Marcha Analítica de Cationes

MARCHA ANALÍTICA DE CATIONES

ÍNDICE: INTRODUCCIÓN OBJETIVOS MARCO TEÓRICO FUNDAMENTO TEÓRICO ¿COMO LLEVAR A CABO UNA MARCHA ANALITICA DE CATIONES? APLICACIONES CONCLUSIONES BIBLIOGRAFÍA

INTRODUCCIÓN: La función del estudio de la química analítica se puede resumir en la aplicación de los principios del equilibrio químico para responder algunas de las preguntas más comunes que surgen del análisis de una porción de materia, de que está compuesta y en qué proporción. De ahí que su función sea tan importante en la industria química, en la industria de los alimentos, en la industria farmacéutica, etc., un ejemplo que demuestre su importancia sería: una sustancia que se encuentre en un lugar o en proporciones que no debe, puede ser fatal para un ecosistema entero. Identificar y determinar se convierten entonces en un asunto importantísimo. La química analítica está dividida en dos: cualitativa y cuantitativa, en este infome se hablará de la primera, la cualitativa, el análisis cualitativo dentro de la química analítica permite conocer la composición de una muestra, no en cuanto a cantidad sino conocer las

especies químicas presentes. Muy útil son las determinaciones cualitativas de cationes y de aniones, que son las primeras que se hacen. Se pueden hacer con reactivos generales y también con las propiedades físicas de la muestra (color, olor, aspecto). Este tipo de análisis precede al cuantitativo, ya que uno al saber los compuestos que contiene, puede aplicar los métodos adecuados para conocer su concentración. Dentro del análisis cualitativo para estudiar la diversidad de sustancias que existen en el universo, se han diseñado marchas sistemáticas, como cadenas de procesos de solvatación y precipitación para poder identificar distintos elementos presentes en una muestra. En esta ocasión se estudiará la marcha analítica de cationes citada en el presente informe que dará a conocer en forma detallada los procedimientos analíticos, que permiten la separación e identificación de los cationes en los 5 distintos grupos que existen.

OBJETIVOS: -Conocer el método analítico de identificación cualitativa de cationes en solución acuosa conocido como marcha analítica. -Conocer los procedimientos para identificar los componentes de una sustancia, mezcla de sustancia o soluciones. -Ilustrar los procedimientos de la marcha analítica de cationes. -Entender la importancia de la marcha analítica en las ramas de aplicación de la química analítica. -Reconocer el reactivo que permite reconocer cada grupo de cationes. -Determinar los cambios que sufren los compuestos al hacerlos reaccionar. -Saber cómo tratar las muestras con reactivos que separen los cationes en grupos, con el objetivo de aislarlos, y proceder a su identificación.

MARCO TEÓRICO: El análisis cualitativo de cationes o marcha analítica se basa en que es posible separar en grupos los cationes existentes en una muestra líquida (mediante la adición de determinados reactivos denominados de grupo) y, posteriormente, identificar los cationes de cada grupo con la ayuda de reactivos específicos. La marcha analítica es un proceso técnico y sistemático de identificación de cationes en una disolución mediante la formación de complejos, precipitados o sales de color único y característico. Una secuencia de reactivos es más o menos selectiva, si se produce con más o menos problemas. Se denomina reactivo específico (más selectivo) cuando reacciona con muy pocos cationes, y se va a llamar reactivo general (menos selectivo), cuando reaccionan con muchos cationes; se puede cambiar la selectividad de un reactivo por tres diferentes métodos: -Por variación del pH: 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 solo precipita a los sulfuros más insolubles, que son los sulfuros de los denominados Grupos I y II de la marcha analítica. -Por cambio del estado de oxidación: el catión Ni+2 origina un compuesto coloreado de color rosado con dimetilglioxima, pero si tenemos en el medio Fe+2 con dimetilglioxima genera un color rosado rojizo; sin embargo, si añadimos H2O2 el Fe+2 pasa a Fe+3, el cual no reacciona con la dimetilglioxima y podemos detectar el níquel. -Enmascaramiento de cationes: el Cu+2 y Cd+2 son dos cationes muy semejantes; sin embargo, se pueden identificar. Si añadimos H2S precipitan CuS (negro) y CdS (amarillo).Al problema que contiene se le añade KCN, formando Cu(CN)4 -2y Cd(CN)4-2, ambos incoloros. Si añadimos H2S entonces el Cu(CN)4-2 no reacciona, ya que es muy estable; sin embargo, el Cd(CN)4-2 es menos estable, reacciona con el H2S y origina CdS (amarillo). Durante el desarrollo del presente informe desarrollaremos los pasos a seguir para realizar la marcha analítica de cationes, el cual es un método que nos permitirá identificar una sustancia desconocida, pasando muestras de esta, por una serie de análisis químicos. La marcha analítica se basa en reacciones químicas conocidas, de forma que cada producto químico añadido analiza un catión específico. Si se produce la reacción prevista, significa que el catión está presente.

