5to labo de AQ

CUARTO GRUPO DE CATIONES FIGMM

INTRODUCCION

Cuando la solución que contiene (probablemente) los iones Ca++, Sr++ y Ba++ proviene de una separación del grupo III (sulfuros) que contiene en solución un exceso de reactivos anteriores como son las sales amoniacales y el ácido sulfhídrico es conveniente eliminarlos antes de proceder la marcha del grupo cuarto. Para eliminarlos es necesario someter la solución a la ebullición habiendo agregado unas gotas de ácido nítrico concentrado y continuando la evaporación hasta tener la mitad del volumen inicial. Si con la ebullición aparece un precipitado es necesario centrifugarlo y desecharlo. La solución debe estar completamente cristalina y además incolora. (Si tuviera coloración indicaría que probablemente los iones coloridos habían sido eliminados.

OBJETIVOS

La identificación de cationes del cuarto grupo.

Identificar y reconocer las reacciones características de este grupo de cationes

por medio de sus precipitados de diferentes colores.

Efectuar la separación selectiva de los cationes de cuarto grupo aprovechando

su insolubilidad en algunos medios y a ciertas temperaturas.

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIAFACULTAD DE INGENIERIA GEOLOGICA MINERA Y METALURGICA

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FUNDAMENTO TEORICO

CARACTERÍSTICA GENERAL DEL GRUPO IV

El cuarto grupo analítico de cationes comprende los iones Ca+², Sr+² y Ba+². A diferencia de la mayoría de los cationes del grupo V estos iones forman una serie de sales poco solubles con diferentes aniones. Así, 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 solución acuosa en forma de sulfatos, porque uno de ellos (CaSO4) tiene un valor bastante grande del producto de solubilidad (2.37 x 10-5). Además, las sales de un ácido fuerte, los sulfatos, son prácticamente insolubles en ácidos y en virtud de ello su solubilizacion después de la separación del grupo V representa una operación relativamente complicada.

La separación del grupo IV en forma de fosfatos u oxalatos también es dificultosa, ya que los iones PO4³- y C2O4²-, introducidos en la solución, complicaran el curso ulterior del análisis.

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 pequeños (del orden de 10-9) y por eso es posible precipitar prácticamente todos los cationes del grupo IV. La solubilizacion del precipitado obtenido que es necesaria para el análisis ulterior del grupo IV es muy simple, porque, a diferencia de los sulfatos, los carbonatos son sales de un ácido débil y se disuelven bien en ácidos. Por fin, el exceso de los iones precipitantes, CO3²-, se elimina fácilmente de la solución por acidificación debido a la descomposición del ácido carbónico que se forma en CO2 y H2O.

En virtud de todo lo expuesto anteriormente se puede decir que la propiedad más importante para el análisis de los cationes del grupo analítico IV a la cual se recurre para separar sus cationes de los cationes del grupo V, es la insolubilidad práctica 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.

PRECIPITACIÓN DE LOS CARBONATOS:

Los carbonatos de los cationes del grupo IV precipitan cuando el producto de las concentraciones de los iones [Me2+][CO3²-] sobrepasa en la solución el valor PSMeCO3 (donde Me+² es un catión cualquiera del grupo IV. Sin embargo, como reactivo de grupo para el grupo IV se puede utilizar solamente el carbonato amónico (NH4)2CO3, ya que con Na2CO3 o K2CO3 introducimos en la solución los iones Na+ o K+; esta absolutamente claro que resulta imposible establecer si estos iones se encontraban antes en la solución analizada. La introducción del ion amonio no conduce a un error,


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porque se identifica en una porción separada de la solución antes de tratarla con el reactivo de grupo para el grupo IV.

