labo n5 analisis cualitativo

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA Y TEXTIL_______________________________________

MARCHA ANALÍTICA PARA LA SEPARACIÓN DE CATIONES DEL TERCER GRUPO

1. OBJETIVOS

Identificar los cationes del tercer grupo, que se realiza mediante el uso de reactivos específicos.

Analizar e interpretar la formación de precipitados de color característico que evidencian la presencia de los cationes a identificar, así como la formación de iones complejos.

2. FUNDAMENTO TEÓRICO

Los cationes de este grupo no son precipitados por los reactivos de grupo correspondientes a los grupos I y II pero son precipitados, en solución alcalinizada con hidróxido de amonio, en presencia de cloruro de amonio por sulfuro de amonio. Estos cationes con excepción del aluminio y cromo que son precipitados como hidróxidos debido a la hidrólisis total de sus sulfuros en solución acuosa, precipitan como sulfuros. El hierro, aluminio y cromo son precipitados como hidróxidos por la solución de hidróxido de amonio en presencia de cloruro de amonio, mientras que los otros metales del grupo permanecen en solución y pueden ser precipitados después por el sulfuro de amonio. Por eso es común subdividir este grupo en el grupo del hierro (hierro, aluminio y cromo) o grupo IIIA y en el grupo de Zinc (níquel, cobalto, manganeso y zinc) o grupo IIIB.Para el procedimiento para la identificación de cationes es más largo que el de aniones, ya que primero se precipita cada grupo después se separan los cationes entre si y se identifican, sin embargo pata la identificación de aniones se trabaja directamente sobre la muestra con reactivos analíticos específicos que reaccionan con el anión de interés.

GRUPO IIIA:

Hierro, Fe

El hierro puro es un metal blanco plateado, tenaz y dúctil. El hierro se disuelve en ácido clorhídrico concentrado o diluido y en ácido sulfúrico diluido con desprendimiento de hidrógeno y formación de sal ferrosa, con ácido sulfúrico concentrado y caliente se produce dióxido de azufre y sulfato férrico. Con ácido nítrico diluido en frio se obtienen los nitratos ferrosos y de amonio, mientras que con ácido más concentrado se produce sal férrica y el óxido nitroso u óxido nítrico, según sean las condiciones experimentales.El hierro forma dos series importantes de sales: las sales ferrosas que provienen del óxido ferroso, FeO, en las que el metal es divalente, y las sales férricas provienen del óxido férrico, Fe2O3, que contienen hierro trivalente.

Aluminio, Al

El aluminio es un metal blanco, dúctil y maleable, su polvo es gris. El ácido nítrico hace pasivo al metal, lo que puede ser debido a la formación de una película protectora de óxido. Se disuelve fácilmente en ácido clorhídrico (diluido o concentrado) con

LABORATORIO N°5 ANÁLISIS QUÍMICO CUALITATIVO Página


desprendimiento de hidrógeno. Con hidróxidos alcalinos se forma una solución de aluminato.Cromo, Cr

El cromo es un metal blanco, cristalino, es poco dúctil y maleable. El metal es soluble en ácido clorhídrico produciendo un cloruro cromoso, CrCl2, azul en ausencia de aire, pues si no se forma el cloruro crómico, CrCl3, se desprende hidrógeno. El ácido sulfúrico diluido reacciona en forma similar formando sulfato cromoso, CrSO4, en ausencia de aire y sulfato crómico, Cr2 (SO4)3, en presencia del aire. El ácido sulfúrico concentrado y el nítrico concentrado o diluido motivan la pasividad del metal.

Hierro Aluminio Cromo

GRUPO DEL ZINC III B

Cobalto, CoEl cobalto es un metal magnético de color gris acerado. Se disuelve lentamente en ácido sulfúrico o clorhídrico diluido en caliente, y más rápidamente en ácido nítrico, formando compuestos cobaltosos que provienen del óxido de cobaltoso, CoO. Existen otros dos óxidos: el óxido cobáltico, Co2O3, del que derivan los compuestos cobálticos, extremadamente inestables, y el óxido cobaltoso. Todos los óxidos de cobalto se disuelven en ácidos formando sales cobaltosas.

