UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENÍERIA FACULTAD DE INGENIERIA QUÍMICA Y TEXTIL

Área Académica de Ingeniería Química

INFORME N° 02

LABORATORIO DE ANALISIS QUIMICO CUALITATIVOQU 517-B

TÍTULO: MARCHA ANALITICA DE SEPARACION DE CATIONES DE GRUPOS

REALIZADO POR:

Guardia Matos, Santiago Mayorga Herrera, Paul Ortiz Huanca, Juan Yanac Hurtado, Alexander

NOTA:

Profesor responsable de la práctica:

Ing. Jaime J. Flores Ramos

Periodo Académico: 2015-IFecha de entrega: 06/04/2015

LIMA – PERÚ2015

MARCHA ANALITICA DE SEPARACION DE CATIONES EN GRUPOS

OBJETIVOS:

- Obtener de una muestra general los diferentes grupos de cationes.

FUNDAMENTO TEORICO:

GENERALIDADES SOBRE LA MARCHA ANALÍTICA:

El método ideal para la determinación de la presencia de un cierto ión en una solución,

consiste en utilizar reactivos específicos de dicho ión, ello implica disponer de una cierta cantidad de reactivos, uno para cada ión, lo que es bastante difícil de lograr. Con el fin de utilizar el mínimo número de reactivos y que además no se produzcan interferencias, se han desarrollado las llamadas Marchas Analíticas, ya sea de aniones o cationes. La Marcha Analítica de Cationes más empleada, es la que desarrollara Bunsen en el siglo pasado. En dicha Marcha, se clasifican los cationes de cinco grupos. Cada grupo es separado de los demás, mediante el agregado de reactivos específicos de cada grupo, los cuales precipitan los cationes correspondientes en forma específica, es decir, el reactivo de un grupo precipita los cationes correspondientes a dicho grupo, pero los cationes de los demás grupos quedan en solución.

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

Los reactivos de grupo, se agregan en forma sucesiva, separando cada precipitado antes de agregar a la solución sobrenadante, el reactivo correspondiente al grupo siguiente. Es así, como al finalizar la separación de cada uno de los grupos, dispondremos de cuatro precipitados (de los cuatro primeros grupos), y una solución con el grupo V, siempre y cuando, en la solución original hubiere todos los cationes de los cinco grupos. Es entonces cuando podemos determinar la presencia de los elementos que componen cada grupo, empleando reactivos específicos sobre cada precipitado.

GENERALIDADES SOBRE LA PRECIPITACIÓN DE SUSTANCIAS POCO SOLUBLES:

Si dos iones A-m

y B+n

se combinan para formar un electrolito fuerte pero poco

soluble (50 g/l o menos) An Bm de acuerdo a:

n A-m

+ m B+n

= An Bm ……. (1)

Entonces en toda solución en donde estén presentes los iones en cuestión, el

producto (A-m

)n

y (B+n

)m

no podrá exceder de un cierto valor Kps, al cual se le

denomina Producto de Solubilidad de An Bm.

El valor de Kps de An Bm dependerá de la naturaleza de dicha sustancia y de la

temperatura.

En resumen: Cuando el sistema de iones A-m

y B+n

en solución, está en equilibrio, deberá cumplirse que:

(A-m

)n

eq x (B+n

)m

eq = Kps ( An Bm ) …… (2)

CONDICIONES PARA LA PRODUCCIÓN DE UN PRECIPITADO:

De acuerdo con lo anterior, para que en el seno de una solución se forme un precipitado del compuesto poco soluble AnBm , solamente es necesario que haya en

la solución iones A-m

y B+n

, cualquiera sea su origen y en cantidad tal que :

(A-m

)n

eq x (B+n

)m

eq = Kps ( An Bm ) ……(3)

En tal caso, precipitará An Bm según la reacción (1), sustrayendo así iones A-m

y B+n

a la solución. Esta precipitación seguirá efectuándose hasta que las concentraciones de dichos iones cumplan la reacción (2).

Es obvio que los valores de las concentraciones de los iones en equilibrio, dependerán de los valores iniciales de las concentraciones correspondientes antes de la precipitación.

Si se cumple lo dicho anteriormente, podríamos lograr que la concentración de cierto

ión B+n

en una solución, disminuya tanto como queramos, bastaría para ello el

agregar suficiente cantidad de un electrolito fuerte que provea el ión A-m

. En tal caso,

al cumplirse (1), si la concentración de A-m

es lo suficientemente grande, la

concentración de B+n

se puede hacer pequeña. Este fenómeno se denomina Efecto del Ión Común.

