unidad 6 quimica analitica metodos gavimetricos de analisis (completa)

Instituto Tecnológico superior deCoatzacoalcos.

Unidad: 6Fecha de Edición:DICIEMBRE 04 de 2015

Departamento:Ingeniería Química.Materia: Química Analítica Docente: I.Q. María del Carmen Martínez Santos.Alumno: Juan Pablo Contreras Beltrán Matricula: 15080230Semestre: 2° Grupo: “A” Actividad: UNIDAD 6 MÉTODOS GRAVIMETRICOS DE ANÁLISIS

INDICE

ContenidoINTRODUCCIÓN........................................................................................................................................................2

6.1 CONCEPTO Y CLASIFICACIÓN DE LOS METODOS GRAVIMETRICOS....................................................................3

6.2 ESTEQUIOMETRÍA Y FACTORES GRAVIMÉTRICOS...............................................................................................5

6.3 APLICACIONES DE LOS MÉTODOS GRAVIMÉTRICOS...........................................................................................8

1.- Ejercicios propuestos de Gravimetría..................................................................................................................9

2.- Ejercicios Propuestos de Gravimetría................................................................................................................12

CONCLUSIÓN..........................................................................................................................................................14

BIBLIOGRAFÍA.........................................................................................................................................................14

1




INTRODUCCIÓNEl análisis gravimétrico está basado en la Ley de las proporciones definidas, que establece que, en cualquier compuesto puro, las proporciones en peso de los elementos constituyentes siempre son las mismas, y en la Ley de la consistencia de la composición, que establece que las masas de los elementos que toman parte en un cambio químico muestran una relación definida e invariable entre sí. Por lo tanto debe complementar como prioridad la química analítica.

El análisis gravimétrico consiste en determinar la cantidad proporcionada de un elemento, radical o compuesto presente en una muestra, eliminando todas las sustancias que interfieren y convirtiendo el constituyente o componente deseado en un compuesto de composición definida, que sea susceptible de pesarse.

Los cálculos se realizan con base en los pesos atómicos y moleculares, y se fundamentan en una constancia en la composición de sustancias puras y en las relaciones ponderales (estequiometría) de las reacciones químicas.

2




6.1 CONCEPTO Y CLASIFICACION DE LOS METODOS GRAVIMETRICOS Se entiende por análisis gravimétricos el conjunto de técnicas de análisis en las que se mide la masa de un producto para determinar la masa de un analito presente en una muestra. Se cuentan entre los métodos más exactos de la Química Analítica Cuantitativa.

METODOS DE PRECIPITACIÓN

En éste método el analito se convierte en un precipitado poco soluble. Este precipitado se filtra, se lava para eliminar impurezas y se convierte en un producto de composición conocida mediante el tratamiento térmico adecuado y finalmente, se pesa.

MÉTODOS DE VOLATIZACIÓN

En éste método el analito o sus productos de descomposición se volatizan a una temperatura adecuada. El producto volátil se recoge y se pesa o, como opción, se determina la masa del producto de manera indirecta por la perdida de masa en la muestra. Un ejemplo de este método es el cálculo del contenido de hidrógeno carbonato de sodio en las tabletas de un antiácido.

PROPIEDADES DE LOS PRECIPITADOS Y DE LOS REACTIVOS PRECIPITANTES

Un agente precipitante gravimétrico debería reaccionar especificamente o al menos selectivamente con el analito. Son raros los reactivos especificos que reaccionan sólo con una especie química. Los reactivos selectivos más comunes reaccionan sólo con un número limitado de especies. Además dd la especificidad o la selectividad, el reactivo precipitante ideal debería reaccionar con el analito para formar un producto tal que:

Se pueda filtrar y lavar fácilmente para quedar libre de contaminantes

Tenga una solubilidad lo suficientemente baja para que no haya pérdidas importantes durante la filtración y el secado.

No reaccione con los componentes atmosféricos.

Tenga una composición conocida después de secarlo o de calcinarlo, si fuera necesario.

Tamaño de partícula y capacidad de filtración de los precipitados

En el trabajo gravimétrico se prefieren los precipitados fromados por partrículas grandes ya que son más fáciles de filtrar y lavar para eliminar impurezas. Además este tipo de precipitados generalmente son más puros que los formados por partículas finas.

3




El tamaño de las particulas de los sólidos formados por precipotación es sumamente variable, tenemos:

Suspensiones coloidales: cuyas finas partículas no son visibles a simple vista y no tienden a s ni se filtran con facilidad.

Suspensión cristalina: tienden a sedimentar espontáneamente y pueden filtrarse con facilidad.

