FACULTAD DE INGENIERIA METALURGICA

ESCUELA DE METALURGIA

ESTADOS DE LA MATERIAASIGNATURA : Ingenieria de los materiales

PROFESOR : ING. Alberto Quispe Cohaila

ESTUDIANTES : HUAMANI BANAVIDEZ DANILSON 09-33301

El análisis gravimétrico es una técnica que tiene como fundamento la determinación

de los constituyentes de una muestra o categorías de materiales por la medida de

sus pesos.

El análisis gravimétrico consiste en determinar la cantidad proporcionada de un elemento,

radical o compuesto presente en una muestra, eliminando todas las sustancias que

interfieren y convirtiendo el constituyente o componente deseado en un compuesto de

composición definida, que sea susceptible de pesarse. La 'gravimetría es un método

analítico cuantitativo; es decir, que determina la cantidad de sustancia, midiendo el peso de

la misma (por acción de la gravedad).

Los cálculos se realizan con base en los pesos atómicos y moleculares, y se fundamentan en una constancia en la composición de sustancias puras y en las relaciones ponderales (estequiometria) de las reacciones químicas.

GRAVIMETRÍA

PRINCIPIOS GENERALES:

Se basan en las mediciones de masa, donde la sustancia a analizar se convierte en un precipitado escasamente soluble; se filtra, se lava para eliminar impurezas, se convierte mediante el tratamiento térmico adecuado en un producto de composición conocida y finalmente se pesa.

Un método de análisis gravimétrico por lo general se basa en una reacción química

con ésta:

aA + rR AaRr

En donde a son las moléculas de analito A, que reaccionan con r moléculas de

reactivo R. el producto, AaRr, es por regla general una sustancia débilmente soluble

que se puede pesar como tal después de secarla, o que se puede calcinar para formar

otro compuesto de composición conocida y después pesarlo. Por ejemplo, el calcio

se puede determinar por gravimetría precipitándolo en forma de oxalato de calcio y

calcinando el oxalato a oxido de calcio:

Ca2+ + C2O42- CaC2O4(S)

CaC2O4(S) CaO(s) + CO2 (g) + CO (g)

Para disminuir la solubilidad del precipitado normalmente se añade un

exceso de reactivo R.

Para que un método gravimétrico sea satisfactorio, debe cumplir los

siguientes requisitos:

1) El proceso de separación debe ser completo, para que la cantidad de analito

que no precipite no sea detectable analíticamente (por lo general, al

determinar un componente principal de una muestra macro es de 0.1 mg o

menos).

2) La sustancia que se pesa debe tener una composición definida y debe ser

pura o casi pura. Si esto no se cumple, se pueden obtener resultados

erróneos.

Para el análisis, el segundo requisito es el más difícil de cumplir. Los errores

debidos a factores tales como la solubilidad del precipitado por lo general se

pueden minimizar y rara vez causan un error significativo. El problema de mayor

importancia es obtener precipitados puros que se puedan filtrar con facilidad. Se

ha realizado amplia investigación acerca de la formación y las propiedades de los

precipitados, y se han obtenido conocimientos notables que le permiten al analista

minimizar el problema de la contaminación de los precipitados.

MÉTODOS GRAVIMÉTRICOS

MÉTODO POR PRECIPITACIÓN:

Técnica analítica clásica que se basa en la precipitación de un compuesto de composición química conocida tal que su peso permita calcular mediante relaciones, generalmente estequiometrias, la cantidad original de analito en una muestra.

En este tipo de análisis suele prepararse una solución que contiene al analito, a la que posteriormente se agrega un agente precipitante, que es un compuesto que reacciona con el analito en la solución para formar un compuesto de muy baja solubilidad. Posteriormente se realiza la separación del precipitado de la solución madre empleando técnicas sencillas de separación tales como la decantación y/o el filtrado. Una vez separado el sólido precipitado de la solución se procede a secarlo en un horno o estufa para eliminar el remanente de humedad, para finalmente pesarlo y relacionar de esta forma la cantidad de precipitado con la cantidad de analito en la muestra original. el analito a cuantificar se establece de acuerdo a la reacción y su relación estequiometria con el agente precipitante

En este método el analito es convertido en un precipitado poco soluble, luego se filtra, se purifica, es convertido en un producto de composición química conocida y se pesa.

