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• Anthony Valdelomar De la Oca

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ANALISIS QUELATOMÉTRICO DE PB Y ZN

Contenido 1.

Introducción:........................................................................................................................2

2.

Resumen..............................................................................................................................2

3.

Fundamento Teórico:...........................................................................................................3 a.

Volumetría de formación de complejos...........................................................................4

b.

Equilibrios de formación de complejos............................................................................4

4.

Descripción de técnica empleada:........................................................................................5 a.

Quelatometría del Pb:......................................................................................................6

b.

Quelatometría del Zn:......................................................................................................7

5.

Cálculos con datos de laboratorio:.......................................................................................9 a.

Análisis quelatométrico de Pb en concentrados:...........................................................10 i.

Estandarización del EDTA:..........................................................................................10

ii.

% de Pb en muestra:...................................................................................................10

b.

Análisis quelatométrico de Zn en concentrados:............................................................10

i.

Estandarización del EDTA:..............................................................................................10

ii.

% Zn en muestra:............................................................................................................10

6.

Discusión de resultados:.....................................................................................................10

7.

Recomendaciones:.............................................................................................................11

8.

Bibliografía:........................................................................................................................12

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ANALISIS QUELATOMÉTRICO DE PB Y ZN

1. Introducción: En el presente informe hacemos una presentación acerca de la experiencia realizada concerniente al análisis quelatométrico de plomo y zinc en concentrados.

Muchos cationes metálicos reaccionan con especies donantes de electrones (iones negativos o moléculas polares) para formar especies neutras, llamadas compuestos de coordinación, o especies con carga eléctrica, llamadas iones complejos. La especie dadora, o ligando debe tener por lo menos un par de electrones sin compartir disponible para la formación del enlace.

Los quelatos producidos cuando un ión metálico se coordina con dos o más grupos donantes de un ligando para formar un anillo heterocíclico.

Las reacciones de formación de complejos se emplean mucho en la química analítica. Una de las primeras aplicaciones de estas reacciones fue la valoración de cationes. Además, muchos complejos son coloreados o absorben radiación ultravioleta. Algunos complejos son muy poco solubles y se puede emplear valoraciones de precipitación. Los complejos también se usan para extraer cationes de un disolvente a otro y para disolver precipitados insolubles. Se usan agentes acomplejantes inorgánicos para controlar la solubilidad y formar especies coloreadas o precipitadas.

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2. Resumen Uno de los tipos de reacciones químicas que pueden servir como base de una determinación volumétrica es aquella que implica la formación de un complejo o ion complejo soluble, pero ligeramente disociado llamada comúnmente métodos complejométricas.

En esta práctica analizaremos una muestra de mineral (concentrado), para determinar el total de zinc y plomo presente en la muestra de mineral por el método de complexometría, utilizando el EDTA para la titulación, empleando como indicador Naranja de Xylenol a pH 5 para el plomo y pH 5,5 para el zinc.

Para el análisis quelatométrico del plomo, primero valoramos EDTA con una solución de PbSO4, para calcular el título del EDTA respecto al plomo. Utilizamos esta solución estandarizada de EDTA para determinar plomo en la muestra.

Para el análisis quelatométrico del zinc también valoramos EDTA con solución estándar de Zn metálico +(99,99% mínimo de pureza) para calcular su título respecto al zinc metálico; ésta solución valorada de EDTA utilizamos en la titulación para determinar zinc en la muestra.

Gracias a la capacidad del EDTA de determinar cationes por medio de la formación de complejos estables, en esta práctica se determinó la cantidad de gr. De plomo y zinc presentes en concentrado.

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3. Fundamento Teórico: a. Volumetría de formación de complejos Muchos iones metálicos reaccionan con especies dadoras de pares de electrones formando compuestos de coordinación o complejos. La especie dadora se conoce como ligando y ha de disponer al menos de un par de electrones sin compartir para la formación del enlace. Los iones metálicos son ácidos de Lewis, especies aceptoras de pares de electrones, y los ligandos son bases de Lewis. El agua, el amoniaco, el anión cianuro y los aniones haluro son ejemplos de ligandos que se enlazan al ión metálico a través de un solo átomo, por lo que se denominan ligandos monodentados. Los ligandos que se unen al metal a través de dos átomos se llaman ligandos bidentados, como la glicina o la etilendiamina. La mayoría de los metales de transición se enlazan a seis átomos del ligando, cuando un ligando se enlaza al ión metálico a través de seis átomos se denomina ligando multidentado o ligando quelante. También se puede hablar de agentes quelantes tridentados, tetradentados, pentadentados y hexadentados. Se llama número de coordinación de un compuesto de coordinación al número de ligandos unidos al ión central. Un mismo ión metálico puede presentar más de un número de coordinación, dependiendo de la naturaleza del ligando. Por otro lado, los complejos pueden presentar carácter catiónico, aniónico o neutro. Se denomina valoración complexométrica o valoración de complejación a toda valoración basada en una reacción de formación de un complejo. Los ligandos EDTA, DCTA, DTPA y EGTA forman complejos fuertes de estequiometria 1:1 con todos los iones metálicos independientemente de la carga del catión, excepto con los monovalentes como Li+, Na+ y K+. Los agentes quelantes son los valorantes empleados en valoraciones complexométricas ya que la reacción de complejación ocurre en una única etapa y no de forma gradual, como con los ligandos monodentados.