El tamaño de la partícula está relacionado con una propiedad del sistema denominada sobresaturación relativa:

Sobresaturación relativa = (Q – S)/S

Q = concnetración del soluto en cualquier momento S = solubilidad en equilibrio

Coloide: sólido formado por partículas cuyo diámetro es menor que 10-4 cm

Solución sobresaturada: es una solución inestable que contiene más soluto que una solución saturada. Con el tiempo, La sobresaturación se alivia por la precipitación del exceso de soluto.

Formación de los precipitados

Los precipitados se forman por nucleación y por crecim iento de partícula. Si predomina la nucleación, se produce un gran número de partículas muy pequeñas. Si predomina el crecimiento de partícula, se obtiene menor número de partículas pero de mayor tamaño.

Nucleación: proceso en el cual se junta un número mínimo de átomos, iones o moléculas para formar un sólido estable.

Precipitados coloides: Es posible coagular o aglomerar las partículas individuales de la mayoría de los coloides para obtener una masa amorfa, fácil de filtrar, que sedimenta. Se puede lograr la coagulación por medio del calentamiento, la agitación y la adición de un electrolito al medio. Las soluciones coloidales son estables debido a que todas las partículas presentes tienen carga positiva o negativa, como resultado de los cationes o aniones que están unidos a la superficie de las mismas.

Peptización: es el proceso mediante el cual un coloide coagulado regresa a su estado original disperso.

Digestión: es un proceso en el cual se calienta un precipitado, durante una hora o más, en la solución de la cual se formó.

Licor madre: es la solución en la que se forma el precipitado

4




5



Departamento:Ingeniería Química.Materia: Química Analítica Docente: I.Q. María del Carmen Martínez Santos.Alumno: Juan Pablo Contreras Beltrán Matricula: 15080230Semestre: 2° Grupo: “A” Actividad: UNIDAD 6 GRAVIMETRIA MÉTODOS GRAVIMETRICOS DE ANÁLISIS

6.2 ESTEQUIOMETRÍA Y FACTORES GRAVIMÉTRICOS. La estequiometría es el estudio de las proporciones en las que reaccionan las especies químicas. Cuando se considera una ecuación balanceada, los coeficientes que afectan a las especies intervinientes (reactivos y productos) expresan el número de moléculas y/o átomos necesarios para obtener una cantidad determinada de moléculas y/o átomos de los productos. Estos coeficientes pueden ser considerados como moles (pesos moleculares expresados en gramos) o átomo-gramos (pesos atómicos expresados en gramos); en el caso de las especies gaseosas sabemos que cada mol de gas ocupa un volumen de 22,414 l en CNPT, en el caso de las especies líquidas es necesario conocer su densidad para poder obtener el volumen a través de la relación:

V= masa

Densidad

Por ejemplo:Para la reacción de oxidación de la pirita en ambiente de O2, calcular:

a) El número de moles de FeS2 requeridos para obtener un mol de Fe2O3.b) Los gramos de O2 necesarios para reaccionar con dos moles de FeS2.c) Los milimoles de SO2 equivalentes a 0,320 g de O2.d) El volumen de SO2 desprendido en la reacción, medido en CNPT.

4 FeS2 + 11 O2 <===> 2 Fe2O3 + 8 SO2Respuesta:

a) 2 moles Fe2O3 --------- 4 moles FeS2

1 mol Fe2O3 ----------- x = 2 moles FeS2

b) 4 moles FeS2 --------- (11 x 32) g O2

2 moles FeS2 --------- x = 176 g O2

c) (11 x 32) mg O2 --------- 8 milimoles SO2

320 mg O2 --------- x = 7,27 milimoles de SO2

d) 1 mol SO2 (CNPT) -------- 22,414 l8 moles SO2 (CNPT) ------ x = 179,312 l

6




Factor gravimétrico El factor gravimétrico es una cantidad adimensional, resultado de la relación estequiométrica entre dos especies químicas.

1.- El factor gravimétrico está representado siempre por el peso atómico o el peso fórmula de la sustancia buscada por numerador y el peso de la sustancia pesada por denominador.

2.- Aunque la conversión de la sustancia que se busca en la que se pesa se verifica mediante una serie de reacciones, solamente estas dos sustancias están implicadas en el cálculo del factor; no se tienen en cuenta las sustancias intermedias.

3.- El número de veces que los pesos atómicos o formulares de las sustancias figuran en el numerador y en el denominador del factor, debe representar la estequiometría de la reacción química que se lleva a cabo.Es útil cuando se realizan análisis químicos en los que el compuesto obtenido por análisis de un determinado elemento difiere del modo en que se desea expresar el resultado del mismo, por ejemplo:

“Se analiza una muestra de esfalerita impura (ZnS) que pesa 0,5000 g, y como resultado del análisis se obtiene un precipitado de Zn2P2O7 cuyo peso es de 0,587 g. ¿Cuál será el porcentaje de ZnS puro en la muestra original?”

