PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATÓLICA DEL PERÚFACULTAD DE CIENCIAS E INGENIERÍA

Laboratorio 1 de Química Analítica

PRIMERA PRÁCTICAANÁLISIS CUALITATIVO DE CATIONES

Fecha del experimento: 7 de abril del 2010

Nombre: Brenda D’Acunha

Código: 20067205

2010

Sólido Solución

Solución

Precipitado blanco

Sólido Solución

Se colocó 1mL de la muestra en un tubo de centrífuga

Se añadió 2 gotas de HNO3 6M y 1mL de NH3 6M y se mezcló.

Se centrifugó y decantó el líquido sobrenadante a otro tubo

Se comprobó pH alcalino

GRUPO A Se añadió 2mL de NH4CO3 1M y se mezcló

Se centrifugó y decantó el líquido a otro tubo

GRUPO B Se agregó 1mL de Na2HPO4 1M*Magnesio

GRUPO C

1. Objetivo:

Separación e identificación de cationes de una muestra dada, por medio de reacciones de precipitación y formación de complejos.

2. Equipos utilizados:

Centrífuga: Instrumento utilizado para separar los componentes de diferente densidad de una muestra, por acción de la fuerza centrífuga que se ocasiona al girar la muestra.

3. Procedimiento:

3.1 Separación de cationes en grupos:

Imagen Centrífuga1

Precipitado blanco

Se disolvió precipitado en HNO3 CC y se calentó a sequedad

Se disolvió con agua y se añadió (NH4)2HPO4 1M + NH3 6MSe comprobó pH alcalino

Magnesio

Separar en 3 tubos de ensayo

Sólido Disolución

Precipitado blanco

GRUPO A

Se añadió 1mL de NaOH 1M y se mezcló.

Se centrifugó y decantó

Se añadió 2mL de agua y HNO3 hasta acidificar Se añadió AcOH 2M hasta pH ácidoAl+3

Solución + KSCN 1M Solución + K4[Fe(CN)6] 0.5MSolución + NaBiO3

Disolución roja Precipitado azul Disolución violeta

Fe+3 Fe+3Mn+2

*Prueba para la confirmación del magnesio:

3.2 Análisis del Grupo A: Al+3, Fe+3, Mn+2

3.2 Análisis del Grupo B: Ba+2, Ca+2

SólidoSolución

Precipitado blanco

Precipitado blanco

Precipitado amarillo

GRUPO B

Se disolvió con AcOH al 50% y se añadió K2CrO4 0.5M Se disolvió con 1mL de agua y HCl 6M

Ba+2Se añadió Na2SO4 1M y se mezcló

Ba+2

Se centrifugó y decantó

Se descartó Solución + 3gotas de NH3 6M + 1mL de (NH4)2C2O4 0.3MCa+2

Cambio a tonalidad azulada-verdosaPrecipitado marrón-naranjaPrecipitado rojo

Cambio a tonalidad azuladaPrecipitado marrón-naranja

54321Se añadió a cada uno

Se añadió 1mL de Na2HPO4 1M y se separó en 5 tubos de ensayo.

GRUPO C

Se evaporó a sequedad en crisol de porcelana hasta obtener residuo pálido

Se disolvió con 2mL de H3PO4 1M y se trasvasó a tubo de ensayo

KI(S) NH3 4M1mL Dimetilglioxima 1% w/v en etanol + NH3 4M1mL de AcOH 1M + 1mL 1-nitroso 2-naftol 1% en AcOH-agua 1:1 AcOH 6M + baño maría + solución de NH4SCN-etanol

Cobre Cobre Níquel Cobalto CobaltoSe acidificó la disolución con HCl cc

Se remojó la punta de la varilla metálica y se llevó a la zona más caliente de la llamaSe observó la coloración de la llama

3.3 Análisis del Grupo C: Cu+2, Co+2, Ni+2

**Prueba de la llama:

Se separó el sólido en 2 tubos

Se separó un poco para

prueba de la llama**

1 2

4. Resultados y Discusión:

En un tubo de ensayo se agregó 10 gotas de los cationes en el siguiente orden:Co+2 (solución roja), Al+3 (solución transparente), Ca+2 (solución transparente), Ni+2

(solución verde), Ba+2 (solución transparente), Cu+2 (solución azul), Mg+2 (solución transparente que, al agregar, tornó a la muestra de un color blanquecino), Mn +2 (solución transparente), Fe+3 (solución naranja).

