LABORATORIO N 1

Universidad Nacional de Ingeniera

Facultad de Ingeniera Geolgica, Minera y Metalrgica

Separacin de Catines por Grupos

Universidad Nacional de Ingeniera

Facultad de Ingeniera Geolgica, Minera y Metalrgica

Separacin de Catines por Grupos

LABORATORIO N 1

SEPARACIN DE CATIONES POR GRUPOS

OBJETIVO

Distinguir los cationes de cada grupo, sabiendo que precipitan en presencia de un reactivo particular para cada grupo.

Establecer una clasificacin basada en las distintas solubilidades de los cloruros, sulfuros, hidrxidos y carbonatos.

PARTE TERICA Es este segmento se darn a conocer algunos conceptos y mtodos que facilitarn la comprensin de esta separacin por grupos.

Reacciones Selectivas

Son reacciones que dan resultados idnticos o muy parecidos con una o muchos iones (grupos de iones)

Ejemplo:

Cationes I

(Ag+, Pb++, Hg++2)+HCl(HgCl(

AgCl(

PbCl2(Clasificacin de cationes

A continuacin se presentar un cuadro en el cual nos ensear, como han sido separados por grupo los cationes y cuales han sido los reactivos capaces de conseguir esta separacin.

GRUPOREACTIVO DE GRUPOIONESPRECIPITACARACTERSTICAS DEL GRUPO

I

(grupo de la plata)HCl diluidoAg+, Pb++, Hg2++AgCl, PbCl2, Hg2Cl2Cloruros insolubles en HCl diluido

II

(grupo del cobre y del arsnico)H2S en presencia de HCl diluido Hg, Pb2+, Bi++, Cu, Cd+2, Cn2+, As3+, Sb3+HgS, PbS, Bi2S3, CuS, CdS, SuS, As2S3,Sulfuros insolubles en HCl diluido

III

(grupo del hierro y del zinc)(NH4)2S en presencia de NH4OH y NH4ClAl3+, Cr3+, Fe3+ Ni2+,CO2+, Mn2+, Zn2+Al(OH)3, Cr(OH)3, Fe(OH)3

NiS, CoS, MnS, ZuSHidrxido precipitables por NH, OH en presencia de NH, Cl.

IV

(grup o del calcio)(NH4)2CO3 en presencia de NH4OH y NH4ClBa2+, Sr2+,Ca2+BaCO3, SrCO3, CaCO3,Sulfuros precipitables por (NH4)2S en presencia de NH4Cl.

V

(grupo de los metales alcalinos)Sin reactivo de grupoMg2+, Na1+, K1+, Li1+, NH41+Sin precipitado de grupo Iones que no precipitan en los grupos anteriores.

Nota: Este cuadro ha sido conseguido, gracias a los experimentos hechos por cientficos en su poca, estos mismos sern los que tenemos que conseguir experimentalmente en el laboratorio.

Producto de Solubilidad

Para electrolitos escasamente solubles, experimentalmente se comprueba que el producto de las concentraciones molares totales de los iones es una constante para cada temperatura (en nuestro caso temperatura ambiente). Este producto Sp cada temperatura (en nuestro caso temperatura ambiente). Este producto Sp se denomina producto de solubilidad. Para un electrolito binario:

AB ( A+ + B-SAB = [A+] [B-]En general, para un electrolito ApBq que se ioniza en pAT... y qB-..., iones

ApBq ( PA+... + qB-...SApBq = [pA+...]p x [qB-....]qLa sustancia slida se ioniza completamente en solucin diluida, por lo que no habr molculas sin ionizar. Se puede demostrar termodinmicamente que en soluciones saturada de cualquier sal que contienen cantidades variables de una sal ms soluble con un in comn, los productos de las actividades de los iones en los distintos soluciones saturadas son los mismos, sea el electrolito binario:

AB ( A+ + B-

( aA+ x aB- = constantes

En las soluciones muy diluidas, a las que nos estamos refiriendo, las actividades pueden ser tomadas como iguales prcticamente a las concentraciones, de cmo que [A+] x [B-] = Constante.

Cabe resaltar que la expresin del producto de solubilidad es aplicable para soluciones saturadas de electrolitos escasamente solubles y con condiciones pequeas de otras sales.

