Informe-2.docx

2017

“INFORME Nº2: ANALISIS DEL GRUPO I DE CATIONES”

INTEGRANTES

RIVAS MINAYA CARLOS (20160710K) CUYA PRADO CARLOS (20160753A) CURSO ANALISIS QUIMICO DOCENTE ING. TOMAS VIZARRETA ESCUDERO

ANALISIS QUIMICO

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INDICE SEPARACION DE CATIONES POR GRUPO

I.

INTRODUCCION ............................................................................................... 3

II.

OBJETIVOS ....................................................................................................... 4

III.

FUNDAMENTO TEÓRICO ................................................................................. 5

IV.

MATERIALES Y PROCEDIMIENTO .................................................................. 19

V.

CUESTIONARIO .............................................................................................. 25

VI.

CONCLUSIONES .............................................................................................. 43

VII.

RECOMENDACIONES ...................................................................................... 44

VIII.

BIBLIOGRAFÍA.................................................................................................. 45

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ANALISIS QUIMICO

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INTRODUCCION

El análisis cualitativo es un área de la química analítica que contempla la determinación de las especies química en una muestra. La dificultad que se puede presentar en un análisis cualitativo depende de la naturaleza de la muestra. Para la determinación de elementos en muestras complejas tales como de origen biológico, o desechos industriales, requieren el uso de técnica analíticas más modernas y experimentadores más experimentados. Pero en el caso del área minera, a pesar de tener técnicas y maquinaria de última generación, las técnicas clásicas son las más utilizadas por los ingenieros de ejecución por su sencillez y rapidez. A esta técnica de separación y determinación de iones que se encuentran en una muestra dada, se conoce como marcha analítica.

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OBJETIVOS

 Llegar a conocer a los cationes del 1er grupo en forma de cloruros (Ag+1, Pb+2, Hg2+2) y sus más representativas reacciones.  Conocer las reacciones típicas de este grupo de cationes por medio de sus coloraciones básicas en sus coloraciones clásicas en sus diferentes medios a los cuales serán sometidos en esta práctica.  Los cationes de este grupo tienen la particularidad de que forman cloruros insolubles en presencia de ácidos diluidos.  Realizar un buen análisis cualitativo para cada catión en este grupo.

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FUNDAMENTO TEORICO Al estudiar los cationes del grupo I, se toman en consideración varios hechos importantes. Debe tenerse en cuenta además que el grupo II también incluye el Pb+2 pues la solubilidad del cloruro de plomo es bastante alta, y por tanto su precipitado no es total. Trabajando con el grupo I se aprovecha la solubilidad del cloruro de plomo PbCl2 en agua caliente. También se tiene en cuenta la acción del amoniaco NH3 sobre los cloruros de plata y mercurio. Para el plomo Pb+2 se trabaja con una solución acuosa a la que se incrementa la temperatura donde se adiciona cromato de potasio K2CrO4. Al trata con la plata, se usa el hidróxido de amonio, NH4OH separando el complejo mediante el uso de un acido para poder precipitar cloruro de plata AgCl, con el cloro que había presente en la solución. EL color negro obtenido al trabajar con el hidróxido de amonio y la solución permite identificar la presencia de mercurio en dicha solución. En general el trabajo con el grupo I podría resumirse en el análisis siguiente, dado por pasos: a) Separación de los cationes mediante la precipitación por el uso de HCl. b) Separación del cloruro de plomo PbCl2 por solubilizacion a alta temperatura, identificando el plomo Pb+2 en la solución. c) Separación de cloruro de plata AgCl por solubilidad con el hidróxido de amonio NH4OH de donde se obtiene el amonio Nh3 necesario para identificar el catión de la plata Ag+. d) Confirmación del mercurio Hg+22.