Se dejó reposar y se pudo observar la formación de un precipitado blanco en el fondo del tubo de ensayo. Se trató de disolver con un poco de HNO3 cc y calentamiento, pero no fue posible la total disolución.

Se pipeteó 1mL (20 gotas) de la solución sobrenadante y se procedió a separar los cationes en grupos.

Lo primero que se pudo notar, es la formación de un precipitado marrón oscuro al agregar el amoníaco, esto sucede porque los compuestos del grupo A, como son el hierro, aluminio y manganeso, reaccionan con el NH3 para formar hidróxidos y de esa manera precipitan, separándose del resto de cationes.Es decir, siguen la siguiente reacción:

Fe3+ + 3NH3 + 3H2O → Fe(OH)3 + 3NH4+

Donde el hidróxido formado tiene un color rojo-marrón, como el de la muestra.

Al3+ + 3NH3 + 3H2O → Al(OH)3 + 3NH4+

Mn2+ + 2NH3 + 2H2O → Mn(OH)2 + 2NH4+

Tanto el Hidróxido de Aluminio como el de Manganeso son sólidos blancos.

Una vez que se hubo separado este precipitado (marrón –naranja oscuro) de la solución sobrenadante (color azul oscuro), por medio de la centrífuga, como está descrito en el procedimiento, se procedió al análisis del Grupo A.

Al sólido se le agregó 1mL de NaOH 1M, se disolvió y luego se formó nuevamente un precipitado marrón. De esta manera, es posible separar al catión Aluminio, ya que al reaccionar el Al(OH)3 en un exceso de OH- se forma el ion aluminato, que es soluble en una solución básica, como la que se creó con el hidróxido, a diferencia del Fe(OH)3 y del

Mn(OH)2 que en un exceso de OH- no son solubles y por lo tanto precipitan, como se puede ver en la siguientes reacciones:

Al(OH)3 + NaOH → Al(OH)4- Na+

Mn(OH)2 + NaOH → Mn(OH)2

Fe(OH)3 + NaOH → Fe(OH)3

Una vez se obtuvo dos fases, se llevó a centrifugar. La disolución sobrenadante contenía al catión Aluminio, y el precipitado contenía los cationes restantes.A la disolución se le agregó Ac(OH) 2M, aproximadamente 20 gotas hasta que se vio la aparición de un precipitado blanco al cabo de unos minutos. Este era el aluminio en forma de Hidróxido:

Al(OH)4- + AcOH → Al(OH)3 + H2O

Por su parte, el precipitado fue disuelto con 2mL de H2O y HNO3. Se midió el pH y era aproximado a 2. Esta solución fue trasvasada en 3 tubos de ensayo:

Tubo 1: Se agregó unas gotas de tiocianato de potasio (KSCN) 1M e inmediatamente se pudo ver un cambio de tonalidad de transparente a roja. Esto indicó la presencia del catión hierro, ya que sucedió la siguiente reacción:

Fe3+ + 3SCN- → Fe(SCN)3, Donde el tiocianato de hierro (III) presenta una coloración roja.

Una vez obtenida esta coloración, se agregó un par de cristales de Fluoruro de sodio y el color rojo de la disolución desapareció, dejándola transparente, como estaba inicialmente.Esto se puede explicar por medio de la siguiente reacción:

Fe(SCN)3 6F- → [FeF6]3- + 3SCN-

El complejo hexafluoroferrato es mucho más estable que el tiocianato formado anteriormente, por lo que el color desaparece.

