QA I 05 2019-I

CARRERA PROFESIONAL DE FARMACIA FARMACIA Y BIOQUÍMICA QUÍMICA ANALÍTICA I

S05 ANÁLISIS GRAVIMÉTRICO

Ms. Gerardo De Lama Carrillo 2019 - I

ANÁLISIS GRAVIMÉTRICO

QUÍMICA ANALÍTICA I Análisis Gravimétrico. Generalidades. Precipitación. Solubilidad. Reglas que deben observarse en las precipitaciones analíticas. Factor Gravimétrico, Aplicaciones


Competencia de unidad  Entiende,

discute e interpreta los resultados del análisis a partir de métodos gravimétricos.

Logro de sesión  Al

finalizar la sesión, el estudiante entiende la importancia del análisis gravimétrico en determinaciones cuantitativas, haciendo uso de las reacciones de precipitación.


GENERALIDADES En química analítica, el análisis gravimétrico o gravimetría consiste en determinar la cantidad proporcionada de un elemento, radical o compuesto presente en una muestra, eliminando todas las sustancias que interfieren y convirtiendo el constituyente o componente deseado en un compuesto de composición definida, que sea susceptible de pesarse. La gravimetría es un método analítico cuantitativo, es decir, que determina la cantidad de sustancia, midiendo el peso de la misma con una balanza analítica. El análisis gravimétrico es uno de los métodos más exacto y preciso.

Los cálculos se realizan con base en los pesos atómicos y moleculares, y se fundamentan en una constancia en la composición de sustancias puras y en las relaciones ponderales (estequiometria) de las reacciones químicas.


GENERALIDADES MASA: Es la cantidad de materia que tiene una sustancia o un cuerpo y ésta es invariable.

PESO: Es la medida de la fuerza que la gravedad terrestre ejerce sobre él. La fuerza de gravedad varía con la altitud y la latitud terrestre, por lo que el peso de un objeto puede variar.

- La balanza Analítica se basa en la segunda Ley de Newton: F = m ×g Donde: F = Peso del objeto debido a la fuerza de gravedad. m = Masa del objeto. g = Aceleración debida a la gravedad = 9.80665 m/s2


GENERALIDADES - Para una balanza: W = m x g Donde: W = Peso del objeto (en N). m = Masa del objeto (en Kg). g = Aceleración de la gravedad = 9.80665 m/s2 - La masa de un objeto se mide por la comparación de su peso con el de una masa conocida. - Entonces, para un valor constante de la fuerza de gravedad, las masas son proporcionales a los pesos. Es decir: m1 m2

=

W2 W1


GENERALIDADES Teniendo en cuenta que la fase más importante y problemática es la separación, los métodos gravimétricos se suelen clasificar según el procedimiento empleado para llevar a cabo esa etapa. Precipitación

Métodos Gravimétricos

Químicos Electroquímicos

Extracción

Volatilización

Directos Indirectos

Otros (sedimentación, flotación o los que utilizan propiedades magnéticas)


GRAVIMETRÍA DE PRECIPITACIÓN El analito se separa de la disolución de la muestra mediante la adición de un agente gravimétrico precipitante que reacciona de manera específica y selectivamente con el analito, para la formación de un precipitado insoluble de composición conocida. Este precipitado se filtra, se lava para garantizar la eliminación de impurezas solubles y por lo general se somete a tratamiento térmico adecuado para eliminar el solvente y otras especies químicas volátiles presentes. Posteriormente se pesa el producto final,


GRAVIMETRÍA DE PRECIPITACIÓN Propiedades de los precipitados: El producto formado debe cumplir con las siguientes propiedades.    

Fácil de filtrar y lavar para eliminar contaminantes. Baja solubilidad para evitar la pérdida de analito durante la filtración y el lavado Inerte, es decir, estable en la atmosfera (no reaccionar) Composición conocida.