La gran importancia de la concepcin del producto de solubilidad se debe a su vinculacin con la precipitacin en soluciones, siendo esta una de las operaciones principales en el anlisis cualitativo. El producto de solubilidad es el valor final que se obtiene para el producto inico cuando se alcanzado el equilibrio entre una fase slida y la solucin si las condiciones experimentales son tales que el producto inico es diferente del producto de solubilidad, entonces el sistema se modifica de modo que los productos inicos y de solubilidad lleguen a ser iguales. De ese modo si para un electrolito se hace que el producto de las concentraciones de los iones en solucin exceda de algn modo al producto de solubilidad por ejemplo mediante el agregado de una sal con un in comn, el sistema se modificar motivando la precipitacin de una sal slida siempre que, naturalmente, quede excluida la posibilidad de sobresaturacin. Si el producto inico es menor que el producto de solubilidad o se lo hace de algn modo menor, por ejemplo mediante la formacin de una sal compleja o de un electrolito dbil, entonces una cierta cantidad del soluto puede pasar a solucin hasta que el producto de solubilidad sea alcanzado, o si esto no fuera posible, hasta que todo el soluto se disuelva.

PARTE EXPERIMENTAL

Equipo de laboratorio

8 tubos de ensayo en su respectiva gradilla

papel de filtro

papel de tornasol

pinza

embudo

bagueta

piceta

reactivos: HCl(ac), NH4OH, Na2S, NH4Cl

Proceso Experimental

1er paso. Una vez recibida la solucin que contiene cationes del I al IV grupo, a dicha solucin aadimos HCl 6N, esto se hace gota a gota y agitndolo, llegando en un instante a observarse la formacin de un precipitado blanquecino, este nos indicar la presencia de cationes del grupo I [Ag+, Pb++, Hg2++].

Luego filtramos para obtener el precipitado

Nota: Tenemos que realizar el 1er paso por completo para cerciorarnos la precipitacin total o completa de los cationes del 1er grupo, esto agregando HCl (6N).

Observacin. La precipitacin se debi a las siguientes reacciones:

Cationes I grupo

HgCl((Ag+, Pb++, Hg2++) + HCl(6N)(AgCl( (precipitacin de

PbCl2( color blanco)

Ejemplo:

1eroAgNO3(ac)(Ag+ + NO-3(agregar HCl)

2do Ag+ + Cl-(AgCl(Caractersticas del grupo: Los cloruros son insolubles en agua y HCl diluido

2do Paso

Con la solucin filtrada, se realiza una neutralizacin agregando gotas de NH4OH 15N usando como indicador papel de tornasol hasta observar que el papel adquiere una coloracin lila. Luego agregamos gotas de HCl (6N) obteniendo un papel de tornasol de color rojo claro (esto debido a que la precipitacin de los cationes del grupo II es un medio ligeramente cido, pero no de tal grado como para el grupo I).

A continuacin le agregamos el reactivo de grupo Na2S, gota a gota y agitamos hasta observar la formacin de un precipitado, el cual fue de color marrn a negro, esto nos indicar la presencia de cationes del grupo II [Hg++, Pb++, Cu++, Sn++, etc.]

Luego filtramos para obtener el precipitado

Nota: Es necesario la realizacin del mismo procedimiento una vez ms, para cerciorarnos de la precipitacin total o completa, esto lo comprobamos agregando Na2S y obteniendo una solucin cristalina.

Observacin: La precipitacin ocurri debido a las siguientes reacciones.

Grupo II

HgS

[Hg++, Pb++, Cu++, Sn++] + Na2S(

PbS(precipitado de color

CuSnegro)

SnS

Caracterstica del grupo: sulfuros insolubles en HCl

3er Paso

Con la solucin obtenida del paso anterior conteniendo los cationes del III V grupo, continuamos agregando gotas de NH4Cl para darle un medio salino, tambin alcalinizamos la solucin con NH4OH 15N; luego agregamos gota a gota Na2S y agitando, hasta observar la formacin de un precipitado blanco gelatinoso indicndonos la presencia de cationes del grupo III.

SHAPE \* MERGEFORMAT Luego filtramos para obtener el precipitado

Nota: Como en los pasos es necesario comprobar la precipitacin total o completa.

Observacin: la precipitacin ocurri debido a las siguientes reacciones:

Grupo III

NiS

[Mn++, Zn++, Cu++, Ni++] + (NH4)2S(CuS(precipitado de color

(

MnSblanco)

reactivoZnS

Ejemplo:

Mn++ + S--(MnS(Caractersticas del grupo: Sulfuros precipitables por (NH4)2S en presencia de NH4OH y NH4Cl

4to Paso:

Con la solucin resultado del paso anterior conteniendo cationes de los grupos IV y V, continuamos el experimento, hacindola hervir para la expulsin del H2S, luego enfriar, continuamos agregando gotas de (NH4)2CO3, se deja reposar y se observar la lenta formacin de un precipitado blanquecino, que indicar la presencia de catines del grupo IV.