Níquel, Ni

El níquel es un metal duro, blanco plateado, es dúctil, maleable y muy tenaz. Los ácidos clorhídrico o sulfúrico diluidos o concentrados lo atacan lentamente, el ácido nítrico diluido lo disuelve fácilmente, pero si es concentrado motiva su pasividad.

Manganeso, Mn

El manganeso es un metal grisáceo de apariencia similar al hierro fundido. Reacciona con el agua caliente dando hidróxido de manganoso e hidrógeno. Los ácidos minerales diluidos y también el ácido acético lo disuelven produciendo sales de manganeso e hidrógeno. Con ácido sulfúrico concentrado caliente se desprende dióxido de azufre. Se conocen 6 óxidos de manganeso: MnO, Mn2O3, Mn3O4, MnO2, MnO3 y MnO7. Todos los óxidos se disuelven en ácido clorhídrico caliente y en ácido sulfúrico concentrado. Mn + 2HCl MnCl2 + Mn

MnO2 + 4HCl MnCl2 + Cl2 + 2H2O

Mn2O2 + 8HCl 3MnCl2 + Cl2 + 4H2O



2MnO3 + 4H2SO4 4MnSO4 + O2 + 4H2O 2Mn3O4 + 6H2SO4 6MnSO4 + O2 + 4H2O 2Mn3O4 + 6H2SO4 6MnSO4 + O2 + 4H2O

Zinc, Zn El zinc es un metal azulado, El puro se disuelve muy lentamente en ácidos, la reacción se acelera por la presencia de impurezas, o contacto con platino o cobre, producidos por el agregado de algunas gotas de soluciones de las sales de estos minerales. Se disuelve en nítrico muy diluido, pero sin desprendimiento gaseoso, aumentando la concentración del ácido se desprende óxido nitroso u óxido nítrico. El zinc se disuelve también en soluciones de hidróxidos alcalinos con desprendimiento de hidrógeno y formación de zincatos.

Cobalto Níquel Zinc

3. PICTOGRAMAS

K3Fe(CN)6 Descripción: Ferricianuro de PotasioAspecto: Cristales o polvos color naranja a rojo.Propiedades: Soluble en agua. Peligro: En contacto con ácidos libera gases muy tóxicos.Prevención: Mantener herméticamente cerrado. Evitar el contacto con ácidos. En lugar fresco y seco. Sensible a la luz.

Pb(NO3)2 Descripción: Nitrato de plomoAspecto: Polvo blanco, y un oxidante muy estable.Propiedades: Pto de fusión: 563 K (290 °C)Peligros: Sus emisiones de fusión de fundición son considerados peligrosos reproductivo en los seres humanos.Prevención: Si inhalara, respirar al aire fresco, si lo consume de inmediato inducir al vomito.



HNO3 Descripción: Ácido NítricoAspecto: Completamente miscible en agua.Propiedades: Pto. De fusión -42 °CPeligros: irritante y causa quemaduras y ulceración de todos los tejidos con los que está en contacto.Prevención: Almacenar en lugares fríos, secos y bien ventilados. Alejado de álcalis, metales, productos orgánicos, material oxidable.

(NH4)2SO4 Descripción: Sulfato de amonioAspecto: Cristal blancoPropiedades: Pto. De fusión 530,5 K (257 °C)Peligros: En altas concentraciones de polvo en el aire puede ocasionar irritación de las membranas mucosas, tráquea, con síntomas como garganta cerrada y tos.Prevención: Almacenar en área seca, con buena ventilación mantenga el material apartado de cualquier fuente potencial de calor o fuego.

