INTRODUCCIÓN

I. OBJETIVOS

Aprender mediante el análisis cualitativo técnicas para separar los cationes de los diferentes elementos del grupo III.

Reconocer los cationes de los diferentes elementos del grupo III por sus características físicas ópticas como color, forma o solubilidad.

Plantear las ecuaciones químicas que describan las etapas con las cuales se realizo la práctica de laboratorio.

Conocer nuevos reactivos y aprender sus propiedades.

II. FUNDAMENTO TEORICO

GRUPO III

Hierro, Fe

El hierro puro es un metal blanco plateado, tenaz y dúctil. El metal comercial raramente es puro y contiene pequeñas cantidades de carburos, siliciuros, fosfuros y sulfuros de hierro y un poco de grafito. El ácido nítrico concentrado no reacciona con ácido nítrico diluido ni desplaza el cobre de una solución de sal de cobre.

El hierro se disuelve en ácido clorhídrico concentrado o diluido y en ácido sulfúrico diluido con desprendimiento de hidrógeno y formación de sal ferrosa

Fe + 2HCl → FeCl2 + H2

Fe H2SO4(dil.) → FeSO4 + H2

El hierro por acción del ácido sulfúrico concentrado y caliente se produce dióxido de azufre y sulfato férrico

2Fe +6H2SO4(conc.) → Fe2(SO4)3 + 6H2O + 3SO2

Con ácido nítrico diluido en frio se obtienen los nitratos ferroso y de amonio

4Fe + 10HNO3(frio,dil.) → 4Fe(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O

Con ácido nítrico concentrado se produce sal férrica y el óxido nitroso u óxido nítrico según sean las condiciones experimentales.

Fe + 4HNO3(conc.) → Fe(NO3)3 + NO + 2H2O4Fe + 10HNO3 → 4Fe(NO3)2 + N2O + 5H2O

El hierro forma dos series importantes de sales: las sales ferrosas que provienen del óxido ferroso, FeO, en las que el metal es divalente, y las sales férricas provienen del óxido férrico, Fe2O3, que contienen hierro trivalente.

Aluminio, AlEl aluminio es un metal blanco, dúctil y maleable, su polvo es gris. El metal es poco atacado por el ácido sulfúrico diluido frío, pero se disuelve fácilmente en ácido concentrado caliente, con desprendimiento de azufre. El ácido nítrico hace pasivo al metal, lo que puede ser debido a la formación de una película protectora de óxido. Se disuelve fácilmente en ácido clorhídrico (diluido o concentrado) con desprendimiento de hidrógeno. Con hidróxidos alcalinos se forma una solución de aluminato.

2Al + 4H2SO4 Al2(SO4)3 +SO2 + 2H2O2Al + 6HCl 2AlCl2 + 3H2

2Al + 2NaOH + 2H2O 2NaAlO2 + 3H2

el aluminio forma solamente una serie de sales que provienen del óxido,Al2O3

Cromo, Cr

El cromo es un metal blanco, cristalino, es poco dúctil y maleable. El metal es soluble en ácido clorhídrico produciendo un cloruro cromoso, CrCl2, azul en ausencia de aire, pues si no se forma el cloruro crómico, CrCl3, se desprende hidrógeno. El

Cido sulfúrico diluido reacciona en forma similar formando sulfato cromoso, CrSO4, en ausencia de aire y sulfato crómico, Cr2(SO4)3, en presencia del aire. El ácido sulfúrico concentrado y el nítrico concentrado o diluido motivan la pasividad del metal.

1. GRUPO DEL ZINC (grupo IIIB)

Cobalto, Co

El cobalto es un metal magnético de color gris acerado. Se disuelve lentamente en ácido sulfúrico o clorhídrico diluido en caliente, y más rápidamente en ácido nítrico, formando compuestos cobaltosos que provienen del óxido de cobaltoso, CoO. Existen otros dos óxidos: el óxido cobáltico, Co2O3,del que derivan los compuestos cobálticos, extremadamente inestables, y el óxido cobaltoso. Todos los óxidos de cobalto se disuelven en ácidos formando sales cobaltosas.