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GRUPO I Fundamento Analítico: El escaso producto de solubilidad de los cloruros de los cationes de este grupo permite su separación del resto de los cationes precipitándoles con HC1 diluido. Sin embargo, la solubilidad del PbCl2 es lo suficientemente alta para que su precipitado no sea total, y por eso se incluye también el Pb2+ en el segundo grupo. Para separar los diversos cloruros formados se utilizan sucesivamente los hechos siguientes: 1° Solubilidad del PbCl2; en agua caliente. 2° Doble acción simultánea del NH3 sobre los cloruros de plata y mercurio, solubilizando el primero por formación del complejo amoniacal Ag(NH 3)2+ y provocando la disminución del segundo en Hg y Hg(NH2)Cl. En la solución acuosa caliente se caracteriza el Pb2+' con CrO42- o con I-. En la amoniacal se caracteriza el Ag+ destruyendo el complejo mediante la adición de un ácido que precipita AgCl con Cr- que había presente en la solución o formando Así con I-. El color negro, obtenido por la acción del NH3 sobre el Hg2O2, es suficiente para caracterizar el catión, que no obstante, puede comprobarse disolviendo el precipitado en agua regia e identificando el Hg2+ formado con SnCl2, o con difenilcarbazona.

Las sucesivas operaciones se condensan en las siguientes etapas del análisis: 1. Precipitación de los cationes del grupo con HC1. 2. Separación del PbCl2 por solubilización en agua hirviente e identificación Pb2+ en la solución. 3. Separación del AgCl por solubilidad en NH3 e identificación del Ag+. 4. Confirmación del Hg22+.

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del

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Cationes:  Ag (I) De los distintos estados de oxidación, el catión más estable en disolución es el Ag+, incoloro (saturación del orbital externo 3d), por lo que las reacciones analíticas de este elemento se basan en las características de este catión. Comportamiento Acido Base Catión poco ácido, precipita el hidróxido a un pH relativamente elevado; este hidróxido no se disuelve en exceso de OH-, si bien puede coexistir con pequeñas cantidades de argentito AgO-, sino que por las características de metal noble se transforma espontáneamente en Ag2O, termodinámicamente más estable.  Pb (II) Los compuestos plumbosos originan el catión Pb2+, incoloro, estable. Que es el catión que comúnmente se encuentra en las reacciones analíticas del plomo. El catión tiene cierta semejanza analítica con el Ba2+ (precipitación de sulfato, cromato y oxalato) y con el Tl+ (precipitación de cloruros, yoduros y cromatos). Comportamiento ácido – base El catión Pb2+ es bastante estable en medio acuoso. Cuando disminuye la acidez del medio se hidroliza parcialmente originando PbOH+ y una pequeña cantidad de la especie insoluble Pb(OH)2. A un pH alrededor de 7,8 y para una concentración de Pb2+ = 10-2 M, comienza a precipitar el hidróxido, Pb(OH)2, blanco. Este precipitado es anfótero y se disuelve a un pH superior a 12,4 para originar el anión plumbito, HpbO2-, que, en ocasiones, su formula Pb(OH)3ó PbO22-

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 Hg (I) El catión mercurioso, Hg22+, tiene la estructura +Hg – Hg+. Estudios realizados por difracción de los Rayos X indican que esta unión persiste en los compuestos mercuriosos. El catión es incoloro, como lo son también las sales solubles mercuriosas. Por sus propiedades analíticas, Hg22+ tiene ciertas analogías de comportamiento con Ag+ y Tl+, precipitan do los tres cationes cloruros insolubles. Comportamiento ácido – base El catión mercurioso es un catión bastante ácido que necesita acidez libre para existir en medio acuoso. Si la acidez no es suficiente puede precipitar sales básicas blancas o amarillas. Su característica más importante es la facilidad para dismutarse. Efecto de la formación de complejos en la solubilidad: Una propiedad de los iones metálicos es su capacidad para actuar como ácidos de lewis hacia las moléculas de agua, formándose un ion complejo, estos iones tienen un efecto dramático sobre la solubilidad de las sales del metal dependiendo si el medio interactúa más con el ion o el agua. Los iones complejos son muy inestables. REACCIONES QUIMICAS Separación e identificación del Pb+2 PbCl2 + K2CrO4  2KCl + PbCrO4 PbCl2 + K2CrO4  PbCrO4 + 2Cl- + 2K+