TABLA DE LOS CATIONES DEL GRUPO IV

REACTIVOS

CATIONES

Ba+² Sr+² Ca+²

(NH4)2CO3 Precipitado blanco

BaCO3

Precipitado blanco

SrCO3

Precipitado blanco

CaCO3

Na2CO3 y K2

CO3, Na2HPO4

BaCO3

precipitado blanco

BaHPO4

SrCO3 precipitado

blanco SrHPO4

CaCO3 precipitado

blanco CaHPO4

H2SO4 y sulfatos

solubles

Precipitado blanco

BaSO4

Precipitado blanco

SrSO4

Precipitado blanco

CaSO4

CaSO4 Precipitado blanco

BaSO4 precipita

inmediatamente

Precipitado blanco

SrSO4 precipita

no

inmediatamente

_

(NH4)2C2O4 Precipitado blanco

BaC2O4

Precipitado blanco

SrC2O4

Precipitado blanco

Ca2C2O4

K2CrO4 Precipitado

amarillo BaCrO4

Precipitado

amarillo SrCrO4 _

K2Cr2O4 +

CH3COONa o

K2CrO4 +

CH3COOH

BaCrO4

_ _

K4[Fe(CN)6] +

NH4OH +

NH4Cl

_ _

Precipitado blanco

Ca(NH4)2x[Fe(CN)6]

Coloración de la

llama

Amarillo-verdosa Rojo-carmín Rojo-ladrillo


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MATERIALES

Tubos de ensayo embudo

Vaso precipitado bagueta


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Piceta papel filtro

REACTIVOS

NH4OH (NH4)2CO3

NH4Cl K2CrO4

K2CrO4


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(NH4)C2H3O2 CH3COOH

PROCEDIMIENTO

1. La solución filtrada del grupo III de cationes contiene los cationes del grupo IV y V, esta es la solución entregada.

2. Añada a la solución entregada gotas (3-4) de NH4Cl, luego alcalinice con NH4OH 15N (usamos el papel de tornasol como indicador).


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3. Luego calentamos la solución (notaremos de que no ocurren cambios), añadimos hasta completa precipitación gotas de (NH4)2CO3.observaremos que se forma un precipitado lechoso de color blanco.

4. Dejamos reposar unos cuantos segundos luego filtramos y la solución filtrada la desechamos pues ya no la utilizaremos para los siguientes pasos.


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5. Lavamos el precipitado con una solución que contenga H2O + NH4OH, (dicha solución la prepararemos llenando medio tubo con agua destilada + 4 gotas de NH4OH + 2 gotas de (NH4)2CO3, la solución que obtenemos después del lavado la desechamos.


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6. El precipitado obtenido está formado por: CaCO3, SrCO3, BaCO3. Seguidamente añadimos sobre el precipitado gotas de CH3COOH 17N hasta que la disolución del precipitado sea total.

7. A la solución obtenida le añadimos unas cuantas gotas (10 – 12) de (NH4)C2H3O2, luego calentamos la solución obtenida por unos cuantos segundos luego le añadimos unas gotas de K2CrO4 hasta que podamos observar la formación de un precipitado.


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8. Calentamos y filtramos esta solución, el precipitado obtenido evidencia la presencia del catión Ba+2. Esta solución filtrada la alcalinizamos con NH4OH 15 N.

9. Calentamos la solución unos cuantos segundos y añadimos unas gotas de (NH 4)2CO3

hasta que precipite totalmente. Filtramos la solución obtenida y el precipitado lo disolvemos con unas gotas de CH3COOH 17N.


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10. Alcalinizamos la solución obtenida con NH4OH 15N, calentamos (no se observara cambios significativos) luego procedemos a añadir gota de (NH4)2SO4 hasta que precipite y luego filtramos.

11. El precipitado obtenido evidencia la presencia del catión Sr+2.


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12. Alcalinizamos la solución que obtuvimos en el paso anterior con NH4OH luego añadimos unas gotas de (NH4)2C2O4, luego calentamos la solución, en nuestro caso la calentamos durante 1 minuto y observamos que la solución presentaba turbidez de color blanco, y que el precipitado obtenido de CaC2O4 también tenía una coloración blanca.