Co2O3 + 6HCl 2CoCl2 + Cl2 + 3H2OCo3O4 + 8HCl 3CoCl2 + Cl2 + 4H2O

Níquel, Ni

El níquel es un metal duro, blanco plateado, es dúctil, maleable y muy tenaz. Los ácidos clorhídrico o sulfúrico diluidos o concentrados lo atacan lentamente, el ácido nítrico diluido lo disuelve fácilmente, pero si es concentrado motiva su pasividad. Solamente se conoce una serie de sales estables, las niquelosas provenientes del óxido niqueloso o verde, NiO. Existe un óxido niquélico negro pardusco, Ni2O3, pero este se disuelve en ácidos formando compuestos niquelosos.

Ni2O3 + 6HCl 2NiCl2 + 3H2O + Cl2

Manganeso, MnEl manganeso es un metal grisáceo de apariencia similar al hierro fundido. Reacciona con el agua caliente dando hidróxido de manganoso e hidrógeno. Los ácidos minerales diluidos y también el ácido acético lo disuelven produciendo sales de manganeso e hidrógeno. Con ácido sulfúrico concentrado caliente se desprende dióxido de azufre. Se conocen 6 óxidos de manganeso: MnO, Mn2O3, Mn3O4, MnO2, MnO3 y MnO7. Todos los óxidos se disuelven en ácido clorhídrico caliente y en ácido sulfúrico concentrado, en caliente formando sales manganosas, los óxidos superiores se reducen con desprendimiento de cloro y oxígeno, según el caso.

Mn + 2HCl MnCl2 + MnMnO2 + 4HCl MnCl2 + Cl2 + 2H2O

Mn2O2 + 8HCl 3MnCl2 + Cl2 + 4H2O2MnO3 + 4H2SO4 4MnSO4 + O2 + 4H2O2Mn3O4 + 6H2SO4 6MnSO4 + O2 + 4H2O2MnO2 + 2H2SO4 2MnSO4 + O2 + 2H2O

Zinc, ZnEl zinc es un metal azulado, es medianamente maleable y dúctil a 110 -150. El puro se disuelve muy lentamente en ácidos, la reacción se acelera por la presencia de impurezas, o contacto con platino o cobre, producidos por el agregado de algunas gotas de soluciones de las sales de estos minerales. Esto explica por qué el zinc comercial, se 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, lo que depende de la concentración, el ácido nítrico concentrado tiene muy poca acción debido a la escasa solubilidad del nitrato de zinc. El zinc se disuelve también en soluciones de hidróxidos alcalinos con desprendimiento de hidrógeno y formación de zincatos.

Zn + H2SO4 ZnSO4 +H2

4Zn + 10HNO3 4Zn(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O4Zn + 10HNO3 4Zn(NO3)2 + N2O + 5H2O3Zn + 8HNO3 3Zn(NO3)2 + 2NO + 4H2O

Zn + 2H2SO4 ZnSO4 + SO2 + 2H2OZn + 2NaOH Na2ZnO2 + H2

Se conoce solamente una serie de sales que provienen del óxido ZnO.

III. PARTE EXPERIMENTAL

MATERIALES

1 Embudo Papel de filtro Papel de tornasol Pinzas Alambre de micrón Tubos de ensayo Gradilla Mechero Vaso de Precipitado 1 piseta con agua destilada 1 estufa 1 bagueta

REACTIVOS:

NH4Cl 5N NH4OH 15N Na2S Agua Regia Dimetilglioxima Bórax solido Na2CO3 solido

Na2O2 solido HCl 12N K4Fe(CN)6

HNO3 6N CH3COOH 17N (NH4)CH3COO BaCl2 en solución

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

1. La solución entregada contiene los cloruros de los metales del grupo III, añadimos gotas

(3-4) de NH4Cl 5N, no hay cambio alguno. Luego alcalinizamos la solución con NH4OH

(usamos papel tornasol como indicador);

En este momento tendrá una sustancia gelatinosa pardo-verdusca y cambiará a un color

oscuro ante la adición de gotas de Na2S

Complete la precipitación. Filtre y deseche la solución pasante.