LIMITACIONES DE LA SOLUBILIDAD:

Como hemos visto anteriormente, la formación de un precipitado se favorece por el efecto del ión común. Sin embargo, hay otros dos factores fundamentales que actúan en competencia con este efecto, tratando de impedir la precipitación, ellos son:

a. Efecto Salino: Se ha observado que la solubilidad de un electrolito poco soluble, aumenta por el agregado de un electrolito fuerte, esto se denomina Efecto Salino. En consecuencia, una gran concentración del electrolito precipitante podría tener efectos contraproducentes en la precipitación, debido a este efecto.

b. Formación de iones complejos: Un ión complejo es aquel formado por la unión de un ión simple con uno o más iones o moléculas. Por ejemplo:

Cu+2

+ 4 NH3 = Cu(NH3)4+2

(4)

Ag+

+ 2 Cl-

= AgCl2-

(5)

Este fenómeno puede afectar negativamente a la formación de un precipitado, tal

como sucede al querer precipitar Ag+

con el ión Cl-

para formar AgCl. En tal caso, la

producción del complejo por la reacción (5), si la concentración de Cl-

es muy grande,

y siendo dicho complejo soluble, impediría que precipitara el ión Ag+

en la cantidad que correspondería al efecto del Ión Común.

FRACTORES QUE AFECTAN LA SOLUBILIDAD DE UNA SUSTANCIA:

Entre los más importantes podemos citar:

a. La Temperatura: En general, al aumentar la temperatura, aumenta la solubilidad. Este efecto puede ser grande o pequeño, dependiendo de la sustancia, por ello, cuando un precipitado se filtra en caliente, se logra que éste sea más puro.

b. El Solvente: La solubilidad de la mayoría de los compuestos inorgánicos, disminuye cuando se agrega a la solución acuosa, un solvente orgánico, tal como un alcohol (metanol, etanol, etc.)

c. El pH: La solubilidad de la mayoría de los precipitados se ve afectada por la concentración de los iones hidrógeno, e hidroxilo del solvente. Se puede distinguir

dos efectos: el primero, es el Efecto del Ión Común, cuando el ión H+

o el OH-

forman parte del precipitado; el segundo, en caso de un complejo, resulta de las consecuencias de la reacción de formación de un complejo entre uno de los iones

que precipita y el H+

o el OH-

.

MINERAL FUENTE APLICACIONES

Plata (Ag) Cloruro de plata (AgCl) Se usa como catalizador en reacciones de oxidación. Por ejemplo, en la producción de formaldehído a partir de metanol y oxígeno.

Plomo (Pb) Galena (PbS) El mercurio se usa en aparatos meteorológicos (termómetros, barómetros), pero dada su toxicidad y la irrupción de aparatos digitales está en desuso; está prohibido en la Unión Europea.

Mercurio (Hg) Cinabrio (HgS) El mercurio se usa en aparatos meteorológicos (termómetros, barómetros), pero dada su toxicidad y la irrupción de aparatos digitales está en desuso; está prohibido en la Unión Europea.

Cobre (Cu) Covelita (CuS) El cobre es el metal no precioso con mejor conductividad. Esto, unido a su ductilidad y resistencia mecánica, lo han convertido en el material más usado para fabricar cables eléctricos.

Cadmio (Cd) Sulfuro de cadmio (CdS) Aproximadamente tres cuartas partes del cadmio producido se emplea en la fabricación de baterías. Especialmente en las baterías de níquel-cadmio.

Hierro (Fe) Magnetita (Fe2O3) El hierro tiene su gran aplicación para formar los productos siderúrgicos, utilizando éste como elemento matriz para alojar otros elementos.

PICTOGRAMAS:

HCl 6M Uso :- Uso exclusivo de laboratorio. Reservado para uso

profesional.

Riesgos para la salud:Por inhalación:

- Por efecto de sus humos o gases causa gran irritación de los ojos, fosas nasales, garganta, laringe y bronquios, pudiendo en ocasiones provocar rinitis hemorrágicas, síntomas pseudoasmáticos, y verdaderas quemaduras químicas.

-

H 2O23%Riesgos para la salud:Por inhalación:

- Sensación de ardor en la garganta, tos. Posible paro respiratorio y edema pulmonar.

Primeros auxilios:Por inhalación:

- Trasladar al aire fresco. Si no respira administrar respiración artificial. No usar el método boca a boca.

N H 4 IRiesgos para la salud:

- Provoca irritación cutánea- Provoca irritación ocular grave- Puede irritar las vías respiratorias- Puede provocar somnolencia o vértigo

Precauciones individuales:Utilizar el equipo de protección individual obligatorio. Evitar el contacto con los ojos y la piel. Evacuar al personal a zonas seguras. Mantener alejadas a las personas y en dirección contraria al viento en una fuga o vertido.

