Anlisis del cuarto grupo de cationes

Facultad de Ingeniera Geolgica Minera y MetalrgicaLaboratorio N05: ANLISIS DEL GRUPO IV DE CATIONES

INTEGRANTES:ASMAT D'ANGELO CRISTHIAN ANDRE 20132504KCANO SOVERO JHON DIEGO 20132723DPROFESOR:VIZARRETA ESCUDERO TOMASSeccin:R1 y R2LIMA, 3 DE NOVIEMBRE DE 2014

OBJETIVOS

Efectuar la separacin selectiva de los cationes del cuarto grupo aprovechando la insolubilidad de stos en ciertos medios y a ciertas condiciones de temperatura.

Reconocimiento de los cationes de este grupo mediante el anlisis cualitativo.

FUNDAMENTO TEORICO

Caracterstica general del Grupo IV (Ca +2, Sr+2, Ba+2)A diferencia de la mayora de los cationes del grupo V estos iones forman una serie de sales poco solubles con diferentes aniones. As, los sulfatos, los fosfatos, los oxalatos y los carbonatos de los cationes del grupo IV son pocos solubles. En forma de que las sales conviene separar el grupo de cationes del V grupo? En primer lugar es necesario que las sales sean pocos solubles en suficiente grado, es decir que tengan los valores de los productos de solubilidad lo menos posibles. Por ejemplo, es imposible precipitar bastante o completamente el grupo IV en solucin acuosa en forma de sulfatos, porque uno de ellos (CaSO4) tiene un valor bastante grande del producto de solubilidad (2.37 x 10-5). Adems, las sales de un cido fuerte, los sulfatos, son prcticamente insolubles en cidos y en virtud de ello su solubilizacin despus de la separacin del grupo V representa una operacin relativamente complicada.La separacin del grupo IV en forma de fosfatos u oxalatos tambin es dificultosa, ya que los iones PO4- y C2O4-, introducidos en la solucin, complicaran el curso ulterior del anlisis.El mejor modo de separar los cationes del grupo II de los del grupo II es transformarlos en carbonatos: CaCO3, SrCO3 y BaCO3 en efecto, los productos de solubilidad de estas sales son bastante pequeos (del orden de 10-9) y por eso es posible precipitar prcticamente todos los cationes del grupo IV. La solubilizacin del precipitado obtenido que es necesaria para el anlisis ulterior del grupo IV es muy simple, porque, a diferencia de los sulfatos, los carbonatos son sales de un cido dbil y se disuelven bien en cidos. Por fin, el exceso de los iones precipitantes, CO3-, se elimina fcilmente de la solucin por acidificacin debido a la descomposicin del cido carbnico que se forma en CO2 y H2O.En virtud de todo lo expuesto anteriormente se puede decir que la propiedad ms importante para el anlisis de los cationes del grupo analtico IV a la cual se recurre para separar sus cationes de los cationes del grupo V, es la insolubilidad prctica de los carbonatos CaCO3, SrCO3 y BaCO3 en agua. Por el contrario, los sulfuros, de los cationes del grupo IV lo mismo que los de los cationes del grupo V, son solubles en agua, lo que distingue el grupo IV de los grupos III, II y I.

Precipitacin de los carbonatos:Los carbonatos de los cationes del grupo IV precipitan cuando el producto de las concentraciones de los iones [Me2+][CO3-] sobrepasa en la solucin el valor PSMeCO3 (donde Me+ es un catin cualquiera del grupo IV. Sin embargo, como reactivo de grupo para el grupo IV se puede utilizar solamente el carbonato amnico (NH4)2CO3, ya que con Na2CO3 o K2CO3 introducimos en la solucin los iones Na+ o K+; est absolutamente claro que resulta imposible establecer si estos iones se encontraban antes en la solucin analizada. La introduccin del ion amonio no conduce a un error, porque se identifica en una porcin separada de la solucin antes de tratarla con el reactivo de grupo para el grupo IV.

Reacciones de los cationes

Reacciones de los iones Ba+2 El dicromato potsico K2Cr2O7 forma con el ion Ba+2 un precipitado amarillo de BaCrO4 y no de BaCr2O7, como sera de esperar. La causa radica en lo siguiente. La solucin de K2Cr2O7 adems de los Cr2O7-2 contiene una pequea cantidad de CrO4-2 que se forman debido a la interaccin de los con el agua:

Cr2O7-2 +H2O2HCrO4-12H+ + 2CrO4-2

K(HCrO4-1) = [H+] [CrO4-2]/[ HCrO4-1]=3,2.10-7

La concentracin de los iones CrO4-2 es, sin embargo, suficiente para que el producto de solubilidad BaCrO4 resulte sobrepasado antes de que sea alcanzado el producto de solubilidad de BaCr2O7. Precisamente por eso es BaCrO4 el que forma el precipitado:

2CrO4-2+2Ba+22BaCrO4

Si smanos las dos ecuaciones, obtendremos la ecuacin general de la reaccin que estamos analizando:

CrO4-2+2Ba+2+ H2O2BaCrO4+2H+

El precipitado de BaCrO4 , es soluble en cidos fuertes, pero es insoluble en cido actico. Como el cido fuerte se forma aqu durante la propia reaccin, esta ltima no llega hasta el final. No obstante, se puede lograr la precipitacin completa de Ba+2 si adems de K2Cr2O7 aadimos a la solucin CH3COONa; el cido fuerte se reemplaza por un cido dbil, el actico, en el que BaCrO4 es insoluble:

CH3COO-+ H+ CH3COOH

En esta reaccin hace falta un exceso de CH3COONa, para que una parte de este exceso quede inutilizada, es decir, para que resulte una mezcla amortiguadora actica que mantenga prcticamente constante, a pesar de la formacin de los iones H+ durante la reaccin, el PH ( 5) suficiente para la precipitacin completa de BaCrO4.

Los iones Sr2+ y Ca2+ no forman precipitaciones por accin de K2Cr2O4 y no ponen obstculos para la identificacin de Ba2+. La reaccin analizada se emplea no solo para identificar el ion Ba2+, sino tambin para separarlos de los iones Ca2+ y Sr2+.

El precipitado de BaCrO4 se forma tambin por accin del cromato de potasio sobre las soluciones de sales de bario. Pero K2CrO4 da con los iones Sr2+ un precipitado amarillo de SrCrO4 que se distingue de BaCrO4 solo por su solubilidad en cido actico. Para prevenir la formacin de SrCrO4 hace falta efectuar la reaccin en presencia de CH3COOH o mejor todava de una mezcla amortiguadora actica. Los iones H+ del cido actico fijan los aniones CrO42- formando HcrO4- , de tal manera que la concentracin de CrO42- en la solucin disminuye tanto el producto inico [Sr2+] [CrO42-] no alcanza el valor del producto de solubilidad de SrCrO4 y el precipitado no se forma. Por el contrario, el producto de solubilidad del cromato de bario, que es menos soluble, resuelta sobrepasado tambin en presencia de cido actico, el cual, de este modo, no obstaculiza su precipitacin.

Reacciones de los iones Sr 2+El cido sulfrico y los sulfatos solubles forman un precipitado blanco de SrSO4, prcticamente insoluble en cidos (por qu?); se puede solubilizarlo como BaSO4 .como SrCO3 es menos soluble que SrSO4, la transformacin de estroncio en carbonato es incomparable ms fcil que en el caso de BaSO4.

Reacciones de los iones Ca2+El oxalato de amonio (NH4)2C2O2 forma con los iones Ca2+ un precipitado blanco de oxalato de calcio soluble en cidos minerales, pero insoluble en cido actico:

Ca2++C2O42-CaC2O4

Esta reaccin, que es la reaccin cualitativa ms importante del ion Ca2+, es interferida por la presencia de Ba2+ y Sr2+ que forman con (NH4)2C2O2 precipitados anlogos.

Los sulfuros solubles (los iones SO42-) forman un precipitado blanco de CaSO4 solamente en las soluciones relativamente concentradas de sales de calcio:

Ca2++SO42-CaSO4

El precipitado es soluble en (NH4)2SO4 debido a la formacin de una sal compleja de (NH4)2[CaSO4]. El agua de yeso no forma turbidez con las soluciones de las sales de calcio (a diferencia de Ba2+ y Sr2+).

EQUIPO Y MATERIALES

8 tubos de ensayo 1 baqueta

Papel de tornasol Papel de filtro

1 embudo de vidrio 1 piceta con agua destilada

1 pinza 1 vaso de vidrio (250 ml)

Reactivos:Cloruro de amonio NH4ClHidrxido de amonio NH4OH cido actico CH3COOH Carbonato de amonio NH4CO3Cromato de potasio K2CrO4Acetato de amonio (NH4)C2H3O2Sulfato de amonio (NH4)2SO4Oxalato de amonio (NH4)2C2O4

Procedimiento experimental

1. Aada a la solucin entregada gotas (3-4) de NH4Cl, luego alcalinice con NH4OH 15N (use papel de tornasol como indicador);

Aada hasta completar precipitacin gotas de (NH4)2CO3. Reposar unos segundos luego filtre y deseche la solucin pasante.

