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ANLISIS QUMICO [TERCER GRUPO DE CATIONES]

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1. Introduccin Los iones de los metales del grupo del aluminio-nquel, conocidos como el tercer

grupo, forman ya sea sulfuros o hidrxidos (ambos insolubles), en una solucin

que se ha hecho ligeramente alcalina con amonaco, a la cual se le agregan iones

sulfuros. Tambin se adiciona NH4Cl con objeto de bufferizar la solucin contra

una concentracin excesivamente alta de iones oxidrilo proveniente slo del

amoniaco, lo cual podra ocasionar la precipitacin de hidrxidos de elementos

de los grupos subsecuentes. Por lo cual este informe est basado en dar a

conocer la forma de analizar y reconocer este grupo de cationes.

2. Objetivo

Separar e identificar los cationes del tercer grupo de una muestra conocida o

desconocida.

Lograr resultados de acuerdo al anlisis previo.

Mejorar en el trabajo de reconocimiento de cationes.

3. Fundamento terico El tercer grupo consiste de dos subgrupos, uno es el subgrupo del nquel en el

cual estn considerados los elementos cuyos hidrxidos no son anfotricos. El

otro es el subgrupo del aluminio, en el cual estn contenidos los elementos

cuyos hidrxidos son anfotricos y que, por consiguiente, son solubles en una

concentracin alta de iones oxidrilo. Como en el anlisis del grupo dos, los

elementos anfotricos extrados de los sulfuros de los elementos anfotricos

mediante la formacin de iones negativos que son solubles en solucin

fuertemente bsica.

En el curso de la precipitacin de los cationes del III grupo analtico en formas

de sulfuros e hidrxidos, se obtienen a menudo sistemas coloidales (disoluciones

coloidales, sales). As mismo los sulfuros del grupo III analtico se disuelven en

cidos diluidos y no precipitan por accin del, sulfuro de hidrogeno de las

disoluciones cido clorhdrico

En el III grupo encontramos dos subgrupos divididos por sus propiedades. Al

primer sub grupo pertenecen los iones Fe+3 , Al 3+, Cr 3= ; que manifiestan

semejanza en su capacidad de precipitacin en forma de fosfatos poco solubles

en agua, e incluso en cido actico a este mismo subgrupo pertenecen los iones

Fe2+, que se oxidan fcilmente a iones Fe3+.

Al segundo subgrupo pertenecen los iones Zn2+, Mn2+, Ni2+ que precipitan por

accin del (NH4)2 S en forma de sulfuros y forman precipitados solubles.


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Elementos que forman los cationes del III grupo:

Nquel; posee el grado de oxidacin (II) en los compuestos ms

importantes y corrientes, los solubles originan el catin Ni2+, verde, forma

complejos solubles de Ni (IV) de color rojo en la dimetilglioxima de til

aplicacin analtica.

Cobalto; pertenece al grupo VII de transicin en sus componentes

funciona con los grados de oxidacin (IV) en compuestos cuya existencia

est dada en condiciones experimentales muy restringidas.

Manganeso; funciona con todos los grados de oxidacin del (I) al (VII)

debido a las posibilidades de combinacin, los compuestos que forman

son numerosos pudindose estudiar bien las variaciones con la

estabilidad de los distintos iones y compuestos en medio acuoso en

funcin del grado de oxidacin.

Hierro; se encuentra en el grupo VIII de transicin junto con el Co y el Ni ,

tiene estructura cortical que responde a la expresin 3d6, 4s2,

ordinariamente funciona con los grados de oxidacin (II) y (III) originando

compuestos ferrosos y frricos, respectivamente en condiciones

excepcionales .

Aluminio; pertenece al grupo III A, en sus compuestos el aluminio acta

exclusivamente con el grado de oxidacin (III) el catin Al+3, es incoloro y

tiene comportamiento analtico parecido al del Be+2 por el radio tiene

cierto parecido analtico al Fe

Cromo; es un metal blanco, cristalino, es poco dctil y maleable. El metal

es soluble en cido clorhdrico produciendo un cloruro cromoso, CrCl2,

azul en ausencia de aire, pues si no se forma el cloruro crmico, CrCl3, se

desprende hidrgeno. El cido sulfrico diluido reacciona en forma

similar formando sulfato cromoso, CrSO4, en ausencia de aire y sulfato

crmico, Cr2(SO4)3, en presencia del aire. El cido sulfrico concentrado y

el ntrico concentrado o diluido motivan la pasividad del metal.