GRAVIMETRÍA DE PRECIPITACIÓN Formación de los precipitados: Los precipitados se pueden formar mediante dos procesos, nucleación y crecimiento de partícula. Nucleación: Es un proceso por el cual un número mínimo de átomos, iones o moléculas (a lo sumo 4 o 5), se juntan para formar un sólido estable.  Crecimiento de partícula: Este método implica una competencia entre la nucleación adicional y el crecimiento de núcleos ya existentes. Cabe aclarar que luego de iniciada la nucleación puede comenzar el crecimiento de partículas. 

En general, si en la precipitación predomina el proceso de la nucleación, se obtiene un gran número de partículas con diámetros pequeños y si la precipitación se da por el mecanismo de crecimiento de partícula se espera obtener particularmente, diámetros mayores, pero en menor cantidad.


GRAVIMETRÍA DE PRECIPITACIÓN Tamaño de partícula: El tamaño de partícula de los productos de reacción de precipitación se ven influenciados por las siguientes variables: Solubilidad del precipitado  Temperatura  Concentraciones de los reactivos  Velocidad de mezclado de reactivos 

Lo que conlleva a la formación de sólidos que varían drásticamente en su tamaño de partícula como: Suspensiones coloidales y precipitados cristalinos.


GRAVIMETRÍA DE PRECIPITACIÓN 

Suspensiones coloidales: Partículas de naturaleza cristalina o no, cuyos diámetros oscilan entre 10-7 a 10-4 cm. Las partículas coloidales permanecen indefinidamente en suspensión y son difíciles de filtrar. Por lo tanto, es indispensable coagular o aglomerar las partículas individuales de la mayoría de los coloides para producir una masa amorfa, filtrable que se sedimenta en la disolución.



Precipitados cristalinos: Partículas con dimensiones alrededor de décimas de milímetro o mayores. Las suspensiones cristalinas en la fase líquida, tienden a sedimentarse espontáneamente y son fáciles de filtrar y purificar.


GRAVIMETRÍA DE PRECIPITACIÓN Importancia del secado y calcinación de precipitados: Después de filtrar un precipitado gravimétrico, este debe ser sometido a un tratamiento térmico para eliminar el solvente y otras especies químicas volátiles, aún presentes en el precipitado. El calentamiento se debe efectuar hasta que la masa del analito sea constante. En algunas ocasiones se calienta el sólido precipitado obtenido inicialmente para descomponerlo y así formar un compuesto de composición conocida comúnmente llamado “forma de pesada”. Termobalanza automática: Permite registrar la masa de una sustancia conforme aumenta su temperatura a una velocidad constante.

Pérdida de masa en función de la temperatura del óxido de aluminio (Al2O3.xH2O): Temperatura de formación de


GRAVIMETRÍA DE VOLATILIZACIÓN El analito es convertido en un gas de composición química conocida para separarlo de los otros componentes de la muestra. La masa del gas sirve como medida de la concentración del analito Este método es ampliamente utilizado para determinar el contenido de agua (H2O) y dióxido de carbono (CO 2) en muestras. Un ejemplo práctico es la determinación de bicarbonato de sodio (NaHCO3) en tabletas de un antiácido, mediante la obtención de la cantidad de CO2 formado como producto de reacción entre el NaHCO 3 y ácido sulfúrico (H2SO4).

NaHCO3 (ac) + H2SO4(ac) → CO2(g) + H2O(I) + NaHSO4(ac) 2NaOH + CO2 → Na2CO3 + H2O


GRAVIMETRÍA DE VOLATILIZACIÓN

Esquema del proceso gravimétrico de volatilización de CO2 para la determinación de bicarbonato de sodio (NaHCO 3).


ELECTROGRAVIMETRÍA Por medio de una corriente eléctrica permite separar el analito, al depositarse en un electrodo. Por lo tanto, la masa de este producto proporciona una medida de la concentración del analito. Esta técnica se utiliza idealmente en metales, de modo que al ser depositado electrolíticamente, el metal sea muy adherente, denso y blando para que pueda ser lavado, secado y pesado sin pérdida mecánica o sin reacción con la atmósfera.

