ANÁLISIS QUÍMICO [TERCER GRUPO DE CATIONES] UNI-FIGMM 1. Introducción Los iones de los metales del grupo del aluminio-níquel, conocidos como el tercer grupo, forman ya sea sulfuros o hidróxidos (ambos insolubles), en una s olución que se ha hecho ligeramente alcalina con amoníaco, a la cual se le agregan iones sulfuros. También se adiciona NH 4 Cl con objeto de ªbufferizarº la solución contra una concentración excesivamente alta de iones oxidrilo proveniente sólo del amoniaco, lo cual podría ocasionar la precipitación de hidróxidos de element os de los grupos subsecuentes. Por lo cual este informe está basado en da r a conocer la forma de analizar y reconocer este grupo de cationes. 2. Objetivo Separar e identificar identificar los cationes cationes del tercer grupo de una muestra conocida o desconocida. acuerdo al análisis previo. Lograr resultados de acuerdo reconocimiento de cationes. Mejorar en el trabajo de reconocimiento 3. Fundamento teórico
El tercer grupo consiste de dos subgrupos, uno es el subgrupo del níqu el en el cual están considerados los elementos cuyos hidróxidos no son anfotéricos. E l otro es el subgrupo del aluminio, en el cual están contenidos los elem entos cuyos hidróxidos son anfotéricos y que, por consiguiente, son solubles en una concentración alta de iones oxidrilo. Como en el análisis del grupo dos, los elementos anfotéricos extraídos de los sulfuros de los elementos anfotéricos mediante la formación de iones negativos que son solubles en solución fuertemente básica. En el curso de la precipitación de los cationes del III grupo analític o en formas de sulfuros e hidróxidos, se obtienen a menudo sistemas coloidales (disoluciones coloidales, sales). Así mismo los sulfuros del grupo III analítico se dis uelven en ácidos diluidos y no precipitan por acción del, sulfuro de hidrogeno de las disoluciones ácido clorhídrico En el III grupo encontramos dos subgrupos divididos por sus propiedade s. Al primer sub grupo pertenecen los iones Fe +3 , Al 3+ , Cr 3= ; que manifiestan semejanza en su capacidad de precipitación en forma de fosfatos poco solu bles
en agua, e incluso en ácido acético a este mismo subgrupo pertenecen los iones Fe 2+ , que se oxidan fácilmente a iones Fe 3+. Al segundo subgrupo pertenecen los iones Zn 2+ , Mn 2+ , Ni 2+ que precipitan por acción del (NH 4 ) 2 S en forma de sulfuros y forman precipitados solubles. ANÁLISIS QUÍMICO [TERCER GRUPO DE CATIONES] UNI-FIGMM Elementos que forman los cationes del III grupo: el grado de oxidación (II) en los compuestos más Níquel; posee importantes y corrientes, los solubles originan el catión Ni 2+ , verde, forma complejos solubles de Ni (IV) de color rojo en la dimetilglioxima de útil aplicación analítica. en sus componentes Cobalto; pertenece al grupo VII de transición funciona con los grados de oxidación (IV) en compuestos cuya existencia está dada en condiciones experimentales muy restringidas. Manganeso; funciona con todos los grados de oxidación del (I) al (VII) debido a las posibilidades de combinación, los compuestos que forman son numerosos pudiéndose estudiar bien las variaciones con la estabilidad de los distintos iones y compuestos en medio acuoso en función del grado de oxidación. encuentra en el grupo VIII de transición junto con el Co y el Ni , Hierro; se encuentra tiene estructura cortical que responde a la expresión 3d 6 , 4s 2 , ordinariamente funciona con los grados de oxidación (II) y (III) originando compuestos ferrosos y férricos, respectivamente en condiciones excepcionales . Aluminio; pertenece al grupo III A, en sus compuestos el aluminio ac túa exclusivamente con el grado de oxidación (III) el catión Al +3 , es incoloro y tiene comportamiento analítico parecido al del Be +2 por el radio tiene cierto parecido analítico al Fe cristalino, es poco poco dúctil y maleable. El metal Cromo; es un metal blanco, cristalino, es soluble en ácido clorhídrico produciendo un cloruro cromoso, CrCl 2 , azul en ausencia de aire, pues si no se forma el cloruro crómico, CrCl3, se
en agua, e incluso en ácido acético a este mismo subgrupo pertenecen los iones Fe 2+ , que se oxidan fácilmente a iones Fe 3+. Al segundo subgrupo pertenecen los iones Zn 2+ , Mn 2+ , Ni 2+ que precipitan por acción del (NH 4 ) 2 S en forma de sulfuros y forman precipitados solubles. ANÁLISIS QUÍMICO [TERCER GRUPO DE CATIONES] UNI-FIGMM Elementos que forman los cationes del III grupo: el grado de oxidación (II) en los compuestos más Níquel; posee importantes y corrientes, los solubles originan el catión Ni 2+ , verde, forma complejos solubles de Ni (IV) de color rojo en la dimetilglioxima de útil aplicación analítica. en sus componentes Cobalto; pertenece al grupo VII de transición funciona con los grados de oxidación (IV) en compuestos cuya existencia está dada en condiciones experimentales muy restringidas. Manganeso; funciona con todos los grados de oxidación del (I) al (VII) debido a las posibilidades de combinación, los compuestos que forman son numerosos pudiéndose estudiar bien las variaciones con la estabilidad de los distintos iones y compuestos en medio acuoso en función del grado de oxidación. encuentra en el grupo VIII de transición junto con el Co y el Ni , Hierro; se encuentra tiene estructura cortical que responde a la expresión 3d 6 , 4s 2 , ordinariamente funciona con los grados de oxidación (II) y (III) originando compuestos ferrosos y férricos, respectivamente en condiciones excepcionales . Aluminio; pertenece al grupo III A, en sus compuestos el aluminio ac túa exclusivamente con el grado de oxidación (III) el catión Al +3 , es incoloro y tiene comportamiento analítico parecido al del Be +2 por el radio tiene cierto parecido analítico al Fe cristalino, es poco poco dúctil y maleable. El metal Cromo; es un metal blanco, cristalino, es soluble en ácido clorhídrico produciendo un cloruro cromoso, CrCl 2 , azul en ausencia de aire, pues si no se forma el cloruro crómico, CrCl3, se
desprende hidrógeno. El ácido sulfúrico diluido reacciona en forma similar formando sulfato cromoso, CrSO 4 , en ausencia de aire y sulfato crómico, Cr 2 (SO 4 ) 3 , en presencia del aire. El ácido sulfúrico concentrado y el nítrico concentrado o diluido motivan la pasividad del metal. zinc es un metal azulado, es medianamente medianamente maleable y dúctil, dúctil, se Zinc; El zinc disuelve fácilmente en ácidos clorhídricos y sulfúricos diluidos con desprendimiento de hidrógeno. Se disuelve en nítrico muy diluido, pero sin desprendimiento gaseoso, aumentando la concentración del ácido se desprende óxido nitroso u óxido nítrico, El zinc se disuelve también en soluciones de hidróxidos alcalinos con desprendimiento de hidrógeno y formación de zincatos. ANÁLISIS QUÍMICO [TERCER GRUPO DE CATIONES] UNI-FIGMM 4. Materiales y equipo
Muestra problema, problema, que va contener contener cationes de diferentes diferentes grupos.
