1 DIV. CATIONES

Universidad Mayor de San Simón

Facultad de Ciencias y Tecnología

ANALISIS SISTEMATICO DE LA PRIMERA DIVISION DE CATIONES 1. Introducción La experiencia ha demostrado que ciertos reactivos precipitan grupos grandes de cationes y los componentes de cada grupo se pueden ir separando mediante el uso de otros reactivos, hasta que se logra aislar cada uno de los cationes, confirmándose su identidad con reacciones especificas y en ausencia de otros cationes que interfieran. primero comprende los cationes cuyos cloruros son insolubles en agua acidulada; el segundo incluye en sí cationes cuyos sulfuros se pueden precipitar con H2S en una solución 0.3N de HCl; el tercero engloba los iones metálicos cuyos sulfuros no precipitan con H2S en una solución 0.3N de HCl, pero cuyos hidróxidos o sulfuros pueden precipitar con H2S, a partir de las soluciones alcalinizadas con hidróxido de amonio en presencia de cloruro de amonio; El cuarto abarca los cationes cuyos sulfuros e hidróxidos no se precipitan por los reactivos de los grupos II y III, pero cuyos carbonatos se pueden precipitar con carbonato de amonio en presencia de cloruro de amonio y finalmente el quinto consta de los cationes restantes. 2. Objetivos 2.1 Objetivo General  Identificar los cationes pertenecientes al grupo 1 a través del análisis cualitativo de los mismos. 2.2 Objetivos Específicos  Analizar las características cualitativas presentes identificación de los cationes del grupo 1.  Determinar las reacciones obtenidas en la identificación de Ag+, Hg2+, Pb2+.

Cristian

Cochabamba-2011

Según la marcha de Bunsen, se puede separar los cationes en 5 grupos: El

Laboratorio de Química Analítica Cualitativa

1

Universidad Mayor de San Simón

Facultad de Ciencias y Tecnología

 Verificar los colores de los iones formados. 3. Fundamento teórico La marcha analítica es un proceso técnico y sistemático de identificación de iones inorgánicos en una disolución mediante la formación de complejos o sales de color único y característico. Una secuencia de reactivos es más o menos selectiva si se produce con más o menos problemas. Un reactivo es específico (más selectivo) cuando reacciona específicos) cuando reaccionan con muchos cationes y aniones. Se puede cambiar la selectividad de un reactivo por tres diferentes métodos: 1) Por variación del pH: Ej. el H2S es un reactivo general que a pH neutro o básico origina precipitados con casi todos los cationes del Sistema Periódico; sin embargo, a pH ácido se produce un efecto ion común, disminuye la concentración del anión S2- y sólo precipitan a pH ácido los sulfuros más insolubles, que son los sulfuros de los denominados Grupos I y II de la marcha analítica. 2) Por cambio del estado de oxidación: Ej. el catión Ni2+ origina un compuesto coloreado de color rosado con dimetilglioxima, pero si tenemos en el medio Fe2+ con dimetilglioxima genera un color rosado rojizo; sin embargo, si añadimos H2O2 el Fe2+ pasa a Fe3+, el cual no reacciona con la dimetilglioxima y podemos detectar el níquel. 3) Enmascaramiento de cationes: Ej. el Cu2+ y Cd2+ son dos cationes muy semejantes; sin embargo, se pueden identificar. Si añadimos H 2S precipitan CuS (negro) y CdS (amarillo). Al problema que contiene se le añade KCN, formando Cu(CN)42- y Cd(CN)42-, ambos incoloros. Si añadimos H2S entonces el Cu(CN)42- no reacciona, ya que es muy estable; sin embargo, el Cd(CN)42- es menos estable, reacciona con el H2S y origina CdS (amarillo).