Para que este método pueda aplicarse se requiere que el analito cumpla ciertas propiedades:

Baja solubilidad Alta pureza al precipitar Alta filtrabilidad Composición química definida al precipitar

MÉTODO POR VOLATILIZACIÓN:

En este método se miden los componentes de la muestra que son o pueden ser volátiles. El método será directo si evaporamos el analito y lo hacemos pasar a través de una sustancia absorbente que ha sido previamente pesada así la ganancia de peso corresponderá al analito buscado; el método será indirecto si volatilizamos el analito y pesamos el residuo posterior a la volatilización así pues la pérdida de peso sufrida corresponde al analito que ha sido volatilizado.

El método por volatilización solamente puede utilizarse si el analito es la única sustancia volátil o si el absorbente es selectivo para el analito.

MÉTODO POR ELECTRODEPOSICIÓN:

Este método se basa en la deposición sobre un electrodo de un compuesto de relación conocida con el analito que se requiere cuantificar. La cuantificación se realiza mediante la diferencia de peso que se produce en los electrodos antes y después de realizar una reacción redox en la solución problema, que se ocasione la precipitación del analito o de un compuesto formado por el mismo.

TOMA Y PREPARACION DE MUETRA

Si se trata de una muestra liquida se toma un volumen conveniente medido exactamente con una pipeta, y se vierte sobre un vaso de precipitado de capacidad apropiada.

Si se trata de una muestra solida se pesa una cantidad exacta en la balanza analítica y se procede a su disolución y enrase en un matraz aforado.de esta disolución se toman distintas alícuotas para realizar el análisis. Previamente a su pesada la muestra debe haber sido secada una estufa (normalmente a 100-110 C).

SE PUEDE DAR DE LA SIGUIENTE FORMA:

Muestreo: dependiendo de que sea, si es sólido se muestreara por cuarteo y si es liquido por botella.preparación de la muestra: si es sólida hay que pulverizar.pesado de la muestra: una vez obtenida la muestra se procede a pesar con exactitud una porción que será inversamente proporcional a la cantidad del constituyente que se desea determinar a fin de obtener una cantidad de precipitado que nos permita trabajar con comodidad las siguientes operaciones de este método.

SOLUCIÓN DE LA MUESTRA:

Cuando se desconoce totalmente la naturaleza de la muestra se sugiere analizar un análisis cualitativo, no solo por los constituyentes si no por la solubilidad de la

muestra. Cuando sea totalmente soluble en agua, la cantidad de muestra pesada se coloca en un vaso de pp. Y después de disolverla con el volumen conveniente esta lista para procesar las siguientes operaciones. La muestra puede estar disuelta también en agua fría o caliente. Si la muestra es insoluble en agua fría y en agua caliente se tratara con el reactivo aconsejado por el análisis preliminar; colocándola en el vaso de pp. Agregando poco a poco el reactivo. Podemos tratar una muestra con ácido. Se usa vaso de pp. Y matraz erlenmeyer, y para evitar proyecciones se usa vidrio de reloj y embudo. Como regla general puede decirse que cuando dichas sustancias insolubles tienen caracteres ácidos se puede usar un fundente básico y viceversa; el objeto de la fusión es transformar los compuestos insolubles en sales que sean solubles en agua o ácidos.

PRECIPITACIÓN DEL ANALITO:

El precipitado debe ser tan poco soluble, de manera tal que el constituyente en cuestión precipite cuantitativamente y la cantidad de analito que precipite no sea detectable analíticamente.

La sustancia que se pesa debe tener una composición estequiometricamete definida o ser convertible en el de manera simple y ,por último ,ser de alta pureza .este último requisito es el más difícil de cumplir

El analito se separa de los componentes de una solución en forma de precipitado, que se trata y se convierte en un compuesto d composición conocida que puede ser pesado

Para que el precipitado pueda ser útil gravimétricamente es necesario:

Que sea insoluble en el medio en que se produce.Que se pueda filtrar con facilidad Que sea puro y que tenga una composición constante y conocida.

