4ta div. cationes

11
Facultad de Ciencias y Tecnología 1 Laboratorio de Química Analítica ANALISIS SISTEMATICO DE LA CUARTA DIVISION DE CATIONES 1. Introducción Los cationes del grupo IV, están representados por el Calcio, Bario y Estroncio (Ca 2+ , Ba 2+ , Sr 2+ ). Los tres son elementos alcalinotérreos. El reactivo del grupo es el carbonato amónico en presencia de hidróxido amónico y cloruro amónico. Cuando la solución que contiene(probablemente) los iones Ca 2+ , Sr 2+ y Ba 2+ proviene de una separación del grupo III (sulfuros) que contiene en solución un exceso de reactivos anteriores como son las sales amoniacales y el ácido sulfhídrico es conveniente eliminarlos antes de proceder la marcha del grupo cuarto. Para eliminarlos es necesario someter la solución a la ebullición habiendo agregado unas gotas de ácido nítrico concentrado y continuando la evaporación hasta tener la mitad del volumen inicial. Si con la ebullición aparece un precipitado es necesario centrifugarlo y desecharlo. La solución debe estar completamente cristalina y además incolora. (Si tuviera coloración indicaría que probablemente los iones coloridos habían sido eliminados. 2. Objetivos 2.1 Objetivo General Identificar y separar los cationes pertenecientes al grupo IV (Ca 2+ , Ba 2+ ,Sr 2+ ). 2.2 Objetivos Específicos Analizar las características cualitativas presentes en la identificación del cuarto grupo de cationes. Determinar las reacciones obtenidas en la identificación de Ca 2+ , Sr 2+ ,Ba 2+ . Reconocer al reactivo de grupo. Verificar los colores de los iones formados.

Upload: cristian-ariel

Post on 04-Aug-2015

456 views

Category:

Documents


4 download

TRANSCRIPT

Page 1: 4ta Div. Cationes

Facultad de Ciencias y Tecnología 1

La

bo

ra

to

rio

de

Qu

ímic

a A

na

lít

ica

ANALISIS SISTEMATICO DE LA CUARTA DIVISION DE CATIONES

1. Introducción

Los cationes del grupo IV, están representados por el Calcio, Bario y

Estroncio (Ca2+, Ba2+, Sr2+). Los tres son elementos alcalinotérreos. El

reactivo del grupo es el carbonato amónico en presencia de hidróxido

amónico y cloruro amónico.

Cuando la solución que contiene(probablemente) los iones Ca2+, Sr2+ y

Ba2+ proviene de una separación del grupo III (sulfuros) que contiene en

solución un exceso de reactivos anteriores como son las sales

amoniacales y el ácido sulfhídrico es conveniente eliminarlos antes de

proceder la marcha del grupo cuarto. Para eliminarlos es necesario

someter la solución a la ebullición habiendo agregado unas gotas de

ácido nítrico concentrado y continuando la evaporación hasta tener la

mitad del volumen inicial. Si con la ebullición aparece un precipitado es

necesario centrifugarlo y desecharlo. La solución debe estar

completamente cristalina y además incolora. (Si tuviera coloración

indicaría que probablemente los iones coloridos habían sido eliminados.

2. Objetivos

2.1 Objetivo General

Identificar y separar los cationes pertenecientes al grupo IV

(Ca2+, Ba2+,Sr2+).

2.2 Objetivos Específicos

Analizar las características cualitativas presentes en la

identificación del cuarto grupo de cationes.

Determinar las reacciones obtenidas en la identificación de

Ca2+, Sr2+ ,Ba2+.

Reconocer al reactivo de grupo.

Verificar los colores de los iones formados.

Page 2: 4ta Div. Cationes

Facultad de Ciencias y Tecnología 2

La

bo

ra

to

rio

de

Qu

ímic

a A

na

lít

ica

3. Fundamento teórico

El cuarto grupo de cationes comprende los iones Ca2+, Sr2+ y Ba2+. Estos

iones forman una serie de sales poco solubles con diferentes aniones. Así,

los sulfatos, los fosfatos los oxalatos y os carbonatos de los cationes del

grupo IV son poco solubles.