Qu caractersticas observa en el precipitado obtenido?Se obtiene un precipitado blanco lechoso

Lave el precipitado con solucin que contenga (H2O + NH4OH + (NH4)2CO3), (la solucin de lavado se prepara llenando medio volumen del tubo de prueba con H2O destilada y unas gotas 10 gotas de NH4OH y un par de gotas de (NH4)2CO3, la solucin filtrada proveniente del lavado se desecha)

2. El precipitado obtenido est formado por CaCO3, SrCO3 y BaCO3. Aada sobre el precipitado gotas de CH3COOH 17N hasta que la disolucin del precipitado sea total aproximadamente unas 40 gotas (si es necesario refiltre).

Aada a la solucin obtenida gotas (10 12) de (NH4)2C2H3O2 (CH3COONH4) acetato de amonio, se formara un buffer con PH = 5 debido al CH3COONH4 + CH3COOH presentes en la solucin.

Caliente la solucin unos segundos luego aada gotas de K2CrO4 hasta observar la formacin de un precipitado color amarillo que evidencia la presencia del catin Ba+2 en forma de cromato.

3. La solucin filtrada de 3) debe ser alcalinizada con NH4OH 15N,

Filtrar en caliente y desechar la solucin.Disuelva el precipitado obtenido con gotas calientes de CH3COOH 17N; Alcalinice la solucin con NH4OH 15N, Caliente la solucin (no observar cambios significativos) luego aada gotas de (NH4)2SO4 hasta completar la precipitacin del catin Sr+2.

4. Alcalinice la solucin de 4) con NH4OH luego aada gotas de (NH4)2C2O4,

Calentar la solucin unos segundos. Qu observa cuando ha reposado la solucin unos minutos? Qu particularidad presenta el precipitado de CaC2O4?

Se observa la formacin de un precipitado blanco que nos indica la presencia del catin Ca+2

CUESTIONARIO

1)a) Cmo se consigue la precipitacin total del 4to grupo?

Ba+2Contenido en la muestra entregada.

Sea el 4 grupo de cationes Ca+2 Sr+2Lo primero que debemos de hacer es alcalinizar la muestra con hidrxido de amonio NH4OH, para luego echarle unas gotas de Carbonato de Amonio (NH4)2CO3 para lograr una completa precipitacin.El precipitado formado contiene a los cationes en forma de carbonatos bajo las siguientes frmulas: (NH4)2CO3 + Ba+2 BaCO3 + 2NH4+ (NH4)2CO3 + Sr+2 SrCO3 + 2NH4+ (NH4)2CO3 + Ca+2 CaCO3 + 2NH4+

IDENTIFICACION DEL ION Ba+2 A continuacin se diluye al precipitado de con cido actico CH3COOH 17N.Ahora se le aade a la solucin unas gotas de K2CrO4 en caliente y observaremos la formacin de un precipitado de color amarillo que se form de la siguiente manera:BaCO3 + K2CrO4 BaCrO4 + K2CO3La solucin tuvo un pH cido por lo que no precipito el catin Sr+2, lo que evidencia una precipitacin selectiva por medio del pH.

IDENTIFICACION DEL ION Sr+2 La solucin filtrada anterior se alcaliniza con hidrxido de amonio NH4OH 15N, se calienta y se aade gotas de Carbonato de Amonio (NH4)2CO3; en esta reaccin se formara un precipitado el cual se va a filtrar en caliente, al instante se agregara gotas de cido actico CH3COOH 17N para luego alcalinizar la solucin con NH4OH 15N.Por ltimo se aade sulfato de amonio NH4SO4, el cual va reaccionar con el ion estroncio Sr+2 formando un precipitado blanco de la siguiente manera:NH4SO4 + Sr+2 SrSO4 + NH4+

b) Qu funcin cumple, la solucin de NH4Cl, cloruro de amonio en el proceso?

La funcin que cumple el NHCl4 es mantener un pH adecuado (>7) con la finalidad de lograr una precipitacin completa de los cationes del IV grupo en forma de carbonatos.

2) Los tres cationes se pueden determinar por separado, en disolucin por la prueba de la flama o la llama, dando colores caractersticos. Indique bajo qu forma qumica, o compuesto qumico se deben de encontrar para efectuar dicha prueba.

Los cationes deben presentarse bajo la forma de clorurosEl calcio produce una llama de color rojo ladrillo.El estroncio produce una llama de color carmn El bario produce una llama de color rojo verde amarillento.

3) Las radiaciones electromagnticas, obedecen la siguiente frmula:

Calcule la energa en BTU de 1.25 moles de fotones, de una radiacin electromagntica, no visible, muy energtica de 2400 de longitud de onda. .Solucin:

C=.f3x=2,4xf=1.25xReemplazando en la ecuacin de Planck:E=1.25xE=1,034xergios

E=9,8xBTU

4) Calcule el % del precipitado que pasa a la disolucin si 100 g de CaC2O4 .H2O, oxalato de calcio, se lava con 150ml de H2O destilada. Kps(CaC2O4 )=3.810-9

Solucion:Como el oxalato de calcio esta hidratado calculamos la masa solamente del oxalato.

