58926723 marcha analitica de cationes (1)

7/22/2019 58926723 Marcha Analitica de Cationes (1)

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33UNIVERSIDAD DE ORIENTE

NCLEO DE BOLVAR

UNIDAD DE ESTUDIOS BSICOS

QUMICA EXPERIMENTALMARCHA ANALTICA DE CATIONES

OBJETIVOS:

a. Separacin, mediante la marcha analtica de cationes de los grupos: I, II, III ysiguientes.

b. Separacin e identificacin de los cationes del grupo I.c. Separacin e identificacin de los cationes del grupo III-A.

TEORA: GENERALIDADES SOBRE LA MARCHA ANALTICA:El mtodo ideal para la determinacin de la presencia de un cierto in en una solucin,consiste en utilizar reactivos especficos de dicho in, ello implica disponer de una ciertacantidad de reactivos, uno para cada in, lo que es bastante difcil de lograr. Con el fin deutilizar el mnimo nmero de reactivos y que adems no se produzcan interferencias, se handesarrollado las llamadas Marchas Analticas, ya sea de aniones o cationes. La MarchaAnaltica de Cationes ms empleada, es la que desarrollara Bunsen en el siglo pasado. Endicha Marcha, se clasifican los cationes de cinco grupos. Cada grupo es separado de losdems, mediante el agregado de reactivos especficos de cada grupo, los cuales precipitan loscationes correspondientes en forma especfica, es decir, el reactivo de un grupo precipita loscationes correspondientes a dicho grupo, pero los cationes de los dems grupos quedan ensolucin.

De acuerdo a esto, existen cinco Reactivos de Grupo, a saber:

GRUPO SUB-GRUPO CATIONES REACTIVO PRECIPITADO

I Ag+ , Hg+2 , Pb+2 HCl diluido AgCl, Hg2Cl2, PbCl2

A Hg+2, Pb+2, Bi+3, Cu+2,

Cd+2H2S en HCl 0,25 M HgS, PbS, Bi2S3, CuS, CdS

II A Fe+2, Mn+2, Ni+2, Co+2 HCl + CH3CSNH2+NH

4OH

FeS, MnS, NiS, CoS

B AsO-3,

III B Cr+3, Al+3, Sn+2 HCl + CH3CSNH2+NH4OH

Cr(OH)3, Al(OH)3, SnS

IV Ba+2, Sr+2, Ca+2 (NH4)2CO3, BaCO3, SrCO3,CaCO3

V Mg+2, Na+, K+, NH4+ Ningn Grupo Soluble


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34Los reactivos de grupo, se agregan en forma sucesiva, separando cada precipitado antes deagregar a la solucin sobrenadante, el reactivo correspondiente al grupo siguiente. Es as,como al finalizar la separacin de cada uno de los grupos, dispondremos de cuatroprecipitados (de los cuatro primeros grupos), y una solucin con el grupo V, siempre ycuando, en la solucin original hubiere todos los cationes de los cinco grupos. Es entoncescuando podemos determinar la presencia de los elementos que componen cada grupo,

empleando reactivos especficos sobre cada precipitado.

GENERALIDADES SOBRE LA PRECIPITACIN DE SUSTANCIAS POCO SOLUBLES.

Si dos iones A-my B+nse combinan para formar un electrolito fuerte pero poco soluble (50g/l o menos) An Bmde acuerdo a:

n A-m+ m B+n = AnBm (1)

Entonces en toda solucin en donde estn presentes los iones en cuestin, el producto (A

-m

)

n

y (B+n )m no podr exceder de un cierto valor Kps, al cual se le denomina Producto deSolubilidad de AnBm.

El valor de Kps de AnBm depender de la naturaleza de dicha sustancia y de la temperatura.

