Manual de Estudios Analisis Quimico

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INDICE 1. SOLUCIONES

1.1. CARACTERISTICAS DE LAS SOLUCIONES

1.2. CLASIFICACION DE LAS SOLUCIONES

1.3. UNIDADES DE CONCENTRACION

1.4. SOLUBILIDAD

2. EQUILIBRIO QUIMICO

2.1. TIPO DE REACCIONES QUIMICAS

2.1.1. RACCIONES DE PRECIPITACION

2.1.2. REACCIONES ACIDO BASE

2.2. EFECTO DEL ION COMUN

2.3. EQUILIBRIO ACIDO BASE

2.3.1. REACCIONES DE HIDROLISIS

2.3.2. pH DE SOLUCIONES DE CIDOS FUERTES Y BASES FUERTES

2.3.3. pH DE SOLUCIONES DE CIDOS DEBILES Y BASES DEBILES

2.4. SOLUCIONES TAMPON

2.4.1. pH DE UNA SAL PROVENIENTE DE UN CIDO FUERTE Y BASE FUERTE

2.4.2. pH DE UNA SAL PROVENIENTE DE UN CIDO FUERTE Y BASE DEBIL

2.4.3. pH DE UNA SAL PROVENIENTE DE UN CIDO DEBIL Y BASE DEBIL

3. ANALISIS QUIMICO CUALITATIVO

3.1. REGLAS DE SOLUBILIDAD

3.2. CLASIFICACION ANALITICA DE LOS CATIONES

3.3. ANALISIS QUIMICO CUALITATIVO DEL I GRUPO DE CATIONES

3.4. ANALISIS QUIMICO CUALITATIVO DEL II GRUPO DE CATIONES

3.5. ANALISIS QUIMICO CUALITATIVO DEL III GRUPO DE CATIONES

3.6. ANALISIS QUIMICO CUALITATIVO DEL IV Y V GRUPO DE CATIONES

4. ANALISIS CUANTITATIVO

4.1. GRAVIMETRIA POR PRECIPITACION

4.2. GRAVIMETRIA POR VOLATILIZACION

5. METODOS VOLUMENTRICOS DE ANALISIS

5.1. VALORACIONES ACIDO BASE

6. ALCALINIDAD

6.1. ALCALINIDAD POR BICARBONATOS

6.2. ALCALINIDAD POR CARBONATOS

6.3. ALCALINIDAD POR OH-

6.4. MEZCLA

6.5. MEZCLA

7. VALORACIONES COMPLEXOMETRICAS

7.1. DUREZA

7.1.1. DUREZA POR CARBONATOS Y POR BICARBONATOS

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APENDICE

APENDICE A: PROBLEMAS RESUELTOS

APENDICE B: PROYECTOS COMPLEMENTARIOS

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1. SOLCUIONES

Una solucin o disolucin es una mezcla homognea, a nivel molecular de una o ms especies qumicas que no reaccionan entre s; cuyos componentes se encuentran en proporcin que vara entre ciertos lmites.

Toda disolucin est formada por una fase dispersa llamada soluto y un medio dispersante denominado disolvente o solvente. Tambin se define disolvente como la sustancia que existe en mayor cantidad que el soluto en la disolucin. Si ambos, soluto y disolvente, existen en igual cantidad (como un 50% de etanol y 50% de agua en una disolucin), la sustancia que es ms frecuentemente utilizada como disolvente es la que se designa como tal (en este caso, el agua). Una disolucin puede estar formada por uno o ms solutos y uno o ms disolventes. Una disolucin ser una mezcla en la misma proporcin en cualquier cantidad que tomemos, y no se podrn separar por centrifugacin ni filtracin.

Un ejemplo comn podra ser un slido disuelto en un lquido, como la sal o el azcar disuelto en agua (o incluso el oro en mercurio, formando una amalgama).

1.1. CARACTERISTICAS DE LAS SOLUCIONES

La cantidad de soluto y la cantidad de disolvente se encuentran en proporciones que varan entre ciertos lmites. Normalmente el disolvente se encuentra en mayor proporcin que el soluto, aunque no siempre es as. La proporcin en que tengamos el soluto en el seno del disolvente depende del tipo de interaccin que se produzca entre ellos. Esta interaccin est relacionada con la solubilidad del soluto en el disolvente.

Soluto es aquel componente que se encuentra en menor cantidad y es el que se disuelve. El soluto puede ser slido, lquido o gas, como ocurre en las bebidas gaseosas, donde el dixido de carbono se utiliza como gasificante de las bebidas.

Solvente es aquel componente que se encuentra en mayor cantidad y es el medio que disuelve al soluto. El solvente es aquella fase en que se encuentra la solucin. Aunque un solvente puede ser un gas, lquido o slido, el solvente ms comn es el agua. (Ver: El agua como solvente).

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1.2. CLASIFICACION DE LAS SOLUCIONES

Tabla 1.2-1

Clasificacin de Soluciones

POR SU ESTADO DE AGREGACIN

POR SU CONCENTRACIN

slidas

Slido en slido: aleaciones como

zinc en estao (latn);

gas en slido: hidrgeno en

paladio; lquido en slido: mercurio en plata

(amalgama).

No saturada; es aquella en donde la fase dispersa y la dispersante no estn en equilibrio a una temperatura dada; es decir, ellas pueden admitir ms soluto hasta alcanzar su grado de saturacin. Ej.: a 0C 100g de agua disuelven 37,5 NaCl, es decir, a la temperatura dada, una disolucin que contengan 20g NaCl en 100g de agua, es no saturada.

lquidas

lquido en lquido: alcohol en agua;

slido en lquido: sal en agua (salmuera);

gas en lquido: oxgeno en agua

Saturada: en esta disolucin hay un equilibrio entre la fase dispersa y el medio dispersante, ya que a la temperatura que se tome en consideracin, el solvente no es capaz de disolver ms soluto. Ej.: una disolucin acuosa saturada de NaCl es aquella que contiene 37,5g disueltos en 100g de agua 0C.

gaseosas

gas en gas: oxgeno en nitrgeno; gas en lquido: gaseosas, cervezas; gas en slido: hidrgeno absorbido sobre superficies de Ni, Pd, Pt, etc.

Sobre saturado: representa un tipo de disolucin inestable, ya que presenta disuelto ms soluto que el permitido para la temperatura dada. Para preparar este tipo de disolucin se agrega soluto en exceso, a elevada temperatura y luego se enfra el sistema lentamente. Estas disolucin es inestable, ya que al aadir un cristal muy pequeo del soluto, el exceso existente precipita; de igual manera sucede con un cambio brusco de temperatura.

1.3. UNIDADES DE CONCENTRACION

Para expresar cuantitativamente la proporcin entre un soluto y el disolvente en una disolucin se emplean distintas unidades: molaridad, normalidad, molalidad, formalidad, porcentaje en peso, porcentaje en volumen, fraccin molar, partes por milln, partes por billn, partes por trilln, etc. Tambin se puede expresar cualitativamente empleando trminos como diluido, para bajas concentraciones, o concentrado, para altas.

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PORCENTAJE PESO A PESO:

Nos indica los gramos de soluto porcada 100 gramos de solucin.

PORCENTAJE PESO A VOLUMEN:

Nos indica los gramos de soluto por cada 100 ml de solucin y esta dado por la siguiente ecuacin:

PORCENTAJE VOLUMEN A VOLUMEN

Nos indica los ml de soluto por cada 100 ml de la solucin y esta dado por al siguiente ecuacin:

Esta unidad suele usar para mezclas gaseosas en las que el volumen es un parmetro importante a tener en cuenta.

MOLARIDAD

La molaridad (M) es el nmero de moles de soluto por litro de solucin. Por ejemplo, si se disuelven 0,5 moles de soluto en 100 ml de solucin, se tiene una concentracin de ese soluto de 5,0 M (5,0 molar). Para preparar una disolucin de esta concentracin normalmente se disuelve primero el soluto en un volumen menor, por ejemplo 30 ml, y se traslada esa disolucin a un matraz aforado, para despus rellenarlo con ms disolvente hasta los 100 ml.

La molaridad es el mtodo ms comn de expresar la concentracin en qumica sobre todo cuando se trabaja con reacciones qumicas y relaciones estequiomtricas. Sin embargo, tiene el inconveniente de que el volumen cambia con la temperatura.

MOLALIDAD

La molalidad (m) es el nmero de moles de soluto por kilogramo de disolvente. Para preparar soluciones de una determinada molalidad en un soluto, no se emplea un matraz aforado como en el caso de la molaridad, sino que se puede hacer en un vaso de precipitados y pesando con una balanza analtica, previo peso del vaso vaco para poderle restar el correspondiente valor.

La principal ventaja de este mtodo de medida respecto a la molaridad es que como el volumen de una disolucin depende de la temperatura y de la presin, cuando stas cambian, el volumen cambia con ellas. Gracias a que la molalidad no est en funcin del volumen, es independiente de la temperatura y la presin, y puede medirse con mayor precisin.

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FORMALIDAD

La formalidad (F) es el nmero de peso-frmula-gramo por litro de solucin.

NORMALIDAD

La normalidad (N) es el nmero de equivalentes de soluto por litro de disolucin.

Tabla 1.3-1

Resumen de Unidades de Concentracin Fsicas y qumicas para las soluciones

Unidades de Concentracin (Fsica o Qumica) Definicin de operacin (cantidades relativas soluto: solvente)

*Concentraciones Bajas ppm; ppb; ppt (Partes por milln, partes por billn y partes

por trilln)

ppm= g soluto / 106 g Solucin ppb= g soluto / 109 g Solucin ppt= g soluto / 1012 g Solucin

*Concentraciones Bajas p/v de ppm; ppb; ppt (Partes por milln, partes por billn y partes

por trilln)

ppm= mg soluto / L Solucin ppb= ug soluto / L Solucin ppt= ng soluto / L Solucin

Solubilidad (Soluto g / 100g de solvente o solucin)

Sol =( # g soluto/ g solvente o solucin )*100

Porcentaje en peso %pi= masa soluto/(masa soluto + masa solvente)*100

Porcentaje en volumen (Volmenes Separados)

%Vi= Volumen soluto/(Volumen Soluto + Volumen solvente)*100

Porcentaje en volumen (Volmenes de Aforo)

%Vi= Volumen soluto/(Volumen de solucin total)

Porcentaje en Peso / Volumen % pi/v = masa soluto/ unidad de volumen de la solucin final

Fraccin Molar Xni = moles de soluto / moles totales de todos los componentes

Molalidad mi= moles soluto/kg de solvente

Molaridad Mi= moles soluto/L de Solucin

Normalidad Ni= Equivalente gramo de soluto / L de solucin

FUENTES:

*DAVID HARVEY, Qumica Analtica Moderna, Ed: Mc Graw Hill, pg:16-18

ROD OCONNOR, La Quimica Ed: HARLA, pg: 268-269

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1.4. SOLUBILIDAD

La solubilidad es la mayor cantidad de soluto (gramos de sustancia) que se puede disolver en 100 gramos (g). De disolvente a una temperatura fija, para formar una disolucin saturada en cierta cantidad de disolvente.

Las sustancias no se disuelven en igual medida en un mismo disolvente. Con el fin de poder comparar la capacidad que tiene un disolvente para disolver un producto dado, se utiliza una magnitud que recibe el nombre de solubilidad.

