Determinación gravimétrica del níquel

Universidad del Zulia Facultad Experimental de Ciencias Departamento de Química Laboratorio de Química General

Práctica 4 DETERMINACION GRAVIMETRICA DE NIQUEL

Integrantes: Becerra Peley, Nilibeth Carolina C.I: 21.075.714 Paz Hernandez , Delcys Katerin C.I: 20.579.492 Yennireth karelis Lopez Solarte C.I:20353289

Maracaibo, Enero de 2011

Maracaibo, Diciembre de 2008

Determinación gravimétrica del níquel Laboratorio de analítica, Departamento de Química, Facultad Experimental de Ciencias, Universidad del Zulia, Maracaibo Edo Zulia, Venezuela

RESUMEN Se determinó el porcentaje de níquel para dos muestras, una sal no conocida y una aleación de acero, ambas de 0.3 g aproximadamente. Dichas muestras se disolvieron en HNO3 concentrado; tomando en consideración las características del acero, este, fue tratado con HCl concentrado hasta lograr la oxidación del Fe. Con el fin de lograr un precipitado de alta pureza y prevenir una coprecipitacion se enmascararon los iones presentes en la solución aplicando (CHOH) 2(COOH)2 y para la sedimentación del Ni+2 (C4H7O2N2)2 se requirió un pH básico el cual se alcanzo con la adición de NH4OH. Palabras clave: precipitación, pureza, aleación, coprecipicitacion,

INTRODUCCION El análisis gravimétrico es la rama de la química analítica que se basa en la medida de la masa de una sustancia de composición conocida y relacionada químicamente con el analito.El componente que se desea se obtiene generalmente por distintos métodos como lo son: los de precipitación ,volatilización termogravimétrico y electroquímico [1] . Un análisis gravimétrico por precipitación consiste en hacer precipitar la especie a determinar por medio de un reactivo, dando lugar a un producto insoluble o poco soluble, de composición química conocida. El precipitado debe cumplir con las siguientes propiedades: una solubilidad baja, fácilmente filtrable, lavable y de transferir de un recipiente a otro, sin olvidar la estabilidad del mismo

[2].

La selección del agente precipitante es uno de los factores más importantes en la precipitación, ya que es la sustancia que reaccionara solo y exclusivamente con el analito para producir el sólido. Existen varios tipos de reactivos precipitantes, inorgánico, reductores y orgánicos, siendo este ultimo el más selectivo; un ejemplo de reactivo orgánico es la dimetilglioxima el cual tiene tres isómeros siendo más estable el anti-dimetilglioxima, formando así con el níquel el dimetilglioximato de níquel. Ni (DMG)2 es un sólido de color rojo ladrillo brillante, insoluble en agua y ligeramente soluble en alcohol como el etanol y otros solventes orgánicos. Es estable a temperaturas moderadamente elevadas y puede secarse fácilmente a 120ºC sin descomponerse. Dicho complejo es soluble en ácidos minerales diluidos, en soluciones que contengan mas de un 50% de etanol y en agua caliente [1] . Englobando lo anterior la presente práctica tiene como objetivo: •

Lograr la precipitación cuantitativa del níquel, usando la dimetilglioxima como agente de precipitación orgánico

•

Determinar mediante método gravimétrico la concentración de níquel existente en una aleación. PARTE EXPERIMENTAL.

MATERIAL Y EQUIPOS MATERIAL

TIPO DE MATERIAL

Vaso de precipitado (50, 250) ml

TC

Balanza

----

Plancha de calentamiento

----

Estufa

----

Desecador

----

Pera de succión

----

Balón Aforado (100 ml)

TC

Pipeta Aforado (4,5,10,20,25) ml

TD

REACITVOS • • • • •

Ácido nítrico concentrado, HNO3 Ácido clorhídrico concentrado, HCL Amoniaco concentrado, NH4OH Ácido tartárico al 20% m/v, (CHOH)2(COOH)2 Dimetilglioxima al 0.1% m/v , DGM

PROCEDIMIENTO Determinación Gravimétrica de Níquel Níquel en una sal Pesar

Adicionar

Medir

Calentar

0.3g de muestra en un vaso precipitado de 50 ml,

A la muestra 1 ml de ácido nítrico concentrado, agitar hasta disolver, agregar una porción de agua y transferir a un balón aforado de 100 ml 3 alícuotas de 25 ml de la sln con una pipeta aforada y transvasar en vasos precipitado de 250 ml Las muestras hasta ebullición, en plancha de calentamiento. Añadir 10 ml de sln, del ácido tartárico a cada una. Agitar constantemente.

