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• Fernando Renzo Alzamora Castillo

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Analítica Clásica

ANALÍTICA CLÁSICA INFORME N° 2 Determinación Gravimétrica de Calcio como CaCO3

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Analítica Clásica I.

OBJETIVOS

1.1. Objetivo general 1.1.1. Aplicar de manera correcta las operaciones del análisis gravimétrico: lavado, secado, calcinación y pesado de los precipitados en la determinación gravimétrica del calcio. 1.2.

Objetivos específicos

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Analítica Clásica II.

Cálculos y resultados

Datos obtenidos: A partir de una muestra de 0.3500 g

Crisol vacío 24.2813

Masa (g)

Crisol + muestra seca 24.5907

Luna de Reloj HCl (gastado) Crisol vacío + tapa tapa

Muestra seca 0.3094

13.6639 g 4.3 mL 37.9219 g 13.6406 g



Ecuaciones químicas según procedimiento



Al agregar HCl 6M (4.3 mL) al vaso que contiene la muestra de CaCO3 ocurre la siguiente reacción. CaCO3(s) + 2HCl (ac)

CaCl2 (ac) + CO2(g) + H2O(l)



Se comprueba la completa eliminación del CO2 con la ayuda del indicador rojo de metilo (C15H15N3O2) y calentando a ebullición.



El calcio precipita al agregarle el agente precipitante que es el oxalato de calcio. CaCl2 (ac) + (NH4)2C2O4 (ac)





CaC2O4(ac) + 2NH4Cl(ac)

Hidrolisis del oxalato

C2O4-2 + H2O

HC2O4- + OH- pk=

HC2O4- + H2O

H2C2O4 + OH- pk =

El calcio precipita como oxalato monohidratado. Ca+2 + C2O4-2 + H20

CaC2O4.H2O(s)

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Analítica Clásica 

El oxalato de Calcio a una temperatura de 200 °C se deshidrata pero a 500°C se descompone. CaC2O4.H2O (S)

CaC2O4 (S) + H2O (g)

∆ 200 ºC

CaC2O4.H2O(s)

∆

CaCO3(s) + CO(g)

500 °C



Se tiene que tener cuidado de no exceder la temperatura; ya que a 900°C se descompone el CaCO3.

CaCO3(s) 

∆

CaO(s) + CO2(g)

Expresar los resultados en porcentajes.

Determinación del factor Gravimétrico:

𝑭𝒈 =

𝟏𝒎𝒐𝒍 𝟏 𝒎𝒐𝒍 𝑪𝒂 𝟏𝒎𝒐𝒍 𝒅𝒆 𝑪𝒂𝑪𝑶𝟑 𝟏𝟎𝟎. 𝟕𝟖𝟖𝒈 𝑪𝒂𝑪𝑶𝟑 ∗ ∗ ∗ 𝟏𝟒𝟔. 𝟕𝟗𝟖𝟒𝒈 𝑪𝒂𝑪𝟐𝑶𝟒 𝟏 𝒎𝒐𝒍 𝑪𝒂𝑪𝑶𝟑. 𝑯𝟐𝟎 𝟏 𝒎𝒐𝒍 𝑪𝒂 𝟏 𝒎𝒐𝒍 𝒅𝒆 𝑪𝒂𝑪𝑶𝟑 𝑭𝒈 = 𝟎. 𝟔𝟖𝟔𝟓𝟖

Determinación del Carbonato presente en la muestra seca: Muestra seca * Fg = Carbonato en la Muestra

0.3094 g CaC2O4 * 0.68658 = 0.2124278 g CaCO3 100% -------------- 0.3094 g X% -------------- 0.212428 g  

El porcentaje de CaCO3 en la muestra es de 68.66 %. El porcentaje de CaO en la muestra es de 31.34 %.

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Analítica Clásica III. Discusión de Resultados  Al agregar el HCl al vaso que contiene el CaCO3 se forma CO2 y es por eso que esa reacción se debe llevar en la campana y por otro lado la solución se tiene que estar calentando para poder eliminar todo el CO2 que está presente en la reacción. El indicador, rojo de metilo, nos ayudara para esta tarea, ya que su viraje es útil en este caso. Al calentar la solución tenemos que taparlo con una luna de reloj; ya que la solución podría evaporarse y esto generaría perdidas.