La capacidad de una determinada cantidad de lquido para disolver una sustancia slida no es ilimitada. Aadiendo soluto a un volumen dado de disolvente se llega a un punto a partir del cual la disolucin no admite ms soluto (un exceso de soluto se depositara en el fondo del recipiente). Se dice entonces que est saturada.

2. EQUILIBRIO QUIMICO

Las reacciones utilizadas en qumica analtica nunca tienen como resultado la conversin total de

reactivos en productos, ms bien avanzan hacia un estado de equilibrio qumico en el cual la

relacin de las concentraciones de reactivos y productos es constante. Las expresiones de la

constante de equilibrio son ecuaciones algebraicas que describen la relacin de la concentracin

de reactivos y productos en el equilibrio.

2.1. TIPO DE REACCIONES QUIMICAS

2.1.1. RACCIONES DE PRECIPITAICON

Cuando dos o ms especies solubles se combinan para formar un producto insoluble, se produce

una reaccin de precipitacin y el producto resultante se lo denomina precipitado.

Precipitado: solido insoluble formado cuando se combinan dos reactivos solubles.

En el equilibrio de precipitacin, se utiliza la reaccin inversa que describe la disolucin del

precipitado y no la reaccin de formacin del mismo.

PbCl2 (s) Pb2+

(ac) + 2Cl1-(ac)

La constante de equilibrio de esta reaccin recibe el nombre de producto de solubilidad Kps viene

dado como:

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aA bB + cC

Obsrvese que el precipitado, que es un slido, no participa en la expresin Kps, es importante

tener en cuenta que el producto de solubilidad solo es vlido y aplicable cuando las

concentraciones se encuentran en el equilibrio.

Producto de solubilidad: constante de equilibrio de una reaccin en la que un slido se

disocia en sus iones.

2.1.2. REACCIONES ACIDO BASE

Para realizar el tratamiento del equilibrio acido-base, primero debemos saber que los acidos son

donantes de protones y las bases, aceptadores de protones. Cuando un acido y una base

reaccionan, los productos son una nueva base y un nuevo acido.

Un cido fuerte es un cido que se disocia por completo en solucin acuosa para ganar electrones

(donar protones), de acuerdo con la ecuacin:

HA (aq) H+

(aq) + A- (ac)

En qumica, una base fuerte es aquella que se disocia cuantitativamente en disolucin acuosa, en

condiciones de presin y temperatura constantes. Adems fundamentalmente son capaces de

aceptar protones H+. Una reaccin de este tipo viene dada por:

BOH (aq) B+ (aq) + OH

- (aq)

Un cido dbil, HA , es un cido que se disocia menos del 100 % en una solucin de concentracin moderada . Para tales cidos, la reaccin

HA (aq) H+

(aq) + A- (ac)

Tiene una constante de equilibrio medible, Ka , la cual en el caso de una solucin ideal est dada por

Bases dbiles: Muy pocas bases dbiles se describen por una ecuacin anloga a la del cido dbil, En su lugar, la mayora de las bases dbiles son compuestos orgnicos

BOH (aq) B+ (aq) + OH

- (aq)

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En donde ocurre menos del 100 % en soluciones de moderada concentracin. Su constante de equilibrio, Kb, para una solucin ideal es

Fuente: SKOOG, Fundamentos de Qumica Analtica, Editorial Thomson-8va edicin Pg. 232,235 2.2. EFECTO DEL ION COMUN

El efecto ion comn se basa en el producto de solubilidad (Kps) segn el cual, para disminuir la

solubilidad de una sal se agrega uno de los iones. Al aumentar la concentracin de uno de los

iones que forman el precipitado, la concentracin del otro debe disminuir para que el Kps

permanezca constante, a una temperatura determinada. Este efecto es el que permite reducir la

solubilidad de muchos precipitados, o para precipitar cuantitativamente un ion, usando exceso de

agente precipitante.

Dado que el cido dbil, HA, y su sal, NaA, tienen en comn el ion A:

HA(ac) + H2O(l) A

(ac) + H3O+

(ac)

NaA(ac) + H2O(l) A

(ac) + Na+

(ac)

Si analizamos el pH y el grado de disociacin de 100 mL de una solucin 0,10 M de cido actico, CH3COOH, tendremos:

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CH3COOH CH3COO- H+

INICIO 0.01M ----------------- -------------- CAMBIO -X X X

EQUILIBRIO 0.01-X X X

Si a esta solucin de CH3COOH le aadimos 0,015 moles de acetato de sodio, CH3COONa, determinaremos la nueva concentracin de los iones H3O

+:

La concentracin de los iones acetato en la mezcla ser:

Dado que ion CH3COO es uno de los productos de la disociacin del CH3COOH, el equilibrio

de ste se desplaza en el sentido inverso.

Como vemos, ser muy poco lo que se haya disociado del cido actico, de modo que podemos considerar que la concentracin inicial de ste sigue siendo 0,10 M.

De igual manera, ser muy poca la cantidad del ion acetato que se haya podido hidrolizar, por lo que consideraremos que su concentracin sigue siendo 0,15 M.

Al realizar el balance estequiomtrico para el nuevo estado de equilibrio tendremos:

CH3COOH CH3COO- H+

INICIO 0.01M 0.015 -------------- CAMBIO -X +X +X

EQUILIBRIO 0.01-X 0.015+X X

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Como el Ka del cido actico es 1,8 x 105, podemos determinar la nueva concentracin de iones H3O

+:

Hemos comprobado que al aadir el ion acetato disminuye la [H3O+], y por consiguiente, aumenta

el pH de la solucin, adems disminuye el valor de alfa y en consecuencia, el grado de reaccin. 2.3. EQUILIBRIO ACIDO BASE

2.3.1. REACCIONES DE HIDROLISIS

Las reacciones de hidrlisis constituyen equilibrios cido-base, y como todo equilibrio se desplazan

en sentido de la formacin de las sustancias ms dbiles. As, los cationes Na+, K+y Ca+2, no sufren hidrlisis ya que sus hidrxidos constituyen bases fuertes. Si el ion que se hidroliza es el catin, se unir al oxhidrilo y la reaccin se desplazar ms hacia la derecha a medida que ms dbil sea la base formada. Por ejemplo:

NH4+ + H2O NH4OH + H+

Por otro lado, si es el anin el que se hidroliza, se unir al protn, para dar el cido no disociado,

con lo que se producir un aumento del pH de la solucin:

CN- + H2O HCN + OH-

Mientras que aniones tales como Cl-, SO42-, NO3- y ClO4

-, cuyos cidos son fuertes, no toman

parte de este fenmeno.

De acuerdo con lo dicho podemos clasificar a las sales en cuatro tipos segn estn constituidas

por:

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Catin de base fuerte y anin de cido fuerte:

El NaCl, por ejemplo, se disocia en solucin en forma prcticamente completa:

NaCl Na+ + Cl-

Estos iones formaran en presencia de agua: NaOH y HCl, pero stos estn disociados totalmente,

es decir, que no se produce hidrlisis, en consecuencia la solucin es NEUTRA.

Catin de base fuerte y anin de cido dbil:

Ejemplos: Acetato de sodio, cianuro de potasio. El primero de ellos, se encuentra disociado segn:

NaAc Na+ + Ac-

Como ya hemos dicho, el Na+ no se hidrolizar, en cambio el Ac- se unir al protn para formar

cido actico, parcialmente disociado:

Ac- + H2O HAc + OH-

Ecuacin que evidencia un aumento de la concentracin de OH- . Se puede concluir que la

hidrlisis de este tipo de sal originar una solucin de reaccin ALCALINA.

Catin de base dbil y anin de cido fuerte:

Ejemplos: NH4Cl, Fe3Cl

En el caso del FeCl3 la disociacin puede representarse:

FeCl3 3 Cl- + Fe+3

Los iones Cl- no se hidrolizan, pero los Fe+3 lo hacen segn:

Fe+3 + 3 H2O Fe(OH)3 + 3 H+

Lo que demuestra un aumento de la concentracin de protones, y que la solucin tenga reaccin

ACIDA.

Catin y anin provenientes de base y cido dbil:

Ejemplos: NH4Ac, AlAc3

La solucin de este tipo de sales puede ser neutra, cida o bsica, dependiendo de la fuerza del

cido y de la base:

NH4Ac Ac- + NH4

-

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Ac- + H2O HAc + OH-

NH4- + H2O NH4OH + H

+

En estos casos de doble hidrlisis, prevalecer la reaccin correspondiente al ion que forme el

compuesto ms dbil. En el caso especial del ejemplo anterior, el grado de desplazamiento de

ambos equilibrios es el mismo (ya que la Ka del HAc es igual a la Kb del NH4OH) , por lo que la

solucin resultante es neutra. El cido y la base formados poseen la misma fuerza ya que ambos

poseen el mismo valor de constante de disociacin:

Si Ka es mayor que Kb, el medio ser cido, ya que se hidrolizar ms el catin. Este es el caso del

NH4NO2. Si Ka es menor que Kb, el medio ser bsico ya que se hidrolizar ms el anin.

Constante de hidrlisis

Los aniones de cidos fuertes (NO3-, Cl-,...) no poseen propiedades cidas o bsicas especiales, es

decir, no sufren hidrlisis. S sufre hidrlisis los aniones de cidos dbiles, o los cationes de bases

dbiles.

En el caso de las sales amnicas tiene lugar una disminucin del pH.

La constante de hidrlisis se puede definir en funcin de la Kw y la Kb:

En el caso de un acido dbil ocurre un aumento del pH.

La constante de hidrlisis se puede definir en funcin de la Kw y la Ka:

El grado de hidrlisis se incrementa al hacerlo la dilucin, lo cual se justifica considerando que la

frecuencia de choque del acetato y del protn para generar el cido es menor a medida que

aumenta aquella.

Este equilibrio puede expresarse:

Kh se denomina constante de hidrlisis. Si multiplicamos y dividimos la expresin anterior por la concentracin de protones, queda:

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Cuanto mayor sea Ka menor ser Kh, o sea que la hidrlisis que experimenta la sal ser menor

para una temperatura determinada.