Separación e identificación de Hg2+2 Hg2Cl2 + 2NH3  Hg + HgCINH2 + NH4Cl

Separación e identificación de la plata Ag(NH3)2+ + Cl- + 2H-  AgCl + 2NH4+

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MATERIALES

TUBOS DE ENSAYO

PINZA

EMBUDO DE VIDRIO

PAPEL DE FILTRO

PAPEL TORNASOL

VASO DE VIDRIO

PIPETA

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PROCEDIMIENTO 1) La solución entregada contiene los cationes del Grupo I (Ag+, Pb2+, Hg2+).

2) Diluir ligeramente la solución con 𝑯𝟐 𝑶 destilada.

3) Añadir a la solución HCl 6N gota a gota. ¿Observa algún cambio inicialmente? Complete la reacción. Filtre y deseche la solución filtrada. “Al añadir gotas de HCL la solución Torno un color blanquecino.

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4) Lave el precipitado obtenido con H2O destilada caliente, sin necesidad de retirar el papel de filtro del embudo (realice esta operación). Conserve el precipitado y la solución filtrada (no retire el papel de filtro del embudo).

5) La solución caliente obtenida en 4) se divide en dos porciones:

1* Porción: Añadir gota a gota 𝑲𝟐 𝑪𝒓𝑶𝟒 ¿Qué características posee el precipitado obtenido?

El Precipitado obtenido tiene color amarillo intenso.

El precipitado obtenido indica la presencia del catión Pb2+

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2* Porción: Añadir gota a gota de KI. ¿Qué característica posee el precipitado obtenido? El Precipitado obtenido tiene color amarillo claro.

El precipitado obtenido indica la presencia del catión Pb2+

3* Porción: Añadir gota a gota de porción 𝐍𝐚𝟐 𝐒. ¿Qué características posee el precipitado obtenido?

El Precipitado obtenido tiene Color marrón oscuro.

4* Porción: Añadir gota a gota de porción K2Cr2O7. ¿Qué características posee el precipitado obtenido?

El Precipitado obtenido tiene Color naranja amarillento.

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6) Lavar el precipitado de 4) con gotas de NH4OH 15N (siempre añadiendo el reactivo por los contornos del precipitado); se obtiene dos productos: precipitado y solución.

El Precipitado obtenido tiene Color negro humo. La solución trasparente contiene iones Plata. El precipitado que se mantiene sin disolver indica la presencia del catión Hg2++.

7) La solución de 6) se separa en 3 porciones se añade gotas de KI, H2CrO4 y HNO3 hasta observar la formación de un precipitado.

1era Porción: Añadir gota a gota K2CrO4

El Precipitado obtenido tiene Color amarillo gelatinoso

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2da Porción: Añadir gota a gota KI

El Precipitado obtenido tiene Color blanco transparente.

3era Porción: Añadir gota a gota HNO3

El Precipitado obtenido tiene Color amarillo transparente con vapor.

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8) Luego llenamos un poco de AgNO3 en un tubo de ensayo; y añadimos gotas de 𝑲𝟐 𝑪𝒓𝑶𝟒 .

El Precipitado obtenido tiene Color rojo ocre.

Finalmente realizamos una comparación con el precipitado en 8) y el precipitado en la 1era porción de estos 3 últimos.

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CUESTIONARIO 1- Elabore un esquema del análisis del grupo I. Indicando los cationes de cada etapa, los precipitados obtenidos, los colores formados y las reacciones producidas. Añadimos HCl diluido 6N gota a gota a la solución entregada que contiene Ag+, Pb+2, Hg2+2 y se tornara un color blanquecino procedemos a filtrar y desechar la solución filtrada.