2. El precipitado obtenido contiene: CoS, NiS, FeS, MnS, Al(OH)3, Cr(OH)3,ZnS será pasado a

un vaso con ayuda de 10 ml de HCl 12N agitamos el contenido del vaso y filtramos.

Conserve la solución filtrada.

3. El precipitado obtenido en 2) ésta formado por : CoS, NiS, se divide en dos partes:

RECONOCIMIENTO DEL COBALTO:

Con ayuda de un alambre de platino (o micrón) y bórax sólido se prepara una perla y se

adhiere a la parte del precipitado.

La cual adquiere un color azul tanto en llama reductora como en llama oxidante.

Borax

RECONOCIMIENTO DEL NÍQUEL:

Disuelva la parte restante de precipitado con unos 8 ml de agua regia,

Alcalinice la solución con NH4OH 15N, si observa formaciones de azufre filtre, en caso

contrario agregue gotas de dimetilglioxima hasta la formación de un precipitado rojo-

cereza.

4. La solución filtrada de (2) es recibida en un vaso y contiene FeCl2, AlCl3, CrCl3, ZnCl2, y

alcalinícela con Na2CO3 (sólido).

Perla azul

Agua regia

Precipitado rojo cereza

Luego agregue una pequeña cantidad de Na2O2 (sólido), agitamos suavemente el

contenido del vaso, observe la formación de un precipitado. Caliente unos segundos,

enfriamos y filtramos. Conserve la solución filtrada.(Primero una coloración rojiza luego

amarilla)

5. El precipitado obtenido en (4) ésta formado por Fe(OH)2, MnO2 (probablemente con algo

de Co(OH)3, Ni(OH)3 se divide en dos partes:

RECONOCIMIENTO DEL FIERRO:

Disuelva el precipitado el vaso con gotas de HCl 12N, caliente unos segundos.

Na2CO3

(sólido)

Na2O2

(sólido)

Espere, enfriamos. Diluimos la solución y la pasamos a un tubo de ensayo y agregue

gotas de K4Fe(OH)6 observe el precipitado obtenido de color azul conocido como azul

de Prusia.

RECONOCIMIENTO DEL MANGANESO:

Preparamos una perla de NaCO3 y algo de precipitado.

Calentamos directamente en la llama oxidante luego retiramos la perla e incorporamos

cristales de KClO3 y seguimos calentando unos segundos, una perla de color verde nos

indicará la presencia del manganeso.

Azul de Prusia

Perla verde

6. La solución filtrada de (4) contiene NaAlO2, Na2CrO4, Na2ZnO2. Acidificamos la solución con

HNO3 6N.

Luego agregamos gotas de NH4Cl 5N., finalmente alcalinizamos la solución con NH4OH 15N.

Calentamos por unos segundos y observamos la formación de un precipitado blanco

gelatinosa de Al(OH)3, filtramos.

7. La solución restante contiene (NH4)2CrO4, Zn(NH3)6(NO3)2. Pasamos la solución a un vaso,

acidificamos con CH3COOH 17N. Luego añadimos gotas (10-15) de NH4CH3COO.

Calentamos hasta hervir la solución, en este momento le añadimos gota a gota de BaCl 2 y

observamos la formación de un precipitado. Filtramos.

8. La solución pasante contendrá Zn(CH3COO)2. Luego le añadimos gotas de Na2S (ac) y

observamos precipitado blanquecino que corresponde a ZnS.

IV. OBSERVACIONES

Al tercer grupo pertenecen los cationes de carga triple: Al3+, Cr3+, Fe3+y los cationes de

carga doble Co2+, Fe2+, Ni2+, Mn2+, Zn 2+. los cationes de este grupo precipitan en un

medio débilmente alcalino, bajo la acción del reactivo del grupo (NH4)2S formando

sulfuros e hidróxidos ya vistos.

Al añadir HCl, los hidróxidos y sulfuros (menos el níquel y cobalto) serán fácilmente

disueltos (solubles) desprendiéndose el HS.

Para disolver los sulfuros de níquel y cobalto se utiliza HCL, agua regia y la disolución se

realiza en caliente.

