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• Karina Carmona

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA GEOLÓGICA

INFORME DE PRÁCTICA N°1 “MARCHA ANALÍTICA DE CATIONES DE UN MINERAL” QUIMICA ANALITICA CUALITATIVA Y CUANTITATIVA GROPO 2016

A2

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I.

INTRODUCCIÓN

El análisis cualitativo es un área de la química analítica que contempla la determinación de las especies química en una muestra. La dificultad que se puede presentar en un análisis cualitativo depende de la naturaleza de la muestra. Para la determinación de elementos en muestras complejas tales como de origen biológico, o desechos industriales, requieren el uso de técnica analíticas más modernas y experimentadores más experimentados. Pero en el caso del área minera, a pesar de tener técnicas y maquinaria de última generación, las técnicas clásicas son las más utilizadas por los ingenieros de ejecución por su sencillez y rapidez. A esta técnica de separación y determinación de iones que se encuentran en una muestra dada, se conoce como marcha analítica.

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II.

OBJETIVOS 2.1.

OBJETIVO GENERAL Determinar los cationes existentes en la muestra problema

2.2.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS Determinar los cationes a través del cambio de color en la reacción. Determinar las reacciones químicas que se presentan en el análisis de la muestra. Ver si la muestra problema es rentable para la industria en la producción de los elementos encontrados.

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III.

FUNDAMENTO TEÓRICO 3.1. 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.

3.2. 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.

3.3. 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. QUIMICA ANALÍTICA CUALITATIVA Y CUANTITATIVA

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3.4. Marcha Analítica de Cationes En la marcha analítica se separan los cationes en grupos de acuerdo a cómo reaccionan frente a distintos reactivos generales y luego se los reconoce mediante el uso de reactivos específicos o ensayos en condiciones de especificidad. La marcha clásica normalmente divide a los cationes en 5 grupos:  Grupo I: Pb2+ , Ag+ , Hg22+  Grupo II: II A: Hg2+ , Pb2+ , Bi3+ , Cu2+ , Cd2+ . II B: As(III) , As(V) , Sn(II) , Sn(IV) , Sb(III) , Sb(V)  Grupo III: III A: Fe3+ , Al3+ , Cr3+. III B: Ni2+ , Co2+ , Zn2+ , Mn2+  Grupo IV: Ba2+ , Sr2+ , Ca2+  Grupo V: Na+ , K+ , Mg2+ , NH4+ Cada grupo tiene un reactivo general de precipitación y requiere determinadas condiciones de precipitación en este caso solamente describiremos a los grupos 1, 2 y 3 respectivamente.

3.4.1. GRUPO 1 Comprende los cationes que precipitan con HCl: Ag+, Pb2+ y Hg22+. Para separar los cloruros formados se hace uso de la solubilidad relativamente alta del PbCl2 en agua caliente y de la doble acción simultánea del amoniaco sobre los cloruros de plata y mercurioso, disolviendo el primero por formación del complejo Ag(NH3)2+ y provocando la dismutación del segundo.

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3.4.2. GRUPO 2 El reactivo general es el H2S gaseoso o generado por hidrólisis de la tioacetamida (TA). De acuerdo a las propiedades periódicas de los cationes existen sulfuros más insolubles que otros, lo cuál permite agruparlos: los cationes más insolubles se encuentran en el 2° grupo y los más solubles en el 3° grupo. El CdS es el más soluble de los sulfuros de este grupo, por lo tanto, si se calculan las condiciones para su precipitación completa se tendrá la seguridad de que todos los demás sulfuros del grupo también lo harán. Para que la precipitación pueda considerarse completa debe cumplirse que la [Cd2+] no precipitada (es decir, la concentración de Cd2+ libre) sea ≤ a 10-5 M. Si consideramos que la [Cl-] = 0.5 M (debido al HCl agregado para precipitar el grupo I más el HCl agregado en el grupo II para ajustar la acidez), podemos suponer que casi todo el Cd2+ estará como CdCl42- (constante de inestabilidad del complejo Ki = 10-3). CdCl42- ⇔ Cd2+ + 4 Cl- Ki = [Cd2+] [Cl-]4 / [CdCl42-] Entonces, si la [CdCl42-] = 10-5 M y la [Cl-] = 0.5 M, con estos valores, a través de Ki, resulta una Cd2+ = 1.6 10-7 M. Por lo tanto, la [S2-] será: QUIMICA ANALÍTICA CUALITATIVA Y CUANTITATIVA