Cationes

Reacción

Precipitado

Ag+

Ag+ + HCl  AgCl + H+

AgCl

Pb+2

Pb+2 + 2HCl  PbCl2 + 2H+

PbCl2

Hg2+2

Hg2+2 + 2HCl  Hg2Cl2 + 2H+

Hg2Cl2

MARCHA ANALITICA DEL GRUPO I

Hg

Ag

Pb

Hg2Cl2

AgCl

PbCl2

HNO3

KI

HNO3

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K2CrO4

KI

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2- Al precipitar los cationes del primer grupo con HCl puede haber un

ligero exceso de ácido, lo que es conveniente para insolubilizar el precipitado por efecto del ion común. Sin embargo, un exceso grande de ácido será perjudicial para el precipitado. Analice y explique ¿Por qué sucede este perjuicio al precipitado? Cite ejemplos. Sabemos que al añadir HCl precipitan los cationes del primer grupo y se torna de un color blanco, pero si nosotros excedemos en añadir HCl, esta solución atacara al precipitado y hará que el precipitado poco a poco desaparezca de tal manera que solo quedara un solución bien acida. 3- Analice y explique porque es necesario eliminar todo PbCl 2 en la

separación de cationes del I grupo. Si la separación del PbCl2 no fue completa. ¿Que podría formarse? Y ¿Cómo podríamos corregirlo? Dado que en el experimento se logra la separación completa de él Ion Pb+2, solo quedarían los iones de Ag+ y Hg2+2 , en el caso que no se logre separar completamente el Pb+2 al momento de seguir el experimento vertiendo el NH4(OH) se forma Ag2(NH3) siendo este un complejo amoniacal de la misma forma pasa con el Hg2+2 formando Hg2NH2+ , también habría Hg2Cl2 , dado con el plomo y con la reacción con el NH4(OH) se formaría el Pb(OH)2- y saldría el NH4+ de la reacción siguiente : Pb+2 +2(OH)-  Pb(OH)2- + NH4+ 4- La separación de los cloruros del primer grupo se basa en la

diferencia de los Kps. Analice y explique porque ocurre esta diferencia si todos precipitan aparentemente al mismo tiempo con HCl. Ag+ + HCl  AgCl (sol) + H+ [𝐻] [𝐴𝑔][𝐻𝐶𝑙] +2 Pb + 2HCl  PbCl2 (sol) + 2H+

Kps =

Kps =

[2𝐻][2𝐻] [𝑃𝑏+2][2𝐻𝐶𝑙][2𝐻𝐶𝐿]

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Hg2+2 + 2HCl  Hg2Cl2 (sol) + 2H+ Kps =

[2𝐻][2𝐻] [𝐻𝑔+2][2𝐻𝐶𝑙][2𝐻𝐶𝐿]

Como podemos notar los valores del Kps de cada reacción son diferentes debido a que en la primera ecuación 1mol de HCl forma 1 mol de AgCl , en la segunda reacción 2 mol de HCl forma 1 mol de PbCl2 , en la tercera reacción 2 mol de HCl forma 1 mol de Hg2Cl2. 5- En la marcha analítica para separar cationes del primer grupo

utilizamos reactivos como K2CrO4 y KI para identificar el Pb+2 ¿Por qué usamos estos reactivos? ¿Cuáles son sus reacciones químicas? Proponga otros reactivos sustitutos de identificación del Pb+2. Porque al verter esos reactivos hacen una leve precipitación, de las cuales con eso identificamos que el catión plomo está en la solución. Entre otros reactivos sustitutos que permiten la identificación del Pb+2 son los siguientes: FILTRADO

PbCl2

H2SO4

PbSO4

K2CrO4

NH4Ac

Pb (CrO4)