 En una disolución muy sobresaturada, la nucleación tiene lugar más rápidamente que el crecimiento de las partículas. El resultado es una suspensión de partículas pequeñas o, en el peor de los casos, un coloide. “En una disolución menos sobresaturada, la nucleación es más lenta, por lo que los núcleos tiene la posibilidad de crecer y formar partículas más grandes y más fáciles de tratar. La técnica más usada para favorecer el crecimiento de partículas es la agitación vigorosa”. [2] Al agregar el agente precipitante hay que hacerlo lento y con agitación vigorosa; ya que si lo hacemos demasiado rápido podríamos tener un exceso de agente precipitante y si no lo agitamos vigorosamente el oxalato de calcio solo puede precipitar por un cierta parte y por otra no.

 Se agregó el oxalato de amonio al 4% m/v en caliente porque la nucleación se da en caliente y con una rápida agitación para tener pocos cristales pero de mayor tamaño. Y además la sobresaturación relativa tiene que ser baja para tener cristales grandes pero para esto la solubilidad tiene que ser alta; ya que la solubilidad aumenta si aumentas la temperatura. [2]

 “En el comercio se encuentra una amplia gama de tipos de papeles de filtro, los cuales se diferencian en su porosidad o fineza, su resistencia mecánica y si contenido en cenizas, así como en tamaño” [3]

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Analítica Clásica

Tabla: diferentes marcas con sus aplicaciones [3] 32 pg El filtrado se debe realizar con un papel de filtro adecuado en este caso sería un papel de filtro para análisis cuantitativo, plano, modelo 40 schleicher; ya que otro papel de filtro no podría retener las partículas coloidales así que habría perdidas y las cenizas producidas por este papel tienen un peso despreciable.  En la filtración no hay que agregar o lavar con agua; ya que se puede dar la pectización que significa que se podría romper los enlaces de los coloides y por lo tanto ya no habría precipitado.

 La filtración se debe realizar con un electrolito (fuerza iónica) para evitar que el precipitado de disuelva en este caso el oxalato de amonio 1% m/v fría tuvo esa función. [1]  Para verificar presencia de Cl- en el precipitado (Si al agregar AgNO3 al líquido filtrado de la última lavada y observamos que no hay opalescencia, quiere decir que no hay iones cloruro en la muestra), caso contrario al calcinar el precipitado este se volatiliza en forma de CaCl2 y en consecuencia se perdería muestra. [1]

 El papel de filtro se quema a 500 °C; ya que a esa temperatura el oxalato de calcio se descompone en carbonato de calcio y oxido de carbono gaseoso.

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Analítica Clásica  Al carbonizar el papel de filtro se tiene que tener mucho cuidado de que no haya presencia de cenizas; ya que estas podrían encaparse del crisol y generar una pérdida de producto. Cada vez que se prende fuego dentro del crisol se tiene que apagar con la tapa del crisol, porque cuando se le tapa ya no entra oxígeno y no hay fuego.

 El desecador tiene un desecante (sustancia higroscópica que absorbe la humedad).  La muestra de carbonato de calcio se tiene que colocar en frio en el desecador; ya que si se coloca en caliente dentro la tapa del desecador podría taparse y ya no se podría abrir.

 Tener a un lado de la balanza analítica el desecador para pesarlo inmediatamente; ya que podría absorber humedad y el peso podría varias así que pesarlo hasta tener una masa constante

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Analítica Clásica IV.