Neutralizar

La sln con 4 ml de NH4OH. Utilizar papel pH, para observar la neutralización

Calentar

La sln entre 60 y 80ºC y adicionar lentamente 10 ml de sln de DMG a cada muestra. Agitar

Digerir

La muestra a 60ºC durante 20 min, agitando en varias oportunidades. Dejar enfriar la sln

resultante y filtrarla al vacio el precipitado formado Colocar

Medir

El papel de filtro con el precipitado en la estufa 110ºC por 15 min. Dejar enfriar el precipitado a temperatura ambiente dentro de un desecador. La masa del precipitado y determinar el % promedio de níquel.

m

/m

Níquel en acero Pesar

0.3g de muestra en un vaso precipitado de 50 ml,

Adicionar

A la muestra 20 ml de ácido clorhídrico caliente y 5 ml de ácido nítrico concentrado

Hervir

Para completar la disolución y asegurar la oxidación del hierro

Agregar

1 porción de agua y eliminar por filtración cualquier residuo insoluble

Transferir

A un balon aforado de 100ml

Proceder

Como en el caso anterior (níquel en una sal) a partir de la medición de las 3 alícuotas

RESULTADOS Y DISCUSIÓN. Determinación de níquel en una sal (tabla 1) Muestra 1 2 3 Promedio (x) % Ni

Peso (g) 0,0798 0,0859 0,0719 0,0792 21,85%

En la tabla 1 se pueden observar los pesos obtenidos de Dimetilglioximato de níquel para las diferentes alícuotas y el promedio arrojado por ellos. Por otro lado se detecto una variabilidad entre la serie de datos. La fiabilidad de

dichos

resultados se verificó al realizarle un estudio de error bruto al valor de 0,0859g de Ni(DMG)2 por ser dentro de la gama de los tres (3) valores el más discordante, esto con la finalidad de evitar un sesgo que quede enmarcado en el porcentaje de Ni ya calculado. Realizándole la prueba Q se tiene que: Sí la Q calculada (Qcal) > Q tabulada (Qtab) se rechaza el valor discordante; teniendo en cuenta que lo contrario es cierto si la Qcal < Qtab se acepta el valor discordante. El valor de Qtab queda determinado en la literatura y viene dado por el número de mediciones y el porcentaje de nivel de confianza que se elija, en este caso se tomó un nivel del 95% para tres (3) mediciones la Qtab= 0,970. Calculándose la Qcal se tiene(2): Qcal=│

Xq − Xn │, donde Xq: valor discordante, Xn: valor más cercano al W

discordante y W: el rango (el valor mayor con sustracción al menor). (2)

0,0859 g −0,0798 g

Qcal= │ 0,0859 g −0,0719 g │= 0,4357.

∴ Qcal (0,4357)

< Qtab (0,970), se

conserva el valor atípico, y de esta manera el porcentaje de Ni es de 21,85%.

Porcentajes estándar de níquel en distintas muestra de sal (tabla 1.1)

Posibles

%m/m de

Posibles

muestras

Níquel

Ni(NO3)2.6H2O

20,20

NiSO4

37,94

Ni(ClO4)2.6H2O

16,06

NiSO4.7H2O

19,91

NiSO4.6H2O

22,38

Ni3(PO4)2.7H2O

35,80

NiCl2.6H2O

24,71

NiCO3.6H2O

25,91

muestras

%m/m de Níquel

En la tabla 1.1 se pueden observar los distintos porcentajes tabulados, para las distintas muestras de sal .Con el promedio obtenido en la tabla 1 se determinó el %Ni presente en la sal desconocida; para dichos cálculos se utilizo la siguiente fórmula: %m/m Ni=g Ni (DMG)2 x factor gravimétrico x100ml/25mlx100/g muestra.