2.3.2. pH DE SOLUCIONES DE CIDOS FUERTES Y BASES FUERTES

Para cidos y bases fuertes, si las soluciones son diluidas, la concentracin de iones hidrion se puede considerar igual a la normalidad del acido, y la concentracin de iones oxidrilos se puede considerar igual a la normalidad de la base. Tenemos que considerar que un acido fuerte siempre va a generar una base dbil, y una base fuerte generara un acido dbil, a esto se le denomina pares conjugados como por ejemplo:

HNO3 + H2O NO-(ac) + H3O

+

ACIDO 1 BASE 1 BASE 2 ACIDO 2

2.3.3. pH DE SOLUCIONES DE CIDOS DEBILES Y BASES DEBILIS

Mientras que los cidos y las bases fuertes se consideran, cuando estn en solucin, como si estuviesen en un estado de completa ionizacin, las soluciones de cidos y bases dbiles contienen no solamente iones positivos y negativos sino tambin molculas sin disociar de los cidos y bases. Las cantidades relativas de iones y molculas dependen de la fuerza del acido o de la base; mientras ms fuertes es el acido o la base, mayor es el numero de iones en relacin con las molculas sin disociar; y mientras ms dbil es el acido o la base, hay menos iones en la relacin a las molculas que no se disocian. En otras palabras existe un equilibrio entre iones y molculas. El pH de este tipo de soluciones depende de nivel de disocias que eta dado por Ka para el cido y Kb para las bases. Ejemplo:

Calcular el pH de una solucin de Acido actico 0.1N

CH3COOH (ac) CH3COO - (ac)

H+(ac) INICIO 0.1 ------------- -------------------

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Calcular el pH de una solucin de NH3 0.2M

2.4. SOLUCIONES TAMPON

Las soluciones reguladoras, tampn o buffer, contienen ya sea un acido dbil y alguna sal del acido, o una base dbil y alguna sal de la base. Es posible agregar cantidades considerables de un

CAMBIO -X +X +X EQUILIBRIO 0.1-X X X

NaOH (ac) Na + (ac)

OH-(ac) INICIO 0.2 ------------- -------------------

CAMBIO -X +X +X EQUILIBRIO 0.2-X X X

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acido fuerte o una base fuerte a una solucin reguladora y tener solo un pequea en el pH resultante. Suponiendo que se tiene una solucin reguladora que contiene acido actico y acetato de sodio, Cmo es que mantiene un pH casi fijo? Si al buffer se agrega una base fuerte, tal como una solucin de NaOH, producindose iones oxidrilos adicionales, las molculas de acido actico reaccionan as:

CH3COOH +OH- H2O + CH3COO

-

Si no se consume todo el acido actico, la concentracin de ion acetato se aumenta exactamente en la misma cantidad que la concentracin de acido actico se disminuye. Si se aade un acido fuerte, tal como el HCl, mas iones hidrion entran a la solucin. Estos iones hidrion reacciones con los iones acetato para formar molculas de acido actico, de a siguiente manera:

CH3COO- + H3O

+ CH3COOH + H2O

Si no se consumen todos los iones acetato, la concentracin de acido actico se aumenta en la misma cantidad que la concentracin del ion acetato se disminuye. Tales cambios, como se acaba de describir, son cambios en la relacin [CH3COO

- ]/[ CH3COOH] la cual aparece en la ecuacin de la constante de ionizacin , y que por lo general originan pequeas cambios en el pH.

2.4.1. pH DE UNA SAL PROVENIENTE DE UN CIDO FUERTE Y BASE FUERTE

En este tipo de solucin los iones oxidrilo tienden a adquirir iones hidrion para formar molculas de agua ligeramente ionizadas. Al mismo tiempo, los iones negativos de la sal tienden a adquirir iones hidrion, los cuales forman el acido dbil, ligeramente ionizado.

CH3COOH/NaOH

CH3COONa CH3COO- + Na +

CH3COO- + H2O CH3COOH + OH

-

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2.4.2. pH DE UNA SAL PROVENIENTE DE UN CIDO FUERTE Y BASE DEBIL

En la una solucin de la sal de una acido fuerte y una base dbil, los iones positivos de la sal compiten con los iones hidrion del agua por los iones oxidrilo de la solucin.

HCl/NH4OH

NH4Cl NH4 + + Cl-

NH4 + + H2O NH4OH + H

+

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2.4.3. pH DE UNA SAL PROVENIENTE DE UN CIDO DEBIL Y BASE DEBIL

CH3COOH/ NH4OH

CH3COONH4 CH3COO- + NH4

+

CH3COO- + H2O CH3COOH + OH

-

NH4 + + H2O NH4OH + H

+

Tabla 3.4-1

Prediccin de reacciones de hidrlisis provenientes de cidos y bases monoprticos

Reactivo proveniente del cido

Reactivo proveniente de la Base

Productos Prediccin del pH

cido Fuerte: Base Fuerte:

Iones neutros pH~7

Hidrlisis de la sal:

Ejemplo:

cido Fuerte: Base Dbil:

Predominan :

pH7

Hidrlisis de la sal:

Ejemplo:

cido Dbil: Base Dbil:

Base dbil conjugada + cido dbil conjugado

pHKb pH=7; Si: Ka=Kb, analizando su constante de hidrlisis pH>7; Si: Kb>Ka

Ejemplos:

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Caso pH7:

; donde :

Fuente: ROD OCONNOR, La Quimica Ed: HARLA, pg:370 , Tabla 21.9, Tomado Parcialmente

3. ANALISIS QUIMICO CUALITATIVO

La mayora de la identificacin analtica sistemtica se sustenta en la modificacin de propiedades fisicoqumicas de las soluciones o muestras analticas, en donde se citan a la densidad, volumen de solucin, concentracin de las especies qumicas en solucin y solvente, temperatura, presin, coeficientes de actividad qumica, condiciones de precipitacin, condiciones de alcalinidad o acides, incluyendo a los amortiguadores o soluciones buffer implicadas en algunos procesos analticos, los cuales sern mencionadas oportunamente.

3.1. REGLAS DE SOLUBILIDAD

Afirmando todo lo anterior y basndonos en las reacciones de precipitacin, las cuales estn

sustentadas matemticamente por la constante de precipitacin y principalmente en funcin del

KPS definido en captulos posteriores; se debe indicar las reglas de solubilidad, en la cual se

sustentan las precipitaciones de los iones, sean cationes o aniones para su posterior identificacin.

Tabla 3.1.-1

Reglas de solubilidad en agua

Aniones Cationes

Solubles Excepciones No solubles

Parcialmente Insolubles

Todos Nitratos bsicos (Nitrato bsico de bismuto) y acetatos bsicos (acetato bsico de hierro)

y

Todos

Comportamiento similar

Casi todos

en fro

Na+ ; K+ ; NH4 + Generalmente Insolubles

Metales alcalinos y Ca2+ Sr2+,

Ba2+; Mg2+; Fe3+,2+ ; Mn 3+;2+


y

Sulfitos: Metales Alcalinos Bisulfitos: alcalinoterreos

Generalmente Insolubles

Generalmente solubles

; y algunos

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sulfatos bsicos


F1- Na+ ; K+ ; NH4 + y Hg22+ Generalmente Insolubles

Continuacin Tabla 3.1.-1

Aniones Cationes

Solubles Excepciones No solubles

Parcialmente Insolubles

Boratos, Silicatos Metales alcalinos Generalmente Insolubles

Cromatos Metales alcalinos y Ca2+ Sr2+, Ba2+; Mg2+;Zn2+; Cu1+,2+;

Fe3+,2+ ; Mn 3+;2+

Generalmente Insolubles

Tiocianatos Na+ ; K+ ; NH4 + ; Hg2+ ; Ca2+ Sr2+, Ba2+; Mg2+; Cu1+,2+;

Fe3+,2+

Tiosulfatos Generalmente solubles

Oxalatos, formiatos,

tartratos, citratos


Fuente: VOGUEL A., Qumica Analtica cualitativa, Ed: Kapeluz, 2da edicin, pg: 363-364

*Nota: Una amplificacin completamente detallada de los grupos de aniones, cationes, tanto de

especies orgnicas e inorgnicas, vea:

PERRYS, Manual del Ingeniero Qumico, Ed: Mc Graw Hill, Sexta edicin, Volumen 1; 1992, pg:

[3-7; 3-56] Tablas 3-1, 3-2.

LANGE'S, Handbook of Chemistry, Ed: Mc Graw Hill, 15th Edition, 1999, Section 3; pgs: [3.12;

3.60]

3.2. CLASIFICACION ANALITICA DE LOS CATIONES

Tabla 3.2.-1

Clasificacin Analtica de los Cationes

Grupo Reactivo de grupo

Iones Precipitado Caracterstica del grupo

I Grupo de la plata

HCl diluido Ag+,Pb2+,Hg2

2+

Cloruros insolubles en HCl diluido

II A Grupo del Cobre

H2S en presencia de HCl diluido

Hg2+,Pb2+,Bi3+,Cu2+,Cd2+, HgS,PbS,Bi2S3,CuS,CdS, Sulfuros insolubles en HCl diluido II B Grupo

del Arsnico As3+,5+ Sb3+,5+ ,Sn2+,4+ en

forma aninica As2S3, Sb2S3,SnS2

III A Grupo del Hierro

NH4OH en presencia de NH4Cl

Al3+,Cr3+,Fe3+ Al(OH)3,Cr(OH)3,Fe(OH)3 Hidrxidos precipitables por NH4OH en presencia de NH4Cl

III B Grupo (NH4)2S en Ni2+,Co2+,Mn2+,Zn2+ NiS,CoS,MnS,ZnS Sulfuros

22

del Zinc presencia de NH4OH y NH4Cl

precipitables por (NH4)2S en presencia de NH4Cl

Continuacin Tabla 3.2.-1

Grupo Reactivo de grupo

Iones Precipitado Caracterstica del grupo

IV Grupo del Calcio

(NH4)2CO3 en presencia de NH4OH y NH4Cl

Ca2+ Sr2+, Ba2+ , CaCO3 ,SrCO3 ,BaCO3 Carbonatos precipitables por (NH4)2CO3 en presencia de NH4Cl

V Grupo de los Metales

Alcalinos

Sin reactivo de grupo

Mg2+,Na+ , K+ , NH4 + ,Li+ Iones que no precipitan en los grupos anteriores.

Fuente: VOGUEL A., Qumica Analtica cualitativa, Ed: Kapeluz, 2da edicin, pg: 138

3.3. ANALISIS QUIMICO CUALITATIVO DEL I GRUPO DE CATIONES

Tabla 3.3.-1

Especies qumicas en solucin o en fase slida y medios reactivos para el grupo I

Especies qumicas en

solucin o en fase slida

Medios reactivos

HCl NH3(ac) SO42- CrO4

2-

Ag+ AgClB Ag(NH3)+ Ag2SO4B Ag2CrO44r

Pb2+ PbCl2B - PbSO4B PbCrO4a

Hg22+ Hg2Cl2B Hg / HgNH2Cl Hg2SO4B Hg2CrO4r

PbCl2B [PbCl3]+

AgClB [AgCl2]-

23

Tabla 3.3.-2

Reacciones y caractersticas en la adicin del Acido Clorhdrico y exceso del mismo y

solubilidad del Precipitado

Adicin de Acido Clorhdrico

Cationes Excesos de

reactivo Caractersticas

Formacin de precipitados

Pasos en la marcha analtica

Ag+

Formacin de Poli cloruros

solubles [AgCl2]

+

Para el precipitado es insoluble e agua y cidos , pero en solucin diluida de hidrxido de amonio, cianuro de potasio y tiosulfato sdico es soluble

AgCl Blanco Paso 1

Hg22+

Para el precipitado es insoluble e agua y cidos diluidos fros, soluble en agua regia, con hidrxido de amonio se produce la reaccin de autooxidacin.

