1. INTRODUCCIÓN.

Todos los iones del grupo II forman sulfuros que son insolubles en soluciones ácidas 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 analítico es el H2S que hace precipitar estos cationes en medio de ácido clorhídrico, siendo posible separar los cationes del grupo analítico III de los I, III, IV grupos que no precipitan bajo la acción del sulfuro de hidrógeno en medio fuertemente ácido.

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 precipitación de los sulfuros se efectúa por medio de la saturación con el sulfuro de hidrógeno pero para nuestro análisis el Na2S de las disoluciones acuosas de diferentes sales con determinadas PH.

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

Los cationes del grupo IV precipitan en forma de sulfuros poco solubles a partir de soluciones ácidas (medio ácido, pH 0.5) mediante sulfuro de hidrógeno. Los cationes de este grupo tienen muchas propiedades comunes: capacidad de formar complejos, de precipitar en las reacciones de oxidación reducción, etc. Estos elementos debido a su posición en la tabla de Mendeléiev, 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:

a) Reconocimiento de los cationes del grupo II

b) Conocer las diferentes características (color, olor, textura, etc.) en sus respectivos precipitados.

c) Familiarizarnos la base práctica del análisis químico aplicado a la industria.

d) Aprender a separar de una solución cada uno de los cationes del segundo grupo.

e) Lograr identificar, por separado, los cationes del segundo grupo; del subgrupo IIA (Hg2+, Pb2+, Bi3+, Cd2+ y Cu2+) y del subgrupo IIB (As3+, As5+, Sb3+, Sb5+ y Sn2+, Sn4+)

III.FUNDAMENTO TEÓRICO

GRUPO II A

REACCIONES DEL IÓN MERCÚRICO : Hg++

1.- Con sulfuro de hidrógeno:

Da un precipitado blanco, luego amarillo, castaño y finalmente negro de sulfuro mercúrico; HgS. En todas los casos, un exceso de sulfuro de hidrógeno da sulfuro mercúrico negro. El precipitado blanco inicial; es el clorisulfuro de mercurio Hg3S2Cl2 (o HgCl2.

2HgS) que se descompone por el sulfuro de hidrógeno.

3HgCl2 + 2H2S Hg3S2Cl3 + 4HClHg3S2Cl3 + H2S 2HCl + 3HgSDespués: HgCl2 + H2S 2HCl + 3HgS rr

2.- Con Solución de Hidróxido de amonio:

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

HgCl2 + 2NH4(OH) Hg(NH2)Cl + NH4Cl + 2H2O

REACCIONES DEL IÓN BISMUTO : Bi+3

1.- Con sulfuro de hidrógeno:

Se obtiene un precipitado pardo de sulfuro de bismuto, Bi2S3; insolubles en ácidos diluidos en frío y en solución de sulfuro de amonio; pero solubles en ácido nítrico diluido, en caliente, y en acido clorhídrico concentrado, a ebullición.

2Bi(NO3)3 + 3H2S Bi2S2 +6HNO3

2.- Con solución de hidrógeno de sodio:

Se obtiene un precipitado blanco de hidróxido de bismuto, Bi(OH)3; en frío, con exceso de reactivo; soluble en ácidos. Por ebullición se torna amarillo debido a una deshidratación parcial.

REACCIONES DEL IÓN CÚPRICO: Cu+2

1.- Con sulfuro de hidrógeno:

Se obtiene un precipitado negro de sulfuro cúprico, CuS en soluciones neutras o de preferencia ácida (HCl), el precipitado es soluble en ácido nítrico diluido en caliente y en solución de cianuro de potasio, en el último caso se forma una sal compleja (cuprocianuro de potasio), K3[Cu(CN)4]. El sulfuro cúprico es insoluble en ácido sulfúrico diluido a ebullición a diferencia del cadmio.

CuSO4 + H2O CuS + H2SO4

2.- Con hidróxido de amonio:

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

REACCIONES DEL IÓN CADMIO: Cd+2

1.- Con sulfuro de hidrógeno:

Se obtiene un precipitado amarillo de sulfuro de cadmio que en soluciones acidificados con un poco de HCl. El precipitado es soluble en ácido nítrico diluido y sulfúrico, en caliente; pero es insoluble en solución de cianuro de potasio. KCN.

CdSO4 + H2S CdS + H2SO4

2.- Con hidróxido de sodio:

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

Cd(SO4 ) + 2NaOH Cd(OH)2 + Na2

GRUPO II B (TIOSALES)

REACCIONES DEL IÓN ARSÉNICO: As+3

1.- Sulfuro de hidrógeno de hidrógeno:

Se obtiene un precipitado amarillo de sulfuro arsénico As2S3; en solución ácido (ácido clorhídrico). El precipitado es insoluble en ácido clorhídrico concentrado caliente.