Cuestionario

1. ¿Qué es un reactivo específico? ¿Qué es un reactivo selectivo? Reactivo selectivo. Los reactivos selectivos son más frecuentes reaccionan solo con un número limitado de especies. HNO3 es un ejemplo de un reactivo selectivo, ya que los únicos iones que precipitan en disoluciones ácidas son Cl-, Br- , I- y SCNReactivo específico. Los reactivos específicos reaccionan solo con una especie química; y de éstas hay pocas. La dimetilglioxina es un ejemplo de reactivo específico, ya que precipita solo al Ni2+ en disoluciones alcalinas. 2. Explique los mecanismos de formación de precipitados. El efecto de la sobresaturación relativa sobre el tamaño de las partículas se puede explicar suponiendo que los precipitados se forman por medio de dos procesos distintos: nucleación y por crecimiento de partícula .El tamaño de la partícula de un precipitado recién formado viene determinado por el mecanismo predominante. En nucleación, se agrupan cantidades muy pequeñas de iones, átomos o moléculas (a lo sumo 4 o 5) para formar solido estable .En muchos casos estos núcleos se forman sobre la superficie de contaminantes solidos suspendidos, como partículas de polvo. El proceso de precipitación posterior consiste en una competencia entre nuevos procesos de nucleación y el crecimiento de los núcleos ya existentes (crecimiento de partícula).Si predomina la nucleación, el resultado es un precipitado que contiene muchas partículas pequeñas; si domina el crecimiento de partículas se produce menor número de partículas, pero de mayor tamaño. Se cree que la velocidad de nucleación aumenta de manera importante al incrementar de la sobresaturación relativa. En cambio la velocidad de crecimiento de partícula aumenta solo moderadamente cuando se incrementa la sobresaturación relativa .Por tanto, cuando se forma un precipitado a una sobresaturación relativa alta la nucleación es el mecanismo principal de precipitación, y se forma una gran numero de partículas pequeñas. Por el contrario, la baja sobresaturación relativa ocasiona que predomine el crecimiento de partícula y que, al evitarse nuevas nucleaciones, el sólido se deposite sobre las partículas ya existentes. El resultado es una suspensión cristalina.

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Analítica Clásica 3. ¿Cómo se controla experimentalmente el tamaño del precipitado formado? Se controla con varios factores una es la baja solubilidad que debe presentar el precipitado en el medio en donde se encuentra, también interviene la temperatura que tiene que ser moderada y por último este control también depende de la concentración de reactivos. Resumiendo todo estos factores se puede explicar en forma cualitativa asumiendo que el tamaño de las partículas es función de una propiedad llamada sobresaturación relativa.

4. ¿Qué función tiene adicionar el (NH4)2C2O4? La función que cumple ( NH4)2C2O4 es neutralizar al ácido y provoca, esencialmente que todo el calcio en la muestra se precipite .

5. ¿Menciones que otros cationes pueden coprecipitar con el ion calcio? Mg+2, Zn+2, K +1

Para esta practica se necesita que estos cationes esten ausentes, pues coprecipitan como oxalatos dando lugar a errores por exceso en el analisis.

6. Justifique brevemente si al determinar el calcio como CaCO3 los errores que se cometen pueden ser por exceso o por defecto. Error por exceso ya que al añadir los reactivos empiezan a reaccionar en la superficie y generan impurezas, eso hace que la masa aumente entonces la masa que medimos es mayor al valor teórico. En consecuencia el error que se cometió fue por exceso.

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Analítica Clásica 7. Represente gráficamente la curva de termólisis para el CaC2O4 .H2O

Gráfica: efecto de la temp. En la masa del precipitado

8. ¿Cuál es la masa de oxalato de amonio monohidratado requerida teóricamente para precipitar el calcio en 1.0500 g de una calcita impura que contiene 2.5 % de óxido de manganeso y ninguna otra impureza?

1.0500g = CaCO3 + MgO2 97.5% 2.5% 1.0500 x 97.5% = 1.02375g 𝐶𝑎𝐶𝑂3

(𝑁𝐻4 )2 𝐶2 𝑂4 . 𝐻2 𝑂

+ 𝐶𝑎𝐶𝑂3

→

X

𝐶𝑎𝐶2 𝑂4

+

(𝑁𝐻4 )2 𝐶𝑂3

1.02375g

142g/mol

100g/mol

X = 1.4537 g

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Analítica Clásica 9. El calcio procedente de una muestra de 0.5000 g se precipito como oxalato y se calcino a carbonato pesado se hallaron 0.0130 g de óxido de calcio ¿Qué error se cometería por este hecho? CaC2O4

CaCO3(s) + CO (g)

CaCO3

CaO(s) + CO2 (g)

 Factor gravimétrico 1: W CaCO3 =

0.500𝑔×𝑀 𝐶𝑎𝐶𝑂3 𝑀 𝐶𝑎𝐶2𝑂4

W CaCO3 =

𝑔 0.500𝑔 ×100 ⁄𝑚𝑜𝑙 𝐶𝑎𝐶𝑂3 𝑔 128.097 ⁄𝑚𝑜𝑙 𝐶𝑎𝐶2𝑂4

W CaCO3 = 0.39071g

 Factor gravimétrico 2:

W CaO =

𝑊 𝐶𝑎𝐶𝑂3 ×𝑀 𝐶𝑎𝑂 𝑀 𝐶𝑎𝐶𝑂3

0.013g =

𝑔 𝑊 𝐶𝑎𝐶𝑂3 ×56,0774 ⁄𝑚𝑜𝑙 𝑔 100 ⁄𝑚𝑜𝑙

W CaCO3 = 0.0232g

Se nota que hubo pérdida en la calcinación de CaCO3. El error que se presento fue por defecto debido a que la masa teórica es mayor que la experimental.