Luego filtramos:

Observacin: La precipitacin se debi a las reacciones:

Grupo IV

BaCO3[Ba++, Sr++, Ca++, etc.]+(NH4)2CO3(

SrCO3 (precipitado de color

CaCO3 blanco)

Caractersticas del grupo: carbonatos precipitables por (NH4)2CO3 en presencia de NH4Cl.

5to paso.

La solucin filtrada en el paso anterior debe ser cristalina, la cual contiene los cationes del grupo V [Mg++, Na+, K+, Li+, NH4+, etc.]

DESARROLLO DEL CUESTIONARIO

1. el aparato de kipp se utiliza para preparar el H2S(g) gas, sulfuro de hidrgeno, por accin de un cido apropiado, sobre la pirita. Dibuje y explique el funcionamiento del kipp.

El aparato de Kipp est provisto de 3 tubos de distribucin con ramificaciones laterales que permiten tomar el gas en varios puntos simultneamente, para una regulacin cmoda de la corriente de gas. Es imprescindible que el dimetro inferior de las ramificaciones sea suficientemente pequeo..

El aparato de kipp consta de dos piezas de vidrio separables una de otra. La inferior se compone de dos bolas en comunicacin entre s: La ms baja tiene el fondo plano y una tubuladura lateral para la limpieza, y la superficie tiene tambin una tubuladura lateral para el desprendimiento del gas y un gran orificio en lo alto, por donde penetra con enchufe esmerilado la otra pieza del kipp en forma de pera muy alargada.

Al terminar el anlisis la llave o abrazadero del tubo debe de estar bien cerrada.

El slido (sulfuro de hierro) se coloca en la bola central y el lquido (puede ser cido clorhdrico, pero mejor funciona con cido sulfrico 9N) se vierte en la bola superior, que llena primero el depsito ms bajo y luego sube hasta la bola central. Aqu, al juntarse el lquido con el slido, se produce el gas que sale por el tubo de desprendimiento (sulfuro de hidrgeno). Cuando este se cierra, el gas ejerce presin sobre el lquido y ste sube hacia la bola superior con lo cual el slido se queda en seco y deja ya de funcionar, hasta tanto no vuelva a abrirse el tubo de desprendimiento.

FeS(s) + H2SO4 ( FeSO4 + H2S (Nota: con frecuencia se aade a los aparatos de kipp un tubo llamado de seguridad, que suele ofrecer la forma de trompeta, este permite la salida del exceso de gases del interior del aparato e impide a la vez, el derramamiento del lquido en el caso de producirse fuertes borbotones.

Como se reconoce fcilmente su presencia

Gas incoloro, olor caracterstico, reductor. Al recoger los gases sobre acetato de plomo un precipitado negro indica H2S.

Los gases tambin pueden recogerse sobre una gota de nitroprusiato sdico y una gota de NH32NM. Esta disolucin se vuelve violeta en presencia de H2S.

La reaccin es especfica de S2- y Sx2- (se diferencin en que el segundo da azufre al acidular, y el primero no da reaccin es interferencia por los oxidantes y que oxidan el S2- a S SO42-).

Algunos sulfuros insolubles no dan directamente sulfhdricos como HgS, Sb2S3, FeS2 disgregar previamente con Na2CO3.

2.

a) la muestra recibida no contiene cationes del 1er grupo Cmo nos damos cuenta de ello?

Al agregar HCl a la muestra no se observa la precipitacin de los iones del 1er grupo que toman una coloracin blanca lechosa

b) Cmo se obtiene la precipitacin completa?, Es importante eso, por que?

Podemos estar seguros que se ha efectuada una precipitacin total, si despus de la formacin del precipitado agregamos una gota ms de reactivo y observamos que ya no se forma precipitado, slo as verificamos que ya no hay reaccin y la precipitacin estar completa.

Es muy importante que se logre la precipitacin total para cada grupo ya que de lo contrario podran reaccionar cationes de diferentes grupos juntos, con lo cual nuestro anlisis sera incorrecto, si en caso esto sucediera podemos darnos cuenta que se ha cometido un error al verificar los colores de los precipitados obtenidos en cada separacin.

3. Se recibe acido fosfrico comercial, H3PO4(ac) en el laboratorio, su densidad medida fue: 1.75 gr/cm3 y su pureza es 88.85(tablas). Calcule la normalidad, molalidad y fraccin molar del acido.