El mejor modo de separar los cationes del grupo IV es transformarlos en

carbonatos: BaCO3, SrCO3, CaCO3 .En efecto, los productos de solubilidad

de estas sales son bastantes pequeños y por eso es posible precipitar

prácticamente todos los cationes del grupo IV. La solubilización

del precipitado obtenido que es necesaria para el análisis del grupo IV es

muy simple, porque, a diferencia de los sulfatos, los carbonatos son sales

de un ácido débil y se disuelven bien en ácidos. Por fin el exceso de los

iones precipitantes, CO32-, se elimina fácilmente por acidificación debido a

la descomposición del ácido carbónico que se forma en CO2 y H2O.

Grupo IV

Sobre las disoluciones de los Grupos IV y V añadimos (NH4)2CO3,

precipitando los cationes del Grupo IV: CaCO3 (blanco), BaCO3 (blanco),

SrCO3 (blanco), pero si no lo hemos eliminado anteriormente tendríamos

también PbCO3. Disolvemos esos precipitados en ácido acético y añadimos

HCl 2N; si existe plomo precipita PbCl2, y disueltos Ca2+, Ba2+ y Sr2+. Sobre

la disolución añadimos KCrO4; si existe bario se obtiene un precipitado

amarillo de BaCrO4, y disueltos Ca2+ y Sr2+. Sobre la disolución añadimos

(NH4)2CO3, precipitando los dos carbonatos: CaCo3 y SrCO3, calentamos

hasta sequedad, le añadimos un poco de H2O y acetona y después

(NH4)2CrO4, quedando un precipitado de SrCrO4 y disuelto el calcio, pero si

le añadimos Na2C2O4 precipita CaC2O4.

Características de los cationes que comprenden el cuarto grupo de cationes

Bario.- se encuentra en un estado natural y principalmente en los minerales

witherita, BaCO3 y baritina o espato pesado, BaSo3. Se encuentra también

en cantidades pequeñas asociado con los minerales de calcio.

Page 3: 4ta Div. Cationes

Facultad de Ciencias y Tecnología 3

La

bo

ra

to

rio

de

Qu

ímic

a A

na

lít

ica

El metal es blanco argentino, con una densidad de 4 y punto de fusión de

850º. Reacciona con el agua, de Ba(OH)2, con desprendimiento de H2.

Muchas sales de bario son insolubles en agua, sin embargo, todas son

solubles en HCl diluido, a excepción del sulfato y del fluosilicato.

Generalmente son blancas, a excepción del cromato. Las sales solubles

corrientes son: BaCl2(H2o)2, BaBr2(H2o)2 y Ba(NO3)2. El carbonato

amoniaco con las soluciones neutras o alcalinas de las sales de bario,

producen precipitado blancos en copos de BaCO3, el cual se vuelve

cristalino por el reposo o con ayuda del calor.

Estroncio.-los minerales más importantes del estroncio son: estroncianita

SrCO3; y celestina SrSO4. Se encuentra también en pequeñas cantidades

asociado con los minerales de calcio. Es de color blanco argentino con una

densidad de 2,5 y punto de fusión de 800º.

El estroncio manifiesta propiedades intermedias entre las del calcio y las del

bario; su hidróxido Sr(OH)2((H2O)3 es menos soluble que el compuesto

correspondiente de Ba, si bien mas soluble que Ca(OH)2, sus componentes

son generalmente blancos a excepción del cromato. Las sales solubles

corrientes son: SrCl2(H2O) ; SrBr2(H2O)6 y Sr(NO3)2.

El acido sulfúrico diluido o cualquier sulfato soluble produce precipitado

blanco SrSO4.

Calcio.- el calcio metálico es de color blanco argentino; con la densidad de

1,58 y punto de fusión de 810 por sus propiedades químicas se parece al Sr

y B a, el hidróxido (cal apagada) s muchísimo menos soluble en agua que

los compuestos corrientes de bario y estroncio. 100g de solución saturada

de Ca(OH)2 a 20º contiene 0.165 g de la base. Su solubilidad disminuye al

aumentar la temperatura; por lo tanto, si una solución saturada a

temperatura ordinaria se calienta a ebullición, la solución se enturbia debido

a la separación de alguna cantidad del solido disuelto. Este comportamiento

de la solución está en armonía con el hecho de que el hidróxido de manera

distinta a muchos compuestos; se disuelve en agua con desarrollo de calor

(principio de Le Chatelier). Los compuestos de calcio generalmente son

blancos a excepción del cromato.