Se vierte la muestra sobre un vaso de precipitado y a continuación se realizan las siguientes operaciones:

a) Adición del reactivo precipitante. Se debe hacer de formar lenta y con agitación

(desde una bureta o con una pipeta). Se han de evitar las salpicaduras (para ello se

hace resbalar el reactivo precipitante sobre las paredes del vaso). En algunos casos,

además del reactivo precipitante, es necesario añadir previamente otros reactivos.

b) c omprobació n de la precipit a ción . Se deja sedimentar el precipitado y se

comprueba que la precipitación haya sido total, añadiendo unas gotas del reactivo

precipitante y observando que no aparezca más precipitado.

c) Digestión del precipitado . Para mejorar las características físicas y químicas

del precipitado se deja en contacto con los líquidos madres, a la temperatura y

durante el tiempo que se indique en el método analítico.

TIPOS DE PRECIPITADOS:

Precipitado Coloidal:

Las partículas coloidales individuales son tan pequeñas que no pueden ser retenidas

en filtros comunes. Por otra parte, el movimiento browniano evita que se

sedimentes por influencia de la gravedad. Sin embargo, es posible coagular o

aglomerar las partículas de la mayoría de los coloides para obtener una masa

amorfa, fácil de filtrar, y que sí sedimente.

Precipitación Cristalina:

Un precipitado cristalino, como el de sulfato de bario, algunas veces puede adsorber

impurezas cuando sus partículas son pequeñas. Cuando las partículas crecen, la

impureza puede quedar encerrada en el cristal. A este tipo de contaminación se

llama oclusión, que es el proceso mediante el cual una impureza queda encerrada

dentro del cristal debido a que éste creció a su alrededor.

Cuadro comparativo:

Precipitado coloidal Precipitado cristalino

El tamaño es en el orden de micrómetros (m)

Su tamaño es en el orden de milímetros(mm)

No sedimentan Sedimentan con facilidad

No se pueden filtrar usando medios comunes de filtración

Se pueden filtrar usando una gran variedad de medios

Factores que determinan el tamaño de la partícula:

Los factores son:

Solubilidad del precipitado en el medioTemperatura Concentración de reactivos Rapidez con que se mezclan los reactivos

Estos factores se pueden explicar en forma cualitativa asumiendo que el tamaño de las partículas es función de una propiedad llamada sobre saturación relativa (SR).

Sobresaturación:

La cantidad de especies en disolución es superior a la del equilibrio entonces cuanto mayor es la concentración de agente precipitante mayor es la sobresaturación

Mecanismo de formación de precipitados:

El efecto de la sobresaturación relativa sobre el tamaño de partícula se puede

explicar suponiendo que los precipitados se forman por medio de dos procesos

distintos: por nucleación y por crecimiento de partícula. El tamaño de partícula de

un precipitado recién formado viene determinado por el mecanismo predominante.

La nucleación :

Es un proceso en el cual se agrupa una cantidad mínima de átomos, iones o

moléculas para formar un sólido estable. 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 partícula, se produce menor número de partículas pequeñas, pero

de mayor tamaño.

Control experimental del tamaño de partícula:

Entre las variables experimentales que reducen la sobresaturación y favorecen la

formación de precipitados cristalinos se incluye una elevada temperatura para

aumentar la solubilidad del precipitado, la dilución de las disoluciones (para reducir

Q) y la adición lenta del reactivo precipitante junto con una buena agitación. Con las

dos últimas medidas también se reduce la concentración del soluto en un momento

determinado. También se pueden obtener partículas más grandes mediante el

control del pH si la solubilidad del precipitado depende de este.

En general, los precipitados que tienen muy baja solubilidad, como muchos sulfuros

e hidróxidos, se forman como coloides.

Coprecipitación:

Es el proceso mediante el cual una sustancia, que en condiciones normales es

soluble es arrastrada durante la precipitación de la sustancia deseada. O también la

coprecipitación es un proceso en el cual los compuestos que normalmente son

solubles son arrastrados y separados de la disolución por un precipitado.

En consecuencia podríamos decir:

La coprecipitacion es Precipitación de otras especies en la muestra junto

con el analito

Esta especies son solubles entonces no precipitan en condiciones normales

(S)

Las especies que precipitan (concentración S) entonces no se considera

coprecipitacion

PRECIPITACIÓN HOMOGÉNEA:

La precipitación homogénea es un proceso en el cual se forma un precipitado por la

generación lenta y homogénea del reactivo precipitante en la disolución.

