ANLISIS DEL GRUPO III DE CATIONES

ANLISIS DEL GRUPO IV DE CATIONES

OBJETIVO

Efectuar la separacin selectiva de estos cationes aprovechando la insolubilidad de stos en ciertos medios y a ciertas condiciones de temperatura .FUNDAMENTO TERICO

CATIONES DEL GRUPO IV

Ca +2,Sr+2,Ba+2CARACTERISTICA GENERAL DEL GRUPO IV

A diferencia de la mayora de los cationes del grupo V, Estos cationes del grupo V, estos iones forman una serie de sales poco solubles con diferentes aniones. As, los sulfatos, los fosfatos, los oxalatos y los carbonatos de los cationes del grupo IV son poco solubles.En forma de que sales conviene separar el grupo de cationes IV del grupo de cationes V? La respuesta a esta cuestin depende de una serie de consideraciones. En primer lugar es necesario que las sales sean poco solubles en suficiente grado, es decir, que tengan los valores de solubilidad lo menos posibles. Por ejemplo, es imposible precipitar bastante completamente el grupo IV en solucin acuosa en forma de sulfatos, porque uno de ellos (CaSO4) tiene un valor bastante grande del producto de solubilidad (2,37x10-5). Adems, las sales de un cido fuerte los sulfatos- son prcticamente insolubles en cidos y en virtud de ello su solubilizacin despus de la separacin del grupo V representa una operacin relativamente complicada.La separacin del grupo IV en forma de fosfatos y oxalatos tambin es dificultosa, ya que los iones PO4-3 y C2O4-2,introducidos en la solucin , complicaran el curso ulterior del anlisis.El mejor modo de separar los cationes del grupo IV de los del grupo V es transformndolos en carbonatos: CaCO3, SrCO3, BaCO3. En efecto los productos de solubilidad de estas sales es bastante pequeos (del orden de 10-9) y por eso es posible precipitar prcticamente todos los cationes del grupo IV. La solubilizacion del precipitado obtenido que es necesaria para el anlisis ulterior del grupo IV es muy simple, porque a diferencia de los sulfatos, los carbonatos son sales de un cido dbil y se disuelven bien en cidos. por fin, el exceso delos iones precipitantes, CO3-2 , se elimina fcilmente de la solucin por acidificacin debido a la descomposicin del cido carbnico que se forma en CO2 y H2O.

En virtud de todo lo expuesto anteriormente se puede decir que la propiedad mas importante para el anlisis de cationes del grupo IV, a la cual se recurre para separar sus cationes de los cationes del grupo V, es la insolubilidad practica de los carbonatos CaCO3, SrCO3 y BaCO3 en agua. Por el contrario, los sulfuros, de los cationes del grupo IV, lo mismo que los cationes del grupo V, son solubles en agua, lo que distingue el grupo IV de los grupos I, II, III.Los carbonatos de los cationes del grupo IV precipitan cuando el producto de las concentraciones de los iones [ Me+2] [CO3-2] sobrepasa en la solucin el valor del PSMeCO3 ( donde Me+2 es un catin cualquiera del grupo IV) .Sin embargo, como reactivo de grupo para el grupo IV se puede utilizar solamente el carbonato amnico (NH4)2CO3,ya que con carbonato de sodio y carbonato de potasio introducimos en la solucin los iones Na+ o K+; esta absolutamente claro que resulta imposible establecer si estos iones se encontraban antes en la solucin analizada. La introduccin del on amonio no conduce a un error, porque se identifica en una porcin separada de la solucin antes de tratarla con el reactivo de grupo para el grupo IV.Todos los metales que forman el grupo analtico IV, pertenecen al segundo grupo del sistema peridico de D. I. Mendeleiev; estn situados en la primera mitad de los grandes periodos, es decir, en las series pares. Estos metales se llaman alcalino-trreos; descomponen enrgicamente el agua a temperatura ambiente:

Ca+2H2O ( Ca+2+2OH-+H2(La actividad qumica crece de Ca a Ba. En la misma direccin varan tambin otras muchas propiedades, por ejemplo la solubilidad de las sales, las propiedades bsicas de los hidrxidos, etc. Como las propiedades bsicas de los metales del grupo IV son muy acusadas, sus sale , formadas por los cidos fuertes , casi no se hidrolizan y presentan en las soluciones una reaccin prxima a la neutra (PH(6).