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6- A veces puede ocurrir que al añadir las primeras gotas de HCl

aparezca un precipitado blanco que se redisuelve al continuar la adición del ácido. Investigue y responda porque puede darse este hecho. Como hemos notado en el experimento al añadir HCl se forma un precipitado blanco que nos indica la presencia del Grupo I de cationes (Ag+ , Pb+2 , Hg+22 ) y le echamos más HCl para que al momento de filtrar , el precipitado de los cationes (AgCl , PbCl2 , Hg2Cl2) quede en el papel de filtro. 7- ¿Qué proceso analítico podría usar para separar los cationes del

grupo I sin usar HCl? ¿Podría usar HNO3? Para que el HNO3 pueda reemplazar al HCl en el proceso de separación de cationes debe presentar similitud ya sea en concentración, volumen, propiedades acidas, etc. Y como podemos notar el HCl y HNO3 tienen varias características en común, ambos son monoprotico porque liberan un ion hidrogeno ionizable en disolución acuosa HCl  H+ + ClHNO3  H+ + (NO3)Y por esa razón podría generar la separación de cationes del grupo I generando un precipitado diferente al que formaba cuando reaccionaba con el HCl. Reacciones químicas Ag+ + HNO3  H+ + Ag(NO3) Pb+2 + 2HNO3  2H+ + Pb(NO3)2 Hg2+2 + 2HNO3  2H+ + Hg2(NO3)2

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PREGUNTAS APLICATIVAS 8- ¿Cuántas veces disminuye la concentración del OH- en la solución

0.1N de NH4OH al agregarle NH4Cl sólido para obtener la concentración 1mol/L? K=1,76x10-5. NH4OH



(OH)-

+

(NH4)+

Inicio

0.1 M

0

0

Ionizada

x

--

--

Formada

--

x

x

Equilibrio

0.1 - x

x

x

Ka=1,76x10-5 =

[𝑋][𝑋] [0.1−𝑋]

X = 1,3266x10-3

NH4Cl



(Cl)-

+

(NH4)+

Inicio

1M

0

0

Ionizada

x

--

--

Formada

--

x

x

Equilibrio

1-x

x

x

Ka=1,76x10-5 =

[𝑋][𝑋] [1−𝑋]

X = 4,19252x10-3

N (1,3266)=4,19252 N= 3,1602 veces

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9- Determine el grado de ionización del NH4OH en una solución 0.1N.

K=1,76x10-5. NH4OH



(OH)-

+

(NH4)+

Inicio

0.1 M

0

0

Ionizada

x

--

--

Formada

--

x

x

Equilibrio

0.1 - x

x

x

Ka=1,76x10-5 =

[𝑋][𝑋] [0.1−𝑋]

X = 1,3266X10-3 Grado de ionización =

𝑋 0.1

=

1,3266 0.1(1000)

Grado de ionización = 0.013266

NORMAS DE SEGURIDAD 10- ¿Qué precauciones debe tener cuando agrega el agua muy caliente del

vaso de precipitación al precipitado de cloruros del grupo I? Las precauciones que se deberían de tener en cuenta seria el uso cuidadoso del agua caliente al momento de echar al vaso de precipitado debido a que podría generar quemaduras si llegara a rebalsarse. El uso del guante y mandil son obligatorias en el momento de realizar esta parte del laboratorio.

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CONCLUSIONES  Se comprueba el efecto de la solubilidad; para la separación de compuestos que se hayan diluidos en un mismo medio.  Cationes como el Ag+, Pb+2, Hg2 +2 precipitan con HCl 6N (cloruros insolubles en medio ácido).  Solubilidad del PbCl2 > Solubilidad del Hg2Cl2 y AgCl.  La solubilidad del PbCl2 aumentan la temperatura.  El cloruro AgCl es soluble en NH4OH, debido a la formación de un complejo amoniacal de plata.  El cloruro Hg2Cl2 no es soluble en NH4OH; forma Hgº(negro).

RECOMENDACIONES 

Tener sumo cuidado con la manipulación de los reactivos puesto que algunos son muy concentrados.



No excederse al momento de agregar reactivos para no tener problemas con futuras reacciones.

BIBLIOGRAFÍA 

Semimicroanálisis Químico Cualitativo. V. N. Alexeiev. Ed. Mir. URSS 1975.



Química Analítica Cualitativa. Arthur I. Vogel. Editorial Karpelusz. Quinta Edición. Buenos Aires 1974.

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