REACCIONES DEL IÓN ANTIMONIO: Sb+3

1.- Con sulfuro de Hidrógeno:

En solución moderadamente ácidos se forma un precipitado rojo anaranjado de pentasulfuro de antimonio, Sb2S5. El precipitado es insoluble en solución de carbonato de amonio; soluble en solución de sulfuro de amonio formando tioantimonioato y se disuelve tambien en ácido clorhídrico concentrado con la formación del tricloruro de antimonio.

REACCIONES DEL IÓN ESTAÑO: Sn2+

1.- Con Sulfuro de Hidrógeno:

Si forma un precipitado pardo de sulfuro estañoso; SnS en soluciones no demasiado ácidas [ en presencia de HCl (0,25–0,3)M es decir pH = 0,6 ]. El precipitado es soluble en ácido clorhídrico concentrado; soluble en solución amarila de polisulfuro de amonio forman tioestaño.

IV.PROCEDIMIENTO:

1.- Se nos proporciona 4 ml de la mezcla.

2.- Corregimos el nivel de acidez agregando NH4(OH) 15N (13 gotas), hasta que el papel tornasol vire de rojo a azul.

3.- Corregimos el nivel de basicidad agregando HCl 6N (15 gotas), hasta que el papel tornasol vire a azul a rosado.

Papel tornasol

4.- Agregamos Na2S (45 gotas) para que precipiten los cationes del grupo II.

5.- Procedemos a filtrar el precipitado formado.

6.- Agregamos al precipitado una solución de polisulfuro de amonio (NH4)2Sx

7.- Procedemos a vacear el contenido en un tubo de ensayo para ponerlo en Baño María (2 minutos)

Papel tornasol

8.- Teniendo el tubo frío con dicha solución de todos los cationes procedemos a filtrar para separarlos en 2 partes :

a.- Precipitado

b.- Filtrado

a) Precipitado

9.- Lavamos el precipitado con una solución de ácido nítrico (HNO3) para luego deshidratarla.

10.- Procedemos a filtrar el precipitado formado.

11.- Luego procedemos a agregarle H2SO4 (15 gotas) al filtrado anterior.

12.- Vertemos a un vaso de precipitado la solución y procedemos a calentarla hasta observar abundante humo blanco.

13.- Después de haber deshidratado la solución agregamos H2O(l) para poder visualizar los coloides que están dispersos en la solución.

14.- Luego procedemos a filtrar la solución.

15.- Alcalinizamos la solución filtrada con unas gotas (9 gotas) de NH4OH.

16.- Procedemos a filtrar el precipitado formado.

17.- Agregamos al precipitado KCN hasta decolorar la solución.

18.- Agregamos a la solución (40 gotas) Na2S.

Filtramos la solución y obtenemos un precipitado amarillo.

b) Filtrado

19.- Filtramos a acidificar el filtrado obtenido del “paso 8” con unas gotas de HCl 6N.

20.- Llevamos la solución en un vaso de precipitado a la plancha para calentarla ligeramente.

21.- Filtramos la solución.

22.- Lavamos el precipitado con unos mililitros de HCl (12N) en un vaso de precipitado, calentamos y filtramos.

23.- Diluimos el filtrado anterior hasta aproximar la concentración de HCl hasta 2,4 N.

24.- Calentamos la solución diluida.

25.- Agregamos a la solución caliente Na2S para luego filtrarla.

26.- Tomamos 2ml de la solución; luego agregamos 2ml de agua para formar la concentración de la solución a 1,2 N.

27.- Agregamos Na2S para luego filtrado.

V. CONCLUSIONES

Se debe tener en cuenta que los cationes del grupo II en forma de sulfuros en un medio común un grupo puede ser soluble y el otro insoluble.

Debido al tiempo corto que tenemos en el laboratorio, debemos venir preparados; ya que este tipo de laboratorios es necesario ser practico y eficaz durante el laboratorio.

El KCN es un reactivo que permite la identificación del cobre y el cadmio, siendo observados como complejos , que son mas estables.

Al calentar las soluciones , se permitirá que el azufre se elimine como gas , luego de añadirle al precipitado inicial el polisulfuro.

El éxito de la operación que se realiza depende en gran medida del grado de saturación de la disolución en que se precipitan los sulfuros.

En comparación con los cationes del grupo I este grupo requiere de una precipitación selectiva para su reconocimiento particular.

El calor necesario en las distintas operaciones de laboratorio debe darse hasta una observación particular de formación o varinate de sustancia , no siendo necesario el tiempo, sino que se realize las reacciones.

El Cu, Cd, Pb, Bi, por cationes que reaccionan con el Na2S formando sulfuros precipitados en su mayoría oscuros.