Cristian

Cochabamba-2011

con muy pocos cationes y aniones. Se van a llamar reactivos generales (menos

Laboratorio de Química Analítica Cualitativa

2

Universidad Mayor de San Simón

Facultad de Ciencias y Tecnología

El escaso producto de solubilidad de cloruros de cationes de este grupo permite la separación del resto de los cationes precipitándoles con HCl diluido. Sin embargo, la solubilidad del PbCl2 es lo suficientemente alta para que su precipitado no sea total, y por eso se incluye también Pb2+ en el segundo grupo. Para separar los diversos cloruros formados se utilizan sucesivamente los hechos siguientes:

1º Solubilidad del PbCl2 en agua caliente. 2º Doble acción simultánea

del NH3 sobre los cloruros de plata y mercurioso, la solubilizando el primero por formación del complejo Ag(NH3)2+ y provocando la disminución del segundo en Hg y Hg(NH2)Cl. Amoniacal se caracteriza el Ag+ destruyendo el complejo mediante la adición de un acido que precipita AgCl con Cl- que habría presente en la solución o formando AgI con I- . El color negro, obtenido por la acción del NH 3 sobre el Hg2Cl2, es suficiente para caracterizar el catión, que no obstante, puede comprobarse disolviendo el precipitado en agua regia e identificando el Hg 2+ formando con SnCl2, o con difenilcarbazona. Las sucesivas operaciones se condensan en las siguientes etapas del análisis: 1. Precipitación de los cationes del grupo con HCl. 2. Separación del PbCl2 por solubilización en agua hirviente e identificación del Pb2+ en la solución. 3. Separación del AgCl por solubilidad en NH 3 e identificación del Ag+. 4. Confirmación del Hg22+

Comprobación de cationes Ag+: Con HCl da AgCl (blanco); con KI da AgI (amarillo). Hg22+: En la marcha analítica precipita con HCl, se añade NH 3 y da en el filtro un precipitado negro de Hg0. Hg2+: Se echa sobre una moneda de una peseta pequeña y da una amalgama negra, ya que se forma Hg0. Pb2+: Se añade KI y da un precipitado amarillo de PbI2 o bien con K2CrO4.

Cristian

Cochabamba-2011

En la solución acuosa caliente se caracteriza el Pb2+ con CrO2-4 o con I- . En la

Laboratorio de Química Analítica Cualitativa

3

Universidad Mayor de San Simón

Facultad de Ciencias y Tecnología

4. Material, equipos y reactivos Materiales  4 Tubos de ensayo  1 Varilla de vidrio  1 Gotero  1 Pipeta  2 Vaso de precipitado (250 ml y 100 ml)  1 Pinzas de madera  1 Gradilla Cochabamba-2011

 1 Pizeta  1 Pera de goma Equipos  1 Centrifugadora  1 Hornilla eléctrica Reactivos Nombre

Formula

Color

Estado

Concentración

Agua

H2O

Incoloro

Liquido

------------------

Ácido nítrico

HNO3

Incoloro

Liquido

Concentrado

Ácido clorhídrico

HCl

Amarillo casi

Liquido

Concentrado

Liquido

3M

Liquido

0.5 M

Liquido

---------------

Liquido

Concentrado

incoloro Ácido clorhídrico

HCl

Incoloro

Ioduro de potasio

KI

Cloruro estannoso

SnCl2

amoniaco

NH3

Cromato de potasio

K2CrO4

incoloro

Liquido

4M

Acetato de amonio

CH3COO

Incoloro

Liquido

3M

incoloro

Liquido

---------------

Incoloro

NH4 muestra

Cristian

------------

Laboratorio de Química Analítica Cualitativa

4

Universidad Mayor de San Simón

5

Facultad de Ciencias y Tecnología

5. Procedimiento Esquema del procedimiento Se verificó que la solución (muestra) es alcalina , pero se lo acidifico un poco más con ácido nítrico.

Solución (acida) nítrica: Ag+,

Se agrega 3 gotas de HCl 3M a la muestra. Acido clorhídrico Se forma un precipitado (blanco) y una solución (blanco lechoso), se lo lleva al centrifugador.

Se separan en dos fases:

Precipitado (Blanco): Cationes: 1ª división

Reacciones:

Se desecha la solución.