El porcentaje promedio de Níquel es de 21,85%, lo cual la posible muestra, que se encuentra cerca del valor, en la tabla 1.1 es la del Ni(NO3)2.6H2O a un 20,20%, lo cual hay diferencia entre los valores en porcentajes debido a la pérdida del precipitado de la primera muestra, donde en el proceso de digestión, dicha muestra 1 al ser calentada en el licor madre fue proyectada a los 8:40min en la campana de extracción. También cuando se realizo la filtración al vacio, parte del precipitado de la muestra 1 quedo adherido en las paredes del recipiente por la proyección anterior. Por lo tanto no es NiSO 4.6H2O porque hay que tomar en cuenta lo expuesto anteriormente; identificando así la sal problema como Ni(NO3)2.6H2O. Se realizo un tratamiento estadístico para conocer el rendimiento de la sal, donde se calculo él %Ni teórico de la siguiente manera: Ni2+

+ 2 ((CH3)2C2N2(OH)2) -------»

Ni(C4H7O2N2)2+ 2H+

%Niteórico = (Mat Ni2+/MM complejo)x100=(58.71/231.71)x100 = 25.34% Rendimiento: R = (%Nimuestra/ %Niteórico)x100 Rendimiento para la sal. R = (21.85/ 25.34)x100=86.23%

Esta práctica contenía muchos trasvases y a pesar de ello los rendimientos han sido altos, por lo que se puede considerar que se ha tenido cuidado para evitar pérdidas innecesarias.

Tratamiento estadístico para la muestra de sal (tabla1.2) Estadística.

Descripción.

Medida de tendencia

Media (X)

0,0792

central (posición).

Mediana (Me)

0,0798

Desviación

7.73x10-3

Medidas de dispersión. (Precisión)

estándar. (s) Varianza (s2).

5.97x10-5

Coeficiente de

9.76%

Variación (CV) Dispersión (w)

0.014

En la tabla 1.2 se pueden detallar las medidas de la tendencia central, además de las de dispersión, lo cual nos permite inferir que la determinación de Ni en la sal fue lo bastante precisa y exacta. Determinación de níquel en acero (tabla 2) Muestra 1 2 3

Vidrio de reloj 31,5097 g 23,2541 g 23,2205 g

Papel de filtro 0,2443 g 0,2314 g 0,2332 g

Masa total 31,8683 g 23,5991 g 23,5735 g Promedio (x)

Peso (g) 0,1143 0,1136 0,1198 0,1159

En la tabla 2 se reflejan los pesos del precipitado Ni(DMG) 2 , para las tres muestras de acero , los cuales fueron obtenidos al restar la masa del vidrio y papel a la masa total. Para dicho cálculo se procedió de la siguiente manera: g Ni (DMG)2=masa total - g vidrio - g papel.

Muestra 1. g Ni (DMG)2=31,8683 g - 31,5097 g - 0,2443 g=0,1143g. Muestra 2. g Ni (DMG)2=23,5991 g - 23,2541 g - 0,2314 g=0,1136g. Muestra 3. g Ni (DMG)2=23,5735 g - 23,2205 g - 0,2332 g=0,1198g. Para asegurar la fiabilidad de los distintos pesos obtenidos se aplico un estudio de error bruto al valor de 0,1198g de Ni(DMG) 2 por ser dentro de la gama de los tres (3) valores el más discordante, esto con la finalidad de evitar un sesgo que quede enmarcado en el porcentaje de Ni. Realizándole la prueba Q se tiene que: Sí la Q calculada (Qcal) > Q tabulada (Qtab) se rechaza el valor discordante; teniendo en cuenta que lo contrario es cierto si la Qcal < Qtab se acepta el valor discordante. El valor de Qtab queda determinado en la literatura y viene dado por el número de mediciones y el porcentaje de nivel de confianza que se elija, en este caso se tomó un nivel del 95% para tres (3) mediciones la Qtab= 0,970. Calculándose la Qcal se tiene(2): Qcal=│

Xq − Xn │, donde Xq: valor discordante, Xn: valor más cercano al W

discordante y W: el rango (el valor mayor con sustracción al menor). (2) 0,1198 g −0,1143 g

Qcal= │ 0,1198 g −0,1136 g │= 0,8870.