Aluminón Descripción: C22H23N3O9

Aspecto: Rojo en solución acuosaPropiedades: Soluble en agua Peligro: Los síntomas por sobreexposición son: dolor de cabeza, vértigo, cansancio, náuseas y vómitos.Prevención: Utilizar en áreas provistas de ventilación y extracción apropiadas. Llevar equipo de protección personal.

NaBiO3 Descripción: Bismutato de sodioAspecto: Polvos color amarillo a amarillo a verde. Son higroscópicos.Peligros: Al contacto con la piel y los ojos produce irritaciones. Moderadamente nocivo.Prevención: Zona de almacenaje general de reactivos y soluciones químicas. Se deben usar lentes de seguridad resistentes contra proyecciones de la sustancia química.

KNO2 Descripción: Nitrito de potasioAspecto: Sólido gránulos delicuescentes, color blanco-amarilloso.Propiedades: Pto. De fusión 350 °CPeligros: Grandes dosis puede causar irritación gastrointestinal, puede causar meteglobinemia, convulsiones, y la muerte en casos graves.Prevención: Utilizar guantes de neopreno, Botas de Hule, lentes de seguridad y pechera de vinilo.

C2H5OH Descripción: Etanol



Aspecto: Líquido incoloro, volátilPropiedades: Pto. De fusión -130 °C. Miscible con agua en todas proporcionesPeligros: Por ser un producto inflamable, los vapores pueden llegar a un punto de ignición, prenderse y transportar el fuego hacia el material que los originó. Prevención: Utilizar bata y lentes de seguridad, en un área bien ventilada. Cuando el uso es constante, es conveniente utilizar guantes.

4. PARTE EXPERIMENTAL

4.1.Observaciones

La muestra es una solución incolora.

Al saturar la solución con cristales de NH4Cl, ésta se tornó de un color amarillo.

Luego de calentar casi a ebullición, la solución se volvió de color verde olivo.

Al enfriar la solución comenzó a disminuir la intensidad de su coloración casi a

un amarillo verdoso.

Al agregar una gota de NH4OH, la solución se volvió marrón claro con

presencia de precipitado, se pudo sentir que la base del tubo se calentó y se

observó desprendimiento de gas.

Luego de calentar la solución se tornó marrón oscuro.

Después de centrifugar y decantar se pudo observar que la solución era

incolora (solución A) y el precipitado tenía un aspecto de polvo marrón.

Luego de lavar el precipitado con NH4OH y agregar NaOH se observó una

solución con precipitado marrón, es decir se mantuvo igual. Al agregar H2O2 3%

se pudo observar burbujas y un precipitado negro en suspensión.

Al calentar, centrifugar y decantar se pudo observar con mayor claridad el

precipitado negro y la solución de color amarillo.

En el precipitado negro se echaron 3 gotas de HNO3 causando que parte del

tubo presente un color blanco y calentando la parte inferior de éste. Al agregar

2 gotas de H2O2 la solución se tornó de color amarillo verdoso claro. Con esta

solución:

o Cuando se echó una gota de KSCN en una gota de la solución anterior

se pudo observar una coloración rojo sangre.

o Cuando se echó una gota de K4Fe(CN)6 en una gota de la solución

anterior se pudo observar una coloración azul oscuro.



o Cuando se echó una gota de HNO3 y pocos granos de NaBiO3 en una

gota de la solución anterior se pudo observar una coloración púrpura

casi fucsia.

Luego de calentar la solución de color amarillo en baño maría y al agregar

HNO3 se pudo observar emisión de vapores blancos.

Cuando se agrega Pb(NO3)2 se puede observar presencia de un precipitado

amarillo. Al centrifugar y decantar se puede observar con mayor claridad que

la solución es incolora y el precipitado es un polvo amarillo.

En la solución anterior, al agregar (NH4)2SO4 y 5 gotas de aluminón se pudo

observar un precipitado rojo y una solución de coloración rojo claro.