Page 4: 4ta Div. Cationes

Facultad de Ciencias y Tecnología 4

La

bo

ra

to

rio

de

Qu

ímic

a A

na

lít

ica

Las sales solubles corrientes son: CaCl2(H2O)3, Ca(NO3)2, (H2O)4 Y

CaSO4(H2O)2. Esta última es ligeramente soluble en agua.

El carbonato amónico precipita CaCO3 blanco; amonio calentado se vuelve

gradualmente cristalino; es más insoluble en agua que el BaCO3.

4. Material, equipos y reactivos

Materiales

4 Tubos de ensayo

1 Varilla de vidrio

1 Gotero

1 Pipeta

2 Vaso de precipitado (250 ml y 100 ml)

1 Pinzas de madera

1 Gradilla

1 Pizeta

1 Pera de goma

Equipos

1 Centrifugadora

1 Hornilla eléctrica

Reactivos

Acido nítrico concentrado, HNO3(c )

Acido clorhídrico, HCl 3M

H2O destilada

Cloruro de amonio, NH4Cl 4M

Amoniaco, NH3( c)

Carbonato de amonio, (NH4)2CO3 2M

Acido acético, AcH 6M

Cromato de potasio, K2CrO4 1M

Sulfato de amonio, (NH4)2SO4 4M

Etanol, C2H5OH

Carbonato de sodio, Na2CO3

Page 5: 4ta Div. Cationes

Facultad de Ciencias y Tecnología 5

La

bo

ra

to

rio

de

Qu

ímic

a A

na

lít

ica

Cloruro de bario, BaCl2

Oxalato de amonio, (NH4)2C2O4

Rodizonato de sodio.

5. Procedimiento

Alcalinice con NH3(c) gota a gota agregando un exceso. Agregue 0.3 ml de (NH4)2CO3

2M (si no hay (NH4)2CO3 agregue 1 ml de NH4Cl en lugar de las 10 gotas y luego siga

igual y use Na2CO3 o K2CO3 en reemplazo de (NH4)2CO3. Caliente en baño maría 5

min y centrifugue. Separe el líquido sobrante para investigar la 5º división de cationes.

Precipitado: CaCO3, SrCO3, BaCO3.

Lave con 3 gotas de agua caliente y descarte el líquido del lavado. Disuelva el

precipitado en AcH 6M, agregándolo gota a gota, diluya la disolución acética hasta 1,5

ml con H2O.

Caliente en baño maría. Agregue K2CrO4 1M gota a gota hasta coloración amarilla de

la solución. Continúe el calentamiento 1 minuto más. Agite y centrifugue. Transfiera el

líquido a otro tubo de hemolisis.

Precipitado: BaCrO4

Lave 3 veces con 3 gotas de H2O cada

vez. Pase los líquidos del lavado al tubo

que contiene aguas madres de este

precipitado.

Disuelva el precipitado en HCl 3M y

confirme Ba2+ con rodizionato de sodio

Solución: Ca2+, Sr2+.

Agregue 1 ml de (NH4)2SO4 4M, 1 ml de

C2H5OH y caliente 10 minutos en baño

maría agitando. Centrifugue.

Precipitado: SrSO4.

Trátelo con 1.5 ml de

NaCO3 1.5 M caliente.

Enfrié, centrifugue y

descarte el líquido. Lave el

residuo con H2O hasta que

los liquidos del lavado den

reacción negativa de SO42-

.

Confirme Sr2+ por el color

de la llama.

Solución:

Ca2+.

Confírmelo

con

(NH4)2C2O4

en medio

neutro.