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Analítica Clásica 10. Indique un método adecuado para determinar calcio, magnesio y manganeso en una muestra de sus carbonatos.

El método adecuado para la determinación es por complexométrica con EDTA.

Se trabaja a pH 10 o más, y se usa un indicador el cual nos indicara el final del acomplejamiento.

11. El calcio se determina gravimétricamente precipitándolo en forma de oxalato de calcio monohidratado y asilando el precipitado en forma de CaCO3.La muestra a analizar se disuelve en 10 mL de agua y 15 de mL de HCl 6M. a continuación la disolución resultante se calienta hasta el punto de ebullición y se añade una disolución caliente con exceso de oxalato de amonio. Se mantiene a 80C° y se añade NH3 6M gota a gota bajo agitación, el precipitado resultante y la disolución se retiran del calor y se dejan reposar durante al menos una hora .Tras comprobar que la precipitación se ha completado, se filtra la muestra , se lava con oxalato de amonio al 0.1% p/v y se seca a 100120°C durante una hora .Después se transfiere el precipitado a un horno de mufla donde se convierte en CaCO3 mediante secado hasta que el peso se mantenga constante.

a) ¿Por qué se convierte el precipitado de CaC2O4.H2O a CaCO3? Los precipitados que se calcinan como en este caso es el oxalato de calcio monohidratado, esto se lleva a cabo para poder descomponerlo y asi tener un compuesto de composición conocida que en este caso es carbonato de calcio. b) En el último paso, si la muestra se calienta a una temperatura demasiada alta, una parte del CaCO3 puede convertirse en CaO. ¿Qué efecto tendría esto sobre él % de masa del Ca? El efecto que tendría es que el % de masa del Ca sea menor del que se esperaba debido a que se quiere llegar al carbonato de calcio la cual es un compuesto de composición conocida y se tendría que hacer otro análisis para el óxido de calcio lo que haría que no se den los valores esperados.

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Analítica Clásica c) ¿Por qué se le añade el agente precipitante de oxalato de amonio en una disolución acida y caliente en lugar de agregarla en alcalina y fría? Se le agrega el oxalato de amonio al 4% m/v en caliente porque la nucleación se da en caliente y con una rápida agitación para tener pocos cristales pero de mayor tamaño. Y además la sobresaturación relativa tiene que ser baja para tener cristales grandes, pero para esto la solubilidad tiene que ser alta; ya que la solubilidad aumenta si aumentas la temperatura. Por otro lado también pueden obtenerse partículas más grandes controlando el PH siempre y cuando la solubilidad del precipitado depende de esta. Por ejemplo se pueden obtener cristales grandes de oxalato de calcio que se filtren con facilidad si la masa del precipitado se forma en un ambiente ligeramente acido en la que la sal es maderablemente soluble. La precipitación se completa por la adición lenta de gotas de amoniaco hasta que la acidez sea suficientemente acida para que precipite la cantidad necesaria de oxalato de calcio.

V.

CONCLUSIONES

4.1 Se logró aplicar de manera correcta las operaciones del análisis gravimétrico y por otra parte se calculó el porcentaje de CaCO3 que contenía la muestra problema ,con el resultado final de 68.66 % . 4.2 4.3

VI.

Referencias Bibliográficas

 [1] Skoog. D (2015) “Fundamentos de química analítica” Mexico Cengage Learning 9ed pag (35-45) (66-72 para el cuestionario).  [2] Harris.C.(2007).Análisis Químico Cuantitativo.Editorial.Reverte.España.3° edición. pág.(130,680-683)  [3] H.Brown. (1967). química cuantitativa. Barcelona, España: reverte. pág.(32)  [4]Gary.D.(2001).Química Analítica. Editorial.Mc Graw Hill.Mexico.6° edición. pág.(40-43 cuestionario)

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