Hg2Cl2 Blanco Paso 1

Pb2+

Formacin de Poli cloruros

solubles [PbCl3]

+

Forma el cloruro de plomo en frio y precipita, soluble en solucin concentrada de cloruros alcalinos

PbCl2 Blanco y soluble en agua caliente

Paso 1 y fundamento solubilidad,

Paso 3

Reacciones de Precipitacin: EC: 3.3.-2-1

EC: 3.3.-2-2 EC: 3.3.-2-3 Reacciones de Exceso de medio precipitante:

EC: 3.3.-2-4

EC: 3.3.-2-5 Reacciones de Solubilidad de precipitados: Para el Cloruro de plata:

EC: 3.3.-2-6

EC: 3.3.-2-7

Con Hidrxido de amonio ver EC: 3.3.-5-2 Para el Cloruro mercurioso: Con Hidrxido de amonio ver EC: 3.3.-5-1 EC: 3.3.-2-8

Pag138-148

24

Tabla 3.3.-3

Reacciones y caractersticas del plomo en la adicin del Acido sulfrico y exceso del mismo

Adicin de Acido Sulfrico

Cationes Excesos de

reactivo Caractersticas Formacin de

precipitados Pasos en la

marcha analtica

Pb2+

Precipitado Insoluble en exceso de reactivo

Forma el sulfato de plomo en frio y precipita, soluble en solucin concentrada de acetato de amonio

PbSO4 Blanco Paso 4

Reacciones de Precipitacin:

EC: 3.3.-3-1

Reacciones de Solubilidad de precipitados:

EC: 3.3.-3-2

Tabla 3.3.-4

Reacciones y caractersticas en la adicin de la solucin de cromato de potasio y exceso del

mismo

Adicin de la solucin de cromato de potasio

Cationes Excesos de

reactivo Caractersticas



Ag+

Precipitado Insoluble en

exceso de reactivo

Para el precipitado es insoluble e en cido actico, soluble en cido ntrico e hidrxido de amonio

Ag2CrO4 rojo

Hg22+

Precipita en fro, es pardo y amorfo, a ebullicin se transforma en rojo

Hg2CrO4

Pb2+

Forma el cromato de plomo y precipita, insoluble en cido actico y solucin de amoniaco soluble en hidrxidos alcalinos y cido ntrico

PbCrO4 Amarillo

Paso 4 y confirmacin

de plomo


EC: 3.3.-4-1

EC: 3.3.-4-2

EC: 3.3.-4-3

25

Tabla 3.3.-5

Reacciones y caractersticas en la adicin de la solucin de hidrxido de amonio y

Adicin de la solucin de hidrxido de amonio

Cationes o

Slidos Caractersticas



Ag+ o AgCl

Forma un complejo soluble, que en presencia de cido ntrico y cloruros en solucin forman el precipitado de cloruro de plata.

No con la solucin de hidrxido de amonio

Paso 5 y paso 6

Hg22+ o

Hg2Cl2 Precipita al mercurio como un complejo amnico y mercurio metlico

Hg(l) negro y HgNH4Cl blanco

Paso 5 Identificacin de mercurio


EC: 3.3.-5-1

EC: 3.3.-5-2

EC: 3.3.-5-3 Para precipitar a la plata en presencia de cloruros y medio cido ver EC: 3.3.-2-1

26

Grfico 3.3-1

Marcha analtica del grupo I

FUENTE: RAY BRUMBLAY, Anlisis cualitativo, Primera edicin, pg: 62

27

3.4. ANALISIS QUIMICO CUALITATIVO DEL II GRUPO DE CATIONES

Tabla 3.4-1

Adicin de Iones Sulfuro

Adicin iones Sulfuro

Cationes Caractersticas Formacin

de precipitados


Gru

po

2 A

Hg2+

Forma precipitado, insoluble en agua, en cido ntrico diluido, caliente, en hidrxidos alcalinos y de sulfuro de amonio. Soluble en agua regia o cido clorhdrico concentrado y un poco de clorato de potasio

HgS negro Paso 5

Pb2+ Forma precipitado, insoluble en soluciones de sulfuros alcalinos, soluble en cido ntrico diluido caliente, con perxido de hidrgeno se oxida a sulfato

PbS negro Paso 5

Bi3+

Forma precipitado, insoluble en cidos diluidos en frio y solucin de sulfuro de amonio, soluble en cido ntrico diludo caliente y cido clorhdrico concentrado a ebullicin

Bi2S3 pardo Paso 5

Cu2+

Forma precipitado, en medio neutro o cido. El precipitado es soluble en cido ntrico diludo y caliente, y solucin de cianuro de potasio, es insoluble del cido sulfrico diluido a ebullicin.

CuS pardo Paso 5

Cd2+ Forma precipitado de sulfuro de cadmio, en solucin acidificada. Es soluble en cido ntrico y sulfrico, diluidos y calientes, insoluble en solucin de cianuro de potasio.

CdS amarillo

Paso 5

Gru

po

2 B

As3+,As5+ / AsO4

3

-

Forma precipitados mezcla de pentasulfuro, trisulfuro; en funcin del pH y la Temperatura. El precipitado, As2S3 , es insoluble en el cido clorhdrico 6N, soluble en HCl concentrado a ebullicin, y en cido ntrico concentrado, en amonaco, hidrxidos alcalinos, carbonato de amonio y sulfuros y poli sulfuros alcalinos y agua oxigenada. El precipitado As2S5, insoluble en HCl concentrado y es soluble en medios alcalinos, oxidantes y alcalino-oxidantes, cido ntrico fumarante y clorato de potasio en medio cido.

a) Con HCl concentrado en frio, precipita el As2S5 amarillo b) en caliente y fuertemente cida, precipita como As2S5 y As2S3

Paso 5

28

Continuacin Tabla 3.4-1

Cationes Caractersticas Formacin de precipitados


Gru

po

2 B

Sb3+/ Sb5+

Precipitado de color naranja o negro, Sb2S3, soluble en cidos minerales de concentracin media, insoluble en carbonato de amonio, poco soluble en amonaco, es soluble en HCl concentrado o en hidrxidos alcalinos, o tambin en sulfuros y polisulfuros alcalinos. El Sb2S5 es anlogo al Sb2S3 en cuanto a solubilidad.

Sb2S3 con propiedades similares Sb2S5

Paso 5

Sn4+

Se forma un precipitado, el cual es soluble en HCl concentrado, hidrxidos, sulfuros o polisulfuros alcalinos, poco soluble en amoniaco , insoluble en carbonato de amonio

SnS2 amarillo Paso 5

Reacciones de Precipitacin 3A:

EC: 3.3.-4-1

EC: 3.3.-4-2

EC: 3.3.-4-3

EC: 3.3.-4-4

EC: 3.3.-4-5 Reacciones de Precipitacin 3B: Para el As5+ como anin:

EC: 3.3.-4-6

EC: 3.3.-4-7

EC: 3.3.-4-8 Para el Sb3+ :

EC: 3.3.-4-9

Para el Sn4+ :

EC: 3.3.-4-10

Reacciones de Solubilidad de precipitados: Para el Sulfuro mercrico:

EC: 3.3.-4-11 Para el Sulfuro cprico:

EC: 3.3.-4-12

Para el trisulfuro y pentasulfuro de arsnico:

EC: 3.3.-4-13

EC: 3.3.-4-14

EC: 3.3.-4-15

EC: 3.3.-4-16

EC: 3.3.-4-17

Para el precipitado de Antimonio:

EC: 3.3.-4-18

Para el precipitado de Estao:

EC: 3.3.-4-19

29

En precencia de sulfuros o polisulfuros alcalinos para el As,Sn,Sb ver Tabla 3.4-2

Tabla 3.4-2

Adicin de sulfuro de amonio para separar el grupo 2A del 2B

Adicin de la solucin de sulfuro de amonio

Slidos Caractersticas Pasos en la

marcha analtica

As2S3 En sulfuros y polisulfuros alcalinos como el sulfuro de amonio separa a los sulfuros del grupo 2A del 2B, disolvindolos como sigue la reaccin descrita.

Paso 7

Sb2S3 Paso 7

SnS2 Paso 7

Reacciones de Solubilidad de precipitados:

EC: 3.4.-2-1

EC: 3.4.-2-2

EC: 3.4.-2-3

Tabla 3.4-3

Adicin de cido clorhdrico

Adicin de cido clorhdrico

Iones Caractersticas Pasos en la

marcha analtica

AsS2- Al adicionar HCl aumenta la concentracin H+ y los iones S2- , en

solucin hacen posible precipitar como Sulfuros y el exceso de ion sulfuro, se libera al estado gaseoso en los productos.

SbS2-

SnS32-

Sb2S3 Ambos forman cloruros complejos

SnS2

Reacciones de precipitacin:

EC: 3.4.-3-1

EC: 3.4.-3-2

EC: 3.4.-3-3

Reacciones con HCl:

EC: 3.4.-3-4

EC: 3.4.-3-5

30

Tabla 3.4-4

Adicin de hidrxido de amonio

Adicin de hidrxido de amonio

Iones Caractersticas Formacin

de precipitados


Bi3+ Precipitado blanco, insoluble en exceso de reactivo, separa al Cu2+ /Cd2+ del Bi(OH)3

Bi(OH)3 blanco

Cu2+ Precipitado de color celeste, de una sal bsica, soluble en exceso de reactivo con formacin de una solucin azul intensa que contiene a la sal compleja.

Cu(OH)2 celeste

Cd2+ Precipitado blanco, soluble en exceso de reactivo con formacin de la sal compleja.

Cd(OH)2 blanco

As2S3 Separa al HgS del As2S3 -

Reacciones de precipitacin: EC: 3.4.-4-1 EC: 3.4.-4-2 EC: 3.4.-4-3 Reacciones de Solubilidad de precipitados:

EC: 3.4.-4-4

EC: 3.4.-4-5

EC: 3.4.-4-6

Tabla 3.4-5

Reacciones de identificacin


Iones/ Precipitados

Caractersticas Pasos en la

marcha analtica

HgS Aadiendo el agua regia para solubilizar el sulfuro de mercurio y se aade el cloruro estannoso el cual reduce y precipita el cloruro mercurioso o al mercurio metlico

Pb2+

Se aade H2SO4 precipitando al plomo como sulfato separando al Cu2+ /Cd2+ /Bi3+ , se aade solucin de acetato de amonio al precipitado de PbSO4 para identificarlo mediante el cromato de potasio

Bi(OH)3 Se adicionan iones estannito en medio fuertemente bsico para producir el Bi metlico de color negro.

Cu(NH3)42+

Adicionando acido actico y se aade el ion hexacianoferrato II, dando un precipitado rojizo

Cd(NH3)42+

Se realizan 3 pruebas: 1ra se adiciona sulfuro de amonio si no hay Cu2+ segn EC: 3.3.-4-5,la 2da se adiciona ditionato de sodio, se separa el precipitado y se adiciona sulfuro de amonio, la 3ra prueba se adiciona cianuro en medio bsico y se precipita al Cd2+ en forma de sulfuro con sulfuro de amonio.

31



Iones Caractersticas Pasos en la

marcha analtica

SbCl62-

SnCl62-

Se Adiciona una fuente de hierro metlico para separar al Sn del Sb y luego identificarlo con cloruro de mercurioso.

Identificacin de mercurio: Para HgS ver: EC: 3.3.-4-11

EC: 3.4.-5-1

EC: 3.4.-5-2 Identificacin del plomo: Ver: EC: 3.3.-3-1,EC: 3.3.-3-2,EC: 3.3.-4-3 Identificacin del bismuto:

EC: 3.4.-5-2 Identificacin del cobre:

EC: 3.4.-5-3

EC: 3.4.-5-4

Identificacin del cadmio:

EC: 3.4.-5-5

EC: 3.4.-5-6

EC: 3.4.-5-7

EC: 3.4.-5-8

Para precipitar Cd ver : EC: 3.3.-4-5 Identificacin del estao:

EC: 3.4.-5-9

EC: 3.4.-5-10

Ver: EC: 3.4.-5-1, EC: 3.4.-5-2

32

Grfico 3.4-1

Marcha analtica del grupo II y Separacin del IIA del IIB

FUENTE: RAY BRUMBLAY, Anlisis cualitativo, Primera edicin, pg: 72

33

Grfico 3.4-2

Marcha analtica del grupo II B

FUENTE: RAY BRUMBLAY, Anlisis cualitativo, Primera edicin, pg: 73-74

34

3.5. ANALISIS QUIMICO CUALITATIVO DEL III GRUPO DE CATIONES

Tabla 3.5-1

Adicin de NH3/NH4Cl/ (NH4)2S y caractersticas de solubilidad

Adicin NH3/NH4Cl/ (NH4)2S y caractersticas de solubilidad

Cationes Caractersticas Formacin

de precipitados


Al3+ Forma precipitado blanco, poco soluble en exceso de precipitante, soluble en cidos.