Tubo 2: A la solución contenida en este tubo se le agregó unas gotas de K4[Fe(CN)6] 0.5M. Se vio un cambio de color instantáneo, de transparente a azul intenso, y luego de unos minutos, se pudo observar la formación de un precipitado de este mismo color. Esto indicó la presencia del catión hierro.Lo que sucedió es que la siguiente reacción tomó lugar:

4Fe3+ + 3[Fe(CN)6]4- → Fe4[Fe(CN)6]3

Tubo 3: A este tubo se le agregó un par de cristales de Bismutato de sodio y se mezcló vigorosamente. La solución se tornó violeta, lo que indicó la presencia de Manganeso pues:

Mn2+ + 5NaBiO3 + 14H+ → 2MnO4- + 5Bi3+ + 5Na+ + 7H2O

Donde tenemos que el MnO4- es el compuesto que da una coloración violeta a la

muestra.

En la siguiente imagen se puede apreciar la coloración obtenida en los 3 tubos de ensayo al realizar el experimento.

Imagen 2Cationes del Grupo A

De izquierda a derecha se tiene: tubo 3: coloración violeta indica la presencia de manganeso; tubo 2: precipitado azul indica la presencia de Hierro; tubo 1: coloración roja característica del tiocianato de hierro

(III).

Luego de este análisis, se procedió a separar los cationes del Grupo B y analizarlos.A la solución sobrenadante de color azul oscuro que fue separada al principio del sólido que fue etiquetado como Grupo A se le agregó 2mL de carbonato de amonio 1M, se tornó de un color lila suave, y se llevó a la centrífuga.Se observó que la fase sólida era de color morado oscuro y la fase acuosa era de color lila. Se decantó la fase acuosa en un tubo de ensayo y la sólida fue etiquetada como GRUPO B.

Los cationes de este grupo, como Calcio y Bario, fueron separados al hacerlos reaccionar con carbonato de amonio, ya que esta reacción tiene como producto al carbonato del catión y de esa manera hay una precipitación, así fue posible separarlos.

Ba2+ + CO32- → Ba(CO3)

Ca2+ + CO32- → Ca(CO3)

Este sólido fue separado en 2 tubos de ensayo para poder identificar los cationes.

Tubo 1: Se agregó 1mL de AcOH al 50% y un par de gotas de Cromato de potasio 0.5M. La solución se tornó amarillenta pero no hubo formación de precipitado, es decir, la siguiente reacción no fue llevada a cabo:

Ba2+ + CrO42- → BaCrO4, sólido amarillo

Por lo que no se puede concluir nada con respecto al catión bario.

Tubo 2: Se agregó 1mL de agua y 5 gotas de HCl 6M hasta disolver completamente. De esta disolución, se separó una pequeña cantidad para la prueba de la llama.

Se agregó luego Na2SO4 1M, y se mezcló, pero no se observó precipitación alguna que indicara la presencia de bario en la muestra. La siguiente reacción no fue llevada a cabo:

Ba2+ + SO42- → BaSO4, sólido blanco

Una posible explicación por la que no se pudo ver la aparición del catión Bario podría ser que era parte del precipitado blanco que se formó al mezclar todos los cationes, por lo que no aparece en la prueba, o que su concentración era demasiado baja como para que este procedimiento lo pueda detectar (detecta hasta 1 ppm).

Luego, se agregó al mismo tubo 3 gotas de amoníaco 6M y 1mL de oxalato de amonio. La solución se tornó blanquecina de inmediato, y después de unos minutos se observó la formación de un precipitado blanco, que indicaba la presencia de calcio a través de la siguiente reacción:

Ca2+ + (COO)22- → Ca(COO)2, sólido blanco

En la siguiente imagen es posible ver el tubo de ensayo que contiene al precipitado blanco (oxalato de calcio) formado por la reacción del catión calcio con oxalato de amonio

Imagen 3Identificación del catión Calcio

Una vez hecho el análisis del Grupo B, se procedió a identificar el catión magnesio en la muestra. Al centrifugar, para obtener el sólido que fue etiquetado como grupo B, obtuvimos también una solución sobrenadante de color lila, que fue trasvasada a un tubo de ensayo, como fue mencionado antes.