En la solución A, al agregar 8 gotas de tioacetamida no se observaron cambios.

Cuando se calentó en baño maría por 10 minutos se pudo ver formación de

precipitado negro. Al centrifugar y decantar se pudo observar con más claridad

la presencia de un precipitado negro y la solución incolora.

Luego de lavar el precipitado con NH4OH, al agregar 1mL de HCl se disolvió el

precipitado, parte del tubo se volvió blanco y se observó desprendimiento de

gases.

Al agregar 1mL de HNO3 también se observó emisión de vapores blancos.

Luego de evaporar al seco y disolver el residuo con HNO3 se dividió en 4

porciones:

En la primera porción, luego de agregar 1 gota de NH4OH y dimetilglioxima se

pudo observar la formación de un precipitado rojo.

En la segunda porción, luego de agregar NH4CH3COO sólido no se observan

cambios, peor al agregar 5 gotas de KNO2 se pudo observar la formación de un

precipitado color verde olivo.

En la tercera porción, luego de agregar 3 gotas de C2H5OH y un cristal de KSCN

se puede observar que la solución se vuelve roja. Al agregar unos cristales de

NaF la solución se torna azul.

En la cuarta porción, luego de agregar NaOH se pudo sentir que el tubo se

calentó y se observó formación de precipitado marrón. Al calentar, centrifugar

y decantar se pudo ver como mayor claridad una solución incolora y un

precipitado marrón.



En una porción de la solución incolora, al agregar 1 gota de dietilanilina, 2

gotas de K3Fe(CN)6 y CH3COOH se pudo observar la formación de un

precipitado rojo.

En otra porción de la solución incolora, al agregar 8 gotas de tioacetamida y

calentar se pudo observar la formación de un precipitado blanco.



4.2.Diagrama de Flujo



La solución A:

4.3.Reacciones Químicas

¿(ac )2+¿+2OH (ac )

−¿ →¿ (OH )2( s) ¿¿

¿ (OH )2(s )+6NH 3(ac )→¿(NH ¿¿3)6(ac )2+¿+2OH (ac )

−¿ ¿¿¿

Co(ac )2+¿+2OH (ac)

−¿ →Co (OH )2(s )¿¿Co (OH )2( s)+6NH 3(ac )→Co(NH ¿¿3)6(ac )

2+¿+2OH (ac )−¿ ¿¿¿

Zn(ac )2+¿+2OH (ac)

−¿ →Zn (OH )2(s )¿¿

Zn (OH )2(s )+4NH 3(ac )→Zn(NH ¿¿3)4(ac )2+¿+2OH (ac )

−¿ ¿¿¿

Fe(ac )3+¿+3OH (ac )

−¿→Fe (OH )3( s )¿¿ Rojo-café



Mn (ac )2+¿+2OH (ac )

−¿→Mn (OH )2(s )¿¿ Café

Mn (OH )2(s )+H 2O2(ac )→2H 2O(l)+MnO2( s )

Café oscuro

Co(ac )3+¿+3OH (ac )

−¿→Co (OH )3( s) ¿¿ Negro2Co (OH )3( s)+H 2O2(ac )→2Co (OH )3(s )

Negro

Al(ac )3+¿+3OH (ac )

−¿ →Al (OH )3(s )¿¿ Blanco

Al (OH )3(s )+OH (ac )−¿ →Al (OH )4 (ac )

−¿ ¿¿

Cr (ac )+3OH (ac )−¿→Cr (OH )3( s) ¿

VerdeCr (OH )3( s)+OH (ac )

−¿→CrO2(ac)−¿ +2H 2O(l )¿¿

2CrO2(ac)−¿ +2OH (ac )

−¿ +3H 2O 2(ac )→2CrO 4(ac )−¿ +4 H 2O(l )¿¿¿

Presencia de hierro:

Fe (OH )3(ac )+3H 3O(ac )+¿ →Fe (ac )