Precipitado: (Blanco) (Blanco) (Blanco)

El plomo se disocia en la solución

Cristian

Solución: 2 ª a 5ª división de cationes

Se coloca en baño maría y se lo agrega 1 ml de agua destilada caliente

Laboratorio de Química Analítica Cualitativa

Cochabamba-2011

Pb2+, Hg2+

Universidad Mayor de San Simón

6

Facultad de Ciencias y Tecnología

Lo agitamos con una varilla de vidrio

Centrifugamos la solución

Se agrega 3 gotas de KI 0.5M

Continua en

Centrifugamos

Se separa en dos: Precipitado: Amarillo oscuro Reacción:

Disolvemos el precipitado con 1 ml de solución de Reacción: Solución:

Cristian

Solución se desecha

Laboratorio de Química Analítica Cualitativa

Precipitado: De color blanco

Solución:

Cochabamba-2011

Se separan en dos fases:

7

Universidad Mayor de San Simón

Facultad de Ciencias y Tecnología

Solución:

Precipitado: De color blanco

Agregamos 1 ml de , agitamos y calentamos en baño maría.

Enfriamos y agregamos 2 gotas de

Centrifugamos la solución. Se separa en dos partes:

Precipitado:

Reacción:

y

Solución:

Reacción:

Se logra acomplejar a la plata Identificamos Agregamos KI hascon no KI mas precipitación Agregamos KI has no mas precipitación. Cristian

Laboratorio de Química Analítica Cualitativa

Cochabamba-2011

(Amarillo)

8

Universidad Mayor de San Simón

Facultad de Ciencias y Tecnología

Disolvemos con 3gotas de agua regia .

Reacción: Reacción exotérmica:

e Cochabamba-2011

Llevamos a sequedad y agregamos 1 ml de identificamos con Reacciones:

Primeramente se verifico que la muestra era ligeramente acida (Ph ≈4). En el tubo de ensayo que contiene la muestra se procedió a agregar una gota de HCl 3 M, logramos observar que la muestra se tornaba blanquecina y se formó un precipitado, y seguimos agregando gotas de HCl hasta que ya no precipite más. Llevamos a la centrifugadora que se pone en rotación durante 2 min., para separar la muestra por fuerza centrífuga en sus componentes o fases (una sólida y una líquida). Precipitado: AgCl, PbCl2,Hg2Cl2 El precipitado blanco representa al primer grupo de cationes (AgCl , PbCl2, Hg2Cl2), y la solución incolora y procedimos a descartarla. Al agregar 1 ml de agua destila caliente (previamente la muestra fue llevada a baño maría), esto ocasiona que el plomo se disocie y se solubilice con el agua caliente, luego de agitar se lo llevo al centrifugador se separa nuevamente en dos fases una sólida (AgCl, Hg 2Cl2) y una solución

Cristian

Laboratorio de Química Analítica Cualitativa

6. Observaciones

Universidad Mayor de San Simón

Facultad de Ciencias y Tecnología

cristalina (Pb2+). Solución : Pb2+

Precipitado: AgCl, Hg2Cl2

Al agregar las gotas de yoduro de Al precipitado blanco (AgCl, Hg2Cl2), al agregar las 2 gotas potasio 0.5 M la solución se tornó de amoniaco (NH3 1:1) la solución se tornó medio turbia, color amarillo oscuro y de aspecto llevamos al centrifugado y se separó en dos: una solución y viscoso, con lo cual se logró un precipitado. identificar la presencia del yoduro No se formó mucho precipitado y era muy complicado de

plumboso

(PbI2),

en

la separar las fases, además que el precipitado era casi

muestra.