FUNDAMENTO TEÓRICO: Química Analítica: la Química Analítica puede definirse como la ciencia que desarrolla y mejora métodos e instrumentos para obtener información sobre la composición y naturaleza química de la materia. Dentro de la Química Analítica se incluye el Análisis Químico que es la parte práctica que aplica los métodos de análisis para resolver problemas relativos a la composición y naturaleza química de la materia. Reactivo analítico: el procedimiento general para la identificación de una sustancia por el método clásico de análisis consiste en provocar en la misma un cambio en sus propiedades que sea fácilmente observable y que corresponda con la constitución de dicha sustancia. El agente que suscita el cambio se llama reactivo, porque generalmente, reacciona químicamente con el producto que se quiere reconocer. Reactivos químicos: los reactivos químicos se clasifican en generales y especiales. Los reactivos generales son comunes a un número grande de especies y se utilizan habitualmente para separaciones en grupos iónicos como acontece en las denominadas Marchas Analíticas. Los reactivos especiales actúan sobre muy pocas especies químicas y se emplean para ensayos de identificación o reconocimiento. Los reactivos especiales pueden ser: selectivos o específicos, según que actúe sobre un grupo pequeño de especies o bien sobre una sola. Los reactivos específicos son muy escasos, pero un reactivo que tenga una selectividad definida puede hacerse específico variando convenientemente las condiciones del ensayo. Los reactivos generales son casi todos inorgánicos. Los reactivos especiales son, generalmente, de naturaleza orgánica. Además de estos dos tipos de reactivos existen otros que se usan esporádicamente y que podemos englobar en la denominación común de reactivos auxiliares. Marcha analítica: la marcha analítica es el procedimiento por el cual identificamos los cationes que se encuentran en una muestra. Una marcha analítica involucra una serie pasos basados en reacciones químicas, en donde los iones se separan en grupos que poseen características comunes. Luego estos grupos de iones pueden ser tratados químicamente para separar e identificar reacciones específicas selectivas de cada uno de los iones que la componen. La separación y análisis de cationes en solución siguen patrones determinados por las diferencia de solubilidad de varios tipos de compuestos de los iones metálicos.