En general los sólidos formados por precipitación homogénea tienen mayor pureza

y son más fáciles de filtrar que los precipitados generados por la adición directa de

un reactivo a la disolución del analito.

El proceso seria:

Se añade una sustancia a la disolución que no es el reactivo precipitante

El agente precipitante se genera lentamente y de manera inmediata precipita

con el analito

Formación de precipitados con buenas propiedades mecánicas y poco

contaminadas

FILTRACIÓN:

La filtración generalmente se realiza sobre un embudo, al que previamente se le ha

colocado de filtro de papel, para ello se dobla el papel en forma de cono procurando

que quede acoplado a las paredes del embudo .cuando interesa una filtración rápida

se dobla formado pliegues. El borde del papel debe quedar, al menos, a 1 cm del

borde del embudo.

El liquido se vierte con la ayuda de una varilla que se mantiene en contacto con el

pico del vaso .el nivel del liquido en el filtrado debe estar, como máximo , a 1cm del

borde del papel.

LAVADO:

El lavado se realiza con un liquido adecuado, de forma que la solubilidad del

precipitado en el sea mínima .generalmente se utilizara agua desionizada a la que se

le añade una sal que tenga un ion común con el precipitado.

El precipitado puede lavarse en el mismo recipiente en el que se forma o, mediante

un proceso llamado lavado por decantación. Para esto, después de sedimentar el

precipitado y filtrar el liquido sobrenadante .conviene repetir, al menos dos veces,

estas operaciones .hay que temer en cuenta que es más eficaz lavar varias veces con

pequeñas porciones de liquido que una solo vez con el mismo volumen total de

liquido .esta técnica se emplea sobre todo cuando el Tamaño de las partículas del

precipitado es pequeño bien con precipitados coloidales.

Hay dos tipos de lavado:

Lavado con agua: eliminación del agente precipitante y del mayor

numero de contaminantes.

Lavado con disolución de electrolito: en precipitados coloidales

coagulados para que no se produzca la peptizacion del coloide.

Entonces:

Si se elimina el electrolito responsable de la coagulación entonces

las partículas coloidales se separan

En la peptizacion las aguas de lavado son turbias

En otras ocasiones el lavado se hace sobre el propio filtro, una vez pasado todo el

precipitado, dejándolo resbalar sobre una varilla .después de añadir una pequeña

porción del liquido lavado, debe esperarse hasta que este se haya agotado, antes de

añadir de nuevo el liquido.

TRATAMIENTO TÉRMICO:

El precipitado generalmente ha de someterse a un tratamiento térmico antes de

proceder a su pesada. La temperatura a la que habrá que someterlo dependerá de su

naturaleza (con el tratamiento térmico se busca conseguir que la composición

química del precipitado sea definida y constante).en general, la forma química que

se pesa no tiene porque coincidir con la forma química de precipitación.

Entonces:

Cuando el tratamiento térmico es a temperaturas inferiores a 250 C , se

realiza en estufa y se denomina secado. Cuando es a temperaturas superiores

se denomina calcinación y se realiza con un horno de mufla eléctrico.

Cuando se ha filtrado sobre papel, el precipitado ha de ser calcinado por

encima de 500 c para oxidar totalmente la materia orgánica de papel y

reducir al mínimo sus cenizas.

Secado y calcinación de precipitados:

En cualquier procedimiento gravimétrico en donde se utilice la precipitación, al final

se debe cambiar la sustancia separada a una forma adecuada para su pesada. Para

que los resultados del análisis sean exactos, la sustancia que se pesa debe ser pura,

estable y de composición definida. Aun cuando se haya minimizado la

coprecipitación, todavía tenemos el problema de la eliminación del agua y de

cualquier electrolito que se haya adicionado al agua de lavado. Algunos precipitados

se pesan cuando se encuentran en la misma forma química en la cual precipitaron.

Otros sufren cambios químicos durante la calcinación y estas reacciones se deben

completar para obtener resultados correctos. El procedimiento que se utiliza en este

paso final depende de las propiedades químicas del precipitado y de la tenacidad

con la que el agua sea retenida en el sólido .Algunos precipitados se pueden secar lo

suficiente para la determinación analítica sin hacer uso de una temperatura elevada.