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CUESTIONARIO

1.a) Indique brevemente y con toda claridad. ¿Cómo se efectúa la precipitación total o completa del 4to Grupo?

Nuestro grupo conoce de 3 métodos para la precipitación total de los cationes del 4to grupo:

Reactivo ION SULFATO(SO42-)

Logra que precipiten completamente todos los cationes del grupo 4 formando sulfatos de los mismos, siendo el sulfato de calcio, soluble en agua y el sulfato de bario y sulfato de estroncio prácticamente insolubles en ácidos.

Reactivo ION FOSFATO(HPO42-)

Provoca la precipitación total del 4to grupo siendo insolubles en ácidos. El exceso de este reactivo impide la identificación de los iones resultantes.

Reactivo ION CARBONATO(CO32-)

Los tres cationes del grupo precipitan totalmente disolviéndose fácilmente en ácidos. El exceso de este reactivo, no impide el reconocimiento de los iones resultantes.

1.b) El precipitado anterior se sometió al lavado, con la solución indicada. ¿En qué momento la marcha analítica, es preciso volver a lavar? ¿Por qué?

2) Los cationes de este grupo, cuando están separados en la forma química adecuada, se le puede hacer la prueba de la flama o de la llama, dando cada uno de ellos, un color característico.2.a) Indique ¿Qué color produce cada catión?

El catión Ba+2 nos da un color verde amarillento El catión Ca+2 nos da un color rojo ladrillo El catión Sr+2 nos da un color rojo carmín

2.b) A los compuestos que obtuvimos de esos cationes se le puede hacer directamente, la prueba de la flama? ¿Porque?

No, porque la prueba de la flama solo se puede utilizar en sales volátiles.

Para efectuar la prueba de la flama los cationes se deben de encontrar bajo la forma de cloruros y los compuestos son:

BaCl2 CaCl2 SrCl2


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3)ε foton=h . v

ε foton: Energía del fotón o quantumh: Constante de Planck. h = 6.62x10-27 ergios. Segundov: Frecuencia de la radiación electromagnética.

Calcule la energía transportada, en eV (electrón voltios) x 0.25 moles de fotones, de una radiación electromagnética, cuya longitud de onda (λ) es de 5650 A.

A= 10−10m(unidad Angstrom)

1 eV= 1.602x10−12 ergios

Se sabe que ε foton= h.ν

Pero ν = c/λ

Dónde: c = velocidad de la luz en el vacío = 3x108m/s

Por lo tanto: ε foton = (6.62 x10−27ergios . segundos)(3 x108m / s)

5650 x10−10m

ε foton = 3.515x10-12 ergios

Pero se trata de 1/4 de mol de fotones, es decir se trata de:

n= (1/4) x6.023x1023

n= 1.505x1023

La energía total viene a ser igual a:

n*ε foton = 5.290x1011 ( 1.602 x 10−12

1.602 x 10−12 )ergios

∴ εfoton= 0.3302 eV


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4) Se mezclan volúmenes iguales, de disoluciones 0.02N SrCl2, cloruro de estroncio y de K2CrO4, Cromato de potasio, con los cálculos respectivos indique si se forma precipitado o no de SrCrO4, Cromato de estroncio.

K ps(SrCrO4 )= 3.6x10-5

Concentraciones:

Como se mezclan volúmenes iguales las concentraciones se reducen a la mitad:

Para el SrCl2: C0 = 0.02 N = 0.01 M CF = 0.005 M

Para el K2CrO4: C0 = 0.02 N = 0.01 M CF = 0.005 M

Para la reacción SrCl2: SrCl2 Sr+2 + 2Cl-1

0.005M 0.005M 0.01M

Para la reacción K2CrO4: K2CrO4 2K+1 + CrO4-2

0.005M 0.01M 0.005M

Para hallar el producto de solubilidad usamos: Kps (Q) = (a [Sr+2 ])(a[CrO4−2])

