Segundo Grupo de Cationes

Segundo Grupo de Cationes

SEGUNDO GRUPO DE CATIONES

I. Introduccin

Todos los iones del grupo II forman sulfuros que son insolubles en soluciones cidas diluidas. Este hecho se aplica para separar el grupo II de los otros grupos. Siendo el reactivo de grupo de los cationes del II grupo analtico es el H2S que hace precipitar estos cationes en medio de cido clorhdrico, siendo posible separar los cationes del grupo analtico III de los I, III, IV grupos que no precipitan bajo la accin del sulfuro de hidrgeno en medio fuertemente cido.

Los cationes del grupo II se dividen en 2 subgrupos: obteniendo a los sulfuros de los cationes Hg, Pb, Bi, Cu, Cd y As, Sb, Sn. La precipitacin de los sulfuros se efecta por medio de la saturacin con el sulfuro de hidrgeno pero para nuestro anlisis el Na2S de las disoluciones acuosas de diferentes sales con determinadas PH.

Asimismo el reactivo precipitante de grupo para los iones del grupo analtico, precipita en medio de HCl, compuestos sulfurosos de As2S3 y los de antimonio y los de estao.

Los cationes del grupo IV precipitan en forma de sulfuros poco solubles a partir de soluciones cidas (medio cido, pH ( 0.5) mediante sulfuro de hidrgeno. Los cationes de este grupo tienen muchas propiedades comunes: capacidad de formar complejos, de precipitar en las reacciones de oxidacin reduccin, etc. Estos elementos debido a su posicin en la tabla de Mendeliev, forman sulfuros que poseen distintas propiedades. Se les puede clasificar en dos subgrupos:

Subgrupo IIA o del cobre:

Cu2+, Cd2+, Hg2+, (Pb2+), Bi3+, y otros.

Subgrupo IIB o de las tiosales:

As3+ y As5+, Sb3+ y Sb5+, Sn2+ y Sn4+, y otros. II. Objetivos Conocer el mtodo sistemtico para separar e identificar cualitativamente los cationes de una solucin compuesta por sales solubles de los cationes del 2do grupo.

Conocer la accin del Na2S(ac), agente precipitante, sobre los cationes del segundo grupo (Cu2+, Cd2+, Hg2+, Pb2+, Bi3+, Sn2+, AsV, As3+).

Conocer el mtodo para conseguir un medio ligeramente cido.

Comprender la funcin de la solucin de polisulfuro de amonio.

III. Fundamento TericoGrupo II A

Reacciones del in mercurio: Hg++1.- Con sulfuro de hidrgeno:

Da un precipitado blanco, luego amarillo, castao y finalmente negro de sulfuro mercrico; HgS. En todos los casos, un exceso de sulfuro de hidrgeno da sulfuro mercrico negro. El precipitado blanco inicial; es el clorisulfuro de mercurio Hg3S2Cl2 (o HgCl2.2HgS) que se descompone por el sulfuro de hidrgeno.

3HgCl2+2H2S

Hg3S2Cl3+4HCl

Hg3S2Cl3+H2S

2HCl

+3HgS

Despus:HgCl2+H2S

2HCl+3HgS2.- Con Solucin de Hidrxido de amonio:

Se obtiene un precipitado blanco de cloruro aminomercrico, Hg(NH2)Cl; denominado precipitado blanco, infusible; por que se utiliza sin fundir.

HgCl2+2NH4(OH)

Hg(NH2)Cl+NH4Cl+ 2H2O

Reacciones del in bismuto: Bi+31.- Con sulfuro de hidrgeno:

Se obtiene un precipitado pardo de sulfuro de bismuto, Bi2S3; insolubles en cidos diluidos en fro y en solucin de sulfuro de amonio; pero solubles en cido ntrico diluido, en caliente, y en acido clorhdrico concentrado, a ebullicin.

2Bi(NO3)3+3H2S

Bi2S2+6HNO32.- Con solucin de hidrgeno de sodio:

Se obtiene un precipitado blanco de hidrxido de bismuto, Bi(OH)3; en fro, con exceso de reactivo; soluble en cidos. Por ebullicin se torna amarillo debido a una deshidratacin parcial.

