Aleaciones, Cromatografa y Minerales
Qumica Analtica CualitativaAleaciones, Cromatografa y
Minerales
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I. PRESENTACINEn el Per, el anlisis cualitativo se centra en el
estudio de materiales tales como mezclas de metales (aleaciones) o
compuestos inorgnicos de origen natural (minerales). Dichos
materiales son importantes por sus propiedades fsicas, para el caso
de aleaciones, as como por los metales de los cuales se pueden
obtener, tratndose de minerales.Otro mtodo importante para
separacin e identificacin de muestras es la cromatografa, o el
mtodo cromatogrfico. Dicho mtodo tiene gran importancia para la
ciencia y la tcnica de separacin de mezclas. Se utiliza ampliamente
en la depuracin de muchos compuestos orgnicos de composicin muy
compleja, por ejemplo, de las vitaminas, de las hormonas, de los
antibiticos, etc., ello debido a pequeas diferencias en composicin
o en estructura de las sustancias. Por eso es que el mtodo
cromatogrfico de separacin es aplicable a menudo a las mezclas que
no pueden ser separadas en otra forma o se separan con gran
dificultad. Es de destacar tambin que durante la separacin
cromatogrfica las sustancias no sufren cambios qumicos y se separan
en la misma forma en que se encontraban en la mezcla inicial, lo
que tiene especial importancia durante las investigaciones
bioqumicas.El presente trabajo tiene como objetivo el anlisis
cualitativo de muestras de aleaciones y de minerales, es decir, la
identificacin de los elementos que lo conforman en su forma inica.
Tambin la utilizacin del mtodo cromatogrfico para identificar
mezclas de iones o en forma individual.
II. PARTE TERICA1) AleacionesLas aleaciones son sistemas
formados por una o varias fases, cada una de las cuales puede
componerse, a su vez, de un elemento determinado, de un compuesto
qumico o de una solucin slida de composicin variable. Las
propiedades de las aleaciones dependen tanto de su composicin, como
de su estructura.Se pueden nombras cuatro tipos principales de
aleaciones. Es particularmente importante el comportamiento de las
aleaciones ante la accin de los disolventes; en la mayora de los
casos este comportamiento se determina por las propiedades del
componente principal.a) Las aleaciones de hierro, al igual que el
propio hierro situado en la serie electromotriz a la izquierda del
hidrgeno, se disuelven generalmente en HCl diluido y concentrado,
as como en H2SO4 y en HNO3 diluidos. El cido ntrico concentrado
hace con frecuencia pasivos el hierro y sus aleaciones. En este
caso, la superficie del metal se cubre con una capa fina de xidos
que le protege contra el contacto con el cido lo que, a su vez,
hace mucho ms lenta su disolucin.
b) Las aleaciones de cobre, al igual que el propio cobre que est
situado a la derecha del hidrgeno en la serie electromotriz, son
insolubles en HCl y en H2SO4 diluidos. Por el contrario, HNO3
concentrado y diluido (durante el calentamiento) las disuelve con
facilidad.
La reaccin de interaccin del HNO3 diluidos y del cobre puede ser
representa por la ecuacin:
Si se acciona con HNO3 concentrado, se desprende NO2 en lugar de
NO:
Durante la disolucin en cido ntrico (si la concentracin es
suficientemente grande), el estao y el antimonio que entrar en la
composicin de la aleacin, dan los llamados cidos -estnnico y
metaantimnico que forman un precipitado blanco:
y
Este precipitado se disuelve notablemente en HCl concentrado y
en caliente, lo cual puede ser utilizado para la identificacin en
ste del estao y del antimonio.
c) Las aleaciones de aluminioy de magnesio se disuelven bien en
cidos. Adems, las aleaciones de aluminio como el propio aluminio se
disuelven fcilmente en lcalis fuertes, que son el mejor disolvente
para ellos:
En los lcalis se disuelven igualmente el cinc, el estao (y el
silicio).Otros componentes de la aleacin, despus de la accin del
lcali, quedan en el precipitado en forma de metales libres (o
parcialmente en forma de hidrxidos). Debido a la presencia posible
del cobre, hace falta disolver este precipitado en HNO3.
d) Aleaciones de plomo y de estao. A pesar de que el plomo se
encuentra a la izquierda del hidrgeno en la serie electromotriz, se
disuelve mal en HCl y en H2SO4 diluidos, ya que las sales poco
solubles de PbCl2 y PbSO4, que se forman durante este proceso,
depositndose sobre la superficie del metal, lo protegen contra la
accin sucesiva del cido. Por eso para la disolucin de las
aleaciones de plomo y de estao es necesario utilizar HNO3 y
efectuar la reaccin por calentamiento. Entonces, el Sn y el Sb que
entran en la composicin de la aleacin estudiada, pasan al
precipitado en forma de H2SnO3 y de HSbO3.Tipo de aleacinAleaciones
de Hierro (aleaciones ferrosas)Aleaciones de cobre (aleaciones no
ferrosas)Aleaciones de aluminio y de magnesio (aleaciones
ligeras)Aleaciones de plomo y estao (aleaciones pesadas)
DenominacinHierro fundido, aceros, ferroaleaciones, algunas
aleaciones extradurasBronces, latones, millechort, plata
alemanaDuraluminio, magnalio, etc.Babbitts, aleaciones para soldar,
aleaciones para caracteres de imprenta.