Los precipitados obtenidos de cada prueba son:

CATION PRECIPITADO EVIDENCIA EN EL COLORFe++ Fe4(Fe(CN)6)3 Azul de PrusiaMn++ Perla Verde azuladaCr+++ BaCrO4 AmarilloAl+++ Al(OH)3 BlancoNi++ Ni[C4H7O2N2]2 RojoCo++ Perla AzulZn++ ZnS Blanco

V. RECOMENDACIONES

Realizar una correcta precipitación (completa), para no tener complicaciones en la

identificación de otros cationes en el futuro, los residuos de una mala precipitación

también pueden afectar futuras reacciones.

Tener cuidado con la manipulación de los reactivos ya que algunos de estos pueden ser

muy concentrados y causar lesiones (quemaduras por parte de ácidos muy concentrados)

a los estudiantes.

Seguir las indicaciones del profesor al realizar los experimentos en los lugares indicados

(como la campana de extracción) para no contaminar el área de trabajo y no causar daños

las personas que se encuentren ahí.

Poner mucha atención a la hora de poner la perla en la llama reductora, ya que el color

azul se desaparece muy rápidamente, para el reconocimiento del cobalto.

Asimismo prestar atención para el reconocimiento del manganeso donde el color verde

permanece por mucho más tiempo.

VI. CONCLUSIONES

Los cationes del grupo III son insolubles (o muy poco) en agua.

Los sulfuros de cationes del grupo III se disuelven el ácidos diluidos

Teniendo en cuenta el producto de solubilidad del catión mas soluble se puede determinar

el pH adecuado con el que se pueda lograr la precipitación completa y que para este grupo

es pH = 8.7 Al añadir las gotas de NH4Cl, luego alcalinizar con NH4OH amortiguamos el

sistema para que cuando le añadimos Na2S el pH no se altera y así lograr la precipitación

completa, se forma el NH4S que es quien precipita como sulfuros a: Co, Ni, Fe, Mn, Zn;

asimismo se precipitan los hidróxidos: Al (OH)3, Cr (OH)3.

Para el análisis del Cobalto requerirá de la perla de bórax, tal análisis se reducirá al, ensayo

de la capacidad de la sustancia a colorear, la llama reductora da un color característico azul

en el caso del cobalto o comunicar una coloración determinada a la fundición (perla) que

será obtenida al calentar la sustancia con tetraborato sódico (bórax) en el ojete del

alambre de platino.

Para disolver los sulfuros de níquel y cobalto se utiliza agua regia esta disolución se realiza

en caliente.

El hierro (Fe2+ ) al reaccionar con K4Fe(CN)6 forma un precipitado blanco que se vuelve azul

al aire por oxidación del hierro y se transforma en un azul oscuro (azul de Prusia,

ocurriendo primero la oxidación del Fe (II) a Fe (III) a la vez que se forma el ferrocianuro.

CUESTIONARIO

Pregunta Nº1:

Indique brevemente y con toda claridad ¿Cómo se precipita totalmente el 3er grupo de cationes?

Para lograr la precipitación completa del tercer grupo de cationes se debe tener en cuenta los valores del producto de solubilidad del catión mas soluble de este grupo el Manganeso (P.S. Mn+2=2.5*10-10). Se lograra la precipitación completa cuando se logre precipitar este catión que se logra cuando la solución tiene un pH=8.7 en medio básico. Pero teniendo en cuenta que la solución problema que se nos entrega esta en un medio acido variara cuando se le añada Na2S se necesita introducir en la solución una mezcla amortiguadora que en nuestro laboratorio fue NH4Cl y NH4OH lo cual garantiza que el pH se mantenga constante.

Pregunta Nº2:

¿Es indiferente usar la solución de NH 4Cl(ac ), cloruro de amonio en esa precipitación? ¿Por qué?

No es indiferente es necesario utilizar el cloruro de amonio ya que de esta forma algunos cationes del tercer grupo son insolubles con el cloruro de amonio mientras que los demás si reaccionan y de esta forma se obtendremos la precipitación de cada catión en su respectiva forma.

Pregunta Nº3:

a) ¿Cómo se prepara el reactivo de dimetilglioxima?