Al(OH)3 Blanco

Paso 1, Paso 3

Cr3+ Forma precipitado verdoso, poco soluble en exceso de precipitante.

Cr(OH)3 Verde

Paso 1, Paso 3

Zn2+ Forma precipitado blanco en medio bsico, insoluble en exceso de precipitante, cido actico, y en soluciones de hidrxidos alcalinos, soluble en cidos minerales

ZnS Paso 1, Paso 3

Ni2+ Forma precipitado negro, escasamente soluble en exceso de precipitante, insoluble en cido clorhdrico, soluble en agua regia y cido ntrico.

NiS negro Paso 1, Paso 3

Co2+ Forma precipitado negro, insoluble en exceso de precipitante, soluble en agua regia y cido ntrico.

CoS negro Paso 1, Paso 3

Mn2+ Forma precipitado rosado, insoluble en exceso de precipitante, soluble en cidos

MnS Paso 1, Paso 3

Fe3+ Forma precipitado pardo rojizo, insoluble en exceso de precipitante, soluble en cidos

Fe(OH)3 Paso 1, Paso 3

35


EC: 3.5.-1-1

EC: 3.5.-1-2

EC: 3.5.-1-3 EC: 3.5.-1-4

EC: 3.5.-1-5

EC: 3.5.-1-6

EC: 3.5.-1-7 Reacciones de Exceso de medio precipitante en medio bsico o fuertemente bsico: Ver tabla 3.5-2 Solubilidad de Precipitados:

EC: 3.5.-1-8

EC: 3.5.-1-9

EC: 3.5.-1-10

EC: 3.5.-1-11

EC: 3.5.-1-12

EC: 3.5.-1-13

EC: 3.5.-1-14 EC: 3.5.-1-15

EC: 3.5.-1-16

Tabla 3.5-2

Adicin de NaOH y H2O2

Adicin de NaOH y H2O2



Al3+

Se forman hidrxidos anfotricos los cuales se solubilizan con exceso de precipitante, adems se lleva a oxidacin el Cr3+ a Cr6+

Al(OH)3 Blanco

Cr3+ Cr(OH)3

Verde

Zn2+ Zn(OH)2

Ni2+ Se forman hidrxidos no anfotricos, insoluble en exceso de reactivo, y se lleva a cabo la oxidacin del Co2+ a Co3+

Ni(OH)2

Co2+ Co(OH)3

Mn2+ Mn(OH)2

Fe3+ Fe(OH)3


EC: 3.5.-2-1 EC: 3.5.-2-2

EC: 3.5.-2-3

EC: 3.5.-2-4

EC: 3.5.-2-5

36

EC: 3.5.-2-6 EC: 3.5.-2-7

Reacciones anfotricas:

EC: 3.5.-2-8

EC: 3.5.-2-9 EC: 3.5.-2-10

Reacciones redox :

EC: 3.5.-2-11

EC: 3.5.-2-12

37

Tabla 3.5-3

Adicin de NO3H o NO3H y H2O2

Adicin de NO3H o NO3H y H2O2

Iones/Slidos Caractersticas Pasos en la marcha analtica

[Al(OH)4]- Al agregar cido ntrico, se disuelven los hidrxidos dejando en

libertad a los cationes

[Zn(OH)4]2-

CrO42-

Se lo oxida a Cr6+, como consecuencia de aadir solamente el cido ntrico

Ni(OH)2

Se disuelven los hidrxidos, pero el perxido reduce Co3+/Co2+ y el Mn4+/Mn2+

Fe(OH)3

Co(OH)3

Mn(OH)2

Reaccin con NO3H :

EC: 3.5.-3-1

EC: 3.5.-3-2

EC: 3.5.-3-3

EC: 3.5.-3-4

EC: 3.5.-3-5 Para el Fe(OH)3 ver: EC: 3.5.-1-16 Reaccin con H2O2: (2Co3+) + 2H2O2 = (3Co

2+) + 2H2O + O2 EC: 3.5.-3-6 Mn(OH)2 + 2H2O2 + 2H

+ = Mn2+ + O2 + 4H2O EC: 3.5.-3-7

Tabla 3.5-4

Adicin de NH3

Adicin de NH3


Al3+ Precipitan como hidrxidos, El Al3+ se separa del Zn2+ y del

CrO42-, y al Fe3+ del Co2+ y el Ni2+ permitiendo la separacin y

pasos posteriores a la identificacin. Sus reacciones son similares a las descritas en las tablas 3.5-2 y 3.5-1

Fe3+

Ni2+ Se forma un precipitado verdoso, soluble en exceso de precipitante formando complejo amoniacal

Co2+ Precipitado azul, fcilmente soluble en exceso de precipitante formando complejo amoniacal

38



Zn2+ Se forma un precipitado blanco, soluble en exceso de precipitante formando complejo amoniacal.

Reacciones con NH4OH: Para el Al3+ y Fe3+ ver ec: EC: 3.5.-1-1, EC: 3.5.-1-7

EC: 3.5.-4-1

EC: 3.5.-4-2

EC: 3.5.-4-3

EC: 3.5.-4-4

EC: 3.5.-4-5

EC: 3.5.-4-6

Tabla 3.5-5

Reacciones de Identificacin


Iones/ Precipitados


marcha analtica

Mn2+ /MnO2/

Se forma el MnO2, por adicin del clorato separando del Ni2+,Co2+, Fe3+, luego se acidifica y se reduce a Mn2+ , donde se adiciona el borato de sodio, oxidndolo hasta el estado de Mn7+ dando coloracin purpura.

Fe(OH)3/ Fe3+

Se identifica al Fe3+ , mediante la adicin tiocianato de potasio, el cual es rojo al combinarse con el hierro.

[Co(NH3)6 ]2+ Se aade acetato de potasio y cido actico y se agrega

dimetilglioxima, el cual forma precipitado rojo con el Nquel, para el cobalto se realizan pruebas como la de perla de brax, adicin de tiocianato donde se puede observar la coloracin con mayor facilidad en alcohol y precipitacin compleja por nitrito.

[Ni(NH3)6 ]2+

Al3+

Despues de dislolver al hidrxido sea en la forma de precipitado o compleja se realiza una adsorcin de un colorante orgnico, aluminn en medio amoniacal, dando la coloracin roja, previamente se debe eliminar al Cr3+.

39



Iones/ Precipitados


marcha analtica

CrO42- Se adiciona el cido actico para separar al tetraminzinc del

grupo amino, y adems se convierte a in dicromato, mientras que los iones cromato reaccionan con un poco de cloruro de bario para precipitar al cromato de bario, mientras que en la solucin el Zn2+ , se aade hexacianoferrato (II) tetra potsico

en medio cido precipitando un complejo blanco de zinc:

[Zn(NH3)4 ]2+

Reacciones del manganeso: Mn2+ + 2ClO3

- = MnO2 + 2ClO2 EC: 3.5.-5-1 MnO2 + H2O2 + 2H

+ = Mn2++ O2 + 2H2O EC: 3.5.-5-2 2Mn2++ 5BiO3

- + 14H+ = 2MnO4- + 5Bi3+ + 7H2O EC: 3.5.-5-3

Reacciones del hierro: Para dislover el FeOH3Ver ec: EC: 3.5.-1-16

EC: 3.5.-5-4 Reacciones del cobalto: [Co(NH3)6

]2+ + 6HC2H3O2 = Co 2+ + 6NH4

+ + 6C2H3O2- EC: 3.5.-5-5

CoO + Na2B4O7 = Co(BO2)2 + 2NaBO2 EC: 3.5.-5-6 Fe3+ + 6F- = FeF6

- EC: 3.5.-5-7

EC: 3.5.-5-8

EC: 3.5.-5-9

EC: 3.5.-5-10 Reacciones del nquel: [Ni(NH3)6

]2+ + 6HC2H3O2 = Ni2+ + 6NH4

+ + 6C2H3O2- EC: 3.5.-5-11

EC: 3.5.-5-12 Reacciones para el aluminio: Para dislover el hidrxido ver: EC: 3.5.-3-1 Al3+ +3OH- = Al(OH)3 (blanco + aluminn, coloracin roja) EC: 3.5.-5-13 Reacciones para el cromo: Trasformacin de dicromato ver: EC: 3.5.-3-3 CrO4

2- + Ba2+ = BaCrO4 amarillo EC: 3.5.-5-14 Reacciones para el zinc: Zn(NH3)4

2+ + 4H+ = Zn2+ + 4NH4+ EC: 3.5.-5-15

3Zn2+ + 2K+ + 2[Fe(CN)6]4- = K2Zn3[Fe(CN)6]2 EC: 3.5.-5-16

40

Grfico 3.5-1

Marcha analtica resumida del grupo III

FUENTE: Universidad Central del Ecuador, Laboratorio de Anlisis Qumico, Marcha parcialmente

modificada de RAY BRUMBLAY, Anlisis cualitativo, Primera edicin, pg: 100-101 para la

prctica del da 01/05/2012 por el ayudante HURTADO W.

41

Grfico 3.5-1

Marcha analtica del grupo III


42

3.6. ANALISIS QUIMICO CUALITATIVO DEL IV Y V GRUPO DE CATIONES

Tabla 3.6-1

Adicin (NH4)2CO3 en presencia de NH4OH y NH4Cl

Adicin de (NH4)2CO3 en presencia de NH4OH y NH4Cl: Separa los cationes Ca2+ / Ba2+ / Sr2+ de los cationes monovalentes: Mg2+,Na+ , K+ , NH4 + ,Li+



Ca2+ Se forma un precipitado blanco, soluble en agua con exceso de CO2

CaCO3

Ba2+ Se precipita por el in carbonato soluble en cido actico y cidos minerales.

BaCO3

Sr2+ Se forma un precipitado blanco. SrCO3


EC: 3.6.-1-1

EC: 3.6.-1-2

EC: 3.6.-1-3

Tabla 3.6.-2

Adicin del cido actico

Adicin de CH3COOH o cidos fuertes

Precipitados Caractersticas Pasos en la marcha analtica

CaCO3 Se aade cido actico, el cual separa los cationes del grupo carbonato

BaCO3

SrCO3

Solubilidad de precipitados: (Metal)CO3 + 2H+ = (Metal)

2+ + H2O + CO2 EC: 3.6.-2-1 (Metal)CO3 + 2 CH3COOH = (Metal)

2+ + H2O + CO2 + 2CH3COO- EC: 3.6.-2-2

EC: 3.6.-2-3

EC: 3.6.-2-4

43

Tabla 3.6-3





Ba2+

Se aade cromato de potasio conjuntamente con el acetato de amonio, el cual precipita como Cromato de bario rojo , es insoluble en cido actico, diferencia con el Cromato de estroncio , separando el Ba2+ como cromato del Sr2+ / Ca 2+

BaCrO4 rojo

Ca2+ Se aade carbonato de amonio y se precipitan, donde se adiciona el cido ntrico separando al Ca2+

del Sr2+ por solubilidad de precipitados, e identificando al Sr2+ como sulfato y al Ca2+ como oxalato.