En resumen: Cuando el sistema de iones A-my B+n en solucin, est en equilibrio, debercumplirse que:

(A-m)neqx (B+n)meq = Kps ( AnBm) (2)

CONDICIONES PARA LA PRODUCCIN DE UN PRECIPITADO.De acuerdo con lo anterior, para que en el seno de una solucin se forme unprecipitado del compuesto poco soluble AnBm, solamente es necesario que haya en lasolucin iones A-my B+n, cualquiera sea su origen y en cantidad tal que :

(A-m)neqx (B+n)meq = Kps ( AnBm) (3)

En tal caso, precipitar AnBm segn la reaccin (1), sustrayendo as iones A-my B+n a

la solucin. Esta precipitacin seguir efectundose hasta que las concentraciones dedichos iones cumplan la reaccin (2).

Es obvio que los valores de las concentraciones de los iones en equilibrio, dependernde los valores iniciales de las concentraciones correspondientes antes de laprecipitacin.

Si se cumple lo dicho anteriormente, podramos lograr que la concentracin de ciertoin B+n en una solucin, disminuya tanto como queramos, bastara para ello el agregarsuficiente cantidad de un electrolito fuerte que provea el in A-m. En tal caso, al


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35cumplirse (1), si la concentracin de A-mes lo suficientemente grande, la oncentracinde B+n se puede hacer pequea. Este fenmeno se denominaEfecto del In Comn.

Limitaciones de la Solubilidad:

Como hemos visto anteriormente, la formacin de un precipitado se favorece por el

efecto del in comn. Sin embargo, hay otros dos factores fundamentales que actanen competencia con este efecto, tratando de impedir la precipitacin, ellos son:

a. Efecto Salino: Se ha observado que la solubilidad de un electrolito pocosoluble, aumenta por el agregado de un electrolito fuerte, esto se denominaEfecto Salino. En consecuencia, una gran concentracin del electrolitoprecipitante podra tener efectos contraproducentes en la precipitacin, debidoa este efecto.

b. Formacin de iones complejos: Un in complejo es aquel formado por launin de un in simple con uno o ms iones o molculas. Por ejemplo:

Cu

+2

+ 4 NH3 = Cu(NH3)4+2

(4)Ag++ 2 Cl- = AgCl2

- (5)

Este fenmeno puede afectar negativamente a la formacin de un precipitado, tal comosucede al querer precipitar Ag+con el in Cl-para formar AgCl. En tal caso, la produccindel complejo por la reaccin (5), si la concentracin de Cl- es muy grande, y siendo dichocomplejo soluble, impedira que precipitara el in Ag+en la cantidad que correspondera alefecto del In Comn.

Factores que afectan la Solubilidad de una Sustancia:

Entre los ms importantes podemos citar:

a. La Temperatura.- En general, al aumentar la temperatura, aumenta lasolubilidad. Este efecto puede ser grande o pequeo, dependiendo de lasustancia, por ello, cuando un precipitado se filtra en caliente, se logra que stesea ms puro.

b. El Solvente.- La solubilidad de la mayora de los compuestos inorgnicos,disminuye cuando se agrega a la solucin acuosa, un solvente orgnico, talcomo un alcohol (metanol, etanol, etc.)

c. El pH.- La solubilidad de la mayora de los precipitados se ve afectada por laconcentracin de los iones hidrgeno, e hidroxilo del solvente. Se puededistinguir dos efectos: el primero, es el Efecto del In Comn, cuando el inH+o el OH-forman parte del precipitado; el segundo, en caso de un complejo,resulta de las consecuencias de la reaccin de formacin de un complejo entreuno de los iones que precipita y el H+o el OH-.


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36ANLISIS DEL GRUPO I DE CATIONES: (Ag+, Hg+2, Pb+2)

El grupo I de cationes est formado por aquellos cationes cuyos elementos son insolubles enagua y en cidos diluidos. Los productos de solubilidad a 25 C de los cloruroscorrespondientes a estos iones son:

Kps(AgCl) = 1,6x10

-10

, Kps (Hg2Cl2) = 1 x10

-18

y Kps (PbCl2) = 1,7x10

-5

.