Reactivos: o Sulfuro de Sodio 2 S o Cloruro de amonio 4 Cl 5N o Hidróxido de Amonio 4 OH 15N o Ácido clorhídrico o Agua regia o Dimetilglioxima o Bórax Na 2 B 4 O 7 .10H 2 O o Carbonato de sodio 2 CO 3
Na NH NH HCl 12N
Na
o 2 O 2
Peróxido de sodio
Na
o Ferrocianuro potásico 4 Fe(CN) 6
K
o Ácido nítrico HNO 3 6N o Ácido acético CH 3 COOH 17N o Acetato de amonio (NH 4 )CH 3 COO o Cloruro de bario BaCl 2 Papel de filtro. Papel tornasol 8 Tubos de ensayo Pinza ANÁLISIS QUÍMICO [TERCER GRUPO DE CATIONES]
UNI-FIGMM Alambre de micrón Mechero Embudo Vaso de precipitados Bagueta Piceta con agua destilada ANÁLISIS QUÍMICO
[TERCER GRUPO DE CATIONES]
UNI-FIGMM 5. Procedimiento 1)
Separación de cationes de tercer grupo
La
solución
entregada contiene los cloruros de los metales
añadimos 3 a 4 gotas de NH 4 Cl y luego NH 4 OH para alcalinizar usando como indicador, el papel tornasol. Añadir Na 2 S hasta la precipitación total
del
grupo
3,
Se observa la formación de un precipitado pardo verduzco. En este precipitado se encuentran los cationes del tercer grupo bajo la forma de hidróxidos y sulfuros. Filtrar 2)
Separación de cobalto y níquel
Lavar el precipitado con HCl 1.2N y remover con ayuda de la bagueta Filtrar la solución El precipitado obtenido contiene los sulfuros de cobalto y níquel ANÁLISIS QUÍMICO [TERCER GRUPO DE CATIONES] UNI-FIGMM 3) Identificación de cobalto
4)
Identificación del níquel
Con el alambre de micrón y un poco de bórax sólido preparar una perla. Adherir el parte del precipitado a la perla La perla adquiere un color azul en la llama, índice de la presencia de cobalto Alcalinizar la solución con NH 4 OH 15N Agregar gotas de dimetilglioxima hasta formación de un precipitado color rojo cereza, índice de la presencia de níquel Disolver la otra parte del precipitado en agua regia (8 ml) ANÁLISIS QUÍMICO [TERCER GRUPO DE CATIONES] UNI-FIGMM 5) Trabajando con la solución filtrada en el paso 2
6)
Reconocimiento del hierro
Alcalinizar con Na 2 CO 3 (sólido). Añadir Na 2 O 2 (sólido) Filtrar Parte del precipitado obtenido se disuelve en el vaso con gotas de HCl Calentar y luego enfriar, se obtiene esta solución ANÁLISIS QUÍMICO [TERCER GRUPO DE CATIONES] UNI-FIGMM
7)
Reconocimiento de manganeso
8)
Reconocimiento de aluminio
Diluir y añadir gotas de ferrocianuro potásico. Se obtuvo un precipitado conocido como Azul de Prusia, indicando la presencia del catión ferroso. Preparación de una perla con Na 2 CO 3 y algo de precipitado. Calentar Incorporamos KClO 3 y seguimos calentado. Obtuvimos una perla de color verde, índice de la presencia de manganeso. calentado Acidificar la solución filtrada en 5 con HNO 3 Alcalinizando con la adición de NH 4 Cl y NH 4 OH, luego calentar ANÁLISIS QUÍMICO [TERCER GRUPO DE CATIONES] UNI-FIGMM
9)
Reconocimiento del cromo
10) Reconocimiento del zinc
Se formó un precipitado blanco gelatinoso de Al(OH) 3 . Filtrar La solución pasante, añadir Na 2 S, precipitará ZnS, ppt blanco Pasar la solución a un vaso y crear un medio acético con ácido acético y acetato de amonio Al añadir el BaCl 2 se formó un precipitado. Filtrar ANÁLISIS QUÍMICO [TERCER GRUPO DE CATIONES] UNI-FIGMM 6. Observaciones
Durante las reacciones se utilizaron algunas mezclas amortiguadoras ácida s y básicas.
La reacción del níquel con
el
agua regia y
su
alcalinización fue altament
e exotérmica como para ser llevada en el tubo, para lo cual se utilizó el vaso.
El tetraborato de sodio se deshidrato al hacer contacto con del mechero, hecho que se vio cuando se hacía como maíz pop-corn.
Cometimos un error en el reconocimiento del ion os un ácido de concentración mayor a la requerida por la guía.
la
ferroso pues
llama
utilizam
7. Cuestionario 1.- Indique brevemente y con toda claridad ¿Cómo se obtiene la precipitac ión completa del tercer grupo? Y que componentes se obtienen. Se toma la muestra problema que contiene cationes del 3er po, se forma en ella una mezcla amortiguadora amoniacal con 3 a 4 gotas de amonio NH 4 Cl luego amoníaco acuoso, NH 4 OH; debido a su baja solubilidad precipitarán los hidróxidos de aluminio, cromo y hierro. Si sulfuro de sodio Na 2 S, se formará el reactivo de grupo, sulfuro de amonio (NH 4 ) 2 S que en el pH determinado por la mezcla amoniacal (pH=8-9) os sulfuros de zinc, níquel, cobalto, manganeso. Teniéndose así do total a los cationes del tercer grupo.