Los cationes son clasificados en cinco grupos de acuerdo a su comportamiento frente a ciertos reactivos, principalmente frente al ácido clorhídrico, sulfuro de hidrógeno, sulfuro de amonio y carbonato de amonio. La clasificación se basa en si la reacción entre los cationes y el reactivo promueve o no la formación de un precipitado, es decir, se basa en la diferencia de solubilidades de los cloruros, sulfuros y carbonatos formados. Los cinco grupos que constituyen la marcha analítica de cationes son los siguientes: Grupos analíticos de cationes: Grupo I: Este grupo está constituido por iones plata (Ag +), mercurio (Hg 2+) y plomo (Pb 2+), los cuales se caracterizan por formar precipitados en presencia de ácido clorhídrico diluido. Grupo II: Los iones que conforman éste grupo generan precipitados, al hacerlos reaccionar con sulfuro de hidrógeno en un medio ligeramente ácido. Los cationes que integran el mismo son: mercurio (Hg 2+), cobre (Cu2+), bismuto (Bi3+), cadmio (Cd2+), antimonio III y V(Sb3+y Sb5+), arsénico III y V (As3+y As5+) y estaño II y IV (Sn2+y Sn4+). A su vez, dichos cationes se clasifican en dos subgrupos: el subgrupo IIA que incluye los primeros cuatro cationes y el subgrupo IIB que incluye los seis cationes restantes. Esta sub clasificación responde a la diferencia de solubilidad que tienen ambos grupos en presencia de sulfuro de amonio. El grupo IIB se caracteriza por ser soluble en dicho reactivo mientras que el grupo IIA no lo es. Grupo III: Este grupo está integrado por los iones cobalto (Co 2+), níquel (Ni2+), hierro II yIII (Fe2+y Fe3+), cromo (Cr3+), aluminio (Al3+) , zinc (Zn2+) y manganeso (Mn2+). En éste grupo los cationes precipitan al hacerlos reaccionar con sulfuro de amonio en medio neutro o amoniacal. Grupo IV: En conformado por los cationes calcio (Ca2+), estroncio (Sr2+) y bario (Ba2+) los cuales reaccionan con carbonato de amonio en presencia de cloruro de amonio en medio neutro o ligeramente ácido para generar un precipitado. Grupo V:

Este grupo está conformado por aquellos cationes comunes que no reacción con los reactivos mencionados en los grupos anteriores. Estos cationes son: el litio (Li+),el magnesio (Mg+2), el sodio (Na+), el potasio(K+), el hidrógeno (H+)y el ion amonio (NH4+). Reactivos: Ácido clorhídrico: El cloruro de hidrógeno(HCl) es un ácido monoprótico, lo que significa que puede disociarse sólo una vez para ceder un ion H+ (un protón). En soluciones acuosas, este protón se une a una molécula de agua para dar un ion hidronio, H₃O+: HCl + H₂O → H₃O + Cl⁻, el otro ion formado es Cl⁻, el ion cloruro. El ácido clorhídrico puede entonces ser usado para preparar sales llamadas cloruros. El ácido clorhídrico es un ácido fuerte, ya que se disocia casi completamente en agua. El amoníaco: El amoníaco (NH₃) es uno de los compuestos más importantes de nitrógeno. Es un gas tóxico incoloro que tiene un olor irritante característico. En el laboratorio se puede preparar por la acción del NaOH con una sal de amonio (NH₄). El ion NH₄⁺ que es el ácido conjugado del amoniaco (NH₃) transfiere un protón al OH⁻. El NH₃ resultante es volátil y se expulsa de la solución por calentamiento moderado: NH₄Cl(ac) + NaOH(ac) → NH₃(g) + H₂O(l) + NaCl(ac) Hidróxido de Sodio: El Hidróxido de Sodio (NaOH) es una base fuerte, se disuelve con facilidad en agua generando gran cantidad de calor y disociándose por completo en sus iones, es también muy soluble en etanol y metanol. Reacciona con ácidos (también generando calor), compuestos orgánicos halogenados y con metales como el Aluminio, Estaño y Zinc generando Hidrógeno, que es un gas combustible altamente explosivo.

¿COMO LLEVAR A CABO UNA MARCHA ANALITICA DE CATIONES? Cuando se trata de caracterizar una mezcla compleja de cationes en solución se hace necesario primeramente la separación por grupos de aquellos cationes con propiedades químicas semejantes.

Para ello se trata la muestra con reactivos que separen los iones en grupos con el objeto de aislarlos y proceder a su identificación. En este último caso se dice que la reacción es específica. Es muy importante tomar en cuenta que todas las reacciones se realizan en tubos de ensayos salvo cuando se indique lo contrario. Los tubos de ensayos utilizados son para la centrífuga (nuestra herramienta de separación), en donde hay unos grandes para realizar separaciones y otros pequeños para la identificación. En la marcha analítica no importa tener pérdida. En el desarrollo de una marcha no solamente se llega a demostrar la presencia de determinados constituyentes, sino que puede también obtenerse una aproximación relativa de las cantidades de cada una de ellos en la muestra tomada. La precisión de estas cantidades es el objeto del Análisis Cuantitativo. En el laboratorio de Análisis Cualitativo se lleva a cabo la identificación de los cationes que comúnmente se encuentren en una muestra. En esto consiste propiamente la marcha analítica de cationes.