Al tubo de ensayo con esta disolución se le agregó 1mL de Na2HPO4 1M. El color lila se tornó blanco por un momento, y después de unos minutos se pudo observar la formación de un precipitado blanco, que se puede identificar como Magnesio ya que:

Mg+2 + NH3 + HPO42- → Mg(NH4)PO4

Donde el producto formado es un sólido blanco

A continuación, se muestra la imagen que se tomó al realizar este procedimiento.

Imagen 4Identificación del catión Magnesio

En la imagen se puede observar la coloración lila de la solución sobrenadante, así como también el precipitado blanco que indica la presencia de magnesio.

Más adelante, se explicará cómo se confirmó la presencia de magnesio.

Después de esta identificación, se centrifugó y se decantó la solución sobrenadante en otro tubo de ensayo.

Esta disolución tenía los cationes del Grupo C. En este caso, los cationes ya se encontraban separados del resto, así que se concentraron por evaporación del solvente para un mejor análisis. Esto se realizó colocando la disolución lila en un crisol de porcelana y evaporando a sequedad con un mechero Bunsen.

Se observó que al final de este proceso se obtuvo un sólido pálido lila-gris. Se agregó 2mL de H3PO4 1M para disolver y se trasvasó la disolución a un tubo de ensayo. Luego, se añadió 1mL de Na2HPO4 1M y se dividió en 5 partes iguales, en 5 tubos de ensayo.

TUBO 1: Se le añadió unos cristales de KI y se mezcló. Al poco tiempo se observó la formación de un precipitado marrón-naranja que corresponde al compuesto formado por medio de la siguiente reacción:

2Cu2+ + 5I- → 2CuI + I3-

La coloración naranja-marrón de la solución se debe a la formación del anión Triyoduro.

TUBO 2: A este tubo se le añadió gota a gota NH3 4M hasta alcanzar un pH ≈ 10. La solución se tornó azul-grisácea y se observó la formación de un precipitado azulado, producto de la siguiente reacción:

Cu2+ + NH3 + H2O → Cu(OH)2 + NH4+

La solución se torna azulada por la formación del hidróxido de cobre de este color.

TUBO 3: Se añadió 1mL de Dimetilglioxima al 1% (w/v) en etanol y luego se basificó la solución con NH3 4M. Instantáneamente se observó la formación de un precipitado rojo, por la formación de un complejo de Níquel:

Ni2+ + → Dimetilglioxima complejo con níquel color rojo

TUBO 4: Se le agregó a la disolución 1mL de AcOH 1M y 1mL de 1-nitroso-2-naftol. Se agitó y se observó la formación inmediata de un precipitado marrón naranja.

Co2+ + → Co(C10H6O2N)3

La formación de complejos nos da el precipitado marrón-naranja que se observó al hacer la reacción, y así se identifica la presencia de cobalto.

TUBO 5: Al último tubo se le agregó 2 gotas de AcOH 6M y se calentó en baño maría. Al mismo tiempo, se preparó una disolución con NH4SCN y etanol (casi el mismo volumen que la primera solución). La muestra problema se vertió en el tubo con la solución preparada de tiocianato de amonio y se observó la aparición de una coloración azul-verdosa al instante, lo que nos indica la presencia del catión cobalto:

Co2+ + 4SCN- → [CO(SCN)4]2-

El complejo formado presenta una coloración azul-azul verdoso.

En la siguiente imagen es posible observar los 5 tubos utilizados en los ensayos para la identificación de cada catión del grupo C.