Ca(C2O4)

Sr2+ SrSO4

Reacciones de Identificacin: Para el Bario: CrO4

2- + Ba2+ = BaCrO4 EC: 3.6.-3-1 Para el Calcio: Para precipitar y solubilizar ver ec: EC: 3.6.-1-1, EC: 3.6.-2-3 Ca2+ + C2O4

2- = Ca(C2O4) EC: 3.6.-3-2 Para el estroncio: Para precipitar y solubilizar ver ec: EC: 3.6.-1-2, EC: 3.6.-2-1 Sr2+ + 2NO3

- = Sr(NO3)2 EC: 3.6.-3-3 Sr2+ + SO4

- = SrSO4 EC: 3.6.-3-4

Tabla 3.6-4

Adicin (NH4)2SO4 y (NH4)2C2O4

Adicin (NH4)2SO4 y (NH4)2C2O4 Es otra forma que separa los cationes Ca2+ / Ba2+ / Sr2+ de Mg2+,Na+ , K+ , NH4 + ,Li+


Ca2+ Se forma un precipitado blanco, insoluble en agua y en cido actico soluble en cidos minerales.

CaC2O4

Ba2+ Se precipita por el in sulfato y casi insoluble en cidos diluidos y sulfato de amonio, soluble en cido sulfrico concentrado a ebullicin.

BaSO4

Sr2+ Se forma un precipitado blanco, si se lo pone a ebullicin, este se forma ms rpido que el de bario.

SrSO4


EC: 3.6.-1-1

EC: 3.6.-1-2

EC: 3.6.-1-3 Solubilidad de precipitados:

EC: 3.6.-1-4

44

Tabla 3.6-3



Cationes Caractersticas Pasos en la marcha analtica

Mg2+ Se usa el fosfato cido de sodio en presencia del cloruro de amonio para precipitar al magnesio.

Na+ Prueba de precipitacin del sodio no es confiable, se utiliza acetato de uranilo y zinc, la adicin de alcohol facilita la precipitacin y tambin se puede utilizar el cacetato de magnesio y uranilo .

K+ Se forma un precipitado amarilo de cobaltinitrito de potasio.

NH4 +

El NaOH convierte al ion amonio en amoniaco, insoluble a temperatura cercana a la de ebullicin, donde se desprenden vapores de amoniaco y se lo identifica mediante un cambio en el pH de una solucin acuosa. Tambin se da la opcin del cobaltinitrito

Reacciones de identificacin:

45

Grfico 3.6-1

Marcha analtica del grupo IV y V


46

4. ANALISIS CUANTITATIVO

En qumica, anlisis cuantitativo es la determinacin de la abundancia absoluta o relativa (muchas veces expresada como concentracin) de una, varias o todas las sustancias qumicas presentes en una muestra. Una vez que se conoce la presencia de cierta sustancia en una muestra, la cuantificacin o medida de su abundancia absoluta o relativa puede ayudar en la determinacin de sus propiedades especficas. La qumica analtica se divide en dos partes: anlisis cualitativo y anlisis cuantitativo. Mediante el anlisis cualitativo los elementos que componen la sustancia estudiada. La tarea del anlisis cuantitativo es determinar la composicin cuantitativa de elementos, iones o combinaciones qumicas que forman parte de las sustancias y materiales examinados. Los resultados del anlisis cualitativo no permiten juzgar de las propiedades de los materiales estudiados, puesto que stas se determinan no slo por la composicin de la sustancia analizada, sino tambin por la relacin cuantitativa de los constituyentes. El anlisis cuantitativo se lo puede evidenciar por medio de dos seales o indicadores los cuales pueden ser masa o volumen y en algunos casos los dos

Existen varios mtodos analticos que se basan en medida de masa. En la gravimetra por precipitacin, el analito se separa de la disolucin de la muestra como un precipitado, y se convierte en un compuesto de composicin conocida que se puede pesar. En la gravimetra por volatilizacin, el analito se separa de otros componentes de una muestra y se convierte en un gas de composicin qumica conocida. El peso de este gas se usa como una medida de la concentracin del analito. En el electro- gravimetra, el analito se separa al depositarse en un electrodo mediante una corriente elctrica. La masa de este producto proporciona una medida de la concentracin del analito.

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REGLA GENERAL PARA TODO ANALISIS CUANTITATIVO Antes de proceder a la determinacin de un componente o sustancia problema, de la muestra pesada debe ser eliminados los otros componentes que en el proceso de anlisis se comportan igual al componente a determinarse. En caso contrario deben tenerse las precauciones las precauciones que impidan la separacin de ciertos compuestos acompaantes junto con el analito.

4.1. GRAVIMETRIA POR PRECIPITACION

Se separa al analito de inters de la muestra mediante la formacin de un precipitado insoluble, el cual tiene algunos requerimientos en la reaccin de precipitacin para el anlisis. El precipitado debe ser:

Muy insoluble.

Fcilmente filtrable.

Muy puro.

Composicin conocida y constante.

Etapas del proceso de formacin del precipitado:

Nucleacin: Se forman pequeos ncleos de precipitado, constituidos por pocas partculas (iones, tomos o molculas) de la especie precipitada.

Crecimiento: A los ncleos previamente formados se agregan nuevas partculas.

Medidas para favorecer el crecimiento de las partculas en un precipitado:

Elevar la temperatura. Favorece termodinmicamente la solubilidad.

Agregar el precipitante lentamente y bajo agitacin. Evita la sobresaturacin local.

Preferir volmenes grandes de disolucin con baja concentracin de analito y de precipitante.

La coprecipitacin resulta en compuestos que habitualmente son solubles, resultan arrastrados en la formacin de un precipitado pueden ser:

Oclusin: Iones extraos que quedan atrapados en el interior del cristal para evitar la oclusin se debe disminuir la velocidad de formacin del precipitado o disolver el precipitado (se abren los huecos y salen los iones extraos)

Adsorcin en la superficie: Adsorcin de especies solubles por arrastre sobre la superficie del coloide como por ejemplo AgCl coagulado esta contaminado por Ag+ y NO3 como una posible solucin se disuelve el precipitado una vez filtrado y a continuacin reprecipitarlo

Formacin de cristales mixtos: Uno de los iones de la red cristalina del slido se reemplaza por otro in, los iones intercambiados tienen la misma carga y no difieren en ms 5% en su tamao como por ejemplo el BaSO4 (contaminado con PbSO4), la solucin es usar otro reactivo precipitante que no contenga ese in

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La coprecipitacin suele ser una fuente de impurezas en el precipitado pesable y por tanto una fuente de error en el resultado.

REGLA DE REALIZACION DE LOS CALCULOS Para obtener resultados exactos del anlisis, es importante no solo efectuar correctamente la determinacin y realizar con precaucin las mediciones sino tambin hacer correctamente los clculos, los cuales proveen resultados numricos. La evaluacin de la exactitud de un nmero o resultado: Signos decimal: todas las cifras del nmero dispuestas a la derecha de la coma que separa la parte fraccionaria del nmero. Cifras significativas: son todas las cifras del nmero menos los ceros dispuestos a la izquierda y ceros dispuestos a la derecha que substituyen cifras desconocidas. Todos los ceros en la parte inferior son cifras significativas.

4.2. GRAVIMETRIA POR VOLATILIZACION

Los mtodos gravimtricos basados en la volatilizacin de un compuesto que contenga el elemento a determinar se dividen en dos categoras. En una de ellas, la constituida por los mtodos llamados directos, la sustancia voltil se recoge y se pesa; en la otra, de los mtodos indirectos, la determinacin se basa en la prdida de peso sufrida por la sustancia inicial. Deben preferirse en principio, los mtodos de la primera clase, pues son mucha ms especfica y de menos incertidumbre. Quiz los dos ejemplos ms comunes de mtodos de la primera clase sean los de determinacin de agua y carbonatos. El agua se puede separarse de la mayora de los compuestos inorgnicos por calentamiento, el agua desprendida se absorbe a continuacin en alguno de los varios desecantes de slidos existentes. El peso de agua desprendida de la muestra es igual al aumento del peso experimentado por el absorbente. Los carbonatos son descompuestos fcilmente por los cidos, el dixido de carbono desprendido se separa de la solucin por destilacin. Como en el caso del agua, existen absorbentes slidos que

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fijan el dixido de carbono presente en un corriente de gas. El aumento de peso de estos absorbentes da directamente el peso del dixido de carbono desprendido de la muestra. El agua se determina tambin frecuentemente por un mtodo indirecto que consiste en someter la muestra que contiene agua a calentamiento, y volver a pesarla posteriormente. Se admite entonces que toda la prdida de peso es atribuible a la volatilizacin de la humedad que contena la muestra. Desgraciadamente, en muchos casos esta hiptesis no est justificada, pues el calentamiento de muchos compuestos da lugar a la descomposicin de los mismos y, en consecuencia, a una variacin de peso, independientemente de la presencia de agua de ellos. 5. METODOS VOLUMENTRICOS DE ANALISIS

Los mtodos de valoracin son mtodos analticos en los que la cantidad de analito se determina a partir de la cantidad de reactivo estndar que se necesita para reaccionar completamente con el analito. En las valoraciones volumtricas se determina el volumen de una disolucin de concentracin conocida, que se necesita para reaccionar, de forma prcticamente completa con el analito. Una disolucin estndar de reactivo (o valorante estndar) es una disolucin de reactivo de concentracin conocida, que se usa para realizar un anlisis volumtrico. Una valoracin se hace aadiendo lentamente una disolucin estndar de reactivo desde una bureta a una disolucin de analito, hasta que la reaccin entre los dos sea completa. El punto de equivalencia de una valoracin se alcanza cuando la cantidad de valorante aadido es qumicamente equivalente a la cantidad de analito que hay en la muestra. A veces es necesario aadir un exceso de valorante estndar, y despus determinar el exceso, mediante una valoracin por retroceso, con un segundo valorante estndar. En este caso, el punto de equivalencia es tal, que la cantidad gastada de valorante equivale a la cantidad de analito ms la cantidad de retrovalorante. Caractersticas de una reaccin volumtrica

Completa

Rpida

Estequiomtrica

Procedimiento fcil

Clasificacin de los mtodos volumtricos

Neutralizacin: se produce por una reaccin de neutralizacin la cual se lleva a cabo al combinar un acido con un base en general producen un hidrxido formando agua y sal, mediante este mtodo se puede cuantificar [H+][OH-] que son iones que forman acidez o basicidad. En este mtodo el agente valorante es un acido o una base de concentracin conocida adems que se utiliza un indicador del punto final de la valoracin.

Oxido-reduccin: se lleva a cabo por medio de reacciones redox en las cuales uno o ms pares de electrones se transfieren entre los reactivos, provocando un cambio en sus estados de oxidacin. En este mtodo el agente valorante es un oxidante si el analito es un compuesto reductor, o el agente valorante es un reductor si el analito es un compuesto oxidante, el

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indicador son sustancias que por lo general hacen parte de las mismas sustancias pero cambian de coloracin en el transcurso de la reaccin.

Formacin de complejos: se basan en las reacciones de complicacin en la cual los reactivos se unen formando complejos donde se tiene al in central, generalmente un catin, que se coordina con elementos que tengan par de electrones libres (ligandos). El valorante mas comn es el EDTA que es un compuesto orgnico insoluble con el agua que forma complejos estables.

