4ta div. cationes
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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.
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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.
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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.
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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
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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.
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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.
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(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:
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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)
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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
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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
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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