Imagen 5Identificación de cationes del Grupo C

De izquierda a derecha se tiene: Tubo 1: Cobre; tubo 2: Cobre; tubo 3: Níquel; tubo 4: Cobalto; tubo 5: Cobalto.

Confirmación de Magnesio:

Para la prueba de confirmación de magnesio, se disolvió el sólido separado en HNO3 CC y se calentó casi a sequedad. Luego, se disolvió con unas gotas de agua y se añadió (NH4)2HPO4

1M y amoníaco hasta que se basificó. Luego de unos minutos se pudo observar la formación de un precipitado blanco, que confirma la presencia de magnesio. La reacción que ocurre es la siguiente:

Mg+2 + NH3 + HPO42- → Mg(NH4)PO4

Prueba de la llama:

Se acidificó la solución que se separó anteriormente con HCl cc. Se remojó la punta de la varilla de nicromo y se llevó a la llama del mechero (a la parte más caliente que es por la mitad de la llama). Se observó que la coloración de la llama cambio de un rojo intenso por unos segundos. De acuerdo a la tabla en el anexo 1, se dedujo que se trata de calcio.

Esto es posible explicar si se toma en cuenta que, al acercar la sustancia al calor, sus electrones se excitan y por tanto hay transiciones energéticas de los electrones de un nivel de energía a otro, que vienen acompañadas por absorciones y emisiones de energía. Estas emisiones de energía, se realizan en forma de luz, por lo que es posible asociar un color para cada elemento, que emitirá un color diferente de acuerdo a los saltos de sus electrones.

5. Conclusión:

Se concluye que el proceso realizado es fácil, rápido y efectivo para la identificación cualitativa de cationes, siempre y cuando su concentración este en un rango de detección determinado para el proceso, en este caso, se detectaba hasta 1 en 1000000, es decir, 1ppm.

Para el caso de los cationes del primer grupo, la separación se produce al hacerlos reaccionar con amoníaco, ya que se forman hidróxidos que precipitan y permiten diferenciarlos del resto. Luego, es posible identificar cada uno por medio reacciones de precipitación y formación de complejos.

Los cationes del grupo B es posible separarlos al hacerlos reaccionar con carbonatos, ya que de la misma manera que los del grupo A, reaccionarán con estos y formarán los carbonatos respectivos, de manera que se observará la precipitación y luego se podrá identificar cada uno por separado.

En el caso del Bario, a pesar de haber agregado las 10 gotas a la “sopa de cationes”, no se pudo identificar, posiblemente porque fue parte del precipitado que se formó inicialmente, que no fue analizado, o porque en el proceso se necesitaba que esté a una mayor concentración.

Los cationes del grupo C fueron concentrados para poder realizar un mejor análisis. Luego, fueron identificados uno por uno por medio de reacciones de precipitación y de formación de complejos característicos de estos elementos.

El método de la llama es un método efectivo que nos permite identificar la presencia de un elemento de una manera muy fácil, ya que tiene como base los saltos y las transiciones electrónicas de un nivel a otro, en las cuales se emite cierta cantidad de energía en forma de luz que se puede cuantificar. Además, cada elemento está caracterizado por un espectro, el cual es diferente para todos los elementos, es decir, podemos considerar este espectro como la “huella digital” de cada elemento.

6. Bibliografía:

- 1 Centrífuga. Imagen disponible en: http://www.solostocks.com.mx/img/lx6-centrifuga-power-spin-lx-243940z0.jpg

- Vogel’s textbook of Macro and Semi-Micro qualitative inorganic analysis 5 th Ed. Pp 193-285

ANEXO

Colores de llama de algunos elementos

ELEMENTO COLOR DE LLAMABario Verde ClaroCalcio Rojo - AnaranjadoCobre Azul verde - intensoCromo AmarilloCesio Rojo ClaroIndio Violeta - Rosado

Potasio VioletaLitio Rojo - Intenso

Sodio AmarilloPlomo Azul Gris Claro

Estroncio Rojo