Donde ai = fi. Ci

-log f i= 0.512 x Zi2 √μ μ=1

2∑C iZ i2 Zi=valencia

Para el SrCl2: μ=0.5 ( 0.005 x 22+0.01 x 12 )=0.015

Hallando −log f Sr+2=0.512 x22 √0.015 → f Sr+2=¿ 0.5613

→a¿¿

Para el K2CrO4: μ=0.5( 0.01 x 12+0.005 x 22 )=0.015

Hallando −log f CrO4−2=0.512 x22 √0.015 → f CrO4

−2=¿0.5613

→a[CrO4−2 ]=2.8065 x10−3

Hallando el producto de solubilidad:

Kps (Q) =(a [Sr+2 ])(a[CrO4−2])=7.876x10-6→ Kps (Q) ¿ Kps [ SrCO4 ]

∴Noexiste precipitación


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5) Calcular el grado de saturación de una disolución de CaSO4 (ac), sulfato de calcio, si la concentración del Ca

(ac)2+ es de 0.008 ion-gramo/litro.

Kps (CaSO4)= 6.26x10-5

CaSO4 (ac)↔ Ca2+ + SO42-

0.008 -s s

s+0.008 s

Kps = (s+0.008) (s) = 6.26x10-5

S2 + 0.008S + 1.6x10-5 = 7.86x10-5

(S + 4x10-3)2 = 7.86x10-5

S+4x10-3 = 8.865x10-3

∴S=4 .865 x10−3M

6) El catión plomo, Pb (ac)2+ fue precipitado de una solución del Pb (NO3)2, nitrato

de plomo, por acción del Na2SO4 (ac), sulfato de sodio, separándose por filtración del PbSO4. Sera posible separar más Pb (ac)

2+ del filtrado resultante de la precipitación anterior, si por cada 10 volúmenes del filtrado se añade 1 volumen de (NH4)2CO3 (ac), carbonato de amonio 0.2N.

Kps (PbCO3) = 7.24x10-14


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OBSERVACIONES Y RECOMENDACIONES

Al añadirle (NH4)2CO3 se observó la formación de un precipitado blanco lechoso.Al momento de agregarle a la solución NH4Cl y luego alcalinizarla con NH4OH se observó una ligera turbidez en la solución.El precipitado de bario que obtuvimos al agregarle K2CrO4 tenía una coloración amarilla.De igual manera al obtener el precipitado de Sr+2 luego de agregarle (NH4)2 SO4

a la solución ya tratada se observó que dicho precipitado tenía una coloración crema blanquecina.Al momento de trabajar con el NH4OH debemos tener cuidado de no inhalar directamente el aroma que este emane ya que puede ser muy poco agradable para nuestro olfato.no debemos dejar calentar mucho la solución que contiene el precipitado, pues al calentarse demasiado este podría ir desapareciendo.

CONCLUSIONES


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El calentamiento de la solución ya alcalinizada nos ayuda a que al momento de formarse el precipitado este precipite más rápido.En todo el proceso del laboratorio es importante obtener la precipitación completa, pues así facilitará la separación de iones durante el análisis.Para obtener la separación de cationes del grupo IV es primordial que estos se descompongan en carbonatos, ya que la solubilidad es muy pequeña en comparación con otras sales.Durante la operación se utiliza CH3COOH puesto que el BaCrO4 es insoluble en este acido mientras que el SrCrO4 y CaCrO4 son solubles.

Todos los carbonatos se disuelven en ácido acético CH3COOH formando soluciones de acetato.

BIBLIOGRAFIA

SEMICROANÁLISIS QUÍMICO CUALITATIVO V. N. AlexeievQUÍMICA ANALÍTICA CUALITATIVA, Burriel – LucenaEL ANALISIS QUIMICO EN EL LABORATORIO,MUELLER-HARVEY EDITORIAL: ACRIBIA ,2005


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