Puntos de equivalencia y puntos finales El punto de equivalencia en una valoracin es un punto terico que no se puede determinar experimentalmente. Slo podemos estimarlo observando algn cambio fsico, muchas veces ayudado por un indicador, que acompae a la condicin de equivalencia. Este cambio se llama punto final de la valoracin. La diferencia entre el punto de equivalencia y el punto final se denomina error de valoracin (error qumico, error visual, error del indicador). Patrones primarios Un patrn o estndar primario es un compuesto de elevada pureza, que sirve como material de referencia en todos los mtodos volumtricos. Los requisitos de un estndar primario son:

Elevada pureza o de pureza exactamente conocida.

Estabilidad al aire.

Que no tenga molculas de hidratacin, de tal manera que su composicin no vare con los cambios de humedad relativa.

Fcil de adquirir y coste moderado.

Que tenga razonable solubilidad en el medio de la valoracin.

Que tenga un peso molecular elevado, a fin de que sean mnimos los errores de pesada.

Que sea estable a la temperatura de secado 100-120 C

Que reaccione completamente con el analito y que presente una estequiometria definida con este.

Disoluciones patrn o estndar (agente valorante) Propiedades deseables de las disoluciones estndar

Ser suficientemente estable de forma que slo se necesite determinar una vez su concentracin.

Reaccionar rpidamente con el analito.

Reaccionar lo ms ntegramente posible con el analito, con objeto de obtener puntos finales ms bien definidos.

Reaccionar selectivamente con el analito.

Reaccin irreversible

Exista indicador que ayude a identificar el punto final.

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5.1. VALORACIONES ACIDO BASE

La valoracin acido-base tiene como finalidad determinar la concentracin de un cido o una base mediante la medida del volumen exacto del agente valorante (base o cido fuertes) con el que reacciona y del cual conocemos su concentracin. Las volumetras cido-base consisten en una reaccin de neutralizacin. La reaccin de valoracin es, en general, del tipo:

HA + B H2O + AB

Dependiendo del tipo de sal formado, as ser el pH al final de la valoracin. As en el caso de la valoracin de cido clorhdrico, tras la neutralizacin se nicamente queda cloruro sdico y agua, por lo que el pH es neutro, tomando ste un valor de 7. Esto no ocurre en la valoracin de cido actico ya que el acetato sdico formado, por provenir de un cido dbil, reacciona con el agua, a la cul le roba un protn para regenerar una pequea concentracin de cido actico. Los aniones hidroxilos liberados en la hidrlisis producen un pH ligeramente bsico. En la valoracin del amoniaco con cido clorhdrico se forma cloruro amnico que, por provenir de una base dbil, reacciona con el agua, robndole hidroxilos para regenerar amoniaco. Los protones liberados en la ruptura del agua acidifican la disolucin resultante, lo que provoca un pH ligeramente cido.

Acido fuerte/Base fuerte El pH en el punto final de la valoracin ser el del solvente, pH~7

Acido dbil/Base fuerte El pH en el punto final de la valoracin ser la de la hidrolisis de la sal proveniente del acido dbil, lo cual provocara un pH>7

Acido fuerte/Base dbil El pH en el punto final de la valoracin ser el de la hidrolisis de la sal proveniente de la base dbil, lo cual provocara un pH

52

El indicador en estas valoracin se lo escoge de acuerdo a la sensibilidad de la misma la cual es funcin del pKa del indicador.

54

6. ALCALINIDAD

Definimos alcalinidad como la capacidad del agua para neutralizar cidos o aceptar protones. Esta representa la suma de las bases que pueden ser tituladas en una muestra de agua. Dado que la alcalinidad de aguas superficiales est determinada generalmente por el contenido de carbonatos, bicarbonatos e hidrxidos, sta se toma como un indicador de dichas especies inicas. No obstante, algunas sales de cidos dbiles como boratos, silicatos, nitratos y fosfatos pueden tambin contribuir a la alcalinidad de estar tambin presentes. Estos iones negativos en solucin estn comnmente asociados o pareados con iones positivos de calcio, magnesio, potasio, sodio y otros cationes. El bicarbonato constituye la forma qumica de mayor contribucin a la alcalinidad. La alcalinidad de la cuantifica principalmente por volumetra con un acido de contraccin conocida, la alcalinidad puede originarse de diferentes compuestos los ms comunes son

Tambin se puede dar una mezcla de las especies alcalinizantes como son 1+2, y 2+3, no se puede dar la combinacin 1+3 por que se neutralizan entre s.

FORMAS DE EXPRESAR LA ALCALINIDAD

Se expresa en mg/L CaCO3 de la siguiente forma:

Alcalinidad a la fenolftalena: es la alcalinidad producidas por las especies que originan pH>8.3 y se expresa en mg/L CaCO3.

Alcalinidad al verde bromo cresol (total): es la alcalinidad producidas por las especies que originan 4.5

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6.2. ALCALINIDAD POR CARBONATOS

En el punto de partida el pH inicial corresponde al del carbonato

El indicador utilizado es

En el punto final el pH es el del CO2

6.3. ALCALINIDAD POR OH-

En el punto de partida el pH inicial corresponde a los hidrxido

El indicador utilizado es la fenoftaleina

En el punto final el pH es el del solvente

6.4. MEZCLA

Si estn las dos especies el pH>11-12 y el hidrxido reacciona primero,

fenoftaleina

Verde bromo cresol

El volumen 1 corresponde al volumen gastado para que se produzca el viraje de la fenolftalena.

El volumen 2 corresponde al volumen gastado para que se produzca el viraje del verde bromo cresol

56

6.5. MEZCLA

CO32- = 2(V2 - V1)

HCO3- = V2 - V1

V1

V2

OH-

V2 - V1

V1

V2

CO32- = 2 V1

HCO3- = V2 - 2V1

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7. VALORACIONES COMPLEXOMETRICAS

En este tipo de valoraciones se utiliza una sustancia que forma un complejo poco disociado con un determinado elemento, por lo general un in metlico, para determinar la concentracin de dicho ion en una disolucin. Es una valoracin de tipo volumtrica. Se utiliza un compuesto que produzca un claro cambio de color, para determinar con precisin la finalizacin de la valoracin. Las caractersticas que tiene que cumplir una reaccin de formacin de complejos para poder ser utilizada como valoracin volumtrica, son las siguientes.

Cuando agregamos el valorante gota a gota, la reaccin debe alcanzar el equilibrio qumico con rapidez.

Que no haya interferencias, es decir, que el ion cuya concentracin queremos determinar, forme nicamente el complejo que se desea y no otros.

Que sea posible determinar la finalizacin de la valoracin mediante el agregado de un indicador complexomtrico, cuyo color vare inmediatamente despus de alcanzado el punto de equilibrio.

En este tipo de valoraciones el agente valorante debe de tener la capacidad de formar complejos estables, el valorante mas utilizado es el EDTA (etilendiaminotetraactico). Este cido es capaz de formar complejos con cationes, por lo general metlicos. El EDTA es uno de los valorantes complexomtricas ms verstiles, ya que posee seis sitios de potencial unin con cationes, dado que tienes dos grupos amino y cuatro grupos carboxilo, todos con un par de electrones libres. Adems, el EDTA se combina con los iones metlicos en una proporcin de 1 a 1, sea cual sea la carga del catin. Un ejemplo de la utilidad prctica de las valoraciones complexomtricas, es la determinacin de la dureza del agua mediante este tipo de tcnicas. Los iones metlicos con mayor concentracin en el agua son los iones calcio y magnesio. Se pueden utilizar valoraciones complexomtricas para determinar la concentracin de dichos iones en agua. La determinacin de la dureza del agua es importante para valorar la calidad de la misma. En las aguas duras, el calcio comienza a precipitar si la temperatura del agua aumenta, depositndose en caeras y tuberas, obstruyndolas. En las valoraciones complexomtricas tambin se utiliza un indicador el cual debe de cambiar de color al formar un complejo pero mucho mas inestable que el producido por el EDTA, algunos indicadores solo nos ayudan a detectar la presencia de algunos metales

Calmagita: Ba, Ca, Mg, Zn

Negro de Ericromo: Ba, Ca, Mg, Zn

Murexida: Ca, Ni, Cu

Negro Azulada: Ca, Mg, Zn, Cu

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7.1. DUREZA

La dureza del agua a la concentracin de compuestos minerales de cationes principalmente divalentes y especficamente los alcalinotrreos que hay en una determinada cantidad de agua, en particular sales de magnesio y calcio. Son stas las causantes de la dureza del agua y el grado de dureza es directamente proporcional a la concentracin de sales de esos metales alcalinotrreos.

Dureza total: Dureza clcica: Dureza magnsica:

Para determinar la dureza total se debe adicionar una solucin tampn (pH~10) puesto que a estas condiciones todos los cationes a diferencia del calcio y el magnesio precipitan en forma de hidrxidos, se utiliza como indicador el negro de ericromo. Para determinar la dureza clcica se adiciona una solucin bsica para tener un 12

59

La principal fuente de dureza son los bicarbonatos

La cantidad de dureza adicional a la dureza por carbonatos se llama Dureza no Carbonatada la cual puede ser producida por sulfatos o cloruros y corresponde a:

Dureza no carbonada = Dureza Total- Dureza por Carbonatos

La dureza por carbonatos se denomina dureza temporal y la dureza por no carbonatos se denomina dureza permanente.

Alcalinidad Dureza

Ca (HCO3)2

60

APENDICE

61

APENDICE A: PROBLEMAS RESUELTOS

1. Una muestra de de mena de 12,1374 g que contena Ni y Co se paso por el esquema analtico

de Fresenius. En el punto A la masa combinada de Ni y Co era de 0,2306g y en el punto B la

masa de Co era de 0.0813g indique el peso porcentual de Ni en la mena con la cantidad

correcta de cifras significativas.

DATOS:

12,374g de mena

Punto A: 0,2306g Ni, Co

Punto B: 0,0813g Co

2. La concentracin del HCl comercial concentrado es de 27%

de HCl. Su densidad es de 1.18

. con esta informacin calcule a) la molaridad del HCl concentrado y b) el volumen(en

mililitros) de una disolucin que contenga 0,036 mol de HCl.

DATOS:

n= 0,036 mol HCl

27%

=1.18

a)

b)

62

3. El suministro de agua de una ciudad se ha fluorado aadiendo NaF. la concentracin de F-

deseada es de 1,6 ppm.

Cuantos miligramos de NaF deben aadirse por galn de agua si el agua tiene ya 0.2 ppm de F-

( 1 galn= 3.79L)

DATOS:

Concentracin F-: 1,6ppm

1 galn H2O 0,2 ppm F-

4. En los tratamientos de aguas, se utilizan reacciones de precipitacin para eliminar o reducir la

concentracin de iones Men+,slice; adems, las aguas de las zonas de calizas, suelen contener

cantidades importantes de Ca2+y Mg2+ en forma de bicarbonatos, cuya eliminacin se lleva a

cabo con cal. Plantee la ecuaciones qumicas para este fin. Adems, como el carbonato de Mg

es relativamente soluble (70 mg/L), se requiere un exceso de cal. Que tipos de compuestos se

forman el Ca2+ y Mg2+ en estas condiciones. Si las [Ca2+ ]=50 mg/l, [Mg2+ ]=15mg/l. Calcular la

cantidad de cal para precipitar el Ca2+ y Mg2+ contenido en 1500 ml de muestra.