Se requiere que el resultado se exprese como porcentaje de ZnS puro pero el resultado analítico está dado como Zn2P2O7; es posible hallar la relación entre el contenido de Zn de ambas especies: pirofosfato (encontrado por análisis) y ZnS (buscado), conociendo los respectivos pesos moleculares. Ésta es una relación constante, así:

304,8 g Zn2P2O7 (PM) contienen ------------------- 2 x 97,4 g ZnS (2 PM)194,8

0,587 g Zn2P2O7 (encontrado por análisis) ------- x = -------- x 0,587 = 0,375 g ZnS304,8

7




La relación 194,8/304,8 = 0,6391 es la relación entre el PM de la forma buscada/PM de la forma encontrada y es lo que se denomina factor gravimétrico, que es una constante.El valor del f.g. se debe dar con cuatro decimales, y puede ser mayor o menor a 1.Así, considerando las relaciones estequiométricas entre ambas especies, en general:

PM buscado f.g. = --------------------

PM encontradoPara completar el ejemplo, una vez obtenido el peso expresado en al forma deseada, se lo refiere al peso de la muestra original, que es el 100% analizado.

0,5000 g de muestra ------------ 0,375 g ZnS puro100 g de muestra ------------ x = 75% ZnS puro

ó

0,500 g de muestra ---------- 100% de muestra 0,375 g de ZnS puro ---------- x = 75% de muestra

Estos dos planteos pueden combinarse en uno solo del siguiente modo: peso

obtenido por análisis x factor gravimétrico x 100% buscado = ---------------------------------------------------------------------

peso de la muestra original

Para este caso:

0,587 g x 0,6391 x 100%ZnS = ------------------------------ = 75% 0,5000 g

Generalizando, el f.g. será la relación entre el PM o el PA de la forma buscada para expresar el contenido y el PM o el PA de la forma encontrada por análisis, multiplicando el numerador y/o el denominador por el coeficiente necesario para que haya igual cantidad del elemento de interés en ambos.

Otro ejemplo es el caso en que se obtiene un precipitado de Fe2O3 y se lo quiere expresar como Fe elemental, el f.g. será:

2 x PA Fe f.g. = -----------------

PM Fe2O3

8




6.3 APLICACIONES DE LOS MÉTODOS GRAVIMÉTRICOSLos métodos gravimétricos se han desarrollado para la mayor parte de los aniones y cationes inorgánicos, así como para especies neutras como agua, dióxido de azufre, dióxido de carbono y yodo. Tambien pueden determinarse facilmente diversas sustancias orgánicas por estos métodos gravimétricos. Por ejemplo: lactosa en productos lácteos, silicatos en preparación de fármacos, fenolftaleína en laxantes, nicotina en pesticidas.

Los métodos gravimétricos no requieren de la etapa de estandarización debido a que los resultados se calculan directamente a partir de los datos experimentales y las masas molares.

Aplicaciones:

Determinación de lactosa en productos lácteos. Determinación de salicilatos en fármacos. Determinación de Fenolftaleína en laxantes. Determinación de Nicotina. Determinación de colesterol.

9




1.- Ejercicios propuestos de Gravimetría1.- En una muestra de 0,5524 g de un mineral se precipitó en forma de sulfato de plomo. El precipitado se lavó, secó y se encontró que pesaba 0,4425 g. Calcule:

a) El porcentaje de plomo en la muestra.b) El porcentaje expresado como Pb3O4.

Solución:Se puede calcular en un solo paso el porcentaje de plomo a partir de la ecuación:

Pb= masa del precipitado∗factor gravimétricomasa de la muestra

∗100

De la siguiente manera:

Pb=0,4425 gPbSO4∗(207 ,21 gPb

303 ,25 gPbSO4 )0,5524 g

∗100=54 ,73 Pb

Para el cálculo del porcentaje de Pb3O4 se sigue el mismo procedimiento, así:

Pb3O4=

0,4425 gPbSO4∗(685 ,56 gPb3O4

303 ,25 gPbSO4)∗1

3

0,5524 g∗100=60 ,36 Pb3O4

2.- Determine la solubilidad molar del cromato de plata (Ag2CrO4). Determine además la cantidad de iones plata que pueden estar disueltos en 500 mL de solución preparada si Kps = 2×10-12.