Ag+ , Pb+2 , Hg2+2 – PbCl2 , AgCl, Hg2Cl2 H2O NH4OH K2CrO4 PbCrO4 H2SO4 PbSO4 [Ag(NH3)2]+ H+ HgNH2ClHg HNO3 HgCl4- SnCl2 Hg2Cl2Hg (NH4)2SO4 [Ag(NH3)2]Cl CH3COONH4 Pb(CH3COO)2 Cl- Hgo NH4 APLICACIONES: Análisis de calidad de productos y materias primas: esta ha sido la función "tradicional" de los llamados "laboratorios de control". La importancia de estos es muy clara ya que muy pocos productos se aceptan o emplean sin cumplir con especificaciones técnicas o sin requerir de un certificado de análisis. Sin embargo, hoy día toda industria que limita su

actividad analítica solamente a esta función no tiene mucha posibilidad de sobrevivir a largo plazo y es muy posible que su crecimiento no se aprecie. En la actualidad muchas empresas mantienen dos organizaciones analíticas, una totalmente establecida en las plantas de producción para actividades de control y otra dedicada al desarrollo de métodos y de apoyo a la investigación. Cabe mencionar que en épocas recientes ya no resulta suficiente el análisis de un producto para garantizar su calidad o composición básica. Todos hemos visto que ahora muchos productos deben proveer otra información como son: datos nutricionales, de estabilidad, de ausencia de aditivos o contaminantes específicos y de producción de acuerdo a normas establecidas. Desarrollo y optimización de procesos: la innovación es la vida misma de las industrias. Empresas con líneas de productos muy reducidas, aun cuando estos sean muy novedosos y útiles, son altamente vulnerables. Todas las industrias tienen que mantenerse activas buscando productos nuevos o extendiendo la utilidad de los ya existentes. Para ello las industrias emplean todo el talento de sus profesionales incluyendo aquellos dedicados al análisis. Aquí conviene recordar que aun cuando un producto o proceso está bajo la protección de patentes, siempre habrá competidores que busquen fallas en esa protección o bien generen productos aún mejores y más novedosos. También es cierto que una vez que un producto está fuera de patente, la competencia entre los productores será basada no solamente en precio o volumen sino también en detalles de calidad que casi pudieran considerarse insignificantes, como son; impurezas, diferencias en color casi imperceptibles, olores residuales, formas cristalinas, tamaño de partículas y demás. Todos estos aspectos determinan el desarrollo de aplicaciones nuevas para un mismo producto. La evaluación de todos esos factores requiere, en la mayoría de los casos, de metodologías analíticas. Productos como son polímeros, materia primas básicas, agroquímicos, petroquímicos, entre otros, se manufacturan en una escala amplia así que su producción se mide en miles o millones de toneladas anuales en cada planta de producción. Estas medidas o estadísticas, a nivel nacional se consideran indicadores del grado de desarrollo de cada país. Con esto en mente, es claro que cualquier investigación que permita aumentar el rendimiento en su producción, o bien mejorar su calidad, puede reflejarse como ventajas económicas evidentes. Es aquí donde los métodos analíticos juegan un papel crítico ya que permiten el estudio de cambios en los procesos que resultan en rendimientos más altos, o bien ahorros de reactivos, de energéticos, o de materia prima. Muchos de los resultados que se generan en estas investigaciones se formalizan o documentan en forma de patentes o se mantienen como secretos industriales. Es fácil calcular que aún en situaciones donde la reducción de costos o aumento en rendimiento o calidad, significa solamente unos cuantos centavos por kilo, cuando se calcula el beneficio total en la producción de miles o millones de toneladas, las cifras llegan a ser significativas.