2.-
al
5to
gru
cloruro de
luego añadimos
precipitará
l
en el precipita
a) ¿Cómo se prepara el reactivo de Chugaiev?
Se prepara, la solución de dimetilglioxima en el laboratorio, disolviendo 1gr de dimetilglioxima puro, en 100 ml de alcohol a 96°.
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UNI-FIGMM b) Explique con toda claridad ¿Para qué se utilizó? Se utilizó para la identificación del níquel. La dimetilglioxima forma con Ni 2+ en medio amoniacal un precipitado rojo característico de sal complejo interno. 3.- a) En la práctica se obtuvieron dos perlas. Indique los colores de las perlas y sus fórmulas químicas. La primera perla obtenida fue durante el reconocimiento del cobalto, m ediante el ensayo de la perla de bórax. Se obtuvo una perla azulada, formada según la reacción: Na 2 B 4 O 7 + Co(OH) 2 ® Co(BO 2 ) 2 + 2NaBO 2 + H 2 O La coloración azul de la perla es debida a la presencia de la sal de Co(BO 2 ) 2 , metaborato de cobalto. La segunda perla se obtuvo durante la identificación del manganeso, según la reacción: 3MnO(OH) 2 + 3Na 2 CO 3 + KClO 3 ® 3Na 2 MnO
4 +
KCl
+ 3H 2 O + 2
3CO
La coloración verde e Na 2 MnO 4 , manganato de sodio.
de
la perla es
debida
a
la presencia
de la
sal
d
b) ¿Cómo se identificó al catión ferroso? Para la identificación del catión Fe 2+ se disolvió parte del precipitado obtenido en HCl, se calentó la solución y luego se tasio K 4 [Fe(CN) 6 ] el cual desarrollo la siguiente reacción: 4FeCl 3 + 3K 4 (Fe(CN) 6 ) ® Fe 4 (Fe(CN) 6 ) 3 + 12KCl El compuesto precipitado fue Fe 4 (Fe(CN) 6 ) 3 el cual es conocido como el Azul de Berlín o de Prusia.
utilizó
el
ferrocianuro de
po
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[TERCER GRUPO DE CATIONES]
UNI-FIGMM 4.- Haga un diagrama esquemático, indicando la separación o identificación de cada catión Ppt azul Calentar y filtrar + NH 4 OH + NH 4 Cl + Na 2 S MUESTRA Cationes de 3 er a 5 to grupo Filtrar SULFUROS: CoS ± NiS - FeS ± MnS ± ZnS HIDRÓXIDOS: Al(OH) 3 - Cr(OH) 3 - Fe(OH) 3 Solución con grupos restantes + HCl 1.2N Filtrar CoS + NiS Ppt negro Ensayo de perla de bórax (C
4 H 7 N 2 O 2 ) 2 Ni + Agua regia + NH 4 OH + Dimetilglioxima Ppt rojo cereza Co(BO 2 ) 2 Perla azul FeCl 2 ± AlCl 3 ± CrCl 3 ± ZnCl 2 ± MnCl 2 + Na 2 CO 3 + Na 2 O 2 Fe(OH) 2 MnO 2 NaAlO 2 Na 2 CrO