Page 6: 4ta Div. Cationes

Facultad de Ciencias y Tecnología 6

La

bo

ra

to

rio

de

Qu

ímic

a A

na

lít

ica

6. Observaciones

La muestra se lo coloco en un tubo de ensayo, tiene un aspecto algo turbio (lechoso), al a cual

se lo agregó 3 gotas de NH3 donde se registro un Ph≈11 (se midió con papel tornasol). Después

se agrego a la muestra 6 gotas de (NH4)2CO3 (ya se formaron sales) donde tomo un color

blanco lechoso, seguidamente al llevar al baño maría durante 5 min se forman precipitados

blancos (cuando se calentó recién se observa los precipitado blancos, los cuales son los

siguientes sales:CaCo3, SrCO3, BaCO3). Para separar los precipitados se llevo el contenido del

tubo a centrifugar; la solución del centrifugado se lo desecha y se trabajo con el precipitado.

Precipitado: CaCo3, SrCO3, BaCO3 (Blancos)

Al precipitado se lo agrega 3 gotas de agua caliente, nuevamente se lo lleva al centrifugador: la

solución se lo desecha y al precipitado contenido en el tubo de ensayo se lo agrego AcH 6M

gota a gota hasta disolver, se disolvió al agregar 5 gotas de AcH 6M donde se observo que al

agregar AcH empezó a burbujear y tomo un color blanco lechoso. Seguidamente se diluyo la

solución acética para esto se aforo la solución formada a 1.5 ml con agua destilada. Luego se

calentó en baño maría, después se agrego 2 gotas de K2CrO4 (gota a gota) donde la solución

tomo un color amarillo y se dejo de agregar K2CrO4. Continuamos calentando en baño maría

durante 1 min. Después se agito la solución y se lo llevo a centrifugar; se separo el precipitado

de la solución.

Precipitado: BaCrO4

(Amarillo)

Como el precipitado es de

color amarillo ya se

identifico la presencia de

Cr3+. Pero para comprobar

(re identificación) se lavo

con 3 gotas agua y se

paso los líquidos del

lavado a las aguas madre

Solución: Ca2+, Sr2+ (Amarillo)

A la solución se lo agrego 20 gotas (1ml) de NH4SO4 4M se

observa que se mantiene el color, después se agrego 20 gotas de

C2H2OH se forma un precipitado amarillo en la parte baja del tubo y

una solución blanquecina en la parte de superior del tubo de

ensayo. Seguidamente se calentó en baño maría durante 10 min,

donde a los 5 min de calentamiento se disuelve y aclaro la

solución (agua turbio) y finalmente a los 10 min la solución tomo un

color blanco lechoso claro. Luego se llevo al centrifugador donde

se separo una solución y un precipitado.

Page 7: 4ta Div. Cationes

Facultad de Ciencias y Tecnología 7

La

bo

ra

to

rio

de

Qu

ímic

a A

na

lít

ica

(Solución: Ca2+, Sr2+).

Luego se disolvió el

precipitado con 15 gotas

de HCl 3M donde se

disolvió completamente y

mostro un color mostaza,

seguidamente se agregó 7

gotas de rodizonato de

sodio, donde la solución

toma un color mostaza

claro. Finalmente se lo

agrego rodizonato de sodio

(solido) unos pocos

gramos y la solución

adquiere un color rojo

pardo.

Precipitado: SrSO4

Al precipitado se lo agrego 1.5ml de Na2CO3

donde se formo una solución blanco lechoso

verduzco, seguidamente se calentó en baño

maría durante 1 min, y se lo enfrió y se lo llevo a

centrifugar: el liquido se lo descarto y al

precipitado se lo lavo con 5 gotas de agua hasta

reacción negativa de SO4- esta reacción se lo

confirma con BaCl2 ( si se forma turbio existe

sulfatos, se tiene que eliminar los sulfatos ya que

son interferentes en la identificación de Sr en la

flama) en el caso la solución esta turbia entonces

centrifugamos la solución y lo lavamos

nuevamente el precipitado con agua y

confirmamos la solución con BaCl2 donde no se

forma una capa blanca ( turbio), entonces se

eliminaron los sulfatos, finalmente se confirma Sr

por el color a la llama

Solucion:Ca2+

Se confirmo la

presencia de

calcio con

NH4OH

agregando 25

gotas hasta

llevarlo a un

medio neutro

de pH≈7,

donde la

solución toma

un color

verduzco claro.