Zinc; El zinc es un metal azulado, es medianamente maleable y dctil, se

disuelve fcilmente en cidos clorhdricos y sulfricos diluidos con

desprendimiento de hidrgeno. Se disuelve en ntrico muy diluido, pero

sin desprendimiento gaseoso, aumentando la concentracin del cido se

desprende xido nitroso u xido ntrico, El zinc se disuelve tambin en

soluciones de hidrxidos alcalinos con desprendimiento de hidrgeno y

formacin de zincatos.


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4. Materiales y equipo

Muestra problema, que va contener cationes de diferentes grupos.

Reactivos:

o Sulfuro de Sodio Na2S

o Cloruro de amonio NH4Cl 5N

o Hidrxido de Amonio NH4OH 15N

o cido clorhdrico HCl 12N

o Agua regia

o Dimetilglioxima

o Brax Na2B4O7.10H2O

o Carbonato de sodio Na2CO3

o Perxido de sodio Na2O2

o Ferrocianuro potsico K4Fe(CN)6

o cido ntrico HNO3 6N

o cido actico CH3COOH 17N

o Acetato de amonio (NH4)CH3COO

o Cloruro de bario BaCl2

Papel de filtro.

Papel tornasol

8 Tubos de ensayo

Pinza


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Alambre de micrn

Mechero

Embudo

Vaso de precipitados

Bagueta

Piceta con agua destilada


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5. Procedimiento 1) Separacin de cationes de tercer grupo

La solucin entregada contiene los cloruros de los metales del grupo 3, aadimos 3 a 4 gotas de NH4Cl y luego NH4OH para alcalinizar usando como indicador, el papel tornasol. Aadir Na2S hasta la precipitacin total Se observa la formacin de un precipitado pardo verduzco. En este precipitado se encuentran los cationes del tercer grupo bajo la forma de hidrxidos y sulfuros. Filtrar

2) Separacin de cobalto y nquel

Lavar el precipitado con HCl 1.2N y remover con ayuda de la bagueta

Filtrar la solucin

El precipitado obtenido contiene los sulfuros de cobalto y nquel


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3) Identificacin de cobalto

4) Identificacin del nquel

Con el alambre de micrn y un poco de brax slido preparar una perla.

Adherir el parte del precipitado a la perla

La perla adquiere un color azul en la llama, ndice de la presencia de

cobalto

Alcalinizar la solucin con NH4OH 15N Agregar gotas de dimetilglioxima

hasta formacin de un precipitado color rojo cereza, ndice de la

presencia de nquel

Disolver la otra parte del precipitado en agua regia (8 ml)


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5) Trabajando con la solucin filtrada en el paso 2

6) Reconocimiento del hierro

Alcalinizar con Na2CO3 (slido). Aadir Na2O2 (slido)

Filtrar

Parte del precipitado obtenido se disuelve en el vaso con gotas de HCl

Calentar y luego enfriar, se obtiene esta solucin


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7) Reconocimiento de manganeso

8) Reconocimiento de aluminio

Diluir y aadir gotas de ferrocianuro potsico. Se obtuvo un precipitado conocido como Azul de Prusia, indicando la presencia del catin ferroso.

Preparacin de una perla con Na2CO3 y algo de precipitado. Calentar Incorporamos KClO3 y seguimos calentado. Obtuvimos una

perla de color verde, ndice de la presencia de manganeso. calentado

Acidificar la solucin filtrada en 5 con HNO3

Alcalinizando con la adicin de NH4Cl y NH4OH, luego calentar


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9) Reconocimiento del cromo

10) Reconocimiento del zinc

Se form un precipitado blanco gelatinoso de Al(OH)3. Filtrar

La solucin pasante, aadir Na2S, precipitar ZnS, ppt blanco

Pasar la solucin a un vaso y crear un medio actico con cido actico y acetato de amonio Al aadir el BaCl2 se form un precipitado. Filtrar


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6. Observaciones Durante las reacciones se utilizaron algunas mezclas amortiguadoras cidas y

bsicas.