A semejanza de los cationes del grupo V, los iones Ca+2, Sr+2 y Ba+2 tienen las capas externas de 8electrones completas. En soluciones acuosas estos iones son incoloros.

Reacciones de los iones Ba+2

El dicromato potasico K2Cr2O7 forma con el on Ba+2 un precipitado amarillo de BaCrO4 y no de BaCr2O7, como seria de esperar. La causa radica en lo siguiente. La solucin de K2Cr2O7 adems de los Cr2O7-2 contiene una pequea cantidad de CrO4-2 que se forman debido a la interaccin de los con el agua :

Cr2O7-2 +H2O(2HCrO4-1(2H++2 CrO4-2

K(HCrO4-1) = [H+] [CrO4-2]/[ HCrO4-1]=3,2.10-7

La concentracin de los iones CrO4-2 es, sin embargo, suficiente para que el producto de solubilidad BaCrO4 resulte sobrepasado antes de que sea alcanzado el producto de solubilidad de BaCr2O7. precisamente por eso es BaCrO4 el que forma el precipitado:

2CrO4-2+2Ba+22 BaCrO4

si smanos las dos ecuaciones, obtendremos la ecuacin general de la reaccin que estamos analizando:

CrO4-2+2Ba+2+ H2O2 BaCrO4+2H+

El precipitado de BaCrO4 ,es soluble en cidos fuertes, pero es insoluble en cido actico. Como el cido fuerte se forma aqu durante la propia reaccin, esta ultima no llega hasta el final. No obstante, se puede lograr la precipitacin completa de Ba+2,si; adems de K2Cr2O7,aadimos a la solucin CH3COONa;el cido fuerte se reemplaza por un cido dbil, el actico, en el que BaCrO4 es insoluble:

CH3COO-+ H+ CH3COOH

En esta reaccin hace falta un exceso de CH3COONa, para que una parte de este exceso quede inutilizada, es decir, para que resulte una mezcla amortiguadora actica que mantenga prcticamente constante, a pesar de la formacin de los iones H+ durante la reaccin, el PH ( 5) suficiente para la precipitacion completa de BaCrO4.

Los iones Sr2+ y Ca2+ no forman precipitaciones por accin de K2Cr2O4 y no ponen obstculos para la identificacin de Ba2+. La reaccin analizada se emplea no solo para identificar el on Ba2+ , sino tambin para separarlos de los iones Ca2+ y Sr2+.

El precipitado de BaCrO4 se forma tambin por accin del cromato de potasio sobre las soluciones de sales de bario. Pero K2CrO4 da con los iones Sr2+ un precipitado amarillo de SrCrO4 que se distingue de BaCrO4 solo por su solubilidad en cido actico. Para prevenir la formacin de SrCrO4 hace falta efectuar la reaccin en presencia de CH3COOH o mejor todava de una mezcla amortiguadora actica. Los iones H+ del cido actico fijan los aniones CrO42- formando HcrO4- , de tal manera que la concentracin de CrO42- en la solucin disminuye tanto el producto inico [Sr2+] [CrO42-] no alcanza el valor del producto de solubilidad de SrCrO4 y el precipitado no se forma. Por el contrario, el producto de solubilidad del cromato de bario, que es menos soluble, resuelta sobrepasado tambin en presencia de cido actico, el cual, de este modo, no obstaculiza su precipitacion.

Reacciones de los iones Sr 2+El cido sulfrico y los sulfatos solubles forman un precipitado blanco de SrSO4 , prcticamente insoluble en cidos (por qu?); se puede solublizarlo como BaSO4 .como SrCO3 es menos soluble que SrSO4, la transformacin de estroncio en carbonato es incomparable mas fcil que en el caso de BaSO4.

Reacciones de los iones Ca2+El oxalato de amonio(NH4)2C2O2 forma con los iones Ca2+ un precipitado blanco de oxalato de calcio soluble en cidos minerales , pero insoluble en cido actico :

Ca2++C2O42-CaC2O4

Esta reaccin, que es la reaccin cualitativa mas importante del on Ca2+, es interferida por la presencia de Ba2+ y Sr2+ que forman con (NH4)2C2O2 precipitados anlogos.