Reacciones del in cuprico: Cu+21.- Con sulfuro de hidrgeno:

Se obtiene un precipitado negro de sulfuro cprico, CuS en soluciones neutras o de preferencia cida (HCl), el precipitado es soluble en cido ntrico diluido en caliente y en solucin de cianuro de potasio, en el ltimo caso se forma una sal compleja (cuprocianuro de potasio), K3[Cu(CN)4]. El sulfuro cprico es insoluble en cido sulfrico diluido a ebullicin a diferencia del cadmio.CuSO4+H2O

CuS+H2SO42.- Con hidrxido de amonio:

Da un precipitado celeste de una sal bsica; soluble en exceso de reactivo con formacin azul intenso que contiene la sal compleja sulfato tetramincprico. [Cu(NH8)4]SO4 .

Reacciones del in cadmio: Cd+21.- Con sulfuro de hidrgeno:

Se obtiene un precipitado amarillo de sulfuro de cadmio que en soluciones acidificados con un poco de HCl. El precipitado es soluble en cido ntrico diluido y sulfrico, en caliente; pero es insoluble en solucin de cianuro de potasio. KCN.

CdSO4+H2S

CdS+H2SO4

2.- Con hidrxido de sodio:

Se forma un precipitado blanco de hidrxido de cadmio; Cd(OH)3; insoluble en exceso de reactivo.

Cd(SO4)+2NaOH

Cd(OH)2+Na2

Grupo II B (TIOSALES)Reacciones del in arsnico: As+31.- Sulfuro de hidrgeno de hidrgeno:

Se obtiene un precipitado amarillo de sulfuro arsnico As2S3; en solucin cido (cido clorhdrico). El precipitado es insoluble en cido clorhdrico concentrado caliente.

Reacciones del in antimonio: Sb+31.- Con sulfuro de Hidrgeno:

En solucin moderadamente cidos se forma un precipitado rojo anaranjado de pentasulfuro de antimonio, Sb2S5. El precipitado es insoluble en solucin de carbonato de amonio; soluble en solucin de sulfuro de amonio formando tioantimonioato y se disuelve tambien en cido clorhdrico concentrado con la formacin del tricloruro de antimonio.

Reacciones del in estao: Sn2+1.- Con Sulfuro de Hidrgeno:

Si forma un precipitado pardo de sulfuro estaoso; SnS en soluciones no demasiado cidas [ en presencia de HCl (0,250,3)M es decir pH = 0,6 ]. El precipitado es soluble en cido clorhdrico concentrado; soluble en solucin amarila de polisulfuro de amonio forman tioestao.

IV. Parte ExperimentalInstrumentos y reactivos. Tubos de ensayo

Trpode

Embudo

Pinzas

Calentador elctrico

Papel filtro

Papel tornasol

Solucin inica

Reactivos: HCl 6N, NH4OH 15N, NH4Cl 5N, Na2S, HNO3, H2SO4, KCN,

Agua destiladaProcedimiento. Anlisis sistemtico de la muestra.1. Corregir la acidez de la solucin inicial, si es necesario, que contiene todos los cationes del grupo II (Agregue gota a gota NH4OH(ac) 15N hasta neutralizar la solucin luego aada HCl(ac) 6N, usar papel de tornasol como indicador).

2. Aada gota a gota Na2S(ac) hasta completar la precipitacin. Filtre y deseche la solucin pasante. El precipitado obtenido esta formado por los sulfuros de los cationes del sub-grupo IIA (HgS, PbS, Bi2S3, CuS, CdS) y los del sub-grupo IIB (As2S3, Sb2S3, Sb2S5, SnS, SnS2).

3. Transfiera el precipitado obtenido a un vaso con ayda de unos (6-8) ml de solucin de polisulfuro de amonio (NH4)2Sx(ac) (hacer esta operacin en la zona de extraccin de gases o en un lugar ventilado), posteriormente llene el contenido del vaso a un tubo, someta este contenido a bao mara por unos segundos (con agitacin permanente). Filtrar. Se obtienen dos productos: Precipitado y solucin.El residuo o precipitado puede contener: HgS, PbS, Bi2S3, CuS, CdS, S y la solucin puede contener las tiosales: (NH4)3AsS4, (NH4)3SbS4 y (NH4)2SnS3

Se trabajar primero con el precipitado:

a. El precipitado se traspasa a un vaso con ayuda de unos (6 8) ml de HNO3 6N, calentar ligeramente (hasta observar un cambio), enfriar. Filtrar.

El residuo obtenido esta compuesto de HgS y S.