despreciable por lo que la separación de precipitado con una

solución amarilla, agregamos 20 separación ya que se corría el riesgo de perder precipitado. gotas de acetato (NH4Ac), medio

la

turbia

de amonio

solución con

resulta

partículas

amarillas. Solución: Pb2+ Luego de agregar 2 gotas de

Precipitado: Hgº y HgNH2Cl

Solución: Ag(NH3)2+

El agregado de las 3 gotas de agua

Al añadir a la solución

cromato de potasio la solución regia se lo hiso bajo campana debido

KI se volvió de color

cambia de color a un amarillo a que el agua regia desprendía un

amarillo patito, donde

fosforescente, donde identificamos olor fuerte y desagradable. la presencia del cromato de Cuando se le añadió el agua regia al

se

plomo, con lo que se re verifica la precipitado se observo presencia de plomo en la solución. desprendimiento de vapores (vapor

de plata.

color blanco), y el tubo de ensayo empiezo a calentarse, por tanto se produce una reacción exotérmica. En el tubo de ensayo se forma dos fases, precipitado y la solución, luego se lo llevo a sequedad en la hornilla y con la ayuda de una pinza se procedió a mover el tubo en forma circular encima de la hornilla. Se ve en el tubo desprendimiento de vapores color café bajito y se siente un olor desagradable debido a la

Cristian

forma

un

precipitado de yoduro

Donde disuelve el precipitado, o impedir que se forme, de manera que se forme un complejo. Para ello, se introdujo un agente complejante que dé lugar a una reacción colateral con el catión presente en el equilibrio de solubilidad. Por ejemplo Por tanto, el NH3 forma con el catión Ag+ el complejo Ag(NH3)2+ por lo que si se añade amoniaco a un precipitado de

Cochabamba-2011

Luego de llevar a centrifugado la parte liquida donde era muy dificultosa realizar la

Laboratorio de Química Analítica Cualitativa

9

Universidad Mayor de San Simón

Facultad de Ciencias y Tecnología

AgCl, este se disuelve:

presencia de NO2. En el tubo se forma precipitados en poca cantidad (adheridos a las paredes del tubo de ensayo). Cuando se agrego al tubo de ensayo agua (1 ml) la solución se

Donde se logra acomplejar a la plata.

torno medio transparente, pero cuando se añadió gotas de SnCl2 la solución tomo un color blanco sucio (medio cenizo). El precipitado es .

7. Conclusión Se pudo separar la muestra exitosamente en dos partes: Precipitado (

y una solución (se lo descarto ya que no contenía a los

cationes buscados). Donde el precipitado era de color blanco (contenía los cationes de la 1ª división). Se verifico que la solución que contenía Pb2+ se comprobó la presencia de Pb ya

Cochabamba-2011

cloruro mercurioso (

que al agregar KI 0.5M y centrifugar la solución se formo un precipitado de color amarillo, lo cual indico que existía presencia de plomo en la solución. La solución se lo re identifica disolviendo con

y agregando

y se

observo que la solución cambio de color transparente a amarillo. Precipitado de

es de color blanco se agrego

diluido en donde se forma un precitado

y se disolvió con y una solución

. En el precipitado

se logro identificar el plomo, ya que al agregar

agua regia al precipitado y llevando a sequedad e identificándolo agregado unas gotas de SnCl2 se observa un cambio de color, de transparente a un blanco. Y en cambio la solución

cuando se lo agrego KI se ve un cambio de

color, se torno un color amarillo patito.

En definitiva los cationes tienen los siguientes colores característicos: Ag+: Con HCl da AgCl (blanco); con KI da AgI (amarillo).

Cristian

Laboratorio de Química Analítica Cualitativa

10

Universidad Mayor de San Simón

Facultad de Ciencias y Tecnología

Hg22+: Precipita con HCl, se añade NH3 y da en el filtro un precipitado negro de Hg0. Pb2+: Se añade KI y da un precipitado amarillo de PbI2 o bien con K2CrO4.