La calcinación a temperatura elevada se requiere para eliminar por completo el agua

que esta ocluida o adsorbida con mucha fuerza y para completar el cambio de

algunos precipitados al compuesto deseado. Durante el crecimiento de los cristales,

el agua puede quedar encerrada y sólo se puede excluir a temperaturas elevadas,

debido probablemente al rompimiento de los cristales ocasionado por la presión de

vapor generada. Los precipitados gelatinosos como los de los óxidos de hidratados,

adsorben el agua bastante fuerte y deben ser calentados a temperaturas muy

elevadas para eliminar el agua por completo. La silica y la alúmina son ejemplos bien

conocidos que requieren elevadas temperaturas para su calcinación.

Durante la calcinación pueden ocurrir otros errores además de la eliminación

incompleta del agua o de los electrolitos volátiles. Uno de los más serios es la

reducción de precipitado por el carbono cuando se utiliza papel filtro. Las sustancias

que se reducen con facilidad, como el cloruro de plata, nunca se filtran sobre papel;

siempre se emplean los crisoles de filtración.

Los precipitados se pueden sobrecalcinar, llevando a la descomposición y a la

obtención de substancias de composición indefinida. Los errores también pueden

ser el resultado de un precipitado calcinado readsorba agua o dióxido de carbono al

enfriarse. Por ello, los crisoles se deben cubrir en forma adecuada y se deben

mantener dentro de un desecador mientras se enfría.

Entonces podemos decir:

si el precipitado está en la forma adecuada para ser secado entonces

secar en estufa a 110-120 C durante 1-2h (eliminación del agua)

si el precipitado no está en una forma adecuada para ser pesado

entonces calcinar a temperaturas altas en un horno mufla

(transformación a una forma adecuada)

PESADA:

Los pasos a seguir para determinar el peso del precipitado son los siguientes:

Pesada de crisol .calcinar el crisol vacio, al objeto de eliminar la humedad y

otros productos volátiles (restos de suciedad) a la temperatura de

calcinación. a continuación dejar enfriar el crisol en un desecador y pesar.

Pesada del precipitado. Después de haber realizado la precipitación y de

haber lavado el precipitado, se deja escurrir, se dobla el filtro de papel

(envolviendo al precipitado) y se pasa al crisol .el crisol y su contenido se

secan en la estufa a 105 C y se calcina en un horno de mufla eléctrico a 900-

1000C hasta que el precipitado este exento de partículas carbonosas.

Después se deja enfriar el crisol durante unos minutos, se pasa un

desecador y cuando ya se haya enfriado, se pesa y por diferencia de peso

(entre el crisol con el precipitado y el crisol vacio) se calcula el peso del

precipitado.

CÁLCULOS GRAVIMÉTRICOS:

En el procedimiento gravimétrico acostumbrado, se pesa el precipitado y a partir de

este valor se calcula el peso de la analito presente en la muestra analizada. Por

consiguiente, el porcentaje de analito A es:

Factores gravimétricos:

Un factor gravimétrico (o factor químico) puede definirse como el peso de una sustancia deseada equivalente al peso unitario de una sustancia dada. Los factores gravimétricos se obtienen con base en las siguientes reglas:

1) El factor gravimétrico está representado siempre por el peso atómico o el peso fórmula de la sustancia buscada por numerador y el peso de la sustancia pesada por denominador.

2) Aunque la conversión de la sustancia que se busca en la que se pesa se verifica mediante una serie de reacciones, solamente estas dos sustancias están implicadas en el cálculo del factor; no se tienen en cuenta las sustancias intermedias.

3) El número de veces que los pesos atómicos o formulares de las sustancias figuran en el numerador y en el denominador del factor, debe representar la estequiometria de la reacción química que se lleva a cabo.

% A =Peso de A x 100

Peso de la muestra

Peso formula analito=moles analito x M analito.

Peso molecular forma de pesada =M^ precipitado.

M y M^=masas moleculares respectivas.

Pg=precipitado pesado en la balanza analítica.