H3PO4(ac)

= 1.75 g/cm3

%pureza = 88.85

V = 1L

masa = (V) = 1.75(g/cm3)(103cm3)

masa = 1750 gramos

masa pura = 1750 ( 88.85 ) = 1554.875 gramosM = 98

M = (1554.875/98) = 15.8

N = M x

= 3

N = (15.8)(3) = 47.598 ( eq-g/L)

m = Msto/kg del solvente = 15.8/1 kg = 15.8 molal

4. Se dispone en el laboratorio de la sal hidratada CuSO4.5H2O. Se desea prepara 2.5 litros de su solucin 0.25N (normal) Cuntos gramos de la sal se debe pesar?

CuSO4.5H2O(s)

= 5

N = M x

N = (Wsto/Msto)(5/Vsolucin)

Wsto = (Msto/5)(Vsoluc.) = 124.75 gramos

CONCLUSIONES

Para los propsitos del anlisis cualitativo sistemtico, los cationes se dividen en cinco grupos sobre la base de su comportamiento frente a ciertos reactivos. Mediante el uso sistemtico de los llamados reactivos de grupo, por lo cual podemos separar estos grupos para un examen ms pro

Del experimento de concluye que:

- Los cationes del grupo I precipitan como cloruros.

- Los cationes del grupo II precipitan como sulfuros.

- Los cationes del grupo III precipitan como sulfuros alcalinos.

- Los cationes del grupo IV precipitan como carbonatos.

- Los cationes del grupo V no precipitan en esta experiencia

Podemos observar que los grupos de cationes se pueden identificar segn el color del precipitado obtenido. como:

- Grupo I: precipitado color blanco- Grupo II: precipitado color negro

- Grupo III: precipitado color marrn- Grupo IV: precipitado color gris claro

- Grupo V: precipitado incoloro.

Tambin podemos decir que el anlisis cualitativo es un mtodo para identificar una sustancia desconocida pasando muestras de la misma por una serie de anlisis qumicos. La marcha analtica se basa en reacciones qumicas conocidas, de forma que cada producto qumico aadido analiza un catin especfico. Si se produce la reaccin prevista, significa que el catin est presente. Si no se produce, el analista pasa al siguiente catin.

RECOMENDACIONES.

Trabajar constantemente con el papel tornasol, para controlar el medio en el cual se encuentra la solucin.

Antes de comenzar el laboratorio es necesario el minucioso lavado de los materiales para evitar alteraciones de las impurezas en las reacciones

Realizar la comprobacin de la existencia de los componentes respectivos a cada grupo, es decir si se llev a cabo la reaccin total o completa, ya que esto ser trascendente para la continuacin del experimento.

Verificar los contenidos de los reactantes los cuales pueden estar con otra concentracin o peor an sin el compuesto deseado.

Se recomienda tapar inmediatamente los reactivos despus de utilizarlos para evitar mezclas entre estos.

BIBLIOGRAFA

SEMIMICRO ANLISIS QUMICO CUALITATIVO

V. N. ALEXEIEV

QUMICA

BROWN THOMAS

ANLISIS CUALITATIVO

BUMBLAY RAY U.

QUMICA ANALTICA CUALITATIVA

VOGEL ARTHUR

Actividad

Siendo:

ai = Ci (i

Concentracin

Factor de actividad

Solucin con los cationes del grupo I - V

HCl

Precipitado blanquecino

6N

Baqueta

Embudo

Papel filtro

Solucin filtrada conteniendo aun cationes del II al V grupo

Precipitado blanquecino

(Para neutralizar la solucin, hasta obtener papel de tornasol lila)

NH4OH

Solucin con cationes del II - V

(Para darle a la solucin un medio ligeramente cido, hasta obtener papel de tornasol de color rojo claro)

HCl

Solucin con cationes del II V grupo, teniendo una acidez corregida

Na2S

Precipitado color negro

Solucin cristalina conteniendo an cationes del II V grupo

Precipitado negro

(Para darle un medio salino a la solucin)

NH4Cl

(Para darle un medio alcalino a la solucin, hasta conseguir una coloracin lila en el papel de tornasol)

NH4OH

Solucin con cationes del III V grupo, en un medio bsico

Na2S

Precipitado color blanco gelatinoso

Solucin cristalina conteniendo an cationes del IV V grupo

Precipitado blanco - gelatinoso

Solucin con cationes del IV V grupo, habindose eliminado la presencia H2S

Precipitado de color blanquesino

(se deja reposar) y se observar lentamente la formacin de un precipitado

Precipitado blanco

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