3+¿+6H 2O (l )¿¿

Fe(ac )3+¿+3SCN (ac )

−¿ →Fe(SCN )3(ac)¿¿ Roja

Presencia de hierro:

Fe(ac )3+¿+Fe (CN )6

4−¿→Fe4 [Fe (CN )6]3(ac )¿¿ Azul de Prusia

Presencia de manganeso:

2Mn(ac )2+¿+5BiO3

−¿+14H 3O( ac )+¿ → 2MnO4 (ac )+ 5Bi (ac )

2+¿+ 21H2O(l)¿¿ ¿¿Púrpura

Presencia de cromo:CrO 4(ac)

2−¿+Pb(ac)2+¿→PbCrO4(s)¿¿

Amarillo

Presencia del aluminio:Al (OH )3(s )+3H 3O(ac )

+¿ →Al (ac )3+¿+6H 2O (l )¿¿

Al(ac )3+¿+3OH (ac )

−¿ →Al (OH )3(ac ) ¿¿ Blanco coloreado en rojo



Por el colorante aluminón

Solución A:

¿(NH ¿¿3)6(ac )2+¿+S(ac)

2−¿→NiS(s )+6NH3(ac )¿¿¿Negro

Co(NH ¿¿3)6(ac )2+¿+S(ac)

2−¿→cos(s )+6NH 3(ac )¿¿¿ Negro

Zn(NH¿¿3)4 (ac )2+¿+S(ac)

2−¿→ZnS (s)+4NH 3(ac )¿¿¿ Negro

Primera porción:

3NiS(s)+2H NO3(ac)+6HCl(ac)→3NiCl2(ac)+2NO(g )+3 S°+4H 2O(l)

C4H8O2 N2(ac )+¿(ac )2+¿+NH 4OH (ac )→NiC8H14 N4O4(ac )+(NH ¿¿4)2

2+¿+2H 2O(l )¿¿¿

Sol. Rosado rojo escarlata

Segunda porción:3cos(s)+8H NO3(ac)→3Co(NO¿¿3)2(ac )+2NO(g)+3 S

°+4H2O(l)¿Co(NO¿¿3)2(ac )+2NH 4CH 3COO( s )→Co ¿¿¿

Co ¿¿Verde olivo

Tercera porción:Co(NO¿¿3)2(ac )+2KSCN (ac)etanol

→2KNO3(ac)+Co(SCN )2(s)¿

Azul

Cuarta porción:Co(NO¿¿3)2(ac )+2NaOH (ac )→2NaNO3(ac )+Co (OH )2( s) ¿

NiCl2(ac)+2NaOH (ac )→2NaCl(ac)+¿(OH )2(s)

4.4.Conclusiones

Los cationes del tercer grupo Fe+3, Mn+3, Al+3, Cr+3 forman precipitado, mientras que Ni+2, Co2+, Zn2+ forman complejos en medio Básico.

En un medio básico se disuelve el hidróxido de Cromo y Aluminio mientras que los hidróxidos de Hierro y Manganeso se conservan en fase sólida.



El lavado del precipitado es para limpiar las impurezas y se hace en medio básico para que el precipitado no se disuelva.

Se agregó cristales de cloruro de amonio e hidróxido de amonio concentrado para buscar la alcalinidad (pH>7) y poder obtener los precipitados Fe (OH)3(s), Mn (OH)3(S), Al(OH)3(s), Cr(OH)3 y complejos.

Existe el ión cromo por la presencia de PbCrO4(S) cuyo color es amarillo. Los cationes del 3º grupo Ni+2, Co+2 y Zn2+ forman precipitados con la

adición del ión sulfuro (S2-). La presencia de FeSCN+2 es eliminado al adicionarle los cristales de NaF

que permite enmascarar al ion férrico, dando la formación más estable de FeF6

-3. Los ácidos HCL y HNO3 disuelven a los sulfuros Ni2+, Co2+ y Zn2+. En presencia de una base se facilita la identificación del ión Na+2 con la

adición de DMG. La utilización de cristales KSCN es para identificar al Co2+. Al agregar Alcohol etílico es para reducir la polaridad del sistema , ya que

el alcohol etílico es menos polar que el agua y el producto que forma el Co+2 con el KSCN es más estable en medio polar.