Se espera que los mejores depósitos sean granos finos y con brillo metálico, ya que los precipitados esponjosos, pulverizados o en forma de escamas suelen ser menos puros y menos adherentes.


ELECTROGRAVIMETRÍA


CÁLCULOS Los cálculos en análisis gravimétrico son muy simples y se basan en las leyes de la estequiometria. Generalmente se desea conocer el porcentaje en peso de un constituyente dado en una muestra, para lo cual se aplica la fórmula:

Donde: A es el porcentaje buscado, PA el peso del constituyente y PM el peso de la muestra.


CÁLCULOS Si el constituyente se pesa en la misma forma en que se expresa el porcentaje, solamente es necesario reemplazar PA por el peso del residuo seco o calcinado. Sin embargo, lo normal es que el constituyente de interés se pese en forma de un compuesto que lo contenga en una cantidad constante y conocida. En este caso es necesario hallar el valor de P A a partir del peso del residuo, P' A, lo cual puede hacerse a partir de la expresión: P A = F x P' A donde F es el denominado factor gravimétrico, que se define como:

siendo a y b números enteros relacionados con la estequiometria de las sustancias buscada y pesada.


CÁLCULOS En las reacciones que implican la formación de varios compuestos intermedios, en general, no es necesario calcular los pesos de estos compuestos para encontrar la cantidad de componente buscado. Así, por ejemplo, si se determina arsénico transformándolo en Ag 3 AsO4 y luego en AgCl, el factor gravimétrico es:

ya que 1 As —> 1 Ag3 AsO4 —> 3 AgCl. En la práctica, y como ya se ha indicado, interesa que el factor gravimétrico sea pequeño, porque esto significa que una pequeña cantidad del constituyente analizado originará una cantidad grande de la forma pesada.


Ejercicio 1: Se analiza por gravimetría el hierro contenido en una muestra, precipitándolo como hidróxido y pesando como Fe2O3. 0.2500 g. de muestra originan 0.1854 g. de Fe2O3. Calcular el porcentaje de Fe en la muestra. Solución


Ejercicio 2: Se pesó 0,6223 g de una muestra de mineral. Posterior a un pretratamiento se precipitó en CdSO4 (MM=208,47 g/mol). El precipitado se lavó, secó y se encontró que pesaba 0,5320 g. Calcular el porcentaje de cadmio en la muestra. Solución


Ejercicio 3: El hidróxido de magnesio Mg(OH)2 se puede obtener mediante la siguiente reacción:

Una muestra de 300 mL de agua mineral se le determino el contenido de magnesio mediante la precipitación del catión como Mg(OH)2. El precipitado se filtró, se lavó y se calcinó en un crisol, obteniendo como producto MgO. Mg(OH)2 → MgO

La masa del crisol sin muestra fue de 25,9004 g y posterior a la calcinación la masa del crisol más MgO fue de 26,0320 g. Calcular la concentración de magnesio (Mg) en la muestra de agua mineral, expresada en unidades de gramos por 100 mL de H2O.

Solución


BIBLIOGRAFIA

Bell C., Carhuapoma M. “Química Analítica para el análisis de Alimentos, Tóxicos ambientales y Medicamentos”. 1° edición. Edita CONCYTEC. Lima. 2013.  Skoog, Douglas A., West, Donald M., Holl, James. Fundamentos de Química Analítica + CD ROM. Editorial Cengage Learning 2015.  Gómez del Río, María Isabel. Fundamentos y problemas básicos de equilibrios en química analítica [Internet]. Madrid: UNED - Universidad Nacional de Educación a Distancia; 2010. [cited 2018 June 14]. Available from: ProQuest Ebook Central.  Marchante Castellanos, Pilar. Análisis químico farmacéutico: métodos clásicos cuantitativos [Internet]. La Habana: Editorial Universitaria; 2007. [cited 2018 June 14]. Available from: ProQuest Ebook Central. 

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