Algunos factores gravimétricos:

Substancia pesada

Substancia buscada

Factor

AgCl Cl ClAgCl

BaSO4 S SBaSO4

BaSO4 SO3 SO3BaSO4

Fe2O3 Fe 2 FeFe2O3

Fe2O3 FeO 2FeOFe2O3

Fe2O3 Fe3O4 2Fe3O43Fe2O3

Mg2P2O7 MgO 2MgOMg2P2O7

Para calcular el peso de la analito a partir del peso del precipitado, con frecuencia se

utiliza un factor gravimétrico. Este factor se define como los gramos de analito

presentes en un g (o el equivalente a un g) del precipitado.

La multiplicación del peso del precipitado P por el factor gravimétrico nos da la

cantidad de gramos de analito en la muestra:

Peso de A = peso de P x factor gravimétrico

Por lo tanto:

peso de P x factor gravimétrico

Peso de la muestra

El factor gravimétrico aparece en forma natural si para resolver el problema se

considera la relación estequiometria entre el número de moles participantes.

CONSIDEREMOS LOS SIGUIENTES EJEMPLOS:

Ejemplo 1. Una muestra de 0.6025 g de una sal de cloro se disolvió en agua y el

cloruro se precipitó adicionando un exceso de nitrato de plata. El precipitado de

cloruro de plata se filtró, se lavó, se secó y se pesó, obteniéndose 0.7134 g, Calcule el

porcentaje de cloro (Cl) en la muestra.

Sea g= gramos de Cl en la muestra. La reacción es

Ag+ + Cl- AgCl(s)

Puesto que una mol de Cl- da una mol AgCl,

moles Cl = moles AgCl

g35 .45 =

0 .7134143 .32

g = 0.7134 x

35 .45143 .32

X 100% A =

peso del Cl x 100

peso de la muestra

% Cl =

0 .7134 x (35 .45/143 .320 .6025 x 100

% Cl = 29.29

La relación entre el peso del Cl y el peso molecular del Agcl, 35.45/143.32 es el

factor gravimetrico, que es el peso del Cl en un g de AgCl. Este factor con frecuencia

se escribe como Cl/AgCl, en donde Cl representa el peso atómico del cloro y AgCl el

peso molecular del cloruro de plata.

Ejemplo 2. Una muestra de 0.4852 g de un mineral de hierro se disolvió en ácido, el

hierro se oxidó al estado de + 3 y después se precipitó en forma de oxido de hierro

hidratado, Fe2O3. xH2O. el precipitado se filtró, se lavó y se calcinó a Fe2 O3 , el cual se

encontró que pesaba 0.2481 g. calcule el porcentaje de hierro (Fe) en la muestra.

Sea g = gramos de Fe en la muestra. La reacción es

2Fe Fe2O3 . xH2O Fe2O3(s)

Puesto que dos moles de Fe3+ producen una mol de Fe2O3,

Moles Fe = 2 x moles Fe2O3

g55 .85

=2 x 0 .2481159 .69

g = 0.2481 x

2x 55.85159 .69

%Fe=0 .2481 x [ (2 x55 .85 )/159 .69 ]

0 .4852x100

%Fe=35 .77

% Cl =

En este ejemplo, el factor gravimétrico es 2Fe/Fe2O3, ya que hay dos átomos de Fe en una molécula de Fe2O3.

En general, para establecer un factor gravimétrico se deben señalar dos puntos. Primero, el peso molecular (o el peso atómico) de la analita en el numerador y en el denominador deben ser equivalentes químicamente.

CONCLUSIONES:

La gravimetría es un método analítico cuantitativo; es decir, que determina la cantidad de sustancia, midiendo el peso de la misma (por acción de la gravedad).

el análisis gravimétrico consiste en determinar la cantidad proporcionada de un elemento, radical o compuesto presente en una muestra, eliminando todas las sustancias que interfieren y convirtiendo el constituyente o componente deseado en un compuesto de composición definida, que sea susceptible de pesarse.

En el método de precipitación el analito se convierte en un precipitado poco soluble, que se filtra, se purifica, y se convierte en un compuesto de composición conocida mediante el tratamiento térmico el cual finalmente se pesa. A partir de la masa de este compuesto se determina la cantidad original del analito (lo que se va a analizar).

En el análisis gravimétrico requiere fundamentalmente dos medidas experimentales esas son el peso de la muestra analizada y el peso del analito o de una sustancia de composición química conocida que contenga el analito.