Marcha Analitica Grupo I Aniones N°5

Análisis Químico Cualitativo Marcha Analítica de aniones del grupo I

Objetivos:

Identificación y reconocimiento de los aniones del primer grupo ( borato, sulfato, oxalato, yodato y tiosulfato )

Comprender las caracterizaciones de una mezcla compleja de iones en solución

Saber cómo tratar las muestras con reactivos que separen los iones en grupos, con el objetivo de aislarlos, y proceder a su identificación.

Dar a conocer el material y equipo empleado en las diferentes técnicas analíticas y familiarizarlo con su uso, manejo y cuidado.

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FUNDAMENTO TEORICO DE LOS ANIONES DEL PRIMER GRUPO

Existen pocos aniones fundamentales, la mayoría se encuentra como oxoaniones (NO3 -, SO42-), no se pueden agrupar en una marca sistemática. No existen reactivos selectivos para separarlos en grupos, y son inestables al cambio de acidez.

REACTIVOS GENERALES PARA ANIONES :

Catión H+: Da ácidos conjugados reaccionando con aniones que son bases fuertes.

Catión Ag+: Forma reactivos coloreados, es un excelente reactivo para aniones.

Catión Ba2+: Precipita con aniones del primer grupo en medio neutro, forma precipitados blancos o amarillos como el cromato.

Catión Ca2+: Sus precipitados tienen distinta solubilidad en comparación con los del Ba2+.

Cationes Zn2+ y Cd2+: Forman precipitados insolubles en medio neutro de color amarillo parduzco.

Catión Co2+: Forma precipitados coloreados en medio neutro. Con acido acéticos se separa: Sulfuros, cianuros y ferrocianuros.

Catión Mg2+: Determina arseniatos.

La muestra a analizar debe estar en medio neutra o ligeramente alcalina. Si la muestra es fuertemente alcalina debe neutralizarse con acido acético. Entre los principales aniones tenemos:

ANIÓN CARBONATO:

El anión carbonato forma precipitado con la mayoría de los cationes, en muchas ocasiones precipitados molestos como las incrustaciones calcáreas que se forman en calderas, aparatos destiladores de agua, tuberías, planchas, etc. El anión CO32- presenta una disposición plano-triangular. Aunque el enlace C-O es fuerte, no lo es tanto como el enlace C=O del anhídrido carbónico. Esto se traduce en que la presencia de ácidos provoca el proceso:

CO32- + 2H+ →CO2 + H2O

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Esto es la causa de la efervescencia que exhiben los carbonatos cuando se les añade un ácido. El anión carbonato forma compuestos anhidros más o menos estables con cationes divalentes de radio iónico medio a grande.

ANIÓN SULFATO:

Los sulfatos suelen ser sales solubles en agua a excepción de los de Pb, Ba y Sr por lo que se hayan profusamente repartidos en todas las aguas. El origen de este ión en las aguas se debe fundamentalmente a los procesos de disolución de yesos (sulfato de calcio) sin olvidar las cantidades procedentes de la oxidación de los sulfuros. Los iones sulfatos tienden a forman sulfatos y acido sulfúrico. Los sulfatos solubles precipitan en presencia de cloruro de bario incluso de solución ácida en forma de sulfato de bario (BaSO4) como sólido blanco. Si al mismo tiempo hay permanganato presente este puede ser incluido en el precipitado dándole un color ligeramente rosáceo. Con sodio metálico es reducido al sulfuro (Cuidado: reacción muy violenta) y puede ser determinado como tal.

ANIÓN FLUORURO:

Los fluoruros suelen ser compuestos incoloros (si no están unidos a un grupo colorado). Los fluoruros de los elementos alcalinotérreos, especialmente del calcio y del bario son poco solubles. El método clásico para determinar cualitativamente la presencia de fluoruro es el tratamiento de la muestra con ácido sulfúrico concentrado. Este libera ácido fluorhídrico que a su vez ataca el vidrio, transformando el silicato en tetra fluoruro de silicio, una sustancia volátil. Debido a la corrosión de la superficie ésta ya no es mojada por el ácido o el agua. Una gota de agua acercada a la muestra en estas condiciones se enturbia ya que el tetra fluoruro de silicio se hidroliza en ella y el cuarzo regenerado precipita:

ANIÓN OXALATO:

Los oxalatos se forman por neutralización del ácido oxálico con la base correspondiente o por intercambio del catión.

SiF4 + 2 H2O -> SiO2 + 4 HF

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En la química analítica se utiliza la reacción del oxalato con los iones de calcio para la determinación de estos.

PROCEDIMIENTO Y OBSERVACIONES DEL LABORATORIO

IDENTIFICANDO BORATO Colocar en el tubo de ensayo un poco de precipitado+ 0.5mL de metanol y +2 gotas de H2SO4.Al calentar se desprenden vapores de color verde.