63

5. Se deja reposar una una suspensin de CaCO3 cuyo Kps=10-8.35, calcular:

a) La [Ca2+] y [CO 32+] de la solucin, expresada en molaridad y en mg/L

CaCO3 (s) Ca2+

(ac) + CO 32+

(ac)

b) La solubilidad del CaCO3

64

6. Cuantos gramos de yodato de lantano, La(IO3)3 , pueden disolverse en 250mL de:

La(IO3)3 La2+ + 3IO3

-

a) Agua

La(IO3)3 La2+ 3IO3

-

INICIO A ------------- -------------- CAMBIO -X +X +3X

EQUILIBRIO A-X X 3X

b) LiIO3 0.050 M

La(IO3)3 La2+ + 3IO3

-

Li(IO3)3 Li2+ + 3IO3

-

La(IO3)3 La2+ 3IO3

-

INICIO A ------------- 0.05 CAMBIO -X +X +3X

EQUILIBRIO A-X X 3X+0.05

65

7. Para eliminar el Fe2+ de un medio acuoso se oxida a Fe3+ dosificando agua oxigenada y medio

precipitante. Realice lo siguiente a) Balance la ecuacin (mtodo ion electrn), indicando el medio en el que se produce la reaccin

Fe2+ Fe3+

(O2)2- + 4H+ 2H2O

2Fe2+ + (O2)

2- + 4H+ 2Fe3+ + 2H2O

El medio en el que se produce la reaccin es medio acido b) Si la muestra de agua contiene 22 mg de Fe2+/L, calcular la cantidad de oxidante (g) requerido

para la oxidacin total.

c) El ion frrico formado puede precipitarse con cal. Plante la ecuacin qumica correspondiente y

calcule el consumo del medio precipitante (g).

2Fe3+ + 3Ca (OH)2 2Fe(OH)3 + 3Ca2+

-1e-

+2 e-

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d) Si el Kps del producto formado en el lierral c es 1.6 X 10-39 que concentracin de Fe3+ (mg/L)

permanece en fase acuosa

Fe(OH)3 Fe3+ 3(OH)-

INICIO S ------------- -------------------

CAMBIO S +X +3X

EQUILIBRIO S X 3X

8. Se prepara una mezcla que contiene bisulfito y sulfito en relacin molar igual a 10:1. Calcular

el pH de la mezcla. pKa(HSO3 -) = 7.2

HSO3

- SO3- + H+

9. Calcular el grado de hidrlisis y el pH de una solucin de KCN(0.5M), Ka(HCN)=7.25 X 10-10

KCN K+ + CN-

CN- + H2O HCN + OH-

67

10. Se prepara una solucin acuosa con hipoclorito de calcio, hasta obtener una concentracin

0.01M. calcular el pH de la solucin. Ka=3x10-8

HClO/Ca(OH)2 Ca(ClO)2 Ca

2+ + 2ClO-

ClO- + HOH HClO + OH-

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11. Se disuelve hipoclorito de sodio es una solucin tamponada a pH 6,20. Establecer la relacin

(ClO-) (HClO) en una solucin plantee las respectivas ecuaciones. pKa(HClO)=7,53

12. Una muestra de agua contiene 118mg/l de HCO3- y 119 mg/l CO3

2- , con un pH de 9,5 calcular

la solubilidad en mg/l de CaCO3.

HCO3- CO3

2- H+

INICIO 1,9* 10-3 3,17*10-4 - CAMBIO -x x x

EQUILIBRIO 1,9* 10-3-x 3,17*10-4+x x

69

13. Un litro de una solucin contiene 100 mg de HCL. Calcule lo siguiente: a) pH de la solucin

HCl(ac) H+ + Cl-

b) NaOH (ml) necesita para alcanzar el punto de equivalencia (NaOH=1N 14. Una muestra que solo contiene Al2O3 y Fe2O3 pesa 2.019 g. Cuando se calienta en un flujo de

H2, el Al2O3 permanece sin cambio, pero el Fe2O3 se convierte en Fe metlico y H2O(g). Si el

residuo pesa 1.774 g. Cul es el porcentaje en peso de Fe2O3. En la mezcla original?

En Ec: 2

70

Ec: 1 en Ec:2-1

15. La caliza est compuesta principalmente del mineral calcita CaCO3. El contenido en

carbonato de una muestra de 0.5413 g de caliza en polvo se determino suspendiendo el polvo

en agua, aadiendo 10 ml de HCl (1.396 M), y calentando para disolver el slido y expulsar el

CO2. El exceso de acido consumi 39.6 ml de NaOH (0.1004 M) en su valoracin frente a la

fenolftalena. Hallar el %p de calcita en la muestra. Planteara las ecuaciones qumicas

correspondientes.

16. Una mezcla que pesa 7.290 mg est constituida exclusivamente por ciclohexano, C6H12

(PF=84.161) y oxirano, C2H4O (PF=44.053). Al efectuar el anlisis por combustin de esta

mezcla, se produjeron 21.999 mg de CO2 (PF=44.01). Halle el porcentaje en peso de oxirano

en la mezcla.

71

Ec :3 y Ec:4 en Ec:2

17. Contenido de bicarbonato sdico en tabletas anticidas:

Una muestra de tabletas molidas que pesa 1 g se trata con acido sulfrico diluido para generar

dixido de carbono, agua y..Esta reaccin se realiza en un matraz conectado a un tubo de

absorcin que se ha pesado previamente y que contiene material absorbente que retiene

selectivamente el dixido de carbono generado (5 mg).Expresar el contenido del

bicarbonato de sodio en g y % p/p.

72

18. Una mena que contena magnetita, Fe3O4, se analizo disolviendo una muestra de 1.5419g en

HCl concentrado, producindose as una mezcla de Fe2+ y Fe3+. Tras aadir HNO3 para oxidar el

Fe2+ a Fe3+, la disolucin resultante se diluyo con agua y el Fe3+ se precipito en forma de Fe

(OH)3 mediante adicin de NH3. Despus de filtrar y lavar el precipitado, se calent el residuo

hasta ignicin, obtenindose 0.8525 g de Fe2O3 puro. Calcule el porcentaje en peso de Fe3O4

presente en la muestra.

19. Se pretende determinar el contenido en cloruros de una muestra de agua utilizando el mtodo

de MOHR. Para ello se valoran 25 ml de una muestra problema con una disolucin de nitrato

de plata (0.01 M). El viraje se produce tras la adicin de 7.4 ml del medio valorante. Calcular la

concentracin de cloruro expresada en mg/l de la muestra problema.

73

20. Un mtodo para determinar el carbono orgnico soluble en agua de mar consiste en oxidar la

materia orgnica a CO2 con K2S2O8 y despus determinar por gravimetra el CO2 retenido por

una columna de asbesto recubierto de NaOH. Una muestra de 6.234 g de agua produce 2.378

mg de CO2. Calcule el contenido en ppm de carbono en el agua de mar.

21. Para determinar la cantidad de Fe en un suplemento diettico, se moli una muestra aleatoria

de 15 comprimidos con un peso total de 20.505 g hasta obtener un polvo fino. Una muestra de

3.116 g de este polvo se disolvi y trato, haciendo que el Fe precipitara en forma de Fe(OH)3.

El precipitado se recogi, se lavo y se llevo a ignicin hasta lograr un peso constante de 0.355 g

de FE2O3. In forme el contenido de hierro en forma de FeSO4.7H2O por comprimido de

suplemento alimenticio.

22. A qu valor de pH debe ser terminada la valoracin de una solucin de cido actico (0,2N)

con una solucin de NaCl (0.1N)

CH3COOH CH3COO- H+

INICIO 0.2 - - CAMBIO -X X X

EQUILBRIO 0.2-X X X

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CH3COO- HOH CH3COOH OH

-

INICIO - -

CAMBIO -X X X

EQUILBRIO 1.88 x 10-3-X X X

pOH= 6

pH= 8

23. La alcalinidad de las aguas naturales suele controlarse a travs de la medida de OH-,CO32-

,HCO3-. Que pueden encontrarse aislados o formando combinaciones. La valoracin de la

muestra de 100 ml a pH de 8.3 requiere 18.67ml de HCl (0.02812 M).Una segunda muestra de

100 ml requiere 48.12 del mismo valorante para alcanzar con pOH de 4.5.Identifique las

fuentes de alcalinidad a la fenolftalena y total, la concentracin en ppm de las especies o

aniones presentes.

A la fenolftalena

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24. Un anlisis de una muestra de agua presento los resultados que muestran a continuacin.

Determinar:

a) Dureza carboncea, no carboncea y la total.

b) Alcalinidad al carbonato, al bicarbonato y total.

Na+= 25 mg/l Cl-=48.6 mg/l

Ca+ = 45 mg/l CO32- = 20 mg/l

Mg2+ = 10 mg/l HCO3- = 40 mg/l

K+ = 10 mg/l SO42- = 82 mg/l

Dureza total = 156.6 mg CaCO3/l

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Alcalinidad al bicarbonato

Alcalinidad al Carbonato

Dureza total > Alcalinidad Dureza por CO32- = Alcalinidad al carbonato

Dureza no carboncea = Dureza total Dureza por CO32-

Dureza no carboncea = 153.6 -32.79

Dureza no carboncea =120.8 mg CaCO3

25. Se pretende determinar el contenido en cloruros de una muestra de agua utilizando el

mtodo de Mohr. Para ello se valoran 25 ml de una muestra problema con cada disolucin de

nitrato de plata (0.01 M). El viraje se produce tras la adicin de 7.4 ml del medio valorante.

Calcular la concentracin de cloruro expresada en mg/l de la muestra problema.

26. Un alcuota de 10 ml de vinagre se diluy en un volumen final de 100 ml. La valoracin de 20

ml de esta solucin necesit 7 ml de NaOH (0.096 M). Calcular la concentracin de cido

actico (expresada como relacin peso / volumen) del vinagre.

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27. Una muestra de agua contiene 118 mg HCO3-/l, 19 mg CO3

2-/l, y tiene un pH de 9.5. Calcular la

alcalinidad total (mg CaCO3/l)

Alcalinidad total = 108.4 mg CaCO3 /l

28. En las siguientes muestras, calcule la alcalinidad por hidrxidos, carbonatos y bicarbonatos. El

volumen de la muestra es de 100 ml, se utiliza H2SO4 (0.02N) a 25C.

MUESTRA pH V1. Fenolftaleina, ml V2.Verde bromo cresol, ml

A 10 14.4 38.6

B 7 0 12.7

Adems cuantifique la presencia de los respectivos iones expresado en mg/l.

Muestra A:

V>V1 HCO3-/CO3

2

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Muestra B

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29. Se tratan 50 ml de una solucin que contiene Ni 2+,Zn2+ con 25 ml de EDTA (0.0452M) para

complejar todo el metal. El exceso de EDTA que no ha reaccionado requiere 12.4 ml de una

solucin de Mg2+ (0.0123M) para que reaccione por completo. A continuacin se aade un

exceso de reactivo 2,3-Dimercapto-1-propanol para desplazar el EDTA del cinc, y se consumen

29.2 ml de Mg2+ (0.0123M) para reaccionar con el EDTA liberado. Calcular la molaridad de Ni 2+

y Zn2+ en la solucin de partida.

Volumen de EDTA que reacciona con la solucin de Mg2+ (0.0123M)

Volumen que reacciona con la muestra

Volumen de EDTA utilizado con el cinc.

Volumen de EDTA utilizado con el niquel.

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Concentracin cinc en la muestra

Concentracin del nquel en

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Manual de Estudios Analisis Quimico