7. Conclusión

Se logró identificar y separar los cationes pertenecientes al grupo IV (Ca2+,

Ba2+,Sr2+).

En la experiencia se analizó las características cualitativas presentes en la

identificación del cuarto grupo de cationes, esto a través de la verificación de

los colores de los iones formados, los mismos serán presentados a

continuación:

Ca2+→ Solución toma un color verduzco claro.

Ba2+→La solución adquiere un color rojo pardo.

Sr2+→No se identificó por qué no se llevó a cabo la prueba a la llama.

Además se determinaron las reacciones obtenidas en la identificación de Ca2+

, Sr2+ ,Ba2+ , que son las siguientes:

Page 8: 4ta Div. Cationes

Facultad de Ciencias y Tecnología 8

La

bo

ra

to

rio

de

Qu

ímic

a A

na

lít

ica

Muestra + (NH4)Cl + (NH4)2CO3 → Ca CO3↓(pp Blanco) + Ba CO3 ↓(pp Blanco) +

Sr CO3↓ (pp Blanco

Ca2+ + (NH4)2C2O4 0.25 M → Ca C2O4 (verduzco claro) BaCl+ Rodizonato de sodio (s) → NaCl + Rodizionato de Bario (Rojo pardo)

Na2SO4 + H2O + SrCO3 →SO4- + Sr2+ (Coloración a la llama)

8. Cuestionario

1. Escriba las ecuaciones de todas las reacciones realizadas en la

práctica.

Muestra + (NH4)Cl + (NH4)2CO3 → Ca CO3↓(pp Blanco) + Ba CO3 ↓(pp Blanco) +

Sr CO3↓ (pp Blanco)

Reacciones del Ba2+

Ba2+ + K2CrO4 1M → BaCrO4 (Amarillo) + K

+

BaCrO4 + HCl 3 M → BaCl + H2CrO4

BaCl+ Rodizonato de sodio (s) → NaCl + Rodizionato de Bario (Rojo pardo)

Na2SO4 + H2O + SrCO3 →SO4- + Sr2+

Reacciones del Sr2+

Sr2+ + (NH4)2SO4 4M + C2H5OH → SrSO4 (Amarillo)

SrSO4 + Na2CO3 1.5M → Na2SO4 + SrCO3

Na2SO4 + H2O + SrCO3 →SO4- + Sr2+

Reacciones del Ca2+

Ca2+ + (NH4)2C2O4 0.25M + NH4OH → Ca C2O4 (verduzco claro)

Page 9: 4ta Div. Cationes

Facultad de Ciencias y Tecnología 9

La

bo

ra

to

rio

de

Qu

ímic

a A

na

lít

ica

2. Porque y donde puede encontrarse Li y Mg en esta división?

R.- El Li y el Mg se encuentran presentes en la muestra de la cuarta y

quinta división. Si no se lleva a cabo una adecuada separación de los

dos grupos el Li y el Mg pueden estar presentes en la cuarta división,

esto debido tanto el Li y Mg puede estar en elevadas concentraciones

presentes en la muestra.

3. Elabore otro esquema para separar Ca, Sr y Ba en una mezcla de

los tres

Page 10: 4ta Div. Cationes

Facultad de Ciencias y Tecnología 10

La

bo

ra

to

rio

de

Qu

ímic

a A

na

lít

ica

4. Porque hay que evitar la ebullición al precipitar la 4ta división

Porque los carbonatos que se formaron (CaCO3, SrCO3 y BaCO3), si llevamos

a ebullición se pierden los carbonatos ya que se descomponen en CO2 y H2O.

CO3 - → CO2 + H2O

Page 11: 4ta Div. Cationes

Facultad de Ciencias y Tecnología 11

La

bo

ra

to

rio

de

Qu

ímic

a A

na

lít

ica

5. Mencione para cada elemento de la cuarta división un reactivo

adecuado para identificar trazas y otro adecuado para altas

concentraciones.

Esquema de análisis del cuarto grupo