Metal baseHierroCobreAluminio, magnesioPlomo, estao
ComposicinFe, Mn, Ni, Cr, V, Co, Mo, Cu, W, Al, Ti (C, P, Si,
S)Cu, Sn, Zn, Pb, Cd, Sb, Al, Mn, Fe, Ni (P)Al, Mg, Ca, Cu, Mn, Ni,
Fe, Zn, Sn, (Cd, Si)Pb, Sn, Cu, Fe, Cd, Zn, Sb, (Ca, Na)
ColorGris oscuro (de acero), a veces casi negroDorado, amarillo,
blanco-argentadoBlanco-argentadoGris, gris-azulenco,
blanco-argentado
Densidad (g/cm3)7-91.8-2.78.5-11.5
DisolventeH2SO4, HCl, HCl+HNO3 y otrosHNO3NaOH, HCl,
H2SO4HNO3
CromatografaLa cromatografa es la tcnica que separa una mezcla
de solutos basada en la velocidad de desplazamiento diferencial de
los mismos que se establece al ser arrastrados por una fase mvil
(liquida o gaseosa) a travs de un lecho cromatogrfico que contiene
la fase estacionaria, la cual puede ser slida o lquida.Hay que
indicar que el nombre de la tcnica es incorrecto, ya que no
consiste en escribir con colores. Este nombre proviene de la
primera experiencia cromatogrfica realizada, la cual se utilizo
para separar pigmentos coloreados de plantas. La cromatografa fue
descubierta por el botnico ruso de origen italiano Mijail Tswett en
1903. Tswett separo los pigmentos de las plantas (clorofila)
vertiendo extracto de hojas verde en ter de petrleo sobre una
columna de carbonato de calcio en polvo en el interior de una
probeta. No obstante, no existen datos sobre la utilizacin de esta
tcnica hasta 1930 cuando khun y Lederer separaron tambin pigmentos
de las plantas usando como adsorbentes almina y carbonato de
calcio. Fue a partir de ah cuando se inicio el verdadero desarrollo
de la cromatografa.La cromatografa es probablemente la ms verstil
de las tcnicas de separacin: es aplicable a cualquier mezcla
soluble o voltil. De hecho las tcnicas de separacin suelen
dividirse en dos grandes grupos: cromatograficas y no
cromatograficas. La eleccin de una tcnica cromatogrfica concreta
depender de la naturaleza y cantidad de la muestra, del objetivo de
la separacin y de las limitaciones del tiempo y equipo
asequiblePuede hacerse una primera distincin entra las tcnicas
cromatogrficas atendiendo a la integracin continua o no del sistema
de deteccin. As, la cromatografia no conlleva a un sistema de
deteccin, mientras que cualquier cromatgrafo de lquidos o gases
lleva incorporado dicho sistema siendo, por tanto, autnticos
instrumentos.Clasificaciones:Para clasificar globalmente los
procesos cromatogrficos es necesario atender a dos criterios
bsicos: Fundamento del proceso cromatogrfico, lo que conduce a los
tipos de cromatografas Forma de realizar el proceso cromatogrfico,
es decir, lo que constituye las distintas tcnicas
cromatografasTipos de cromatografas:Si es un slido, cabe distinguir
entre:Cromatografa de adsorcin:El slido adsorbe al componente que
inicialmente estaba en fase mvil (liquida o gaseosa) (Fuerzas de
Van der Waals)Cromatografa de cambio inico:el slido es un cambiador
de iones (fuerzas electrostticas)Cromatografa de exclusin (o de
geles), el slido es un gel formado por polmeros no inicos porosos
que retienen a las molculas de soluto segn su tamao.Cromatografa de
afinidad:es un tipo especial de cromatografa de adsorcin, utilizada
especialmente en bioqumica, en la que un slido tiene enlazado un
llamado ligando de afinidad que puede ser por ejemplo, un indicador
enzimtico o un anticuerpoSi es un lquido que se encuentra soportado
en un slido inerte, se trata de la Cromatografa de particin. El
soluto se reparte entra la fase mvil (liquido o gas) y la fase
estacionaria.Segn la naturaleza de la fase mvil, la tcnica
cromatografa correspondiente recibe el nombre de dicha fase mvil:Si
es un lquido, cromatografa liquida, cabe distinguir:Cromatografa
liquido-liquido (CLL)en la que ambas fases son liquidas y, por
tanto, se trata de una cromatografa de particin.Cromatografa
liquido-slido (CLS)en la que la fase estacionaria es slida
(adsorcin, cambio inica, exclusin, afinidad).Si es un gas,
cromatografa de gases, puede ser:Cromatografa gas-liquido (CGL),
que es una cromatografa de particin.Cromatografa gas-slido (CGS),
que es una cromatografa de adsorcin.Si es un fluido supercrtico,