Los sulfuros solubles ( los iones SO42-) forman un precipitado blanco de CaSO4 solamente en las soluciones relativamente concentradas de sales de calcio:

Ca2++SO42-CaSO4

El precipitado es soluble en (NH4)2SO4 debido a la formacin de una sal compleja de (NH4)2[CaSO4]. el agua de yeso no forma turbidez con las soluciones de las sales de calcio (a diferencia de Ba2+ y Sr2+).

PARTE EXPERIMENTAL

1. Recibimos una solucin con los cationes del grupo IV y V , a esta solucin le agregamos 4 gotas de NH4Cl y luego lo alcalinizamos con NH4(OH) :

BaS + NH4Cl ( BaCl2(ac) + (NH4)2S

BaCl2(ac) + (NH4)2S + 2NH4(OH) ( Ba(OH)2 + 2NH4Cl + (NH4)2S

SrS + NH4Cl ( SrCl2(ac) + (NH4)2S

SrCl2(ac) + (NH4)2S + 2NH4(OH) ( Sr(OH)2 + 2NH4Cl + (NH4)2S

CaS + NH4Cl ( CaCl2(ac) + (NH4)2S

CaCl2(ac) + (NH4)2S + 2NH4(OH) ( Ca(OH)2 + 2NH4Cl + (NH4)2S

por ltimo al calentar y agregar (NH4)2CO3 observamos un precipitado color blanco , esta precipitacin se da mediante las sgtes. reacciones:

Ba(OH)2 + 2NH4Cl + (NH4)2S + calor ( Ba(OH)2 + 2NH4Cl + 2NH4+1 + S(Ba(OH)2 + (NH4)2CO3 ( BaCO3( + 2NH4(OH)

Sr(OH)2 + 2NH4Cl + (NH4)2S + calor ( Sr(OH)2 + 2NH4Cl + 2NH4+1 + S(Sr(OH)2 + (NH4)2CO3 ( SrCO3( + 2NH4(OH)

Ca(OH)2 + 2NH4Cl + (NH4)2S + calor ( Ca(OH)2 + 2NH4Cl + 2NH4+1 + S(Ca(OH)2 + (NH4)2CO3 ( CaCO3( + 2NH4(OH)

A estos precipitados cuando los lavamos una solucin diluida de NH4(OH) no observamos algn cambio.

2. Luego decantamos y desechamos la solucin pasante , luego disolvemos el precipitado al lavarlo con CH3COOH 17N :

BaCO3 + 2CH3COOH ( Ba(CH3COO)2 + H2CO3SrCO3 + 2CH3COOH ( Sr(CH3COO)2 + H2CO3

CaCO3 + 2CH3COOH ( Ca(CH3COO)2 + H2CO3Luego agregamos 10 gotas de NH4C2H3O2 y las reacciones se dan:

Ba(CH3COO)2 + H2CO3 + NH4C2H3O2 ( BaCO3 + 2CH3COOH + NH4C2H3O2

Sr(CH3COO)2 + H2CO3 + NH4C2H3O2 ( SrCO3 + 2CH3COOH + NH4C2H3O2

Ca(CH3COO)2 + H2CO3 + NH4C2H3O2 ( CaCO3 + 2CH3COOH + NH4C2H3O2

Por ultimo calentamos la solucin y agregamos 25 gotas de K2CrO4

BaCO3 + K2CrO4 + 2CH3COOH ( BaCrO4( + K2CO3 + 2CH3COOH

SrCO3 + K2CrO4 + 2CH3COOH ( SrCrO4 + K2CO3 + 2CH3COOH

CaCO3 + K2CrO4 + 2CH3COOH ( CaCrO4 + K2CO3 + 2CH3COOH

Luego decantamos y trabajamos con la solucin pasante.