Precipitacin del Grupo I:

Conviene primero acidificar la solucin con HNO3por que la muestra normalmente es neutrao alcalina, el Ag+ puede estar presente como un complejo (Ag(NH3)2 ) (argento diamina), yel Pb+2 como HPbO2

- (anin plmbico), los que son difciles de precipitar con Cl - . Alagregar HNO3 se producirn las siguientes reacciones:

Ag(NH3)2+ + 2 H+ = Ag++ 2 NH4

-

HPbO2-

+ 3 H

+

= Pb

+2

+ 2 H2OSe agrega a continuacin HCl con el cual precipita los cloruros: AgCl, Hg2Cl2, y PbCl2.Todos son de color blanco. Se emplea como precipitante HCl diluido, para evitar laformacin de los complejos solubles de Ag y Pb, de acuerdo a las siguientes reacciones:

AgCl(s) + Cl- = (AgCl)2 (soluble)

PbCl2(s) + 2 Cl- = (PbCl4)

= (soluble)

La precipitacin se hace agitando para favorecer la mezcla de los reactivos. Se realiza

en fro pues el PbCl2es mucho ms soluble en caliente que en frio.Verificando que hay exceso de reactivo, se centrifuga para separar el precipitado decloruros de la solucin, que en principio podra tener el resto de los grupos. Elprecipitado se lava para eliminar restos de los otros grupos. Se utiliza HCl para lavarel precipitado, con el fin de evitar demasiada solubilizacin de los cloruros.

Separacin e Identificacin del Pb+2:

Como el PbCl2es mucho ms soluble en agua caliente que en agua fra, la mezcla decloruros precipitados se trata con agua caliente varias veces, de manera que, si hayPbCl

2, ste queda en solucin en el agua caliente dejando los cloruros de Ag y Hg

como precipitado insoluble que se separa dicha solucin de PbCl2.

El PbCl2disuelto, se identifica en la solucin caliente mediante el agregado de unasolucin de K2CrO4, la que provee los ines CrO4

=para precipitar el PbCrO4de coloramarillo (Kps = 1,8x10-14) muy soluble, que se puede separar por centrifugacin.


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37Separacin de Ag+y Hg2

+2:

El precipitado de AgCl y Hg2Cl2que es de color blanco, se trata con NH4OHmoderadamente concentrado, que acta disolviendo el AgCl segn la reaccin:

AgCl(s) (blanco)+ 2 NH3 = (Ag(NH3)2)+ + Cl-

Por su parte, el Hg2Cl2reacciona con NH3:

Hg2Cl2(s) (blanco)+ 2 NH3 = Hg(l) (negro)+ HgClNH2(s) (blanco)+ NH4++ Cl-

(HgClNH2se llama Cloroamiduro de Mercurio).

Por lo tanto, si hay Hg2Cl2, el precipitado tomar un color gris, que indica la presenciade Hg+2cuando se agrega el NH4OH.

Por lo tanto, si hay Hg2Cl2, el precipitado tomar un color gris, que indica la presencia

de Hg

+2

cuando se agrega el NH4OH.Identificacin de Ag+:

La solucin que contiene (Ag(NH3)2)+resultante de la operacin precedente, se trata

con unas gotas de solucin de KI, producindose la reaccin:

(Ag(NH3)2)+ + I- = AgI(s) (amarillo)+ 2 NH3

La precipitacin del AgI amarillo, indica la presencia de Ag+

Confirmacin de Hg2+2

:Si bien, la presencia de un residuo gris en el tratamiento con NH4OH indica lapresencia de Hg2

+2 conviene confirmarlo. Para ello, se disuelve el precipitado conuna mezcla 1:3 en volumen de HNO3 y HCl (agua regia). La mezcla genera Cl

-deacuerdo a la siguiente reaccin:

2 NO3-+ 8 H++ 6 Cl- = 3 Cl2

+ 2 NO + 4 H2O

La disolucin del precipitado, ocurre de acuerdo a:

3 Hg + 6 Cl

-

+ 2 NO3-

+ 8 H

+

= 3 HgCl2 (soluble)+ 2 NO + 4 H2OHgClNH2(s) (blanco)+ NO3

-+ 2 H++ Cl- = HgCl2 (soluble)+ NO + 2 H2O


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38Se calienta el sistema para evaporar el resto del HNO3 se agrega unas gotas desolucin de SnCl2 el cual reduce el Hg

+2a Hg2+2que con el Cl-que hay en el medio,

da nuevamente un precipitado blanco de Hg2Cl2lo que confirma la presencia de Hg.Las reacciones son:

2 Hg+2+ Sn+2 = Hg2+2+ Sn+4

Hg2+2 + 2 Cl- = Hg2Cl2(s) (blanco)

La eliminacin del HNO3se hace necesaria para evitar que sea ste el que oxide alSn+2.

MATERIAL EMPLEADO:

Pipeta de 5 ml (graduada), tres pipetas de 1 ml (graduadas) o en su defecto 3 goteros, ofrascos goteros, varilla de vidrio, centrfuga, mechero, trpode, tela metlica conamianto o asbesto, un vaso de 100 ml, 8 tubos para anlisis semimicro, gradilla.

REACTIVOS EMPLEADOS:

Agua destilada; HNO34 N y concentrado; HCl 1 y 2 N; K2CrO4 s.r.; NH4OH 6 N, KI1 N, SnCl2s.r.; HCl concentrado, papel tornasol.

PROCEDIMIENTO:

El procedimiento a seguir para el anlisis detallado de la solucin problema, es quefigura a continuacin, en las indicaciones generales. Sin embargo, conviene hacer lasaclaraciones que sern de suma utilidad para interpretar los esquemas de las Marchas

Analticas.INDICACIONES GENERALES:

1. Todas las medidas de volumen se realizarn contando el nmero de gotascorrespondientes, adoptando la equivalencia: 1 ml. = 20 gotas.

2. Al centrifugar, se tomar la precaucin de colocar en posicin diametralmenteopuesta al tubo con el medio a centrifugar, otro tubo idntico conteniendo unvolumen igual de agua.

3. Para decantar un precipitado, es decir, para separar un precipitado centrfugo dela solucin sobrenadante, se trasvasa cuidadosamente esta ltima a otro tubo.

4. Cuando sea necesario lavar un precipitado ya decantado, se procede segn elsiguiente esquema: Precipitado (ppdo) + Lquido de lavado + agitar hastasuspensin del precipitado + centrifugar + decantar el precipitado ya lavado.

5. Cuando se dude la formacin de un precipitado, conviene centrifugar y luego,observar si se deposit el precipitado en las paredes del tubo.

6. Siempre que se proceda a una separacin por centrifugacin, conviene quedicha precipitacin sea completa. Para verificar esto, una vez agregado elreactivo precipitante, hay que centrifugar. Hecho lo cual, se agrega msreactivo precipitante hacindolo deslizar por las paredes del tubo; si ocurreprecipitacin, esto quiere decir que aquella no era completa, entonces se repote


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39el procedimiento hasta que no ocurra ms precipitacin al agregarle reactivo allquido sobrenadante.

MARCHA ANALTICA PARA EL ANLISIS DEL GRUPO I DE CATIONES:

Tome 1 ml. de la solucin problema en un tubo de ensayo y determine su reaccin al

papel tornasol, si la solucin es neutra o alcalina, acidifique con 3 o 4 gotas de HNO34N.

A esta solucin cida, agregue 2 gotas de HCl 1N, agite para ayudar a la formacin deprecipitado blanco. Centrifugue y decante. Agregue a la solucin 1 gota de HCl 1Npara comprobar si la precipitacin fue completa. Si se forma un precipitado, agreguedos gotas mas de HCl 1N, agite, centrifugue y decante. El lquido resultante de estasltimas operaciones, contiene los cationes de los grupos II, III, IV y V. Rotlelo ygurdelo. El precipitado (ppdo 1), contiene AgCl, PbCl2 y Hg2Cl2 . Antes deproceder a la separacin e identificacin de los cationes Pb+2, Ag+y Hg+2, lave dichoprecipitado con 10 gotas de agua y dos gotas de HCl 2N, descartando las aguas delavado.