(fluido calentado a una temperatura superior a la temperatura
crtica, pero simultneamente comprimido a una presin mayor que su
presin critica), se trata de la cromatografa de fluidos
supercrticos (CFS), que puede ser de particin o de adsorcin.Tcnicas
cromatogrficas:Segn la forma de llevar a cabo la separacin
cromatogrfica, es decir, segn el dispositivo utilizado para
conseguir entre la fase mvil y la estacionaria, cabe distinguir dos
tipos de tcnicas cromatogrficas: en columna y plana.Cromatografa en
columna: Se utiliza un tubo cilndrico, en cuyo interior se coloca
la fase estacionaria y a su travs se hace pasar la fase mvil. El
flujo de la fase mvil (liquido o gas) a travs de la estacionaria se
consigue: 1)por presin, 2)por capilaridad, 3) por gravedad.Es de
destacar que en la actualidad, aunque incorrectamente, el trmino de
cromatografia en columna suele aplicarse a la cromatografia liquida
para distinguirla de la cromatografia plana ya que, obviamente la
cromatografia de gases solo puede realizarse en
columna.Cromatografia plana: La fase estacionaria esta colocada en
una superficie plana que en realidad es tridimensional, aunque una
de sus dimensiones es muy reducida, por lo que puede considerarse
bidimendional. Se divide en dos tipos generales:Cromatografia en
papel: en la que el papel acta como soporte de la fase estacionaria
(cromatografia de particin).Cromatografa en capa fina:en la que un
slido acta como fase estacionaria (cromatografa de particin), se
extiende en una capa delgada sobre una placa, generalmente de
vidrio.El flujo de la fase mvil puede conseguirse de dos formas: 1)
por capilaridad (cromatografa horizontal y ascendente) y 2) por
capilaridad y gravedad (cromatografa descendente). En la
cromatografa plana queda excluido el uso de un gas como fase mvil,
por lo que sta siempre es lquida.Cromatografa de ParticinEsta
cromatografa se basa en el fenmeno de la distribucin de sustancias
disueltas entre dos solventes que no se mezclan el uno con el otro.
Si se mezcla la solucin acuosa de bromo (Br2) con el cloroformo
(CHCl3), resulta que debido a que el bromo se disuelve mejor en el
cloroformo que en el agua, ese pasar a la capa de cloroformo que
tomar un color naranja vivo. El color de la solucin, al contrario,
se har menos intenso. Al fin se establece un estado de equilibrio
en el cual la relacin entre la concentracin de bromo en el
disolvente orgnico (Co) y en el agua (Ca) ser igual a una magnitud
constante D que se llama coeficiente de distribucin (o de
particin). La ley de distribucin se expresa por la frmula:
Dicho proceso de extraccin de una sustancia de solucin en un
disolvente dado a la capa en otro disolvente, se usa muy a menudo
en el anlisis. Por medio de la extraccin se logra concentrar la
sustancia disuelta y de esta manera intensificar el color
condicionado por su presencia, lo que hace ms sensible la reaccin
correspondiente. A veces la extraccin se usa por ser la sustancia
dada qumicamente ms estable en una solucin orgnica que en una
solucin acuosa. Este proceso se usa tambin para separar unos iones
de otros.Para obtener cromatogramas de particin en la columna se
introduce una sustancia inerte, un portador sobre cuya superficie
se retiene uno u otro disolvente (disolvente fijo). En la columna
se introduce la solucin de sustancias que queramos separar hecha
con un solvente (disolvente mvil) que no se mezcla con el
disolvente fijo. En los poros del portador se realiza continuamente
la distribucin de las sustancias disueltas entre ambos disolventes
y aquellas sustancias cuyo coeficiente de distribucin sea mayor (es
decir, los que mejor se disuelvan en el disolvente mvil) se
desplazan hacia el fondo de la columna ms rpidamente que las
sustancias cuyo valor D sea menor. Al fin se obtiene un
cromatograma que contiene zonas de los compuestos de la mezcla a
analizar, separadas una e otra en el espacio. Como portador en la
cromatografa de particin se utilizan tambin tiras (u hojas) de
papel de filtro que contengan sustancias minerales (cromatografa
sobre papel).El aparato necesario para realizar la cromatografa
sobre papel est representado en la figura de la izquierda. a.