3. A la solucin filtrada la alcalinizamos con NH4(OH) y tenemos la reaccin:

CaCrO4 + K2CO3 + 2CH3COOH + 2NH4(OH) ( Ca(OH)2 + K2CO3 + 2CH3COOH + (NH4)2CrO4

SrCrO4 + K2CO3 + 2CH3COOH + 2NH4(OH) ( Sr(OH)2 + K2CO3 + 2CH3COOH + (NH4)2CrO4

Luego la calentamos ligeramente y le agregamos (NH4)2CO3 y notamos una ligera turbidez en la solucin , lo cual se da por :

Ca(OH)2 + K2CO3 + 2CH3COOH + (NH4)2CrO4 + (NH4)2CO3 CaCO3( + 2NH4(OH) + K2CO3 + 2CH3COOH + (NH4)2CrO4

Sr(OH)2 + K2CO3 + 2CH3COOH + (NH4)2CrO4 + (NH4)2CO3 SrCO3( + 2NH4(OH) + K2CO3 + 2CH3COOH + (NH4)2CrO4Luego de esta operacin decantamos y al precipitado lo volvemos a disolver con CH3COOH caliente y tenemos la reaccin:

CaCO3 + 2CH3COOHCa(CH3COO)2(ac) + H2CO3(ac)SrCO3 + 2CH3COOHSr(CH3COO)2(ac) + H2CO3(ac)Luego alcalinizamos la solucin con NH4(OH) y las reacciones se dan as:

Ca(CH3COO)2(ac) + H2CO3(ac) + 2NH4(OH) ( Ca(OH)2(ac) + 2NH4(CH3COO) + H2CO3(ac)Sr(CH3COO)2(ac) + H2CO3(ac) + 2NH4(OH) ( Sr(OH)2(ac) + 2NH4(CH3COO) + H2CO3(ac)Por ultimo agregamos (NH4)2S y notamos una ligera turbidez la cual se puede mediante la sgte. reaccin:

Sr(OH)2(ac) + (NH4)2SO4 ( SrSO4( + 2 NH4(OH)

Ca(OH)2(ac) + (NH4)2SO4 + 2NH4(CH3COO) + H2CO3(ac) ( CaSO4 + 2 NH4(OH) + 2NH4(CH3COO) + H2CO3(ac)4. Luego de esto decantamos y nos quedamos con la solucin pasante para hacer la identificacin del Ca ; volvemos a alcalinizar la solucin con NH4(OH) y luego de agregar tambin (NH4)2C2O4 notamos la formacin de un precipitado, esto se da mediante las sgtes. reacciones:

CaSO4(ac) + 2 NH4(OH)(ac) + 2NH4(CH3COO)(ac) + H2CO3(ac) + NH4(OH)

Ca(OH)2(ac) + (NH4)2SO4 + 2 NH4(OH) + 2NH4(CH3COO)

Ca(OH)2(ac) + (NH4)2C2O4(ac) ( CaC2O4( + 2NH4(OH)

CONCLUSIONES Los carbonatos de los cationes del cuarto grupo son insolubles en agua a temperatura normal(T = 25C) y tambin en soluciones alcalinas como por ejemplo en NH4(OH).

Los cationes del cuarto grupo son solubles en solucin cida de CH3COOH cuando se encuentran en forma de carbonatos.

De los cromatos de Ba , Sr y Ca ; el BaCrO4 es el que tiene menor valor de Kps y adems es insoluble en cido actico.

En el caso de los sulfatos de Ca+2 y Sr+2 ; el SrSO4 es insoluble en medio alcalino como por ejemplo en solucin de NH4(OH)(ac) mientras que el sulfato de calcio es soluble en soluciones concentradas de (NH4)2SO4 .

De lo observado en el ltimo paso podemos decir que el CaC2O4 es insoluble en tanto en solucin caliente de medio alcalino como tambin en presencia de iones de cido acticoCUESTIONARIO1. Haga un diagrama esquemtico indicando la separacin e identificacin de cada catin.