Se agrega NaOH para precipitar Co+2 y Ni+2 en forma de hidróxidos de Co(OH)2 y Ni(OH)2 , pero al Zn+2 no lo precipita en Zn(OH)2 ya que este compuesto es anfótero, esto causa que se disuelva el precipitado de Zn(OH) y se forme Zn(OH)4

2-.

5. USOS INDUSTRIALES DE LOS CATIONES

ZINC:

El zinc es un metal azulado, El puro se disuelve muy lentamente en ácidos, la reacción se acelera por la presencia de impurezas, o contacto con platino o cobre, producidos por el agregado de algunas gotas de soluciones de las sales de estos minerales. Se disuelve en nítrico muy diluido, pero sin desprendimiento gaseoso, aumentando la concentración del ácido se desprende óxido nitroso u óxido nítrico. El zinc se disuelve también en soluciones de hidróxidos alcalinos con desprendimiento de hidrógeno y formación de zincatos.

MANGANESO:

Reacciona con el agua caliente dando hidróxido de manganoso e hidrógeno. Los ácidos minerales diluidos y también el ácido acético lo disuelven produciendo sales de manganeso e hidrógeno. Con ácido sulfúrico concentrado caliente se desprende dióxido de azufre. Se conocen 6 óxidos de manganeso: MnO, Mn2O3, Mn3O4, MnO2, MnO3 y MnO7. Todos los óxidos se disuelven en ácido clorhídrico caliente y en ácido sulfúrico concentrado.



HIERRO:

El hierro se disuelve en ácido clorhídrico concentrado o diluido y en ácido sulfúrico diluido con desprendimiento de hidrógeno y formación de sal ferrosa, con ácido sulfúrico concentrado y caliente se produce dióxido de azufre y sulfato férrico. Con ácido nítrico diluido en frio se obtienen los nitratos ferrosos y de amonio, mientras que con ácido más concentrado se produce sal férrica y el óxido nitroso u óxido nítrico.

CROMO:

El metal es soluble en ácido clorhídrico produciendo un cloruro cromoso, CrCl2, azul en ausencia de aire, pues si no se forma el cloruro crómico, CrCl3, se desprende hidrógeno. El ácido sulfúrico diluido reacciona en forma similar formando sulfato cromoso, CrSO4, en ausencia de aire y sulfato crómico, Cr2 (SO4)3, en presencia del aire. El ácido sulfúrico concentrado y el nítrico concentrado o diluido motivan la pasividad del metal.

COBALTO:

Se disuelve lentamente en ácido sulfúrico o clorhídrico diluido en caliente, y más rápidamente en ácido nítrico, formando compuestos cobaltosos que provienen del óxido de cobaltoso, CoO. Existen otros dos óxidos: el óxido cobáltico, Co2O3, del que derivan los compuestos cobálticos, extremadamente inestables, y el óxido cobaltoso. Todos los óxidos de cobalto se disuelven en ácidos formando sales cobaltosas.

6. BIBLIOGRAFÍA

Arthur I. Vogel (1974), Química Analítica Cualitativa, Buenos Aires, Ed. Kapelusz, Grupo del Zinc (Grupo III B), págs. 203-222.

Ray U. Brumblay (1995), Análisis Cualitativo, México, Ed. Continental, Análisis del Grupo III, Subgrupos del Níquel y del Aluminio, págs. 99-119.

Ficha técnica de los reactivos. Buscado en: http://es.slideshare.net/SoniaCorpus/ficha-tecnica-de-los-reactivos


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