Hg+2

El catión Hg+2 es incoloro y tiene una gran t endencia a formar compuestos covalentes poco disociados, incluso con aniones inorgánicos, como es el caso del Hg 2Cl2 o del Hg(CN)2; estas especies neutras no tienen carácter salino, son compuestos de coordinación muy poco disociados, el Hg(CN)2 deja tan baja concentración de Hg+2 en solución que no reacciona con sus reactivos ordinarios, excepto con el sulfuro. A esta tendencia se debe el hecho de que el Hg(II) entre a formar parte, fácilmente, en numerosas combinaciones orgánicas. Naturalmente, a diferencia del Hg(I), que forma numerosos complejos. Su acción deformante sobre los aniones con los que puede formar compuestos insolubles es grande, y por esta razón son fuertemente coloreados, aunque el anión sea incoloro (sulfuro, negro; oxido, rojo; yoduro, rojo, etc) COMPORTAMIENTO ACIDO-BASE

En las disoluciones acuosas de sus sales disociadas (nitrato, perclorato) el catión Hg+2 se comporta como un catión acido que se hidroliza fuertemente, por lo que las citadas disoluciones necesitan acidez libre para estabilizar el catión. Si la acidez disminuye precipitan sales básicas por formación de compuestos insolubles con el catión HgOH +, de color amarillo o rojo. 5


Se observa que el óxido HgO amarillo en frio y rojo en caliente, precipita ya a un PH de 2,4 este oxido es prácticamente insoluble incluso a valores altos de PH. En medios muy básicos las especies solubles Hg(OH) 2 y HHgO2- alcanzan valores máximos de concentración del orden de 10-4 M, valores no demasiado importantes a efectos analíticos.

 Cu+2 Las disoluciones de Cu+2 y sus sales hidratadas son de color azul pálido; sin embargo, las sales anhidras son incoloras o blancas. El color azul no se debe al ion Cu+2, sino a las asociaciones complejas de las que forma parte, su estructura d9 facilita hibridaciones de orbitales en las que son posibles las transiciones d-d, responsables del color azul, color que presentan los compuestos acuo, amino, tartrato, etc. COMPORTAMIENTO ACIDO-BASE

El Cu+2 es un catión acido que necesita acidez para encontrarse como catión libre, al aumentar el PH del medio aumenta la concentración del catión básico Cu(OH)2, que precipita a PH próximo a 5,5. El hidróxido se disuelve en medios muy básicos originando la especie soluble CuO 2-2 de color azul, coexistiendo con el anion HCuO 2-. La especie neutra soluble Cu(OH) 2 alcanza una concentración máxima del orden de 10-6 M.

 Sn+2 Los compuestos del Sn(II) son mas importantes, analiticamnete, que los del Sn(IV). Originando el catión Sn+2 incoloro. COMPORTAMIENTO ACIDO-BASE

El Sn+2 es un catión de carácter acido que se hidroliza con facilidad a SnOH+ y Sn3(OH)4+2, sobre todo en presencia de aniones que precipiten con estas especies (se conocen también las formas Sn2(OH)2+2 Y Sn(OH) 6+2. A un PH próximo a 2 precipita el óxido blanco hidratado SnO.nH2O que evoluciona a la forma anhidra de color azul-negro, formando cloruros antes que los óxidos. El óxido hidratado, que generalmente se formula Sn(OH)2, tiene carácter anfótero y se disuelve en exceso de álcalis fuertes (PH>12) para originar estannitos, poco estables por su carácter reductor frente al oxigeno atmosférico, como ya se ha indicado, si la concentración de álcali es débil re precipita el SnO, oscuro.

 Cd +2 Es el único grado de oxidación desde el punto de vista analítico, con el que actua el cadmio. Origina el catión Cd+2, incoloro.

6


COMPORTAMIENTO ACIDO-BASE

El Cd+2 es un catión acido, de acidez parecida a la del Cu+2. El hidróxido precipita a un PH próximo a 8, se conocen los cationes básicos CdOH+, Cd2OH+3, la especie neutra Cd(OH)2 y el anión HCdO2-; la concentración de todas estas especies es relativamente baja, el anión alcanza una concentración máxima, en medios alcalinos, de 10-4,5, lo que indica que el hidróxido Cd(OH)2, es prácticamente insoluble en bases fuertes.

 Bi +3 El Bi+3 es el grado de oxidación más importante desde el punto de vista analítico. Las sales solubles, en medio acido originan el catión Bi+3, incoloro, que coexiste con las especies básicas. COMPORTAMIENTO ACIDO-BASE

El catión Bi+3 es un catión bastante acido como corresponde a la posición del Bi en la tabla periódica, donde se encuentra bastante desplazado hacia la derecha. Solo es estable en disolución acida, fuerte. Con acidez menor coexiste con las especies catiónicas BiOH+ principalmente, aunque también con las especies de BiOH+2 y BiO+ principalmente, aunque también se han descrito Bi2O2+2 Y Bi3O2+5. En ausencia de aniones que interaccionen con las especies de Bi(III) el precipitado de hidróxido de bismuto se forma a PH bastante alto (=10) si bien la forma anhidra Bi2O3, más estable, solo se disuelve a PH<5 dando a lugar al ion bismutilo BiO+. Sin embargo, la presencia de aniones como Cl-, NO3 0,1M; puede observarse la pronta precipitación del BiONO3, que a PH próximo a 10 se transforman en el óxido anhidro. A pesar de la fuerte carga del catión, su elevado radio iónico (semejante al de Ca+2) justifica que el hidróxido o el óxido hidratado, no se disuelva en exceso de álcali, la especie BiO2- solo se encuentra en muy pequeña concentración, incluso en disoluciones muy alcalinas (NaOH concentrado) y calientes.