Solución:Para determinar la solubilidad molar del Ag2CrO4 se debe plantear una ecuación de equilibrio para la disociación de la sal:

Ag2CrO4⇔2 Ag++CrO42−

x 2x x

Debido a que se forma 1 mol de CrO42- por cada mol de Ag2CrO4, la solubilidad molar del Ag2CrO4 es

igual a:

Solubilidad de Ag2CrO4= [CrO42− ]

10




Entonces, a partir de la ecuación de equilibrio se tiene que:

Kps= [ Ag+ ]2 [CrO42− ]=2×10−12

2×10−12=(2x )2 x2×10−12=4x2∗x=4x3

x= 3√ 2×10−12

4=7,94×10−5

Solubilidad de Ag2CrO4= 7,94×10-5 mol/L

Luego, el cálculo de la cantidad de iones plata se realiza a patir de la concentración del Ag+.[ Ag+ ]=2x=2∗7,94×10−5mol/L=1,588×10−4mol /L

Nº iones Ag+=1,588×10−4 molAg+

L∗0,5 L∗6,02×1023 iones Ag+

1molAg+ =4,67×1019 iones Ag+

3.- Calcule la solubilidad molar de Mg(OH)2 en agua.

Solución:Debido a que en una disolución de Mg(OH)2 encontramos dos equilibrios simultáneos, el de la disociación del hidróxido y el de autorización del agua, se debe considerar resolver el ejercicio por medio de los pasos planteados para equilibrios múltiples. De esta manera se tiene:

Paso 1: Equilibrios pertinentes.

Mg (OH )2(s )⇔Mg2+(ac )+2OH− (ac )2H2O⇔H3O

++OH−

Paso 2: Definición de incógnitas.Debido a que se forma 1 mol de Mg2+ por cada mol de Mg(OH)2, la solubilidad molar del hidróxido es igual a:

Solubilidad de Mg(OH)2 = [Mg2+ ]

Paso 3: Expresiones de la constante de equilibrio.Kps= [Mg2+ ] [OH− ]2=7,1×10−12

11



Departamento:Ingeniería Química.Materia: Química Analítica Docente: I.Q. María del Carmen Martínez Santos.Alumno: Juan Pablo Contreras Beltrán Matricula: 15080230Semestre: 2° Grupo: “A” Actividad: UNIDAD 6 GRAVIMETRIA MÉTODOS GRAVIMETRICOS DE ANÁLISISKw= [H3O

+ ] [OH− ]=1,00×10−14

Paso 4: Expresión de balance de masa.

Para una sal ligeramente soluble con una estequiometría 1:1, la concentración de equilibrio del catión es igual a la concentración de equilibrio del anión. Como se muestra en las ecuaciones de equilibrio, hay dos fuentes de iones hidróxido: Mg(OH)2 y H2O. El ión hidróxido que proviene de la disociación de Mg(OH)2 es el doble de la concentración del ión magnesio:

Mg (OH )2(s )⇔Mg2+ (ac )+2OH− (ac )x x 2x

De acuerdo a lo anterior:[Mg2+ ]=x y [OH− ]=2x=2 [Mg2+ ]

Mientras que el ión hidróxido que proviene de la disociación del agua es igual a la concentración de ión hidronio. Entonces, la expresión del balance de masas constituye la sumatoria de la concentración de hidróxido que se produce a partir de ambas disociaciones, así:

[OH− ]=2 [Mg2+ ]+[H 3O+ ] (1)

Paso 5: Expresión de balance de cargas.[OH− ]=2 [Mg2+ ]+[H 3O

+ ]

Paso 6: Número de ecuaciones independientes y de incógnitas.Se han planteado 3 ecuaciones algebraicas independientes (Kps, Kw y la del balance de masas) y se

tienen además 3 incógnitas ([OH− ] , [Mg2+ ] y [H3O

+ ] ), por lo tanto el problema tiene solución.

Paso 7: Aproximaciones.Solo se pueden hacer aproximaciones en la ecuación del balance de masas y de balance de cargas, nunca en las expresiones de las constantes de equilibrio. Por otro lado, el valor de la constante del producto de solubilidad del Mg(OH)2 es grande, por lo cual la solución es básica; entonces se puede hacer la siguiente suposición:

[OH− ] >> [H3O+ ]

Así que la concentración de hidronio se desprecia de la ecuación del balance de masa, obteniéndose:[OH− ]≈2 [Mg2+ ] (2)

12




Paso 8: Solución de ecuaciones.Al sustituir la ecuación 2 en la ecuación de Kps se obtiene:

Kps= [Mg2+ ] [OH− ]2

7,1×10−12=[Mg2+] ( 2 [Mg2+ ] )2

7,1×10−12=[Mg2+] 4 [Mg2+]2=4 [Mg2+]3

[Mg2+ ]=3√7,1×10−12

4=1,21×10−4mol /L

Así: Solubilidad de Mg(OH)2 = 1,21×10-4 mol/L

Paso 9: Verificar suposiciones.