Los cianuros complejos de cobre , cadmio son inestables , siendo aprovechado esto para la identificación el cd en presencia de cu, después de separar el Bi en forma de hidróxido

VI.RECOMENDACIONES:

Debemos tener cuidado al momento de tener poca solución, ya que podríamos agregarle agua destilada para poder tener mayor solución y poder observarla después de llevarlo a calentarlo.

Se recomienda colocar el papel filtro de forma de un cono, ya que así previo mojado de las paredes del embudo este se acople a la forma deseada lo cual generaría un buen filtrado.

Para la identificación analítica de los iones en la mezcla se debe proceder sistemáticamente para evitar el precipitado prematuro de iones de un grupo no deseado lo cual no haría más que entorpecer el análisis.

El jefe de laboratorio debería realizar la marcha para el grupo 2 de cationes haciendo uso de ácido sulfhídrico. Sé tomaría nota de las diferencias en la experimentación entre ambos agentes precipitantes.

Debe ponerse especial cuidado en neutralizar las soluciones de la manera más exacta; así como las gotas para acidificar o alcalinizar las soluciones.

Debe tenerse especial cuidado al percibir que se desprenden vapores de las soluciones; para este laboratorio deberían ponerse en funcionamiento los ventiladores de la parte superior.

Usar siempre el papel de tornasol donde se le indique, sino no se podrá identificar la basicidad o acidez de la solución.

El paso 3 se debe de realizar donde exista una campana para la absorción de los gases tóxicos y del mal olor.

El calentamiento se debe de hacer en una plancha y no en un mechero debido a que el calentamiento debe ser lento par evitar que altere las reacciones. Se debe calentar de 3 a 4 minutos, esto se hace ara la eliminación de lo sulfuros.

VII.BIBLIOGRAFÍA

QUÏMICA ANALÍTICA-CUALITATIVA, Vogel, Arthur

SEMICROANÁLISIS QUÍMICO CUALITATIVO V. N. Alexeiev

INTERNET

Cuestionario1. Haga un diagrama esquemático indicando la separación e

identificación de cada catión.

CATIONES DEL GRUPO II

(NITRATOS)

2. Escriba las ecuaciones químicas de las reacciones efectuadas.

Precipitación de cationes del grupo IIPb+2 + H+ + 2Cl- + Na2S(ac) 2NaCl(ac) + PbS(s)

Hg+2 + H+ + 2Cl- + Na2S(ac) 2NaCl(ac) + HgS(s)

2As+3 + H+ + 6Cl- + 3Na2S(ac) 6NaCl(ac) + As2S3(s)

2As+5 + H+ + 10Cl- + 5Na2S(ac) 10NaCl(ac) + As2S5(s)

2Bi+3 + H+ + 6Cl- + 3Na2S(ac) 6NaCl(ac) + Bi2S3(s)

Cd+2 + H+ + 2Cl- + Na2S(ac) 2NaCl(ac) + CdS(s)

Cu+2 + H+ + 2Cl- + Na2S(ac) 2NaCl(ac) + CuS(s)

2Sn+2 + H+ + 2Cl- + Na2S(ac) 2NaCl(ac) + SnS(s)

Sn+4 + H+ + 4Cl- + 2Na2S(ac) 4NaCl(ac) + SnS2(s)

Sb+3 + H+ + 6Cl- + 3Na2S(ac) 6NaCl(ac) + Sb2S3(s)

Sb+5 + H+ + 10Cl- + 5Na2S(ac) 10NaCl(ac) + Sb2S5(s)

Separación de los cationes del grupo II en subgrupos(Pb+2 + Hg+2 + As+3 + As+5 + Bi+3 + Cd+2 + Cu+2 + Sn+2 + Sn+4 + Sb+3 + Sb+5)(ac)

+ 24 S-2 + NH4+1 + x S-2 + calor PbS + HgS + CuS + CdS + Bi2S3 +

AsS5 + Sb2S5 + SnS2

Precipitación selectiva de cationes del subgrupo IIA

HgS, PbS, Bi2S2, CdS, CuS

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

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

As2S5, Sb2S5, Sb2S3, SnS2, S

PbSO4

Bi3+, Cu2+, Cd2+

As2S5 SbCl3, SnCl4

Bi(OH)3

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

Sb2

S5

SnCl4

CdS [Cu(CN)4]-3

SnS2

HgS + HNO3(ac) HgS + So + H+ + NO3-

Pb(NO3)2(ac) + H2SO4(ac) PbSO4 + 2HNO3(ac)

Bi2(SO4)3(ac) + 6H+ + 6(OH)- 2Bi(OH)3 + 3H2SO4

Cd (NH3)4+2

(ac) + Na2S(ac) CdS + 4NH3 + 2Na+1

Precipitación selectiva de cationes del subgrupo IIB

AsS4-3 + HCl + NH4Sx As2S5 + H+ + Cl- + NH4Sx

SbS4-3 + HCl + NH4Sx Sb2S5 + H+ + Cl- + NH4Sx

SnS4-2 + HCl + NH4Sx SnS2 + H+ + Cl- + NH4Sx

As2S5(s) + HCl As2S5 + H+ + Cl-

2SbCl3(ac) + 5Na2S(ac) Sb2S5 + 10Na+ + 6Cl-

SnCl4(ac) + 2Na2S(ac) SnS2 + 4NaCl(ac)

3. Los ácidos comerciales: H2SO4(ac) y HCl(ac) sulfúrico y clorhídrico son ± 18M y 12M respectivamente. Indique como prepararía H2SO4(ac) 9N y HCl(ac) 1.2N. ¿Qué precauciones se debe tener en la preparación de esas soluciones?