La reaccin del nquel con el agua regia y su alcalinizacin fue altamente exotrmica como para ser llevada en el tubo, para lo cual se utiliz el vaso.

El tetraborato de sodio se deshidrato al hacer contacto con la llama del mechero, hecho que se vio cuando se haca como maz pop-corn.

Cometimos un error en el reconocimiento del ion ferroso pues utilizamos un

cido de concentracin mayor a la requerida por la gua.

7. Cuestionario 1.- Indique brevemente y con toda claridad Cmo se obtiene la precipitacin

completa del tercer grupo? Y que componentes se obtienen. Se toma la muestra problema que contiene cationes del 3er al 5to grupo, se forma en ella una mezcla amortiguadora amoniacal con 3 a 4 gotas de cloruro de amonio NH4Cl luego amonaco acuoso, NH4OH; debido a su baja solubilidad precipitarn los hidrxidos de aluminio, cromo y hierro. Si luego aadimos sulfuro de sodio Na2S, se formar el reactivo de grupo, sulfuro de amonio (NH4)2S que en el pH determinado por la mezcla amoniacal (pH=8-9) precipitar los sulfuros de zinc, nquel, cobalto, manganeso. Tenindose as en el precipitado total a los cationes del tercer grupo. 2.- a) Cmo se prepara el reactivo de Chugaiev?

Se prepara, la solucin de dimetilglioxima en el laboratorio, disolviendo 1gr de dimetilglioxima puro, en 100 ml de alcohol a 96.


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b) Explique con toda claridad Para qu se utiliz? Se utiliz para la identificacin del nquel. La dimetilglioxima forma con Ni2+ en medio amoniacal un precipitado rojo caracterstico de sal complejo interno. 3.- a) En la prctica se obtuvieron dos perlas. Indique los colores de las perlas y sus frmulas qumicas. La primera perla obtenida fue durante el reconocimiento del cobalto, mediante el ensayo de la perla de brax. Se obtuvo una perla azulada, formada segn la reaccin:

Na2B4O7 + Co(OH)2 Co(BO2)2 + 2NaBO2 + H2O La coloracin azul de la perla es debida a la presencia de la sal de Co(BO2)2, metaborato de cobalto. La segunda perla se obtuvo durante la identificacin del manganeso, segn la reaccin:

3MnO(OH)2 + 3Na2CO3 + KClO3 3Na2MnO4 + KCl + 3H2O + 3CO2

La coloracin verde de la perla es debida a la presencia de la sal de Na2MnO4, manganato de sodio. b) Cmo se identific al catin ferroso?

Para la identificacin del catin Fe2+ se disolvi parte del precipitado obtenido en HCl, se calent la solucin y luego se utiliz el ferrocianuro de potasio K4[Fe(CN)6] el cual desarrollo la siguiente reaccin:

4FeCl3 + 3K4(Fe(CN)6) Fe4(Fe(CN)6)3 + 12KCl El compuesto precipitado fue Fe4(Fe(CN)6)3 el cual es conocido como el Azul de Berln o de Prusia.


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4.- Haga un diagrama esquemtico, indicando la separacin o identificacin de cada catin

Ppt azul

Calentar y filtrar

+ NH4OH + NH4Cl + Na2S

MUESTRA Cationes de 3er a 5to

grupo

Filtrar

SULFUROS: CoS NiS - FeS MnS ZnS HIDRXIDOS: Al(OH)3 - Cr(OH)3 - Fe(OH)3

Solucin con grupos restantes

+ HCl 1.2N

Filtrar

CoS + NiS Ppt negro

Ensayo de perla de brax

(C4H7N2O2)2Ni

+ Agua regia + NH4OH + Dimetilglioxima

Ppt rojo cereza

Co(BO2)2 Perla azul

FeCl2 AlCl3 CrCl3 ZnCl2 MnCl2

+ Na2CO3 + Na2O2

Fe(OH)2 MnO2

NaAlO2 Na2CrO4 Na2ZnO4

+ HCl Calentar + K4Fe(CN)6

Fe2[Fe(CN)6]