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[S2-]mínima = KpsCdS / [Cd2+] = 1.6 10-28 / 1.6 10-7 = 10-21 M El ZnS es el más insoluble de los sulfuros del grupo III, por lo tanto, si se evita que precipite también se evitará la precipitación de los demás sulfuros del 3° grupo. La concentración analítica máxima de cualquier catión en solución a analizar es 0.1 M, es decir, [Zn2+] = 0.1 M, el cual en su mayor parte está como ZnCl42- = 0.1 M, por los mismos motivos dados anteriormente. Ki = [Zn2+] [Cl-]4 / [ZnCl42-] = 1.25 10-8 [Zn2+] = 1.25 10-8 x 0.1 / (0.5)4 = 2 10-2 M [S2-]máxima = KpsZnS / [Zn2+] = 2.5 10-22 / 2 10-2 = 1.25 10-20 Para que se mantenga la condición de precipitación se deberá regular la [S2]: 10-21 < [S2-] < 10-20 Para lograr esa [S2-] pretendida se debe regular la misma a través de la acidez del medio: H2S + 2H2O ⇔ S2- + 2 H3O+ Siendo la Ka1 = 10-7 y la Ka2 = 1,3x10-13 ⇒ Kt = Ka1 . Ka2 = 1,3 10-20 Kt = [S2-] [H3O+]/ [H2S] Si la solución está saturada: [H2S] = 0,1 M. Por lo tanto, reemplazando en la ecuación anterior: Kt = 1,3 10-20 = [S2-] [H3O+] / 0,1 ⇒ 1,3 10-20 . 0,1 = [H3O+]2 [S2-] = Ki, donde en este caso Ki se conoce como producto iónico del H2S (similar a la constante de disociación definida para el caso de los complejos). Despejando [H3O+] = {Ki/[S2-]}1/2, reemplazando [H3O+] = {1,3 10-21 / 1,25 1020 1/2 } , se obtiene: [H3O+] = 0,32 M O sea que es necesario ajustar la acidez del medio al valor de [H3O+] antes calculado (0,32 M) para conseguir precipitar con H2S o TA todos los sulfuros del grupo II sin que lo hagan los sulfuros del grupo III. Esto representa haber logrado la precipitación de los cationes a través de un proceso de precipitación regulada o controlada en función de la acidez del medio.

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Una vez obtenidos los cationes del grupo II al estado de sulfuros los mismos son separados en los dos subgrupos A y B basados en el anfoterismo que presentan los sulfuros de los cationes del II B frente a álcalis fuertes o sulfuros alcalinos. Subgrupo II A. El HgS se separa de los otros sulfuros de este grupo aprovechando el hecho de que el ácido nítrico disuelve a todos los demás sulfuros excepto a él. El Bi3+ se precipita como hidróxido al tratar con amoniaco, mientras que el Cu2+ y el Cd2+ forman los correspondientes complejos amoniacales solubles. Finalmente, para separar Cu2+ y Cd2+ se trata la disolución amoniacal que contiene los complejos Cu(NH3)42+ (azul) y Cd(NH3)42+ (incoloro) con cianuro potásico hasta desaparición del color azul, con lo cual los complejos amoniacales se transforman en los respectivos complejos cianurados: Cu(CN)32– y Cd(CN)42–. El primero es tan estable que no libera los suficientes iones Cu2+ para que precipite el sulfuro al tratarlo con H2S, mientras que el de cadmio se encuentra suficientemente disociado para precipitar CdS de color amarillo. (Esta identificación constituye un ejemplo en el que un reactivo general, como H2S, mediante procesos de separación y enmascaramiento se transforma en específico). Subgrupo II B. Acidulando con HCl se produce la reprecipitación del sulfuro de arsénico, con lo que se separa del antimonio y estaño, que permanecen en disolución, en la cual se procede a su identificación.

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3.4.3. GRUPO 3. Está constituido por los cationes que precipitan hidróxido o sulfuro con amoniaco y H2S. También comprende dos subgrupos: el III A, formado por los cationes que precipitan hidróxido en medio tampón NH3/NH4Cl y el III B, constituido por cationes divalentes que se precipitan con sulfuro en medio amoniacal. Subgrupo III A. Se separan Cr3+ y Al3+ del Fe3+ atacando el precipitado de hidróxidos con una mezcla de NaOH y H2O2. El Al(OH)3, anfótero, se disuelve formando aluminato, y el Cr(OH)3 es oxidado a CrO42–, soluble. En la disolución se identifica aluminio y cromo. Subgrupo III B. Cuando la disolución amoniacal procedente del subgrupo III A se trata con H2S, la concentración de S2– es lo suficientemente alta para precipitar los sulfuros de los cationes de este subgrupo, quedando así separados de los grupos 4º y 5º. Tratando el precipitado de sulfuros con HCl QUIMICA ANALÍTICA CUALITATIVA Y CUANTITATIVA

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diluido, se disuelven los sulfuros de Mn y Zn, permaneciendo insolubles los de Co y Cu*. En la disolución clorhídrica pueden identificarse Mn2+ y Zn2+, aunque también es posible la separación de ambos aprovechando el carácter anfótero del Zn(OH)2 y la fácil oxidabilidad del Mn2+ a MnO2.