Para preparar la solución de dimetilglioxima en el laboratorio, se disuelve 1gr de dimetilglioxima puro, por cada 100 cm3 de alcohol a 96°.

b) ¿Para qué se utilizó? Y ¿Cómo se procede?

La dimetilglioxima constituye un reactivo especial para el níquel ya que aunque forma complejos enteramente estables con el cobre, cobalto, zinc y otros metales, estos son solubles en agua.

c) Escriba la ecuación balanceada, en forma general y calcule el peso molecular de la sal formada.

Pregunta Nº4:

Indique brevemente y con toda claridad ¿Cómo se determinó el catión ferroso, Fe(ac)2+¿¿, en la

muestra recibida?

La solución entregada contiene los cloruros de los metales del grupo III, añadimos 4 gotas de NH4Cl 5N, no hay cambio alguno. Luego alcalinizamos la solución con 6 gotas de NH4OH (usamos papel tornasol como indicador)

En este momento tendrá una sustancia gelatinosa pardo-verdusca y cambiará a un color oscuro ante la adición de 5 gotas de Na2S , luego pasamos a filtrar.

El precipitado obtenido contiene: CoS, NiS, FeS, MnS, Al(OH)3, Cr(OH)3,ZnS será pasado a un vaso con ayuda de 10 ml de HCl 12N agitamos el contenido del vaso y filtramos.(Conserve la solución)

La solución filtrada es recibida en un vaso y contiene FeCl2, AlCl3, CrCl3, ZnCl2, y

alcalinícela con Na2CO3 (sólido).

Luego agregue una pequeña cantidad de Na2O2 (sólido), agitamos suavemente el contenido del vaso, observe la formación de un precipitado. Caliente unos segundos, enfriamos y filtramos. Conserve la solución filtrada.(Primero una coloración rojiza luego amarilla)

El precipitado obtenido ésta formado por Fe(OH)2, MnO2 (probablemente con algo de Co(OH)3, Ni(OH)3 se divide en dos partes:

Reconocimiento del catión ferroso(Fe(ac)2+¿¿):

Disuelva el precipitado el vaso con gotas de HCl 12N, caliente unos segundos. Espere, enfriamos. Diluimos la solución y la pasamos a un tubo de ensayo y agregue

gotas de K4Fe(OH)6 observe el precipitado obtenido de color azul conocido como azul de Prusia.

Pregunta Nº5:

a) Haga un diagrama esquemático indicando la separación e identificación de los cationes del 3er grupo.

SoluciónPrecipitado

Alcalinizamos con Na2CO3, precipitamos con Na2O2Reconocimiento de cobalto:Con alambre de micrón y bórax formamos una perla de color azul

Precipitado (CoS, NiS) Solución (FeCl2, MnCl2, AlCl3, CrCl3, ZnCl2

Lavamos con HCl 1.2M. Filtrar

Precipitado (CoS, NiS, FeS, MnS, Al(OH)3, Cr(OH)3 ZnS)

Precipitamos con Na2S(Desechamos la solución pasante)

Se añade NH4Cl y luego alcalinizamos con NH4OH

Muestra con cationes del grupo III(Fe++, Mn++, Cr+++, Al+++, Ni++, Co++, Zn++)

b)Escriba las ecuaciones balanceadas, de las reacciones efectuadas

3NiS ↓ + 2HNO3 + 6HCl → 3NiCl2 + 2NO- + 3S + 4H2O

De la reacción se puede observar que se forma el ion Nitrosilo NO- y la formación de Azufre que deberá eliminarse para continuar con la separación del Níquel.