4 Na 2 ZnO 4 + HCl Calentar + K 4 Fe(CN) 6 Fe 2 [Fe(CN) 6 ] Ensayo de disgregación Na 2 MnO 4 Perla verde + HNO 3 + NH 4 OH + NH 4 Cl Al(OH) 3 Ppt blanco (NH 4 ) 2 CrO 4 Zn(NH 3 ) 6 (NO 3 ) 2
+ CH 3 COOH + CH 3 COO (NH 4 ) Calentar + BaCl 2 filtrar BaCrO 4 Ppt amarillo Zn(CH 3 COO) 2 ZnS Ppt blanco + Na 2 S ANÁLISIS QUÍMICO
[TERCER GRUPO DE CATIONES]
UNI-FIGMM 5.- Escriba las ecuaciones balanceadas de las reacciones efectuadas Solución Aluminio: AlCl 3(ac) + 3NH 4 OH Al(OH) 3(s) + 3NH 4 Cl Al(OH) 3 + 3HCl AlCl 3 + 3H 2 O AlCl 3(ac) + 3Na
2 CO 3 + 3H 2 O Al(OH) 3 + 3HCO 3 Na + 3NaCl 4Al(OH) 3 + 2Na 2 O 2 4NaAlO 2(ac) + 6H 2 O + O 2 NaAlO 2(ac) + 4HNO 3 Al(NO 3 ) 3 + Na(NO 3 ) + 2H 2 O Al(NO 3 ) 3 + NH 4 OH Al(OH) 3(s) + NH 4 NO 3 Cromo: CrCl 3 + 3NH 4 OH Cr(OH) 3 + 3H 2 O + Cl
2 Cr(OH) 3(s) + 3HCl CrCl 3(ac) + 3H 2 O 2CrCl 3 + 3Na 2 O 2 + 4NH 4 OH 2Na 2 CrO 4 + 6NH 4 Cl +2H 2 O Na 2 CrO 4(ac) + 2NH 4 OH (NH 4 ) 2 CrO 4(ac) + 2NaOH (NH 4 ) 2 CrO 4 + BaCl 2 BaCrO 4(s) + 2NH 4 Cl Níquel: NiCl 2 + NH 4 OH Ni(OH)Cl + NH 4 Cl
Ni(OH)Cl (s) + 6NH 4 OH [Ni(NH 3 ) 6 ] 2+ + 6H 2 O [Ni(NH 3 ) 6 ]Cl 2(ac) + 6H 2 O + Na 2 S NiS (s) + 6NH 4 OH + 2NaCl 3NiS (s) + 8HCl + 2HNO 3 3NiCl 2(ac) + 2NO + 3S + 4H 2 O + Cl 2 + H 2 2C 4 H 8 O 2 N 2 + NiSO 4 + 2NH 4 OH (C 4 H 7 O 2 N
2 ) 2 Ni (s) + (NH 4 ) 2 SO 4 + 2H 2 O Cobalto: CoCl 2 + NH 4 OH Co(OH)Cl + NH 4 Cl Co(OH)Cl¯ + 7NH 4 OH [Co(NH 3 ) 6 ] 2+ + 2OH + NH 4 + + Cl + 6H 2 O [Co(NH 3 ) 6 ]Cl 2(ac) + 6H 2 O + Na 2 S CoS (s) + 6NH 4 OH + 2NaCl Na 2 B
4 O 7 + Co(OH) 2 Co(BO 2 ) 2 + 2NaBO 2 + H 2 O Manganeso: MnCl 2(ac) + 6NH 4 OH [Mn(NH 3 ) 6 ]Cl 2(ac) + 6H 2 O [Mn(NH 3 ) 6 ]Cl 2(ac) + 6H 2 O + Na 2 S MnS (s) + 6NH 4 OH + 2NaCl MnS (s) + 2HCl MnCl 2(ac) + H 2 S MnCl 2(ac) + 2Na 2 CO 3 + 2H 2
O Mn(OH) 2 + 2HCO 3 Na + 2NaCl Mn(OH) 2 + Na 2 O 2 MnO 2(s) + 2NaOH 3MnO 2(s) + KClO 3 + 3Na 2 CO 3 3Na 2 MnO 4 + KCl + 3CO 2 ANÁLISIS QUÍMICO UNI-FIGMM Zinc: ZnCl 2(ac) + 6NH 4 OH [Zn(NH 3 ) 6 ]Cl 2(ac) + 6H 2 O [Zn(NH 3 ) 6 ]Cl 2(ac) + 6H 2 O + Na 2 S ZnS (s) + 6NH 4
[TERCER GRUPO DE CATIONES]
OH + 2NaCl ZnS (s) + 2HCl ZnCl 2(ac) + H 2 S ZnCl 2(ac) + 2Na 2 CO 3 + 2H 2 O Zn(OH) 2 + 2HCO 3 Na + 2NaCl 2Zn(OH) 2 + 2Na 2 O 2 2Na 2 ZnO 2(ac) + 2H 2 O + O 2 Na 2 ZnO 2(ac) + 4HNO 3 Zn(NO 3 ) 2 + Na(NO 3 ) + 2H 2 O Zn(NO 3 ) 2 + 6NH 4 OH [Zn(NH 3 ) 6