Solucin:

2. Escriba las reacciones balanceadas de las reacciones efectuadas.

Solucin:

Precipitacin de los cationes del IV grupo

Ba(OH)2 + 2NH4Cl + (NH4)2S + calor ( Ba(OH)2 + 2NH4Cl + 2NH4+1 + S(Ba(OH)2 + (NH4)2CO3 ( BaCO3( + 2NH4(OH)

Sr(OH)2 + 2NH4Cl + (NH4)2S + calor ( Sr(OH)2 + 2NH4Cl + 2NH4+1 + S(Sr(OH)2 + (NH4)2CO3 ( SrCO3( + 2NH4(OH)

Ca(OH)2 + 2NH4Cl + (NH4)2S + calor ( Ca(OH)2 + 2NH4Cl + 2NH4+1 + S(Ca(OH)2 + (NH4)2CO3 ( CaCO3( + 2NH4(OH)

Obtencin de BaCrO4BaCO3 + K2CrO4 + 2CH3COOH ( BaCrO4( + K2CO3 + 2CH3COOH

Obtencin de SrSO4Sr(OH)2(ac) + (NH4)2SO4 ( SrSO4( + 2 NH4(OH)

Obtencin de CaC2O4Ca(OH)2(ac) + (NH4)2C2O4(ac) ( CaC2O4( + 2NH4(OH)

3. Los tres cationes se pueden identificar por la prueba de la flama o de la llama :

a) Bajo que forma deben estar los cationes?

Solucin:

Estos cationes deben estar bajo la forma de cloruros.b) Qu color caracterstico da cada catin?

Solucin:

El catin de Ba nos da un color rojo intenso, mientras que el Ca nos da un color rojo carmn y el Sr frente a la flama nos da un color verde amarillento.

4. Responder:

a) Qu color presentan los tres carbonatos y en qu medio precipita cada catin?

Solucin:

Los tres carbonatos precipitan en medio alcalino y son de color blanco.

b) Despus de separar el Ba+2 como BaCrO4 se podra presentar una interferencia Cmo la reducimos al mximo?

Solucin:

La interferencia se puede reducir al mximo filtrando y agregando compuestos que podran reaccionar con los otros cationes.

5. La luz tiene una longitud de onda ( = 5800A . calcule la energa cintica de 1/25 de mol , de esa radiacin electromagntica en ev(electrn voltios).

Solucin:

=6.63x10-27 ergios x seg. x3 x10-5km/5800x10-13Km

=0,34293x10-11 ergios

=2,1404x10-1 e.v.

1mol--------------- 2,1404x10-1e.v.

1/25----------------x

x=0,856x10-4 e.v. ..(Rpta.)

6. La solubilidad del sulfato de calcio es de 1 mg/ ml . una solucin saturada de ste compuesto se mezcla con un volumen igual de (NH4)2C2O4 (oxalato de amonio) que contiene 0.0248 gr /lt de esa sal. Con los debidos clculos indique si se forma precipitado, o no, cuando se mezclan estas soluciones. La constante del producto de solubilidad termodinmico(Kpa) del CaC2O4 es: 2.3x10-9Solucin:

[Ca+2 ]=(10-3/ 272)mol/l = 3.67X10-3 mol/l

[SO4 ]= (10-3/ 272)mol/l = 3.67X10-3 mol/l

[NH4 ]=(0.0248/124)mol/l = 2X10-4 mol/l

[C2O4 ]= (0,0248/248)mol/l = 1X10-4 mol/lI=1/2[[Ca+2 ]22 +[SO4 ]22+[NH4 ]12+[C2O4 ]12]

I = 0.01485

0.02 < I < 0.2

f Ca = 0.60633

f C2O4 = 0.60633

PI = [Ca+2 ]fCa [C2O4 ]fC2O4 = 1.343 x 10-7 PI < KPS no hay precipitacin, el compuesto en cuestin permanece en solucin

BIBLIOGRAFA

V. N. AlexeievAnlisis Qumico Cualitativo

Editorial MIR-Mosc

Burriel LucenaQumica analtica cualitativa

Editorial Paraninfo

Arthur Vogel

Qumica analtica cualitativa

Alcalinizamos con NH4(OH) y tratamos con (NH4)2C2O4

La solucin restante es desechada

Precipitado: CaC2O4

Depuramos iones extraos y tratamos con (NH4)2S

Solucin: CaSO4

Precipitado: SrSO4

Solucin: [Ca+2, Sr+2,](CrO4)-2

Precipitado: BaCrO4

Disolvemos en CH3COOH luego tratamos con K2CrO4

Precipitado BaCO3, CaCO3 y SrCO3

La solucin pasante es desechada.

Tratamos con NH4[Cl-, OH-, CO3-2]

Solucin acuosa con cationes del grupo IV y V

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