 Sb+3 El Sb+3 constituye el grado de oxidación más importante del antimonio en medio acuoso. Analíticamente tiene ciertas analogías de comportamiento con As(III) Y Bi(III), lo que es lógico si se tiene en cuenta que el antimonio está situado entre As y Bi en la tabla periódica. COMPORTAMIENTO ACIDO-BASE

El Sb+3 es tan acido que ya a PH=0 se encuentra precipitado como Sb2O3(o formas hidratadas). En medio muy acido se pueden mantener en solución las especies SbO+ (antimonilo) y SbOH+2, en clorhídrico de elevada concentración es estable el Sb(III) por la alta acidez y sobre todo por la formación de complejos clorurados, más estables son los complejos que forma el catión antimonilo con el tartrato, por lo que se emplea este complejante para mantener en solución acida del Sb(III). En medios poco ácidos y en presencia de cloruro precipita inicialmente cloruro de antimonilo SbOCl (semejanza con el bismuto) que a valores de PH más elevados se transforma en el oxido. Junto con el precipitado de Sb2O3 coexiste una cierta cantidad del acido ortoantimonioso, soluble, H3SbO3. A PH próximo a 13 se disuelve el óxido dando a lugar a la formación de especies anionicas, formuladas como SbO2- y Sb(OH)47


PARTE EXPERIMENTAL

 MATERIALES Y EQUIPOS



Tubos de ensayo



Gradilla



Pinza



Bagueta



Piseta



Baño María



Centrifugadora

 REACTIVOS



Hg+2



Cu+2



Sn+2



Cd+2



Bi+3



Sb+3



NaOH 6M y 1M



NH4OH 6M Y 1M



HNO3



KCN



KI



SnCl2



KSCN



K4Fe(CN) 6



Na2S



HCl



Na2CO3



Na2SnO2



Rodamina B.

8


PROCESO DE IDENTIFICACION DE LOS CATIONES: 1. En un tubo de ensayo colocar 1ml de cada catión. 2. Para separar los cationes del grupo I y el grupo II, echamos HCl y lo centrifugamos, y luego vemos que hay un precipitado blanco que identifica la característica principal de los cationes del grupo I, separamos en dos tubos de ensayo: a. con el precipitado b. con la solución sobrenadante. 3. A) con el tubo de ensayo con el precipitado echamos agua y movemos con la bagueta, luego separamos en dos tubos de ensayo: I. En el primer tubo echamos K2CrO4 y vemos instantáneamente una coloración amarilla que nos indica la presencia del (Pb+2) Pb+2 + K2CrO4 → PbCrO4↓ + 2K+ (ppdo. amarillo)

9


II.

En el segundo tubo echamos NH4OH (6M) y lo llevamos a la centrifugadora y vemos un precipitado negro que es lo que nos lleva a reconocer el catión Hg 2+2, ahora que ya hemos reconocido el catión Hg2+2, a la solución sobrenadante la llevamos a otro tubo y la hacemos reaccionar con HNO 3 REACCION DE RECONOCIMIENTO DEL Hg 2+2

Hg2Cl2 + NH4OH → Hg(NH2)Cl + Hg↓ (ppdo. negro)

REACCION DE RECONOCIMIENTO DEL Ag +1

[Ag(NH 3)2]Cl + HNO3 → AgCl↓ + NH4NO3 (ppdo. Blanco)

10


4. B) A la solución sobrenadante le echamos NH4OH (6M) hasta que el medio se vuelva básico, luego centrifugamos y separamos en dos tubos de ensayo. a) Con el precipitado b) Con la solucion sobrenadante 5. A) Al tubo que tiene precipitado sabemos que tiene Bi(OH)3, HSbO2, Sn(OH)4 y Sb2O3 le echamos HCl (6M) y obtenemos los cationes Bi+3, Sn+4 y Sb+3 , ahora le echamos NaOH(6M) y lo llevamos a centrifugamos y separamos en dos tubos: I. Con el precipitado blanco le hacemos reaccionar con Na2SnO2 Bi(OH) 3 + Na2SnO2 → Bi↓ + Na2SnO3 + H2O (ppdo. negro)

II. Con la solucion sobrenadante echamos HCl(6M) y separamos en dos tubos: 

Al primero echamos Fe0, luego HgCl2 llevamos a baño Maria y vemos una solucion de color blanco lo cual nos indica que hemos identificado el catión Sn +2

Sn+4 + Fe0 + HgCl2 → Sn+2↓ + Fe+2 + Cl-(ppdo. Blanco)

11




Al segundo tubo echamos HCl , NaNO2 y rodamina y vemos una coloración color violeta rojizo, lo cual nos indica la identificación del catión Sb+3



Sb+3 + NaNO2 

NO2- ↑+ Sb(NO2)3 + K+ (color violeta)

6. B) Con la solucion sobrenadante lo separamos en dos tubos: 

En el primer tubo echamos K4Fe(CN) 6 y CH3COONa

Cu+2 + CH3COONa → Cu(CH3COO)2 + K4Fe(CN) 6 → Cu2Fe(CN) 6 ↓+ CH3COONa (ppdo. Marron rojizo)

12




En el segundo tubo echamos KCN Y (NH4)2S Cd+2 + KCN + (NH4)2S → CdS↓ + NH4CN + K+ (ppdo. Color Amarillo)

13


CONCLUSIONES 

En esta práctica llegamos a realizar todas las reacciones de reconocimiento cualitativo de los cationes del grupo I y II, obteniendo resultados satisfactorios.

14

Marcha Analitica de Los Grupos 1 y 2

Recommend Documents