](NO 3 ) 2(ac) + 6H 2 O Zn(CH 3 COO) 2 + Na 2 S ZnS (s) + 2CH 3 COONa Hierro: FeCl 3 + 3NH 4 OH ® Fe(OH) 3 + 3NH 4 Cl 2Fe(OH) 3(s) + 3Na 2 S Fe 2 S 3(s) + 6NaOH Fe 2 S 3(s) + 6HCl 2FeCl 3(ac) + 3H 2 S FeCl 3(ac) + 3Na 2 CO 3 3H 2 O Fe(OH) 3 + 3HCO 3 Na + 3NaCl
Fe(OH) 3 + 3Na 2 O 2 + 2H 2 O 2Fe(OH) 2(s) + 3Na 2 CO 3 + 2O 2 Fe(OH) 2(s) + 2HCl FeCl 2 + 2H 2 O 4FeCl 2 + 2K 4 Fe(CN) 6 8KCl + Fe 2 [Fe(CN) 6 ] (s)
6.- A 25 ml de CH 3 -COOH(ac) 0,15 N se le añade Calcule el pOH de la mezcla
20
ml de
Solución El número de moles de KOH en 10 ml es:
El número de moles de CH 3 COOH originalmente presentes en 25 mL de
KOH(ac) 0,12 N.
disolución es:
Trabajamos con moles debido a que cuando dos disoluciones se mezclan, el volumen de la disolución aumenta. Al incrementarse el volumen, la molari dad cambiará, pero el número de moles permanecerá inalterable. Los cambios en el número de moles se resumen a continuación:
()
()
() Inicio (mol)
0 Cambio (mol)
Final (mol) 0
ANÁLISIS QUÍMICO
[TERCER GRUPO DE CATIONES]
UNI-FIGMM En esta etapa se tiene un sistema 3 COOH y CH3COO (a partir de la sal, CH 3 COONa). Para calcular el pH de la escribe
amortiguador compuesto
disolución, se
por
CH
[ ][
] [ ] [ ] [ ] [
] [ ] ( )( )
[ ]
Por lo tanto,
[
] 7.- Dados los valores del Kps: K PS (Fe(OH) 3 ) 1.1*10-36= 4.0x10 -38 K PS (Zn(OH) 2 ) = 1.8*10-144.5x10
-17 ¿Cuál de los dos hidróxidos es más soluble? ¿Cuántas veces? Solución Calculamos la solubilidad de cada hidróxido en mol/L: Fe(OH) 3 « Fe 3+ + 3OH K PS (Fe(OH) 3 ) = [Fe 3+ ] . [OH ] 3 4.0x10 -38 = 27 [Fe(OH) 3 ] 4 [Fe(OH) 3 ] = 1.962x10 -10 mol/L Zn(OH) 2 « Zn 2+ + 2OH K PS (Zn(OH) 2 ) = [Zn 2+ ] . [OH ] 2 4.5x10 -17 = 4 [Zn(OH) 2 ] 3
[Zn(OH) 2 ] = 2.241x10 -6 mol/L Observamos que la solubilidad del hidróxido de zinc es l hidróxido férrico. Calculando en cuántas veces es mayor: 2.241x10 -6 : 1.962x10 -10 = 11421 veces 8.- Una muestra pesada de FeCO 3 , de 1.520 gr fue disuelta, oxidada y precipitada como Fe(OH) 3 , luego calcinada después de esto, se obtuvo 1,24 gr de Fe 2 O 3 , oxido férrico calcule el % de Fe y FeO.
mayor
que la
Solución 4FeCO 3(s) + 6H 2 O + O 2 ® 4CO 2(g) + 4Fe(OH) 3(s) 2Fe(OH) 3 ® Fe 2 O 3 + 3H 2 O Estas reacciones fueron las que se llevaron a cabo según el problema, luego: ANÁLISIS QUÍMICO [TERCER GRUPO DE CATIONES] UNI-FIGMM
de
Hallaremos la masa que realmente reaccionó y formó el óxido férrico, utilizando Estequiometría Según la primera reacción:
() Y la segunda reacción: ()
Por lo tanto:
() ̅
̅
