CIENCIA    BÁSICA

EXPERIMENTAL  PARA

ESTUDIANTES    DE

INGENIERÍA    QUÍMICA

 

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Teoría breve, Precipitados

CATIONES


                 INTRODUCCIÓN

              Los fenómenos de precipitación y disolución son de suma importancia en los procesos de tratamiento de las aguas de uso industrial, ya que el agua de lluvia al caer puede disolver sustancias mineralesde la tierra. La contaminación del agua puede acrecentarse además con ácidos procedentes de la descomposición de materias orgánicas, residuos industriales y aguas sépticas descargadas en lagos y ríos. Por lo que los principales fines perseguidos con el tratamiento del agua de alimentación a los equipos o procesos industriales consisten en quitar las materias solubles y en suspensión, así como la eliminación de los gases.

Todo esto es necesario, entre otras cosas para evitar la formación de incrustaciones sobre las superficies de calentamiento del agua y para proteger contra la corrosión los metales de las calderas, recuperadores y tuberías.

Identificación de Cationes del Grupo IV

   

               Es importante mencionar, que no existe ningún procedimiento simplista ni producto químico apropiado para el tratamiento de todas las clases de aguas. Cada caso se debe considerar individualmente. Por lo que el proceso del tratamiento del agua incluye la separación de los detritos mediante cribas móviles o fijas, filtrado, separación de lodos y limos en depósitos de decantación, calentamiento, vaporización o destilación, desaireación, tratamiento con cal apagada, tratamiento con carbonato sódico, tratamiento con ambos productos, con hidróxidos cálcico y bárico, con fosfato trisódico, coagulantes, zeolitas (descalcificadores) y por osmosis inversa, según sea el caso. Todos estos tratamientos nos hacen pensar que un procedimiento básico primario es un análisis de las aguas, para poder aplicar la metodología adecuada.

             Un procedimiento primario es un análisis cualitativo de las aguas, éste consiste en determinar los tipos de iones presentes en una muestra, para que se alcance este objetivo lo mas rápidamente, es necesario efectuar las reacciones químicas de manera sistemática, según ciertos procedimientos analíticos establecidos.

   

               Existen varios procedimientos analíticos, los cuales se basan prácticamente en el mismo principio: los iones se precipitan de la muestra en análisis  con un reactivo de grupo. Luego, por medio de la filtración, se separan los iones  precipitados de los iones solubles. En este procedimiento los iones presentes en la muestra que sé esta analizando se separan en dos partes: precipitado y filtrado. Utilizando los reactivos selectivos y adecuados, la presencia de los iones tanto en el precipitado como en el filtrado puede ser perfectamente demostrada.

   

             Uno de los procedimientos analíticos clásicos es el procedimiento sulfhídrico. En este procedimiento se separan los cationes del grupo I con HCl diluido en forma de cloruros insolubles, quedando cationes de otros grupos en solución. Estos últimos se separan del siguiente grupo con ácido sulfhídrico y posteriormente se procede con la separación de los cationes del grupo III, IV y V. Dentro de cada grupo se utilizan los reactivos adecuados  con los cuales se logra la separación individual. Otro procedimiento analítico que se puede mencionar es el procedimiento amoniacal en el cual se clasifican los cationes según reaccionan con hidróxido amónico, en el procedimiento se utiliza tío sulfato sódico o sulfuro sódico y otros.

Sin embargo se puede decir que ninguno de los procedimientos anteriores es ideal. En cada procedimiento analítico se requiere poseer conocimientos acerca de las reacciones de los cationes más importantes y tener mucho cuidado al efectuar las operaciones de separación e identificación.

Los cationes del grupo IV, están representados por el Calcio, Bario y Estroncio (Ca2+, Ba2+, Sr2+). Los tres son elementos alcalinotérreos. El reactivo del grupo es el carbonato amónico en presencia  de hidróxido amónico y cloruro amónico. Cuando están presentes impurezas de NiS, primero se trata la solución con ácido acético y acetato sódico; se filtran las impurezas y la solución se precipita con el reactivo del grupo IV.

OBJETIVO 

El objetivo principal que se pretende lograr en éste experimento es  Identificar y separar los catiónes del cuarto grupo (Ca2+, Ba2+, Sr2+).

Para ello se introducirá al alumno en el manejo e interpretación del equilibrio iónico en el rubro correspondiente a precipitación y producto de solubilidad con el fin de seleccionar la metodología empleada para la identificación y separación del grupo en cuestión. 