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IV.

MATERIALES Y REACTIVOS Muestra problema: galena (PbS) HCl al 3 M Agua destilada K2CrO4 a 1 M NH4OH AL 3 M Agua regia HNO3 AL 3 M SnCl2 Balanza analítica Estufa Vaso de precipitado Tamiz malla 200 Papel filtro Centrifugadora Embudo Matraz Cocina Tubos de ensayo

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V.

DIAGRAMAS DE FLUJO

Este trabajo tiene dos partes una parte de campo o física y una de laboratorio o química: 5.1.

PARTE DE CAMPO O FÍSICA

Recogida de muestra problema en el campo

Triturado

Muestra problema

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5.2.

PARTE QUIMICA O DE LABORATORIO

Tomamos 2 gramos de la muestra problema y agregamos 10 mm de H2O y 8 mm de H2SO4.

Agregamos 20 ml mas de H2O destilada

Calentamos hasta semisequedad

Agregamos 30 ml mas de H2O y filtramos

SOLUCIÓN PROBLEMA QUIMICA ANALÍTICA CUALITATIVA Y CUANTITATIVA

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Luego de obtener la solución problema procedemos con la MARCHA DE CATIONES Agregamos a la muestra el HCl al 3 M

Centrifugamos y separamos el residuo y concentrado

Agregamos 10 gotas de agua fría mas una gota de HCl al 3M mas 8 gotas de agua caliente

Calentamos a ebullición por 2 minutos

Centrifugamos

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Luego separamos el concentrado del resíduo Al concentrado agregamos 4gotas de K2CrO4 a 1 M y detectamos Pb.

Al residuo lavamos con agua 2 a 3 veces hasta que no de reacción de plomo y agregamos 10 gotas de NH4OH al 3M

Centrifugamos

RESÍDUO

CONCENTRADO

Se observa el color grisnegro, luego lavamos con 10 gotas agua mas 4 gotas de agua regia y la solución se vuelve clara entonces hemos detectado Hg.

Agregamos HNO3 a 3 M para detectar Ag, pero por el color claro que presenta no se detectó plata

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VI.

HIPOTESIS Y RESULTADOS 6.1.

HIPÓTESIS

¿Qué elementos se detectó en el análisis de la muestra problema? 6.2.

VII.

RESULTADOS ELEMENTOS DETECTADOS: Pb Y Ag  El color amarillo nos muestra la presencia de Pb.  El color claro nos muestra la presencia de Hg.  Plata no se detectó en la muestra.

CUESTIONARIO 7.1.

Determinar las reacciones químicas que se genera en la identificación de los cationes.

 Pb2+ + 2Cl- → PbCl2

7.2.

Indicar la evidencias notorias y propiedades físicas de residuos encontrados.

7.3.

¿Por qué en la identificación de los elementos del grupo 1 se forma un precipitado blanco?

7.4.

Se puede eliminar alguno paso de la marcha analítica aplicado (explicar); si es positivo hacer un diagrama de la marcha de cationes.

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VIII.

7.5.

¿Cuántos tipos de mercurios se conoce en la química analítica? ¿Cuáles son? Explique.

7.6.

Investigue alguna otra marcha analítica para identificar cationes que pertenezcan a otros grupos de la tabla periódica.

CONCLUSIONES

 No obstante los resultados obtenidos, no se descarta la posibilidad de tener la presencia de posibles interferencias por el manejo de la marcha, teniendo muy claro que es solo una experiencia cualitativa, dejando de lado estándares que se deberían usar en este tipo de procedimientos.  Con todo lo anterior, se puede inferir, que esta es la forma más rápida y fácil de reconocer una muestra y que el aprendizaje de más técnicas nos puede facilitar la predicción de muestras, facilitando el trabajo final.

IX.

SUGERENCIAS

 Tener bastante cuidado al realizar la MARCHA, de lo contrario los resultados pueden variaran.  Agregar la misma cantidad de reactivo que nos indica la marcha.

X.

BIBLIOGRAFÍA:

 http://es.wikipedia.org/wiki/Marcha_anal%C3%ADtica  http://www.uclm.es/profesorado/pablofernandez/QG-06equilibrio%20de%20precipitacion/equilibrio%20precipitacion.pdf  http://www.webqc.org/balance.php  Química General - Raymond Chang - 6ta Edición

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