TIOACETAMIDACH 3CS NH 2

Peligros:- Puede provocar cáncer- Nocivo en caso de ingestión.- Provoca irritación ocular grave.- Nocivo para los organismos acuáticos, con efectos

nocivos duraderos.Precauciones:

- No manipular la sustancia antes de haber leído y comprendido todas las instrucciones de seguridad.

- Lavarse...concienzudamente tras la manipulación.- No comer, beber ni fumar durante su utilización.- Llevar guantes/prendas/gafas/máscara de protección

Peligros:- La sustancia se descompone al calentarla

intensamente o al arder, produciendo humos tóxicos e irritantes de óxidos de nitrógeno, amoníaco y cloruro de hidrógeno. La disolución en agua es un ácido débil. Reacciona violentamente con nitrato amónico y clorato potásico, originando peligro de incendio y explosión. Reacciona con concentrados de ácidos para formar cloruro de hidrógeno y bases fuertes para formar amoníaco.

Precauciones:- Usar guantes protectores.- Usar gafas de protección de seguridad.

NH 4Cl

Desarrollo experimental:

1. Obtención de cationes del 1 er grupo:

Observaciones:

- La solución muestra es incolora

- Al agregar 3 gotas de HCl6M se observa que se forma precipitado blanco (cationes del 1º grupo).

- La solución resultante es de color.

- Se centrifuga y luego se decanta para usar la solución para obtener los cationes de los grupos restantes.

Diagrama de flujo:

Precipitado color blanquecino

Ecuaciones químicas:

Ag(ac)+¿+Cl(ac)

– =AgCl( s)¿

(blanco)

Pb(ac)2+¿+2Cl(ac)

– =PbCl2(s )¿

(blanco)

Hg(ac)2+¿+2Cl(ac)

– =Hg2Cl 2(s )¿

(blanco)

Efecto del ión común

AgCl(s)+H 2O(l)=Ag(ac )+¿ +Cl(ac)

– ¿

Formación de iones complejos.

AgCl(s) + Cl –(ac) = AgCl2–

(ac)

PbCl2(s) + Cl –(ac) = PbCl3–

(ac)

PbCl3–(ac) + Cl –

(ac) = PbCl42–(ac)

Conclusiones:

- El HCl es el provee los iones Cl−¿¿ para formas sales, los iones también

podrían ser provistos por NaCl y KCl pero estos liberan cationes que podrían afectar el proceso.

Recomendaciones:

- En la decantación tratar que ningún precipitado pase a la solución que seguiremos usando pues puede afectar en las siguientes experiencias.

2. Obtención de cationes del 2 do grupo:

Observaciones:

- Luego de agregar 5 gotas de H 2O23% la solución se sigue manteniendo

incolora.

- Al agregar NH 4 I 1M la solución de torna de un color amarillo.

- Al calentar la solución y luego agregar 15 gotas de HCl0.6M se torna de un color anaranjado.

- Al agregar 12 gotas de CH 3CS NH 21M la solución se torna de un color

verde claro.- Al calentar nuevamente la solución por un aproximado de 10 min,

observamos que la solución va tomando el color negro.- Tuvimos que agregar 4 gotas de HCl6M para llegar al pH 0.5- Al centrifugar observamos los precipitados de color negro y la solución

quedo incolora.

- Decantamos para usar la solución en la siguiente experiencia.

Diagrama de flujo:

Ecuaciones químicas:

CH 3CS NH 2+H 20=CH 3CONH 2+H 2S

H 2S+H 2O=HS(ac)−¿+H (ac)

+¿¿ ¿

HS(ac)−¿+H 2O=S(ac)

2−¿+H( ac)+ ¿¿¿

¿

Hg2(ac)2+¿+S( ac)

2−¿=HgS( s) ¿¿

Pb(ac)2+¿+S(ac )

2−¿=PbS( s) ¿ ¿

Cu(ac)2+¿+S( ac)

2−¿=CuS( s) ¿ ¿

Cd(ac)2+¿+S(ac )

2−¿=Cd S( s) ¿¿

2Bi(ac)3+¿+3S( ac)

2−¿=Bi2 S3( s) ¿ ¿

Sn(ac)4+¿+2S(ac )

2−¿=Sn S2( s) ¿ ¿

2 As(ac)3+¿+3S(ac)

2−¿=As2S 3( s) ¿¿

2Sb(ac)3+¿+3S(ac)

2−¿=SbS3(s ) ¿¿

Conclusiones:

- El H 2O23% se encarga de oxidar el Sn2+¿ ¿ a Sn4+¿¿.