 JUSTIFICACIÓN 

Este proyecto experimental tiene como finalidad que el alumno aplique los conocimientos adquiridos en la asignatura de Química, en lo referente a equilibrio químico de soluciones iónicas, para determinar la presencia y separación de los cationes del cuarto grupo.

                PROYECTO EXPERIMENTAL

               Identificación y separación del IV grupo de cationes presentes en una solución, mediante la marcha analítica de la ecuación siguiente:

Muestra (problema) +(NH4)Cl  + (NH4)2CO3     Ca CO3 + Ba CO3  + Sr CO3  

 

DISEÑO EXPERIMENTAL

MATERIALES                                        REACTIVOS

Tubos de ensayo

Ácido  clorhídrico concentrado.

Gradilla

Ácido clorhídrico 1:1

Frascos goteros 

Ácido acético  diluido.

Vasos de precipitados

Acetato sódico 3 N

Embudo

Carbonato amónico 4 N

Soportes universales

Cloruro amónico  4 N

Papel Whaltman No. 42

Cromato potásico al 10 %

Hidróxido  sódico  0.5 N
Oxalato amónico 0.5 N   etc.

METODOLOGÍA: Para la identificación y separación de los catiónes el cuarto grupo de una solución problema.

Actividades a desarrollar por el alumno: (El material a utilizar debe estar limpio y seco)

Se preparan las soluciones según la lista de reactivos y se depositan en frascos goteros (previamente etiquetados).

A la muestra problema, una vez separados los grupos de cationes I, II y III se le agregan unas gotas de  la solución de (NH4)Cl para alcalinizar la muestra y posteriormente algunas gotas de (NH4)2CO3 para la precipitación de los cationes.

Se agita y se calienta a 60 - 70 ºC. Después de cinco minutos se centrifuga y se decanta la solución .

Se lava varias veces el precipitado con agua caliente, descartando las aguas de lavado.

El precipitado se disuelve por completo, se puede agregar más ácido y agua destilada.

Se agrega el reactivo correspondiente para precipitar cada uno de los cationes y simultáneamente se les va  descartando o identificando según la reacción característica o a la flama.

 PRECAUCIONES

Entre los factores que deben tenerse en consideración,  se encuentra la toxicidad de los reactivos, razón por la cual se deben investigar estas propiedades.

1.- La  reacción:

Solución (acuosa) + (NH4)Cl + (NH4)2CO3  → Ca CO3 + Ba CO3  + Sr CO3

se lleva a cabo entre reactivos poco riesgosos, de fácil manejo y adquisición, así como de pureza conocida, pero las técnicas de identificación de los cationes si requieren de algunos reactivos tóxicos.

El experimento no requiere de material o equipo sofisticado. Pero se puede utilizar centrifugadora para una separación rápida de los compuestos precipitados de los cationes a  identificar.

REFERENCIAS 

“El plan clásico de análisis cualitativo fue diseñado para demostrar la presencia de 20 a 25 catiónes. Desafortunadamente, no se conocen reactivos que puedan emplearse para efectuar pruebas de identificación con cada ión en presencia de los iones restantes”.  (Umland, 2000)

Bibliografía básica:

 

1.     Ludmila Holkova, Química Analítica Cualitativa. Teoría y Practica, Editorial Trillas, 2ª Edición, México, 1998, pp. 250, Pág. 136, 137, 138.

2.     R. U. Brumblay, Análisis Cualitativo, Editorial CECSA, 17ª Edición, México, pp. 300, Pág. 182–193

3.     "The Merck Index", 8a. Stecher, P.G., Merck Co., Inc., Rahway, N.J., U.S.A., 198, 1968.

4.     J.W. Dawson, Manual de Laboratorio de Química, Ed. Interamericana, México, 1980.

5.     George Hess, Química General Experimental, Ed. CECSA, España, 1982.

6.     Skoog Douglas, Fundamentos de Química Analítica, Ed. Reverté, S.A., México 1993.

7.     Fisher Robert, Compendio de Análisis Químico Cuantitativo, Ed. Interamericana, México, 1981.

Bibliografía complementaria :

 
  1. Fogler, H. S., Elements of Chemical Reaction Engineering , Prentice-Hall International Editions, 1992.

Web Bibliografía básica:

 
  1. La Seguridad en los Laboratorios de Prácticas, Universidad de Alcalá, 1995, Comisión de Seguridad y Salud Laboral

      http://www2.uah.es/edejesus/seguridad.htm

                                                                                            

  1. Marcha  analítica.- 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...                                                                   http://es.wikipedia.org/wiki/Marcha_analítica

 

 

 

 

 

 

  

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Última modificación:  04 de Agosto de 2014