b. Equilibrios de formación de complejos. En las reacciones de formación de complejos un ión metálico M reacciona con un ligando L para formar el complejo ML. En estas reacciones las constantes de equilibrio son de formación y no de disociación como en los equilibrios ácido-base. Cuando el complejo tiene un número de coordinación mayor o igual a 2 podemos hablar de constantes de formación sucesivas (K). Los ligandos monodentados se agregan siempre en una serie de etapas sucesivas. En el caso de los ligandos multidentados, el número de coordinación puede satisfacerse con un solo ligando o con varios ligandos agregados.

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ANALISIS QUELATOMÉTRICO DE PB Y ZN Los equilibrios de formación de complejos también pueden escribirse como la suma de cada una de las etapas individuales, en su caso tendrán constantes de formación globales (β). Salvo en para la primera etapa que corresponde a β1=K1, las constantes de formación globales son productos de las constantes de formación sucesivas de cada una de las etapas que dan lugar al producto. Para cada forma en la que puede encontrarse el metal en presencia del ligando (ML, ML2…) se puede determinar su valor de alfa, siendo «α» la fracción de la concentración total del metal que se encuentra en cada forma particular. Así, αM es la fracción del metal total presente en equilibrio como metal libre; αML es la fracción del metal total presente en el equilibrio como ML, y así sucesivamente. La representación gráfica de los valores de α frente a logaritmo decimal negativo de la concentración del ligando, p[L], se denomina diagrama de distribución.

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4. Descripción de técnica empleada: a. Quelatometría del Pb: 1. Pesar con precisión de 0.1 mg entre 0.15 y 0.25 g de muestra de acuerdo a su contenido de plomo y transferir a un vaso de pp de 250 mL. La pesada de esta cantidad es para evitar que en la sgte parte (ataque con ácidos y sulfatación) se extiendan mucho los humos. 2. Añadir 5 mL de HCl 1:1, llevar a la plancha a evaporar a poco volumen. Retirar de la plancha y esperar que la solución se enfrìe. El HCl iniciará el ataque ácido a la muestra mineral contra un determinado grupo del mismo. 3. Añadir 5 ml de HNO3, llevar a la plancha a evaporar a poco volumen. Retirar de la plancha y esperar que la solución se enfríe y luego una pizca de KClO3 llevar a la plancha hasta disgregar la muestra, llevar a pastoso y enfriar. Ambos, tanto el HNO3 como el KClO3 atacarán a otros grupos minerales para que así la separación puede marchar de acuerdo a lo planificado. 4. Agregar 5 ml de H2SO4 1:1, sulfatar hasta que el desprendimiento de abundantes humos blancos cese. Sacar de la plancha y enfriar. Agregar agua hasta 100 ml se hierve suavemente por 10 minutos, se saca de la plancha y deja en reposo por 15 minutos. Luego del último ataque ácido y la eliminación de los humos blancos se podrá separar el PbSO4 del Zn y del Fe asi como de otros minerales que pudieran haber estado en nuestra muestra. 5. Filtrar por decantación en caliente con papel de poro fino Whatman 42, recibiendo el filtrado en un vaso de 400 ml, este filtrado puede usarse para el ensayo de cobre o zinc, lavar el pp 2 veces con porciones de 10 ml de H2SO4 al 3% agitando y filtrando por decantación, luego pasar todo el pp al papel filtro con agua fría. Usar el H2SO4 3% como solución de lavado permitirá una óptima filtración evitando así pérdidas significativas. 6. Transferir el pp al beaker original, con ayuda de la pizeta. Agregar 10 ml de solución buffer ph 5 y calentar en la plancha hasta que la solución hierva, evitando salpicaduras. Sumergir el papel filtro y enjuagar con agua destilada hasta un volumen de 100 ml. El buffer evitará un cambio radical en el ph permitiendo que la Rx siga su curso. 7. Agregar una pizca de ácido ascórbico y 5 gotas de indicador naranja de xylenol o una pequeña cantidad del indicador sólido y valorar gota a gota con solución valorada de EDTA hasta viraje de rojo violáceo a amarillo limón. Anotar el volumen gastado y calcular el % de Pb en la muestra.

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ANALISIS QUELATOMÉTRICO DE PB Y ZN El ácido ascórbico tiene la función de enmascarar al Fe que pueda encontrarse en la muestra y así evitar contaminaciones.