- Se busca el pH=0.5 para poder precipitar los de este grupo, regulando así la cantidad de ion sulfuro.

Recomendaciones:

- En el 1º calentamiento a baño maría tener mucho cuidado de poner a fuego directo el tubo de ensayo pues ocurre una reacción violenta el cual hace que la solución se derrame.

3. Obtención de cationes del 3er grupo (Hidróxidos):

Observaciones:

- Luego de agregar las 20 gotas de agua de bromo la solución se mantuvo incolora.

- No se formó azufre.

- Agregamos cristales de NH 4Cl hasta saturarlo.

- Agregamos NH 4OH 15M hasta alcalinidad el cual comprobamos al

observar el cambio de color del papel de tornasol de rojo a azul.- Observamos precipitado blanco y una solución incolora.

Diagrama de flujo:

Ecuaciones químicas:

Fe(ac)3+¿+3OH (ac)

– =Fe(OH )3( s)¿

(naranja-marrón)

Mn(ac )2+¿+2OH(ac)

– =Mn(OH )2(s )¿

(Café)

Al(ac )3+¿+3OH(ac)

– =Al(OH )3( s)¿

(Incoloro)

Cr(ac)3+¿+3OH (ac)

– =Cr (OH )3 (s)¿

(verde)

En la solución:

¿(ac)2+¿+6NH3 (ac )=¿(NH3)6 (ac )

2+¿¿ ¿

Co(ac )2+¿+6 NH3( ac)=Co(NH 3)6(ac)

2+¿¿ ¿

Zn(ac)2+¿+6NH 3(ac)=Zn(NH3 )6(ac)

2+¿ ¿ ¿

Conclusiones:

- La necesidad de agregar los cristales de NH 4Cl y NH 4OH 15M es para

lograr un sistema alcalino y poder precipitar los iones de este grupo.

Recomendaciones:

- El proceso de agregar NH 4Cl debe ser en pequeñas cantidad para no

sobresaturar la solución, ya que si fuese el caso tendríamos que centrifugar y decantar.

4. Obtención de cationes del 3er grupo (Sulfuros):

Observaciones:

- Al agregar 8 gotas de CH 3CS NH 21M a la solución, esta permanece

incolora.- Luego de calentar por 10 minutos observamos precipitado negro y la

solución se mantuvo incolora.

Diagrama de flujo:

Ecuaciones químicas:

CH 3CS NH 2+H 20=CH 3CONH 2+H 2S

H 2S+H 2O=HS(ac)−¿+H (ac)

+¿¿ ¿

HS(ac)−¿+H 2O=S(ac)

2−¿+H( ac)+ ¿¿¿

¿

¿(NH 3)62+¿+S(ac )

2−¿=NiS( s)+6NH 3¿¿

Co(NH 3)62+¿+S(ac)

2−¿=cos (s )+6NH3 ¿¿

Zn(NH3)62+¿+S( ac)

2−¿=ZnS(s )+6NH3 ¿¿

Conclusiones:

- La coloración oscura del precipitado se obtuvo por el compuesto al cual están unidos los sulfuros, en este caso por los cationes del 3er grupo (Ni2+, Co2+ y Zn2+) que se presenta en la formación de los sulfuros.

Recomendaciones:

- Se recomienda calentar en una máquina que a fuego directo por la reacción violenta que se genera.

5. Obtención de cationes del 4to y 5to grupo:

Observaciones:

- Luego de evaporar hasta 1mL y agregar la misma cantidad de H NO315M la solución toma un color anaranjado claro.

- Al evaporar al seco se torna incolora.

- Al agregar 0.5mLdeH 2O, 0.5mLde NH 4Cl 5M y 5 gotas de(NH 4)2C O3 se

forma el precipitado blanco.

Diagrama de flujo:

Ecuaciones químicas:

Ba (NO3 )2 ( s)+H2O( l)=Ba(ac )2+¿+2 NO3( ac)

−¿ ¿ ¿

(NH 4)2CO3(ac)=2NH 4 (ac)+ ¿+CO3( ac)

2−¿¿ ¿

Ba(ac)2+¿+CO3(ac)

2−¿=BaCO3( s) ¿ ¿

Sr (NO3 )2 ( s)+H 2O( l)=Sr (ac )2+¿+2 NO3 (ac)

−¿¿ ¿

(NH 4 )2CO3(ac )=2NH 4 (ac )+¿+CO3(ac)

2−¿¿¿

Sr(ac)2+¿+CO3(ac)

2−¿=SrCO3( s) ¿¿

Ca (NO3 )2 ( s)+H2O(l )=Ca(ac )2+¿+2NO3(ac)

−¿¿ ¿

(NH 4 )2CO3(ac )=2NH 4 (ac )+¿+CO3(ac)

2−¿¿¿

Ca(ac)2+¿+CO3(ac)

2−¿=CaCO3(s )¿ ¿

Conclusiones:

- La muestra pura del 4to Grupo se prepara a partir de la disolución de Ba(NO3)2, Sr(NO3)2 y Ca(NO3)2 con agua en concentraciones cada una de 0,1M, en el caso del nitrato de bario su solubilidad es baja.