IDENTIFICANDO SULFATO Se toma 1mL de la solución+10 gotas de HCl(2N), se hierve hasta eliminar los gases. Enfriar, separar cualquier precipitado.Se le añade BaCl2 hasta precipitación total, cuyo color blanco indica sulfato.

IDENTIFICANDO OXALATO Colocar precipitado en el tubo de ensayo. Disolver en sulfúrico diluido, hervir y añadir 1gota de KMnO4 (0.01N),cuya decoloración indica oxalato.

IDENTIFICANDO TIOSULFATO

Colocar 5 gotas de la disolución y neutralizarlo con CH3COOH y añadir 5 gotas de AgNO3 (0.1N), al calentarlo se observa un precipitado blanco amarillento que pasa de pardo a negro con el tiempo.

IDENTIFICANDO YODATO Colocar en un tubo de ensayo 0.5mL de disolución y acidular con clorhídrico, añadir 2 gotas de KSCN y hervir, desprendimiento de yodo (soluble en Cl4C de color violeta).

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Observaciones del Borato:

Al agregar ácido acético a la disolución original, no se observó ningún cambio. Sin embargo, al hervir el líquido, se observó la liberación de gas blanco

Figura 1.Se agregó ácido acético a la solución original.

Al agregar acetato bárico y acetato cálcico, y luego calentar, se observó la formación de una considerable cantidad de precipitado de color blanco.

El precipitado blanco obtenido se disolvió con metanol y ácido sulfúrico concentrado.Al calentar la nueva solución, se observó el desprendimiento de gases. Se acercó un fósforo a los gases y la llama cambió momentáneamente a color verde.

Figura 2. Reacción al agregar acetato bárico y cálcico y calentar.

Figura 3. Precipitado luego de centrifugar.

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Observaciones del Oxalato:

Nuevamente, partiendo de la solución original, se agregó ácido acético y con papel indicador se comprobó que la solución tuviese un pH cercano a 7. Al añadir acetato cálcico no ocurre nada en un inicio. En el proceso de calentamiento, se observa la formación que poco a poco se va formando un precipitado blanco, aunque en pequeña cantidad.

Figura 4. Precipitado cristalino resultado de agregar acetato cálcico y calentar.

Observaciones del Sulfato:

A la solución original ya neutralizada (como en los casos anteriores), se le añadió HCl. Al hervir se observó la liberación de gases blancos y no hubo formación de precipitados. Añadimos BaCl2 y se observa que la formación de gran cantidad de precipitado blanco sin necesidad de calentamiento.

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Figura 5. Precipitado formado al añadir cloruro de bario a la solución original acidulada.

Observaciones del Tiosulfato:

A la solución original se le agregó HCl concentrado y se hirvió. No se observó la formación de ningún precipitado.

Figura 6. Precipitado pardo formado al agregar nitrato de plata a la solución original neutralizada con ácido acético.

Observaciones del Yodato:

Se aciduló la solución original con HCl 2N, y se añadió KSCN. Formación de pequeña cantidad de precipitado. Al hervir y luego agregar tetracloruro de carbono, la solución se tornó de color violeta.

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Figura 7. Reacción de identificación de yodato, que culmina al agregar CCl4, tornándose púrpura la solución.

REACCIONES DEL GRUPO I

IDENTIFICACION DEL CARBONATO:

Inicialmente damos el medio acido adecuado para el reconocimiento del ion carbonato por desprendimiento del gas dióxido de carbono:

Muestra + CH3COOHMEDIO ACIDO + Na2CO3 + 2Na+ + CH3COOH CH3COO- +H+ + 2H+ + H2O + CO2

IDENTIFICACION DEL BORATO:

Inicialmente teníamos en la solución la sal Na2B4O7 la cual se disocia según:

Na2B4O7 2Na+ + B4O7 2-

El ion B4O72- se hidroliza y forma el acido ortobórico:

B4O7 2- + 7H2O 4H3BO3 + 2OH-

En la solución ácido ortobórico H3BO3 (Acido débil) que no reacciona como donador de protones, sino como acido de Lewis, aceptando OH-

H3BO3 +H2O B(OH)4- + H+

El ion B(OH)4- es también conocido como ion borato Luego al añadir el Ca(CH3COO)2 y Ba(CH3COO)2 se suceden las continuas disociaciones:

Ca(CH3COO)2 Ca2+ + CH3COO-

Ba(CH3COO)2 Ba2+ + 2 CH3COO-

El carácter acido de nuestro ácido débil (H3BO3) aumenta con la presencia de alcoholes, por ello añadimos C2H5OH cuya reacción es efectuada en medio H2SO4 concentrado que actúa como deshidratante:

2 H3BO3 + 3 C2H5OH 2B(OCH3)3 +3H2O

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(En medio H2SO4)

Se produce éster metilbórico, que al hervir tiene la propiedad de torna

la llama a verde.