La solucin filtrada puede contener: Pb(NO3)2(ac), Bi(NO3)3(ac), Cu(NO3)2(ac), Cd(NO3)2(ac), esta solucin debe ser recibida en un vaso, agregar unas gotas de H2SO4(ac) 9N y calentar la solucin hasta observar el desprendimiento de abundantes humos blancos, (realizar esta operacin en zona de extraccin de gases). Diluir ligeramente la solucin. El residuo obtenido corresponde a PbSO4(s). Filtrar.

La solucin filtrada contiene Bi2(SO4)3(ac), CuSO4(ac) y CdSO4(ac), alcalinizar la solucin con NH4OH 15N y observar la formacin de un peculiar precipitado. Filtrar. El precipitado corresponde a Bi(OH)3(s).

La solucin filtrada debe presentar una tonalidad azul por la presencia del catin Cu2+ que se encuentra como Cu(NH3)4SO4(ac), aadir gotas de KCN hasta decolorar la solucin.

La solucin final ser tratada con gotas de Na2S hasta observar la formacin de un precipitado que corresponde a CdS

b. La solucin que contiene las tiosales es diluida ligeramente, luego es acidificada con gotas de HCl(ac) 6N, calentar ligeramente, filtrar y desechar la solucin pasante. El precipitado puede contener: AsS5, Sb2S3, Sb2S5, SnS2 y S.

Traspasar el precipitado con ayuda de unos ml de HCl(ac) 12N a un vaso, calentar ligeramente, filtrar. El precipitado resultante contiene: As2S5.

La solucin puede contener SbCl3 y SnCl4, se diluye la solucin hasta que la concentracin de HCl(ac) contenido se aproxime a 2.4N. Calentar la solucin luego aadir gotas de Na2S(ac) hasta observar la formacin de un precipitado. Filtre en caliente. El precipitado contiene: Sb2S5.

La solucin final debe ser diluida nuevamente hasta que la concentracin de HCl(ac) se aproxime a 1.2N, aadir gotas de Na2S(ac), observe la formacin de un precipitado que corresponde a SnS2.

V. Cuestionarioa. Cmo se efectu la precipitacin total o completa del segundo grupo?

Primero eliminamos los cationes del 1 GRUPO, haciendo precipitar completamente con HCl 6N, luego a la solucin filtrada se le agrega un pedacito de papel tornasol (indicador), se neutraliza aadiendo gota a gota NH4OH 15N. Para obtener una solucin a un PH = 0.5 se agrega HCl 6N tantas gotas como ml. de solucin neutra se tenga. Esto con la finalidad de que los cationes del 2 GRUPO precipitan completamente agregando el reactivo de grupo (Na2S) a un PH = 0.5.

Sin Embargo si fuera bsica la muestra se procedera de la siguiente forma:

Primero a el agregaramos un papel tornasol si sale azul le agregamos gotas de HCl hasta que el papel tornasol cambie de color a rojo.

Hasta que la solucin sea cida

b. Cmo se prepar la solucin de Polisulfuro de amonio?

Se agrega a 1 litro de solucin de sulfuro de amonio 1M, 32 g de azufre; se calienta suavemente hasta que este ltimo se disuelva y se forme una solucin amarilla.

(NH4)2S + ((x-1)/2)S2 (NH4)SxDisolviendo azufre en los sulfuros alcalinos se obtiene los polisulfuros, que contienen el anin Sx2-, donde x puede tener valores variables, generalmente comprendidos entres dos y cinco. Los polisulfuros forman aniones de color ms acentuado que los sulfuros (el sulfuro amnico es incoloro, mientras que el polisulfuro amnico, por ejemplo es amarillo fuerte, menos bsico y con cierto carcter oxidante por el azufre lbil que contiene.

El polisulfuro amnico tiene el inconveniente de que origina una excesiva precipitacin de azufre cuando se acidula la solucin IIB, lo que puede impedir la precipitacin de pequeas cantidades de sulfuro. Tambin se disuelve algo de CuS.

Debe rechazarse el polisulfuro reactivo que no sea de color amarillo rojizo y que no tenga gases de H2S.

c. Para qu se utiliz la disolucin de Polisulfuro de amonio?El polisulfuro de amonio (NH4)2Sn juega un papel de cierta importancia en la marcha de los cationes permitiendo una separacin selectiva, en precipitado (grupo A) y en solucin (grupo B)a. El H2SO4(ac), cido sulfrico comercial, es mas o menos 36 N. Indique con toda claridad Cmo preparara cierto volumen de H2SO4(ac) 9 N.b. Para qu se utiliz el H2SO4(ac) 9 N?