Aparato para la cromatografa sobre papel 1. Tubo de ensayo 2. Tapn
con un gancho para fijar el papel, 3. Tira de papel de filtro 4.
Disolvente b.Cromatograma despus del lavado.Sobre una cinta de
papel se pone una gota de solucin acuosa y despus la cinta se
suspende de un gancho dentro del tubo de ensayo sumergiendo el
extremo estrecho del papel en la capa del disolvente orgnico
(alcoholo butlico, por ejemplo). Absorbido por el papel el
disolvente sube y todos los componentes de la mezcla se desplazan
en la misma direccin pero con distintas velocidades. Pasado algn
tiempo el papel se seca y se revela usando algn reactivo adecuado
que forme con los iones detectados compuestos de distintos
colores.El mtodo cromatogrfico de anlisis tiene una serie de
ventajas apreciables. La separacin de los iones aqu se obtiene
colocando la solucin a analizar dentro de la columna y lavando
dicha columna. La identificacin de algunos iones a veces ni
siquiera requiere la utilizacin de reactivos sino que puede
realizarse por su color propio. Pero hasta en el caso de que los
iones utilizados sean incoloros, revelando el cromatograma con
ayuda de algn reactivo es posible a menudo identificar la presencia
no de uno sino de varios iones a la vez. Todo esto facilita y
acelera considerablemente la realizacin de los anlisis.CatinRf
(bibliografa)Color
Nquel0.09Azul
Cobalto0.43Pardo
Cobre0.61 0.80Verde
Hierro0.97Marrn oscuro
III. PARTE PRCTICA
a) Anlisis cromatogrfico
Materiales a usar: Cmara cromatogrfica. Tubo de ensayo con tapn
Capilares Papel Whatman N 1, embudo de vstago largo Reactivos:
Eluyente: 90 mL de acetona + 5 mL de agua + 5 mL de HCl 12 M.
Revelador cido rubenico 0.1 % (solvente etanol)
Procedimiento: Preparacin del cromatogramaSe cort el papel
Whatman N 1 cuyo ancho fue de 1.5 cm aproximadamente y una altura
de acuerdo al tubo de ensayo. Se coloc la tira cortada dentro de un
tubo sujetado al tapn mediante un gancho (clip), de manera que el
extremo cortado toque el fondo del tubo.Se traz una lnea paralela
al borde inferior ms ancho del papel y en ella se coloc la muestra
a determinar utilizando un capilar. Se dej secar.
Preparacin de la cmara cromatogrficaSe coloc el eluyente en la
cmara. Se introdujo el cromatograma a correr, se tapa la cmara y se
dej hasta que alcanz la altura deseada.
CromatogramaLuego que el eluyente a lleg a 2 cm del borde
superior del papel se retir de la cmara y aun hmedo se marc con
lpiz la lnea alcanzada, llamada frente. Se dej secar y se procedi a
caracterizar las manchas que aparecieron a distintas alturas (si se
trata de mezclas).
Se roci revelador (cido rubenico) a los cromatogramas y luego de
secar se expusieron a vapores de NH3.*Este procedimiento se realiz
para los iones Ni, Co, Cu y Fe (III) as como de una mezcla de los 4
ionesIV. RESULTADOSa) Cromatografa
V. DISCUSIN DE RESULTADOSSe compararon los valores
experimentales obtenidos en la prctica con los valores tericos, que
se muestran a continuacin, determinados por Pollar, Mc Omie y
Buscarons:CatinRf (bibliografa)Color
Nquel0.09Azul
Cobalto0.43Pardo
Cobre0.61 0.80Verde
Hierro0.97Marrn oscuro
Se obtuvieron los porcentajes de error
respectivos:Ni2+:Co2+:Cu2+:El valor se encuentra dentro del rango
Fe3+:Para la mezcla de los 4 iones:Ni2+:Co2+:Cu2+:El valor se
encuentra dentro del rango Fe3+:Estos valores pueden deberse a la
no muy buena manipulacin de los cromatogramas. Las muestras no
siguieron una ruta en lnea recta y se desviaron, de tal manera que
a la hora de calcular el Rf experimental este saliera ms pequeo que
el Rf terico. En algunos casos, se utiliz un mismo capilar,
obteniendo cromatogramas con ms de un color interfiriendo en la
observacin de la mancha del in a analizar, esto sucedi en el
cromatograma del Cu, Fe y Ni.
VI. BIBLIOGRAFA Semimicroanlisis Qumico Cualitativo, V.N.
Alexeiev, Editorial MIR, 1 Edicin, 1975.Pginas 68 75, 622 627.