∴ Qcal (0,8870)

< Qtab (0,970).Se

conserva el valor atípico y de esta manera se procedió a calcular el promedio de dichos precipitados como se muestra a continuación:

X g Ni(DMG)2 =

0,1143g + 0,1136 g + 0,1198 g =0,1159g. 3

% de níquel en acero (tabla 2.1) Muestra 1 2 3

% de Ni 30,9 % 30,5% 32,7% 31.4%

Promedio (x)

En la tabla 2.1 se muestran los %Ni en el acero, obtenidos para cada alícuota respectivamente, y el promedio

en total de ellos; dichos porcentajes fueron

calculados por medio del factor gravimétrico. Un enfoque para validar un nuevo método analítico consiste en analizar una muestra patrón que contiene una cantidad conocida de analito, µ.La exactitud del método se juzga determinado la cantidad media de analito presentes en varias muestras X y usando un test de significación para compárala con µ.La hipótesis nula es que X y µ y cualquier diferencia entre los dos valores se debe por errores aleatorios. La hipótesis alternativa que nos dice que la diferencia entre x y µ es muy grande para ser explicada por un error aleatorio. Aplicando la prueba t Student: Esta

(2)

prueba estadística es para la aleación

utilizada y un valor tabulado de otras determinaciones de níquel en aceros. T de exactitud: siendo µ: el valor tabulado X: el promedio, s: desviación estándar, y N: el numero de observación en la muestra. (2) Tcalculado:

Debido a que el t calculado es < al t critico no hay diferencias significativas T critico para un 95% (α=0.05, Grados de libertad=2) = 4.30 Una aleación no es más que un metal a partir de más de un elemento. Hay gran variedad de aleaciones y cada una tiene su propia química específica y las propiedades mecánicas. En las aleaciones de hecho los productos terminados tienen ciertas propiedades que el metal puro no contiene; mediante la combinación de estos metales, se puede lograr que la sustancia mejore a través de ciertos procedimientos.(3) Las aleaciones no férricas incluyen: combinación

níquel-cobre, esta posee

típicamente 65% de Ni; y la aleación cobre-níquel, la cual posee típicamente 10% de Ni. Son utilizadas para la fabricación de equipos marinos y constituyen la materia prima para ácidos inorgánicos. Las aleaciones níquel-cromo, contienen entre 30-70% de Ni, y son usadas en la fabricación de químicos corrosivos y en instrumentos de altas temperaturas como hornos. (3) Englobando lo mencionado surge la tabla 2.2, donde se muestran los tipos de aleaciones y él %Ni respectivo para cada una de ellas.

Valores referenciales de los tipos de aleaciones (tabla2.2)

Tipo de aleación

%Ni

Ni-Cu

65%

Cu-Ni

10%

Ni-Cr

30-70%

Observando los % tabulados o teóricos para los tipos de aleaciones y al comparar el porcentaje obtenido experimentalmente se deduce que la aleación era de Ni-Cr; ya q él %Ni promedio fue de 31,4% entrando en el intervalo de 30-70%.

Datos estadísticos para la muestra de acero (tabla2.3) Estadística.

Descripción.

Medida de tendencia

Media (X)

0.1159

central (posición).

Mediana (Me)

0.1143

Desviación

2.77x10-3

Medidas de dispersión. (Precisión)

estándar. (s) Varianza (s2).

7.67x10-6

Coeficiente de

2.39%

Variación (CV) Dispersión (w)

6.2x10-3

En la tabla 2.3 se observan algunos datos estadísticos para la muestra de acero en los cuales es fácil visualizar la exactitud, en cuanto a la determinación de Ni.

CONCLUSION. •

Se determino que la sal problema era Ni(NO3)2.6H2O y la aleación de acero presentaba una combinación de Ni-Cr.

•

La formación del complejo Dimetilglioximato de níquel solo es posible en un medio básico, al no alcanzar dicho pH no será posible la sedimentación de este.

•

El rendimiento de la sal fue lo suficientemente alto como para asegurar la eficiencia del trabajo realizado, por lo tanto cualquier pérdida que hubo fue insignificante.

•

No hubo diferencias significativas entre X y µ, para la determinación de Ni en el acero; lo que nos permite inferir q el método fue muy exacto.

BIBLIOGRAFIA. 1. SKOOG D.WEST, D HOLLER F. Química analítica 8 edición Editorial McGraw-hall. 2. F.BURRIEL; F.LUCENA. Química analítica cualitativa. (teoría y semimicrométodo). Editorial Paraninfo. 3. http://www.mineralresources.com.