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b. Quelatometría del Zn: 1. Pesar con precisión de 0.1 mg entre 0.15 y 0.25 g de muestra, de acuerdo a su contenido en zinc y transferir a un vaso de pp de 250 ml. Durante la sulfatación se desprenden gran cantidad de humos blancos y de ácidos, por ello se trabaja en tan bajo peso de muestra, para evitar la formación de muchos humos que puedan afectar el ambiente de trabajo. 2. Añadir 10 ml de HCl y 10 ml de HNO3 concentrados, calentar en la plancha hasta disgregar la muestra, llevar a pequeño volumen y enfriar. El agua regia (HCl y HNO3) al ser una disolución altamente corrosiva y fumante ataca las porciones lixiviables de analitos, en este caso atacará al Zn. Se calentará en la plancha pues la Rx tarda mucho y el calor le permitirá un avance más veloz. 3. Agregar 5 ml de H2SO4 (1+1) y sulfatar hasta sequedad, enfriar y añadir 10 ml de HCl (1+1), 50 ml de agua destilada y calentar hasta disolver las sales. Se agrega el ácido sulfúrico para que los metales que no fueron atacados por el agua regia reaccionen. 4. Agregar 3 ml de H2O2 y calentar por 10 minutos. Su uso es el de oxidar a los iones de Fe para luego permitir su separación. 5. Adicionar 10 ml de solución extractiva y 1 g de persulfato de amonio y hervir por 15 minutos, filtrar a través de papel de filtración rápido recibiendo el filtrado en un beaker de 400 ml. Lavar con 10 ml de solución amoniacal y luego con agua caliente. La función de la solución extractiva es la de separar el Zn(NH3) del Fe(OH)3 y así lograr la separación. 6. Al filtrado agregar una pizca de ácido ascórbico, 1 g de tioúrea y unas gotas de indicador naranja de xylenol. Agregar HCl (1+1) gota a gota hasta que el color violáceo vire a amarillo. El ácido ascórbico se usa para enmascarar al Fe y así evitar contaminación, del mismo modo la tioúrea enmascara al Cu. 7. Agregar 10 ml de buffer ph 5.5 y 5 gotas de indicador naranja de xylenol, luego valorar con EDTA hasta punto final amarillo brillante. Para obtener la cantidad de zinc presente en la muestra, se utiliza un regulador amoniacal que se usa para mantener el pH adecuado, donde se forman complejos aminos del zinc, que tiene suficiente estabilidad para evitar la precipitación del hidróxido del zinc, pero no son tan fuertes como para impedir su reacción con el indicador y conel EDTA. El buffer evitará un cambio drástico de ph permitiendo que la titulación siga su curso. El indicador naranja de xylenol tiene un rango de viraje de 5.4 a 5.9 aproximadamente y nos permitirá observar el fin de la Rx.

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5. Cálculos con datos de laboratorio: a. Análisis quelatométrico de Pb en concentrados: i.

Estandarización del EDTA: W (PbSO4)= 0.23 g PM (PbSO4)= 303.26 g/mol P.A (Pb) =207.2 g/mol Vg (EDTA) = 12.2 mL

T EDTA = T EDTA =

W PbSO V EDTA

4

x

4

0.23 g 207.2 g/mol x 12.2 mL 303.26 g/mol

T EDTA =0.01288

ii.

P . A Pb P . M PbSO

g Pb mL EDTA

% de Pb en muestra: Vg (EDTA) = 0.5 mL

% Pb=

V g x T EDTA x 100 W muestra

g Pb mL EDTA x 100 0.119 g muestra

0.5mL EDTA x 0.01288 % Pb=

% Pb=5.41 %

b. Análisis quelatométrico de Zn en concentrados: i. Estandarización del EDTA: ii. % Zn en muestra: Usando el filtrado que separó de la determinación de Plomo Al valorar no cambió el color, por lo que no determinamos el volumen gastado de EDTA

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6. Discusión de resultados: En la parte correspondiente al zinc, no se pudo apreciar el viraje de color en la titulación con EDTA. Esto se puede atribuir a varias causas probables. Tales son, contaminación de la muestra de zinc, una mala valoración o un mal estado de los reactivos.

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7. Recomendaciones:     

Las soluciones que se van a valorar deben tener el adecuado pH para que ocurra el cambio de color, se controla usando la solución buffer. Procure añadir los reactivos dentro de la campana ya que se desprenden muchos vapores tóxicos. Se debe usar mascarilla y guantes adecuados, ya que trabajamos con ácidos fuertes. El peso de la muestra debe ser muy pequeño (aproximadamente 0.1 000 g) el tiempo de sulfatación es extenso. Debe trabajar las muestras para plomo y zinc paralelamente.

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8. Bibliografía: 

Química Analítica Gary D. Christian, Sexta Edición , University of Washington, Editorial Mc Graw Hill, México,

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Fundamentos de Química Analítica, Novena Edición, Skoog F. James Holler y Stanley R. Crouch, Editorial Cengage Learning,

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Analisis Quimico Cuantitativo, Gilbert H. Ayres, University of Texas, Austin, Segunda Edición, México.



Metodos Normalizados para el Analisis de Aguas Residuales, APHA-AWWA-WPCF, Alcalinidad en aguas.



Química Analítica Cuantitativa, Teoría y Practica, Volumen I, Arthur I. Vogel, Version Castellana de Miguel Catalano, Buenos Aires, 1951

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Analisis Químico Cuantitativo Daniel C. Harris. Grupo Editorial Iberoamerica

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