IDENTIFICACION DEL OXALATO:

Inicialmente teníamos en la disolución neutra:

Na2C2O4 2Na+ + C2O42-

Luego al añadir CH3COOH y Ca(CH3COO)2 se producen las consecutivas disociaciones:

CH3COOH CH3COO- + H+

Ca(CH3COO)2 Ca2+ + CH3COO-

Al calentar favorecemos termodinámicamente la formación del precipitado Ca2(C2O4)2 C2O4

2- + Ca2+

Al añadir el acido sulfúrico concentrado se descomponen todos los oxalatos por deshidratación:

Ca2(C2O4)2 C2O42- + Ca2+

Añadimos KMnO4 diluido el cual se disocia:

KMnO4 K+ + MnO4-

El acido oxálico reduce al KMnO4 diluido decolora la disolución: la reacción se verifica en medio acido y caliente:

16H+ + 5C2O42- + 2MnO4

2- 10CO2 +2Mn2+ + 8H2O

IDENTIFICACION DEL SULFATO:

Al agregar HCl a la disolución neutra se produce su disociación de total: HCl H+ + Cl-

Dado a la considerable concentración de iones hidronio se produce la reacción de desprendimiento de CO2(g):

2H+ +CO32- CO2(g)+ H2O

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Luego al añadir BaCl2 se suceden las reacciones (en la disolución existía la sal Na2SO4 solubilizada):

BaCl2 Ba2+ +2Cl-

Na2SO4 2Na+ +SO42-

Dado que el medio es predominantemente acido se favorece la reacción iónica:

Ba2+ + SO42- BaSO4

IDENTIFICACION DEL TIOSULFATO

Inicialmente teníamos en la disolución neutra: Na2S2O3 2Na+ + S2O3

2-

Agregamos AgNO3 para una reacción más específica con el tiosulfato:

AgNO3 Ag+ +NO3-

Primeramente precipita tiosulfato de plata blanco, que experimenta una dismutación gradual produciendo en su reacción más desplazada Ag2S:

S2O32- + 2Ag+ +H2O SO4

2- + Ag2S + 2H+

IDENTIFICACION DEL YODATO

Inicialmente teníamos en la solución neutra:

KIO3 K+ + IO3-

Luego se agrego HCl 2M dando medio acido

HCl H+ +Cl-

Los reductores tales como S2-, SO3- en medio acido reducen al yodo y Si el reductor esta en exceso, la reducción progresa hasta formar yoduro por reacción rédox entre IO3- y I-

2H+ + IO3- +3S- I- +3S +3H2O

IO3- + 5I- + 6H+ 3I2 +3H2O

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Al agregar tiocianato potásico, este reactivo, por su carácter de reductor débil, solo reduce el yodato hasta yodo libre:

6 IO3- + 5SCN + 2H2O H+ + 3I2 + 5HCN + 5SO42-

Al adicionar CCl4 se produce un compuesto orgánico violeta en la capa superior de la muestra.

CONCLUCIONES Y/O RECOMENDACIONES:

En la primera prueba, concluimos la presencia de carbonato en la muestra

debido a la liberación del gas CO2. Para lograr esto fue esencial la adición

de ácido acético (PÁGINA 8) que permitió el desarrollo de la reacción. Las

pruebas para identificación del borato condujeron al desarrollo de

reacciones de hidrólisis y de disociación. En su conjunto permitieron la

identificación del borato mediante el cambio de color en la llama que

produjo el éster metilbórico. (PÁGINA 5 y 10). La identificación del

sulfato se lleva a cabo mediante una reacción de precipitación en la que

interviene Ba2+ (PÁGINA 9). En la experiencia, se pudo comprobar la

presencia de sulfato obteniéndose gran cantidad de precipitado blanco

(PÁGINA 6). Se concluyó la presencia de tiosulfato debido utilizando

como reactivo el nitrato de plata que permitió la formación de sulfuro de

plata como se indicó en la (PÁGINA 6 y 9). En la identificación del

yodato, se llevaron a cabo reacciones rédox (página 9). La prueba final

constituyó en el cambio de color ocasionado al añadir tetracloruro de

carbono al tubo de ensayo (PÁGINA 6).

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BIBLIOGRAFIA:

BURRIEL MARTÍ, ARRIBAS y otros, Química Analítica Cualitativa, Editorial: THOMSON, páginas 925 – 929.

V. N. ALEXEIEV, Semimicroanálisis químico cualitativo, Editorial Mir MOSCU, páginas 533- 551

Análisis químico 1 – Vigo (paginas 114 – 115) – Editorial : E.U.I.T.L

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