Ensayo de disgregacin

Na2MnO4

Perla verde

+ HNO3 + NH4OH + NH4Cl Al(OH)3 Ppt blanco

(NH4)2CrO4 Zn(NH3)6(NO3)2

+ CH3COOH + CH3COO (NH4) Calentar + BaCl2 filtrar

BaCrO4 Ppt

amarillo

Zn(CH3COO)2

ZnS Ppt

blanco

+ Na2S


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5.- Escriba las ecuaciones balanceadas de las reacciones efectuadas Solucin Aluminio:

AlCl3(ac) + 3NH4OH Al(OH)3(s) + 3NH4Cl

Al(OH)3 + 3HCl AlCl3 + 3H2O

AlCl3(ac) + 3Na2CO3 + 3H2O Al(OH)3 + 3HCO3Na + 3NaCl

4Al(OH)3 + 2Na2O2 4NaAlO2(ac) + 6H2O + O2

NaAlO2(ac) + 4HNO3 Al(NO3)3 + Na(NO3) + 2H2O

Al(NO3)3 + NH4OH Al(OH)3(s) + NH4NO3

Cromo:

CrCl3 + 3NH4OH Cr(OH)3 + 3H2O + Cl2

Cr(OH)3(s) + 3HCl CrCl3(ac) + 3H2O

2CrCl3 + 3Na2O2 + 4NH4OH 2Na2CrO4 + 6NH4Cl +2H2O

Na2CrO4(ac) + 2NH4OH (NH4)2CrO4(ac) + 2NaOH

(NH4)2CrO4 + BaCl2 BaCrO4(s) + 2NH4Cl

Nquel:

NiCl2 + NH4OH Ni(OH)Cl + NH4Cl

Ni(OH)Cl(s) + 6NH4OH [Ni(NH3)6]2+ + 6H2O

[Ni(NH3)6]Cl2(ac) + 6H2O + Na2S NiS(s) + 6NH4OH + 2NaCl

3NiS(s) + 8HCl + 2HNO3 3NiCl2(ac) + 2NO + 3S + 4H2O + Cl2 + H2

2C4H8O2N2 + NiSO4 + 2NH4OH (C4H7O2N2)2Ni(s) + (NH4)2SO4 + 2H2O

Cobalto:

CoCl2 + NH4OH Co(OH)Cl + NH4Cl

Co(OH)Cl + 7NH4OH [Co(NH3)6]2+ + 2OH- + NH4

+ + Cl- + 6H2O

[Co(NH3)6]Cl2(ac) + 6H2O + Na2S CoS(s) + 6NH4OH + 2NaCl

Na2B4O7 + Co(OH)2 Co(BO2)2 + 2NaBO2 + H2O Manganeso:

MnCl2(ac) + 6NH4OH [Mn(NH3)6]Cl2(ac) + 6H2O

[Mn(NH3)6]Cl2(ac) + 6H2O + Na2S MnS(s) + 6NH4OH + 2NaCl

MnS(s) + 2HCl MnCl2(ac) + H2S

MnCl2(ac) + 2Na2CO3 + 2H2O Mn(OH)2 + 2HCO3Na + 2NaCl

Mn(OH)2+ Na2O2 MnO2(s) + 2NaOH

3MnO2(s) + KClO3 + 3Na2CO3 3Na2MnO4 + KCl + 3CO2


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Zinc:

ZnCl2(ac) + 6NH4OH [Zn(NH3)6]Cl2(ac) + 6H2O

[Zn(NH3)6]Cl2(ac) + 6H2O + Na2S ZnS(s) + 6NH4OH + 2NaCl

ZnS(s) + 2HCl ZnCl2(ac) + H2S

ZnCl2(ac) + 2Na2CO3 + 2H2O Zn(OH)2 + 2HCO3Na + 2NaCl

2Zn(OH)2 + 2Na2O2 2Na2ZnO2(ac) + 2H2O + O2

Na2ZnO2(ac) + 4HNO3 Zn(NO3)2 + Na(NO3) + 2H2O

Zn(NO3)2 + 6NH4OH [Zn(NH3)6](NO3)2(ac) + 6H2O

Zn(CH3COO)2 + Na2S ZnS(s) + 2CH3COONa

Hierro: FeCl3 + 3NH4OH Fe(OH)3 + 3NH4Cl

2Fe(OH)3(s) + 3Na2S Fe2S3(s) + 6NaOH

Fe2S3(s) + 6HCl 2FeCl3(ac) + 3H2S

FeCl3(ac) + 3Na2CO3 3H2O Fe(OH)3 + 3HCO3Na + 3NaCl

Fe(OH)3 + 3Na2O2 + 2H2O 2Fe(OH)2(s) + 3Na2CO3 + 2O2

Fe(OH)2(s) + 2HCl FeCl2 + 2H2O

4FeCl2 + 2K4Fe(CN)6 8KCl + Fe2[Fe(CN)6](s)