Una vez obtenida la solucin de nitratos (plomo, cobre, bismuto y cadmio) agregamos cido sulfrico H2SO4 9N lo que permite identificar al Plomo, por la formacin de precipitado blanco (casi slida como pequeos puntitos en la solucin cristalina) de sulfato de Plomo.Por lo tanto el H2SO4 9N nos permite identificar al Pb2+(ac).

1. Cmo se procede en la acidificacin de las tiosales? Qu se obtiene?Al obtener la solucin de tiosales primero se diluye ligeramente y despus es acidificada con gotas de HCl 6N2. Haga un diagrama esquemtico indicando la separacin e identificacin de cada catin

3. Kps As2S3=4.1 x 10-29, Kps CdS=1.2 x 10-28 son las constantes de producto de solubilidad del sulfuro de arsnico y del sulfuro de cadmio. Calcule, Cul de las dos sales es mas soluble? Y en cuantas veces?As2S3 2As3+ + 3S2- (2S)2 (3S)3Kps As2S3=108 S5= 4.1 x 10-29S=0.82 x 10-6

CdS Cd2+ + S2- S SKps CdS =S2=1.2 x 10-28S=1.09 x 10-14

La sal ms soluble es el sulfuro de arsnico en 75.23 106.a. Se toman 0.2794 g de una muestra de pirita y despus del tratamiento qumico respectivo se han obtenido 0.4524 g de un precipitado calcinado de BaSO4, sulfato de bario. Calcule el porcentaje de azufre en la muestrab. De una disolucin de PbSO4, sulfato de plomo, contiene 1.5 x 10-4 4. La constante de inestabilidad del ccomplejo amoniacal de cobre Cu(NH3)42+ es: Kinest=2.1 x 10-13 y del Cd(NH3)42+ es 1.0 x 10-7a. Cul de los 2 complejos es mas estable? Y En cuantas veces?b. Escriba la expresin qumica de la constante de inestabilidad, Kest para uno de esos complejosVI. Conclusiones El agente precipitante del segundo grupo de cationes es el Na2S(ac), hace precipitar a los cationes bajo la forma de sulfuros, poco solubles en medio cido diluido. La creacin de un sistema amortiguado permite controlar el pH de la solucin para que ocurra correctamente la precipitacin selectiva.

La funcin de la solucin de polisulfuro de amonio es la de separar el anlisis sistemtico en dos sub-grupos: El sub-grupo del cobre (Hg2+, Pb2+, Cu2+, Bi3+, Cd2+) y el sub-grupo del arsnico (As5+, Sb3+, Sn4+). Esta separacin permite un mejor anlisis selectivo. La precipitacin de ciertos cationes depende del medio cido en que se encuentre, mientras en unos se requiere alta concentracin de H+(ac), otros requieren de una baja concentracin de este.

VII. Recomendaciones Poner especial cuidado en la correccin de la acidez de la solucin, lo cual determina la precipitacin correcta del segundo grupo, as como tambin determina la identificacin de ciertos cationes.

Al momento de lavar el precipitado, el cual contiene los sulfuros de los cationes del segundo grupo, con la solucin de polisulfuro de amonio y luego calentarla en bao Mara, tomar la precaucin de realizar esta operacin en la zona de extraccin de gases ya que se libera sulfuro de hidrgeno (H2S(g)), un gas muy txico.

VIII. Bibliografia ALEXEIV, Vladimir Nikolaevich: Semimicroanlisis Qumico Cualitativo, 1 ed, Mosc, Editorial Mir Mosc, 1975.

CHANG, Raymond: Qumica, 6 ed, Mxico D.F., Mc Graw Hill, 1999.

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CATIONES DEL GRUPO II (NITRATOS)

HgS, PbS, Bi2S2, CdS, CuS

(NH4)3AsS, (NH4)3SbS4, (NH4)2SnS2

Pb(NO3), Bi(NO3)3, Cu(NO3)2. Cd(NO3)2

HgS

As2S5, Sb2S5, Sb2S3, SnS2, S

SbCl3, SnCl4

As2S5

Bi3+, Cu2+, Cd2+

PbSO4

SnCl4

Sb2S5

[Cu(NH3)2]SO4, [Cd(NH3)2]SO4

Bi(OH)3

SnS2

[Cu(CN)4]-3

CdS

Anlisis QumicoPagina 11

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