=128+18=146

CaC2O4 Ca2+ + C2O4 2- S S

Kps = S2 = 3.810-9 S = 6.16410-5

S = 6.16410-5 = m=1.183510-3gCalculando el % del precipitado que pasa a disolucin.

5)Calcule, cuantas veces mayor, tiene que ser la concentracin de uno de los cationes Ca2+, Sr2+, para que ocurra la precipitacin simultnea, al introducir aniones carbonato,CO32-.

Kps(CaCO3)=1.7x10-8 Kps(SrCO3)=9.42x10-10SOLUCION:CaCO3 --- Ca2+ + CO32- S1 S1 S12= 1.7x10-8 donde S1=1.304x10-4

SrCO3 --- Sr2+ + CO32- S2 S2 S22= 9.42x10-10 donde S2=3.07x10-5Con lo resuelto, calculamos la relacin de

La concentracin del catin Sr2+ con el catin Ca2+ es de 0.24 aprox.

6) En la determinacin del bario, en la muestra de BaCl2.2H2O se han obtenido los siguiente resultados, la masa de vidrio de reloj con la muestra pesada es de 12.3762 g, la masa del vidrio de reloj vaco es de 11.672 g, la masa del crisol calcinado vaco es de 9.2738g, la masa del crisol con el precipitado de BaSO4, sulfato de bario calcinado es de 9.9464 g. calcule el % de bario en la muestra.MASA(BaCl2.2H2O)= 12.3762 g-11.672 g=0.7042g...(I)MASA (BaSO4 )= 9.9464 g-9.2738g=0.6726g...(II)

I:(BaCl2.2H2O)=243.32 (Ba)=137.32

m(BaCl2.2H2O)= 0.7042gm(Ba)=0.3974

II: (BaSO4 )=233.32 (Ba)=137.32 m(BaSO4)= 0.6726gm(Ba)=0.3958

7) Haga un diagrama esquemtico, indicando la separacin e identificacin de los cationes. Escriba las ecuaciones balanceadas, de las reacciones efectuadas.Solucin acuosa con cationes del grupo IV y V Tratamos con NH4[Cl-, OH-, CO3-2]

La solucin pasante es desechada. Precipitado BaCO3, CaCO3 y SrCO3Disolvemos en CH3COOH luego tratamos con K2CrO4 Precipitado: BaCrO4Solucin: [Ca+2, Sr+2,](CrO4)-2 Precipitado: SrSO4Solucin: CaSO4Depuramos iones extraos y tratamos con (NH4)2SPrecipitado: CaC2O4La solucin restante es desechadaAlcalinizamos con NH4(OH) y tratamos con (NH4)2C2O4

Precipitacin de los cationes del IV grupoBa(OH)2 + 2NH4Cl + (NH4)2S + calor Ba(OH)2 + 2NH4Cl + 2NH4+1 + SBa(OH)2 + (NH4)2CO3 BaCO3 + 2NH4(OH)

Sr(OH)2 + 2NH4Cl + (NH4)2S + calor Sr(OH)2 + 2NH4Cl + 2NH4+1 + SSr(OH)2 + (NH4)2CO3 SrCO3 + 2NH4(OH)

Ca(OH)2 + 2NH4Cl + (NH4)2S + calor Ca(OH)2 + 2NH4Cl + 2NH4+1 + SCa(OH)2 + (NH4)2CO3 CaCO3 + 2NH4(OH)

Obtencin de BaCrO4BaCO3 + K2CrO4 + 2CH3COOH BaCrO4 + K2CO3 + 2CH3COOH

Obtencin de SrSO4Sr(OH)2(ac) + (NH4)2SO4 SrSO4 + 2 NH4(OH)

Obtencin de CaC2O4Ca(OH)2(ac) + (NH4)2C2O4(ac) CaC2O4 + 2NH4(OH)

CONCLUSIONES DEL EXPERIMENTO

No es posible llevar a cabo directamente el reconocimiento de los cationes a partir de su espectro electromagntico ya que es exclusivamente para los cloruros. Nuestros precipitados de los cationes totalmente separados son BrCO4, SrSO4 y CaC2O4. En este laboratorio observamos nuevamente la precipitacin selectiva de los cationes en este caso del IV grupo por medio del pH.

BIBLIOGRAFA

Semimicroanlisis Qumico Cualitativo. V. N. Alexeiev. Ed. Mir. URSS 1975.

Qumica Analtica Cualitativa. Arthur I. Vogel. Editorial Karpelusz. Quinta Edicin. Buenos Aires 1974.

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Gua de anlisis quimico.

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