6.- A 25 ml de CH3-COOH(ac) 0,15 N se le aade 20 ml de KOH(ac) 0,12 N. Calcule el pOH de la mezcla Solucin El nmero de moles de KOH en 10 ml es:

El nmero de moles de CH3COOH originalmente presentes en 25 mL de disolucin es:

Trabajamos con moles debido a que cuando dos disoluciones se mezclan, el volumen de la disolucin aumenta. Al incrementarse el volumen, la molaridad cambiar, pero el nmero de moles permanecer inalterable. Los cambios en el nmero de moles se resumen a continuacin:

( ) ( ) ( ) Inicio (mol) 0 Cambio (mol) Final (mol) 0


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En esta etapa se tiene un sistema amortiguador compuesto por CH3COOH y CH3COO- (a partir de la sal, CH3COONa). Para calcular el pH de la disolucin, se escribe

[ ][

]

[ ]

[ ] [ ] [ ]

[ ] ( )( )

[ ] Por lo tanto, [ ] 7.- Dados los valores del Kps:

KPS(Fe(OH)3) 1.1*10-36= 4.0x10-38

KPS(Zn(OH)2) = 1.8*10-144.5x10-17

Cul de los dos hidrxidos es ms soluble? Cuntas veces?

Solucin Calculamos la solubilidad de cada hidrxido en mol/L:

Fe(OH)3 Fe3+ + 3OH-

KPS(Fe(OH)3) = [Fe3+ ] . [OH-]3

4.0x10-38 = 27 [Fe(OH)3]4

[Fe(OH)3] = 1.962x10-10 mol/L

Zn(OH)2 Zn2+ + 2OH-

KPS(Zn(OH)2) = [Zn2+ ] . [OH-]2

4.5x10-17 = 4 [Zn(OH)2]3

[Zn(OH)2] = 2.241x10-6 mol/L

Observamos que la solubilidad del hidrxido de zinc es mayor que la del

hidrxido frrico.

Calculando en cuntas veces es mayor:

2.241x10-6 : 1.962x10-10 = 11421 veces

8.- Una muestra pesada de FeCO3, de 1.520 gr fue disuelta, oxidada y precipitada como Fe(OH)3, luego calcinada despus de esto, se obtuvo 1,24 gr de Fe2O3, oxido frrico calcule el % de Fe y FeO. Solucin

4FeCO3(s) + 6H2O + O2 4CO2(g) + 4Fe(OH)3(s) 2Fe(OH)3 Fe2O3 + 3H2O

Estas reacciones fueron las que se llevaron a cabo segn el problema, luego:


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Hallaremos la masa que realmente reaccion y form el xido frrico, utilizando Estequiometra

Segn la primera reaccin: ( )

Y la segunda reaccin: ( )

Por lo tanto:

( )

Entonces, las impurezas del FeCO3 (Fe y FeO) tendrn una masa de:

Est masa ser de Fe y FeO, el porcentaje ser:

8. Conclusiones y/o recomendaciones

Los sulfatos de cobalto y nquel presentan un comportamiento especial el cual fue utilizado para su separacin durante la prctica

Se utilizaron algunas soluciones buffer a lo largo de toda la prctica as que se debe tener cuidado con los componentes de la misma al prepararlas.

Es muy importante lograr la precipitacin completa en los diferentes pasos, para tener resultados ms exactos y apreciables.

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

Para la identificacin analtica de los iones en la mezcla se debe proceder sistemticamente para evitar el precipitado prematuro de iones de un grupo no deseado lo cual no hara ms que entorpecer el anlisis.

9. Bibliografa y webgrafa www.monografias.com

Semi-microanlisis Qumico Cualitativo V.N. Alexeiev

Qumica Analtica Cualitativa Arthur I. Vogel

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