- Al evaporar a sequedad se elimina el agua; si la solución procede de la marcha general de cationes, se eliminarán el resto de especies, quedando sólo los nitratos respectivos.

- Al agregar NH4OH 15M hasta fuertemente alcalino, se obtiene una solución tampón o buffer (NH4Cl – NH4OH) básica de pH=9 o mayor.

Recomendaciones:

- Calentar con precaución la mezcla y cuidando que no salga del tubo de ensayo al ponerla en contacto con el fuego directo. Se recomienda hacer en una maquina ya que el calor generado es óptimo para la experiencia.

- Se lava para eliminar las especies que pudieran estar mezcladas con el precipitado.

6. Precipitado ( AgCl ,PbCl2 , Hg2Cl2 ):

Observaciones con precipitado ( AgCl ,PbCl2 , Hg2Cl2 )

- Al agregar gotas de agua caliente notamos el mismo precipitado blanco.

- la solución es incolora.

Ecuaciones químicas:

PbCl2 (s)+H 2O( l) caliente→Pb(ac)2+¿+2Cl(ac)

−¿¿¿

Conclusiones:

- El agua caliente solo disuelve al PbCl2, cosa que no hace con las demás

sales.

7. Precipitado ( AgCl, Hg2Cl2 ):

Observaciones con precipitado ( AgCl, Hg2Cl2 )

- Luego de agregar el agua destilada y las 5 gotas de NH 4OH se forma un

precipitado color gris.

Ecuaciones químicas:

AgCl(s)+2NH 3 (ac)→Ag(NH 3)2(ac)+ ¿+Cl (ac)

−¿¿ ¿

Hg2Cl2(s )+2NH 3(ac)→Hg (HN 2)Cl (s )+Hg(s )+NH 4 (ac)+¿+Cl(ac)

−¿¿ ¿

(Blanco) (negro)

Conclusiones:

- El color gris del precipitado demuestra la presencia de Hg22+¿ ¿.

8. SoluciónPb2+¿ ¿:

Observaciones con solución Pb2+¿ ¿

- Si agregamos el K2Cr2O71Ma la solución notamos precipitado amarillo.

- Agregamos CH 3COOH 6N luego de echar NaOH 6N notamos nuevamente

la presencia de precipitado amarillo.

Ecuaciones químicas:

Pb(ac)2+¿+Cr 2O7( ac)

2−¿=PbCr 2O 7(s )¿ ¿

Conclusiones:

- El segundo paso fue solo para comprobar la presencia de plomo en la solución.

9. Precipitado ( Hg ¿, Hg ):

Observaciones:

- La mezcla AgCl – Hg2Cl2 luego de lavada reacciona con el NH4OH 15N.

- La presencia de un precipitado colorido indica la presencia de un catión.

- la presencia de plomo se obtiene disolviendo el precipitado 1A con suficiente cantidad de NaOH 6N.

Ecuaciones químicas:

AgCl(s) + 2NH3(ac) = Ag(NH3)2+(ac) + Cl–(ac)Hg2Cl2(s) + 2NH3(ac) = Hg(NH2)Cl(s) + Hg(s) + NH4+(ac) + Cl–(ac)

(Blanco) (Negro)

Ag(NH3)2+(ac) + 2H+(ac) = Ag+(ac) + 2NH4+(ac)Ag+(ac) + Cl–(ac) = AgCl(s)(Blanco)2AgCl(s) + hⱱ (luz) = 2Ag(s) + Cl2(g)

(Negro)

Al agregar 1 gota de K2CrO4 1M:Pb2+(ac) + CrO42–(ac) = PbCrO4(s) (Amarillo)

Conclusiones:

- El precipitado gris y demuestra que teníamos Hg22+.

- El Ag+ precipita como AgCl debido a que en la solución se tenían iones Cl–.

- Este precipitado que se va tornando gris por la luz del día.

BIBLIOGRAFIA:

WELCHER, Frank J. y Hann, B. "Semimicro Análisis Cualitativo"

TREADWELL, F. P. "Tratado de Química Analítica" Volumen I.