Estudios de importancia ecológica: el medio ambiente se ha convertido en una preocupación universal, los problemas relacionados a esto no pueden ser estudiados, legislados o controlados sin métodos analíticos capaces de proveer respuestas a muchas hipótesis sobre su origen, naturaleza y magnitud. En esfuerzos por establecer responsabilidad legal en estos problemas se han emitido legislaciones muy importantes. No hay duda que en la actualidad el medio ambiente se ha convertido en una de las preocupaciones más importantes en la industria. Esto ya no se ve solamente como mecanismo de relaciones públicas, es en realidad un aspecto de sobrevivencia de las empresas, junto con sus factores económicos. Todo tipo de sector productivo, y en particular el sector químico, se ve hoy altamente motivado a tomar medidas para prevenir estos problemas y evitar el verse involucrado en demandas legales. También es cierto que la infraestructura de análisis químico requerida para estudiar estos problemas es sumamente costosa debido al rigor y especialización requeridos.

Problemas con implicaciones de tipo legal: si los productos resultan ser defectuosos, o contaminados, o tienen alguna falla en su funcionamiento, lo más probable es que esto derive en algún problema de tipo legal. Las industrias tienen que defenderse y en casos extremos han tenido que declararse en bancarrota para después reorganizarse y sobrevivir, aun cuando la responsabilidad por los problemas no haya sido claramente establecida. En estas situaciones ha sido común que la evidencia o hechos argumentados en las demandas estriban en resultados de análisis químicos. Casos típicos de este tipo son los de contaminaciones accidentales de plaguicidas, la adulteración criminal de medicamentos y la presencia de granos genéticamente modificados en productos para consumo humano.

En la industria y la sociedad: Industria alimentaria: para el análisis de nutrientes se desarrolla un proceso analítico completo, aplicando la marcha analítica para la determinación de un constituyente (o grupos de constituyentes) de un alimento. Industria farmacéutica: la marcha analítica juega un rol importante en el ciclo de vida completo de un fármaco, desde el descubrimiento hasta el desarrollo, la manufactura, hasta el Aseguramiento/Control de Calidad (QA/QC). En el descubrimiento de fármacos, los sistemas de la marcha son apropiados para obtener información que identifique y caracterice los candidatos a fármacos producidos por química de combinación o extraídos de productos naturales. La marcha es una herramienta fundamental para verificar la calidad del compuesto de un fármaco durante su fabricación.

Medicina forense: el uso de la marcha analítica en la medicina forense está orientado a la investigación policíaca de casos criminales resueltos gracias a la investigación forense. Para ello se usa análisis puntuales de infinidad de muestras pequeñas como cabello, sangre o agua entre otras más. Minería: en el análisis químico de rocas y minerales.

CONCLUSIONES -Para realizar todo tipo de identificación de cationes nos basamos en muchas de las propiedades físicas de éstos, ya que para poder obtener un resultado se requiere también de atención y mucha observación. -La marcha analítica de cationes es un proceso detallado y minucioso, porque los cambios que presenta una solución no son visibles y se tiene que estar atento a cualquier efecto que encuentres en la muestra problema. -La marcha analítica de cationes es un procedimiento aplicable para tratar problemas de muestras sólidas como en minerales. BIBLIOGRAFÍA: http://es.wikipedia.org/wiki/Marcha_anal%C3%ADtica http://es.webqc.org/balance.php BURBANO LOPEZ, M. C. (2006). Notas de clase. Análisis químico cuantitativo. Prácticas de laboratorio. Bogotá, Colombia: Unibiblos. HARRIS, D. C. (2007). Análisis quimico cuantitativo (sexta edición original ed.). Barcelona: Reverte S.A. MARTÍ, F. B., CONDE, F. L., & JIMENO, S. A. (1983). Química analítica cualitativa. Teoría y semimicro métodos. La Habana., Cuba: Pueblo y educación.