8. Cuestionario

La exposición del tubo de ensayo a la luz directa solar donde se observa un ennegrecimiento del precipitado blanco, debido a la reducción por efecto de la luz durante la exposición, y el oscurecimiento (mayor cantidad de plata reducida). Se trata de una reacción fotoquímica en la cual, un fotón de luz solar, de frecuencia adecuada, es absorbido por el ion cloro: Cl-

+

Cl + 1 e-

hv

y el electrón desprendido es captado por el ion plata: Ag+

+

1 e-

Ag

Transformándose en plata metálica finamente dividida que ennegrece el precipitado. 2 AgCl (s) + luz Cl2 (g) + Ag (s) 2. ¿Qué iones interfieren en la reacción de Ag + con p-dimetalamino-bencilidenrodanina? y en la reacción del Pb2+ con ditizona? Iones que interfieren en la reacción de Ag+ con p-dimetalamino-bencilidenrodanina La rodanina y derivados como reactivos del catión Ag +. En medio nítrico diluido

Cristian

Cochabamba-2011

1. ¿Por qué se ennegrece un precipitado de AgCl por exposición a la luz?

Laboratorio de Química Analítica Cualitativa

11

Universidad Mayor de San Simón

Facultad de Ciencias y Tecnología

La rodanina origina con los cationes Ag +, Hg2+, Au3+ y algunos del grupo platino precipitados de color blanco amarillento. Feigl estudio detenidamente el reactivo y las modificaciones que podía introducirse en su molécula sin que por ello perdiese sus propiedades selectivas, debidas, principalmente al grupo –NH; observo la influencia de diversos sustituyentes sobe el grupo –CH2 y teniendo en cuenta la fácil condensación de la rodamina con el p-dimetilamino benzaldehído, llego a obtener la p-dimetilamino-benceldiliden-rodamina:

forma un precipitado de color violeta que se destaca bien sobre el propio color rojo del reactivo. Iones que intervienen en la reacción del Pb2+ con ditizona La disolución reciente de la ditizona en tetracloruro de carbono o cloroformo cambia su color verde por el rojo cuando se agita con otra disolución neutra o alcalina que contenga Pb2+. Se origina un quelato de acuerdo con la reacción:

Esta forma de complejo, denominada enólica (enlace por el azufre y cambio del doble enlace de S=C a C=N), la presentan con ditizona los cationes que tienen alta afinidad por el sulfuro. Numerosos cationes, especialmente Ag+, Cu2+, Cd2+ y Zn2+, reaccionan con la ditizona, pero su acción perturbadora se evita por la adición previa de KCN, con lo que la reacción resulta casi específica para el plomo. 3. Qué reacción catalítica usaría para reconocer pequeñas cantidades de Ag +? Se puede utilizar pequeñas cantidades de cloruro obteniendo un color blanco en la muestra (precipitado blanco). Ag+(aq) + Cl-(aq)

Cristian

AgCl (s)

Cochabamba-2011

Este reactivo es ya prácticamente específico del catión Ag+, con el que

Laboratorio de Química Analítica Cualitativa

12

13

Universidad Mayor de San Simón

Facultad de Ciencias y Tecnología

4. ¿Por qué hay que evitar un defecto o exceso de HCl al precipitar la primera división de cationes? La concentración de cloruros es muy importante, debido a que un exceso de éste es desfavorable en la separación por formación de complejos, si bien un ligero exceso favorece la precipitación debido al efecto de ion común. Al agregar grandes cantidades de cloruros se produce la redisolución de los cloruros formados debido a la formación de complejos, aumentando su

durante la marcha analítica. Precipitado (Blanco):

Precipitado:

Reacciones

(Blanco) (Blanco) (Blanco)

Cationes: 1ª división

Se desecha la solución

Solución:

Precipitado: Amarillo oscuro

Reacción

Disolvemos con

Solución:

Agregamos

Solución: Cristian

(Amarillo)

Laboratorio de Química Analítica Cualitativa

5. Escriba las ecuaciones balanceadas de todas las separaciones efectuadas

Cochabamba-2011

solubilidad.

Universidad Mayor de San Simón

Precipitado: De color blanco

Precipitado:

Facultad de Ciencias y Tecnología

Solución:

y

Identificamos la

con KI

Agregamos KI has no mas precipitación

Disolvemos con agua regia

Identificamos con

Cristian

Cochabamba-2011

Reacción

Laboratorio de Química Analítica Cualitativa

14