- Las respectivas ecuaciones químicas efectuadas son:

Aluminio:

2Al + 6HCl 2AlCL3 + 3H2

AlCl3 + 3NH4OH Al (OH)3 + 3H2O2AlCl3 + 3Na2S + 6H2O 2Al (OH)3 + 3H2S + 6NaClAl (OH)3 + 3HCL AlCl3 + 3H2O2Al (OH)3 + Na2CO3 2NaAlO2 + CO2 + 3H2O

Cromo:

CrCL3 + 3NH4OH Cr (OH)3 + 3NH4Cl2CrCl3 + 3Na2S + 6H2O 2Cr (OH)3 + 3H2O + 6NaCl2CrCl3 + 3Na2O2 + 4NH4OH 2Na2Cr + 6NH4Cl + 2H2O

Níquel:

Ni2O3 + 6HCl 2NiCl2 + 3H2O + Cl2NICl2 + NH4OH Ni (OH)Cl + NH4ClNi (OH)Cl + 7NH4OH (Ni(NH3)6)(OH) +6H2O +NH4ClNiCl2 + Na2S NiS + 2NaCl

Cobalto:

Co2O3 + 6HCl 2CoCl2 + Cl2 + 3H2OCo3O4 + 8HCl 3CoCL2 + Cl2 + 4H2O

SoluciónPrecipitado

Agua regia

CoCl2 + NH4OH Co (OH) Cl + NH4ClCoCl2 + NA2S CoS + 2NaCl

Manganeso:

Mn + 2HCl MnCl2 + H2

MnCl2 + 2NH4OH Mn (OH)2 + 2NH4ClMNCl2 + Na2S + xH2O MnS.xH2O + 2NaCl

Zinc:

Zn + 2HCl ZnCl2 + H2

ZnCl2 + 2NH4OH Zn (OH)2 + 2NH4CLZn (OH) 2 + 6NH4OH (Zn (NH3)6) (OH)2 + 6H2OZnCl2 + Na2S ZnS + 2NaCl2C4H8O2N2 + NiSO4 + 2NH4OH C8H14O4N4Ni + (NH4)2SO4 +

2H2O

Hierro:

Fe + 2HCl FeCl2 + H2

FeCl3 + 3NH4OH Fe(OH)3 + 3NH4Cl2FeCl3 + 3Na2S Fe2S3 + 6NaCl4FeCl3 + 3K4(Fe(CN)6) Fe4(Fe(CN)6)3 + 12KCl

Pregunta Nº6:

a) A 25ml de NH 4OH (ac ), hidróxido de aluminio 0,2N , se le añaden 20ml de HCl(ac), acido clorhídrico 0,2M. Calcule el POH de la mezcla.NH 4OH+HCl→NH 4Cl+H 2O

[NH 4OH ]V NH4OH+ [HCl ]V HCl=[NH 4Cl ]V NH4Cl

0,2M .0,025 L+0,2M .0,02 L=[NH 4Cl ] .0,045 L0,2M .0,045 L=[NH 4Cl ] .0,045 L

0,2M=[NH 4Cl ]Luego para halla el POH analizamos el NH 4Cl:

NH 4+¿+H 2O→NH3+H 3O

+¿¿ ¿

0,2M - - 0,2M 0,2MPH=−log (0,2 )=0,7

→ POH=14−0,7=13,3

b) Calcule el volumen de amoniaco 2N, necesario para precipitar el Fe3+¿¿, de la disolución que contiene 0,2g de hierro.

Pregunta Nº7:

De la muestra de criolita de 0,5872g, se han formado 0,1060g de un precipitado de Al2O3,

oxido de aluminio. Calcule el tanto por ciento de Na3 AlF6 en la muestra.

Pregunta Nº8:

Se mezclan 10ml de BaCl2(ac), cloruro de bario 0,01N con 5ml de Na2SO4(ac)

, sulfato de sodio,

0,1N. Determine con sus cálculos si precipita algo de BaSO4, sulfato de bario. KpsBaSO4=9,8.10-

11

Pregunta Nº9:La disociación del complejo de Co3+, Co(NH3)6

3+, nos da Co3++6NH3 y el valor de su constante de inestabilidad o de disociación es 6,2.10- 36. Escriba la depresión química de su cte. De estabilidad, y calcule su valor.

BIBLIOGRAFIA

Semimicroanálisis Químico Cualitativo. V. N. Alexeiev. Ed. Mir. URSS 1975.

Química Analítica Cualitativa. Arthur I. Vogel. Editorial Karpelusz. Quinta Edición. Buenos

Aires 1974.

Quimica General Raymond Chang cap. de Acidos y Bases.