Para el H2SO4(ac)

H2SO4(ac) 18M → N=θMM1V1= M2V2 9=(2)M M=4.5molar18(1)=4.5(1+X)X=3LtLuego decimos que debemos disolver 3 litros de agua destilada

Para e HCl(ac) 1.2=(1)M M=1.2molar12(1)=1.2(1+X) X=9LtLuego decimos que debemos disolver 9 litros de agua destilada

Debemos tener cuidado, debemos agregar el acido al agua y no al revés ya que podría ocurrir que se libere gran cantidad de energía lo cual podría quemarnos.

4. Durante la marcha química, que cationes se pueden identificar simultáneamente. Escriba la formulas respectivas.

Los cationes del sub-grupo IIA (HgS, PbS, Bi2S3, CuS, CdS) y los del

subgrupo IIB (As2S3, Sb2S3, SnS, SnS2).

El precipitado puede contener: HgS, PbS, Bi2S3, CuS, CdS, S° y la

solución puede contener los tiosales (NH4)3AsS4, (NH4)3SbS4 y (NH4)2

SnS3.

5. En la acidificación de las thiosales se percibe un olor característico, ¿Qué sustancia la produce? Y ¿Qué característica tiene? En el precipitado que obtuvimos del 3er paso agregamos HNO3,6N calentamos y procedemos a filtrar, La solución filtrada puede contener Pb(NO3)2 , Bi(NO3)2, Cu(NO3)2, Cd(NO3)2 , esta solución la pasamos a un vaso y agregamos gotas de H2SO4 12N y lo llevamos a calentar hasta observar el desprendimiento de abundante humo blanco este humo desprende ese olor característico, el cual es dañino por lo cual debemos trabajar en una plancha eléctrica y una campana extractora, la sustancia que produce ese olor es el sulfuro de Plomo, y el precipitado obtenido es el Sulfato de Plomo PbSO4.

6. La solubilidad del AgNO2 nitrito de plata a 222 mg/dl (dl decilitro). Calcule el Kps de esa sal, en función de los coeficientes de actividad de los iones.

AgNO2 → Ag+ + NO2-

S SS=222x10-2/153.86S=1.44x10-2

CAg=1.44x10-2

CNO2= 1.44x10-2

I=0.5(1.44x10-2(+1)2 +1.44x10-2(-1)2)I=1.44x10-2

-LogfAg =0.5(1)fAg=0.87

-LogfNO2 =0.5(1)fNO2=0.87

KpsAgNO2 = ( )( )

KpsAgNO2=0.87(1.44x10-2)(0.87)(1.44x10-2)

KpsAgNO2=1.57x10-4

7. Con los cálculos debidos, indique si se forma precipitado o no cuando se mezclan volúmenes iguales de las soluciones de HCl (ac) y Pb(NO3)2( ac), ambas soluciones son 0.09N. El precipitado podría ser el PbCl2, cloruro de plomo.Kps=1.6x10-5 (constante del producto de solubilidad del PbCl2)

ai = ƒi x Ci μ = 0.5 ∑ Ci Zi2 logƒi = -0.5 Zi

2√μ

ai = actividad del ion

Ci = concentracion del ion ; ion-g/l

Zi = carga del ion

ƒi = coeficiente de actividad del ion

Pb(NO3)2 → Pb2+ + 2(NO3)- N = Mθ 0.09 =Mx2 → M = 0.045 0.045 0.045 0.09

HCl → H+ + Cl- N = Mθ 0.09 =Mx1 → M = 0.09 0.09 0.09 0.09

Kps = (δCl) x (δPb) …………. ( I )

δPb = 0.0225ƒPb δCl = 0.045ƒCl

logƒPb = -0.5( 2 )2√μ ^ logƒCl = -0.5 (-1)2√μμ = 1/2 [ (0.0225)(2)2 + (0.045)(1)2 ]

μ = 0.0675

ƒPb = 0.303 ^ ƒCl = 0.743

→ δPb = 0.0068175

→ δCl = 0.033435

KPS = (δCl)2(δPb) = 2,279x10-5

El producto de solubilidad es superado por lo tanto se formara el precipitado de PbCl2