SEPARACIN DEL Pb+2:

Aada al tubo de ensayo que contiene el precipitado 6 a 7 gotas de agua caliente.Remueva la mezcla con un agitador de vidrio, y caliente el tubo en bao de Mara,durante 2 a 5 minutos. Centrifugue y decante. El lquido (solucin 2), consrvelodentro del bao de Mara. Al precipitado (ppdo 2), lvelo con agua caliente por 2 atres veces y gurdelo. No bote estas aguas de lavado, nalas, porque ellas puedencontener in Pb+2.

IDENTIFICACIN DEL Pb+2:

La solucin 2, contiene ste in. Vierta una gota de ella dentro de un tubo de ensayo,y adale un gota de K2CrO4 S.R.. La formacin de un precipitado amarillo, indicala presencia del catin Pb+2en la solucin problema.

SEPARACIN DE LOS CATIONES Ag+Y Hg+2:

El precipitado 2, contiene AgCl y Hg2Cl2. Agrguele de 4 a 5 gotas de NH4OH 6N,agite, centrifugue, decante y guarde el lquido proveniente de este proceso. Si haymucho precipitado, repita el tratamiento con NH4 OH 6N, uniendo los lquidosprovenientes de las centrifugaciones respectivas. El lquido (solucin 3), contiene elin Ag+.

IDENTIFICACIN DEL CATIN Ag+:

Vierta una gota de la solucin 3, en un tubo de ensayo, y agrguele una gota de KI1M. Un precipitado amarillo plido de AgI, indica la presencia de Ag+en la solucinproblema.


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40IDENTIFICACIN DEL CATIN Hg+2:

El ppdo 3, contiene Hg y HgClNH2 . Agrguele 3 gotas de HNO3 concentrado y 9gotas de HCl concentrado. Transfiera el quido obtenido como producto, a unacpsula de porcelana. Caliente a bao de Mara hasta que se evapore casi totalmente.Disuelva el residuo con 5 gotas de agua. Coloque dos gotas de la solucin obtenida,

en un tubo de ensayo, y aadale una gota de SnCl2S.R. . Un precipitado blanco o gris,confirma la presencia de Hg+2en la solucin problema.

CUESTIONARIO:

1. Cul es el significado del efecto salino?2. Dada una solucin saturada de ZnS en contacto de ZnS slido, explique que

podra hacer para procurar que se disolviera el slido?.3. Explique una razn por la cual el AgCl es ms soluble en una solucin de

HNO3que en agua pura.4. En qu se diferencia un in complejo de un in simple?.5. Porqu conviene acidificar una muestra desconocida antes de precipitar el

Grupo I de cationes?6. Explique cul podra ser la razn por la cual el Pb puede encontrarse tambin

en el Grupo II de cationes?7. Explique porqu es necesario un ligero exceso de HCl para precipitar los

cloruros del Grupo I?.8. Explique porqu es perjudicial un gran exceso de HCl al precipitar los cloruros

del Grupo I.

BIBLIOGRAFA:

WELCHER, Frank J. y Hann, B. "Semimicro Qualitative Analysis"

TREADWELL, F. P. "Tratado de Qumica Analtica" Volumen I.


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RECONOCIMIENTO DE CATIONES DEL GRUPO I

Ag+, Hg2+2, Pb+2

SOLUCIN

CATIONES DE LOSGRUPOS II, III, IV y V

SOLUCI N

DESCARTAR

PPDO. BLANCO

SOLUCIN DE Pb2 PPDO. BLANCO AgCl, Hg2Cl2

SOLUCI N DE A +

CONFIRMA Hg+2PPDO. AMARILLOVERDOSO

PPDO. NEGRO Hg2ClNH2

PPDO. AMARILLO

PRECIPITADO BLANCO AgCl,, PbCl2, Hg2Cl2

SOLUCIN PROBLEMA ( 1 ml.)

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