[OH− ]=2 [Mg2+ ]=2∗1,21×10−4mol/L=2,42×10−4mol/ L

Kw= [H3O+ ] [OH− ]=1,00×10−14

1,00×10−14=[H 3O+ ] [OH− ]=[H3O

+ ]∗2,42×10−4

[H3O+ ] =1,00×10−14

2,42×10−4 =4,13×10−11mol/L

Por lo tanto: [OH− ] >> [H3O

+ ]

2.- Ejercicios Propuestos de Gravimetría1.- En una muestra de 200,0 mL de agua natural se determinó el contenido de calcio mediante la precipitación del catión como CaC2O4. El precipitado se filtró, se lavó y se calcinó en un crisol cuya masa, vacío, fue de 26,6002 g. La masa del crisol más el CaO (57,077 g/mol) fue de 26,7134 g. Calcular la concentración de Ca (40,078 g/mol) en gramos por 100 mL de agua.

R: 0,04045 g/100mL

2.- El aluminio presente en 1,200 g de una muestra impura de sulfato de aluminio y amonio se precipitó con amoníaco acuoso, como Al2O3 . xH2O hidratado. Se filtró el precipitado y se calcinó a 1000 ºC para formar Al2O3 anhidro, cuyo peso fue de 0,1798 g. exprese los resultados de este análisis en términos de:

a) % NH4Al(SO4)2.

13




b) % Al2O3.c) % Al.

R: 69,69 %NH4Al(SO4)2, 14,98 %Al2O3, 7,926 %Al.

3.- Una muestra de 0,2356 g que solo contiene NaCl (58,44 g/mol) y BaCl2 (208,23 g/mol) produjo 0,4637 g de AgCl seco (143,32 g/mol). Calcule el porcentaje de cada compuesto halogenado en la muestra.

R: 55,01 %NaCl, 44,99 %BaCl2.

4.- Una muestra de 0,624 g que consistía solamente de oxalato de calcio y oxalato de magnesio se calentó a 500 ºC convirtiendo las dos sales en carbonato de calcio y carbonato de magnesio. La muestra pesó 0,483 g.

a) Encuentre los porcentajes de oxalato de calcio y oxalato de magnesio en la muestra.b) Si la muestra se calentara a 900 ºC dando como productos óxidos de calcio u de magnesio,

¿Cuánto pesaría la mezcla de óxidos?R: 76,3 % CaC2O4, 23,64 % MgC2O4, 0,261 g.

5.- El mercurio contenido en 0,7152 g de una muestra se precipitó con un exceso de ácido paraperiódico, H5IO6:

5Hg2++2H5 IO6→Hg5( IO6 )2+10H+

El precipitado se filtró, se lavó para eliminar el agente precipitante, y se secó, su peso fue de 0,3408 g. calcule el porcentaje de Hg2Cl2 en la muestra.

R: 38,82 % Hg2Cl2.

6.- Encuentre la masa expresada en mg de yoduro presente en 1,50 L de Ba(IO3)2 a un Kps de 2,0×10-9.R: 302,28 mg I-.

7.- Calcule la solubilidad molar del oxalato de calcio en una solución amortiguadora para mantener el pH constante e igual a 4,00.R: 7,0×10-5 mol/L

14




CONCLUSIÓNEn esta materia de química analítica, el análisis gravimétrico o gravimetría es la parte fundamental para los análisis químicos cuantitativos en determinar la cantidad proporcionada de un elemento, radical o compuesto presente en una muestra, siendo vital en esta área de la ingeniería química como tal debe ponerse en los primeros lugares de prioridad a realizar.

La gravimetría es un método analítico cuantitativo, es decir, que determina la cantidad de sustancia, midiendo el peso de la misma con una balanza analítica y por último sin llevar a cabo el análisis porvolatilización.

BIBLIOGRAFÍA Skoog, West, Holler, Crouch. Química Analítica. México: Mc Graw - Hill, 7ma. edición,

2001.

Rubinson, Rubinson. Química Analítica Contemporánea. México: Pearson Educación, 1ra. edición, 2000.

Cálculos de Química Analítica. México: McGraw Hill, 7ma. edición, 1981.

Perry, Robert H. (Ed. In Chief), Perry, S. Chemical Engineers Handbook. McGraw Hill

15

unidad 6 quimica analitica metodos gavimetricos de analisis (completa)

Documents