Metodo de Analisis Gravimetrico

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    25-Jul-2015

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MTODO DE ANLISIS GRAVIMETRICO Se ha mencionado con anterioridad que el anlisis gravimtrico es una las principales divisiones de la qumica analtica. La cantidad de componente en un mtodo gravimetrico se determina por medio de una pesada. Para esto, la analita se separa fsicamente de todos los dems componentes de la mezcla, as como del solvente. La precipitacin es una tcnica muy utilizada para separar la analita de las interferencias; otros mtodos importantes de separacin son la electrolisis, la extraccin con solventes, la cromatografa y la volatilizacin. En este capitulo trataremos los principios generales del anlisis gravimetrico, incluyendo los clculos estequiometricos. Tambin revisaremos el tema de los precipitados, su formacin y propiedades y lo relacionado a su utilizacin en el anlisis gravimetrico. Los otros mtodos de separacin se tratarn en captulos posteriores. Principios generales Un mtodo de anlisis gravimetrico por lo general se basa en una reaccin qumica con sta: aA + rR AaRr

en donde a son las molculas de analita A, que reaccionan con r molculas de reactivo R. el producto, AaRr, es por regla general una sustancia dbilmente soluble que se puede pesar como tal despus de secarla, o que se puede calcinar para formar otro compuesto de composicin conocida y despus pesarlo. Por ejemplo, el calcio se puede determinar por gravimetra precipitndolo en forma de oxalato de calcio y calcinando el oxalato a oxido de calcio: Ca2+ + C2O42CaC2O4(S)

CaC2O4(S)

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

Para disminuir la solubilidad del precipitado normalmente se aade un exceso de preactivo R. Para que un mtodo gravimetrico sea satisfactorio, debe cumplir los siguientes requisitos: 1. El proceso de separacin debe ser completo, para que la cantidad de analita que no precipite no sea detectable analticamente (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 composicin definida y debe ser pura o casi pura. Si esto no se cumple, se pueden obtener resultados errneos. Para el anlisis, el segundo requisito es el mas difcil 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 investigacin acerca de la formacin y las propiedades de los precipitados, y se han obtenido conocimientos notables que le permiten al analista minimizar el problema de la contaminacin de los precipitados. ESTEQUIOMETRIA En el procedimiento gravimetrico acostumbrado, se pesa el precipitado y a partir de este valor se calcula el peso de la analita presente en la muestra analizada. Por consiguiente, el porcentaje de analita A es

%A=

peso de A peso de la muestra

Para calcular el peso de la analita a partir del peso del precipitado, con frecuencia se utiliza un factor gravimetrico. Este factor se define como los

gramos de analita presentes en un g (o el equivalente a un g) del precipitado. La multiplicacin del peso del precipitado P por el factor gravimetrico nos da la cantidad de gramos de analita en la muestra: Peso de A = peso de P x factor gravimetrico Por lo tanto peso de P x factor gravimetrico X 100 peso de la muestra

%A=

El factor gravimetrico aparece en forma natural si para resolver el problema se considera la relacin estequimetrica entre el nmero de moles participantes. Consideremos los siguientes ejemplos. Ejemplo 1. Una muestra de 0.6025 g de una sal de cloro se disolvi en agua y el cloruro se precipit adicionando un exceso de nitrato de plata. El precipitado de cloruro de plata se filtr, se lav, se sec y se pes, obtenindose 0.7134 g, Calcule el porcentaje de cloro (Cl) en la muestra. Sea g= gramos de Cl en la muestra. La reaccin es Ag+ + Cl- AgCl(s) Puesto que una mol de Cl- da una mol AgCl, moles Cl = moles AgCl g 0.7134 = 35.45 143.32 g = 0.7134 x 35.45 143.32

% Cl =

peso del Cl

x 100 x 100 peso de la muestra

% Cl =

0.7134 x(35.45 / 143.32 x 100 0.6025 % Cl = 29.29

La relacin 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 atmico 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 disolvi en cido, el hierro se oxid al estado de + 3 y despus se precipit en forma de oxido de hierro hidratado, Fe2O3. xH2O. el precipitado se filtr, se lav y se calcin a Fe2 O3 , el cual se encontr que pesaba 0.2481 g. calcule el porcentaje de hierro (Fe) en la muestra. Sea g = gramos de Fe en la muestra. La reaccin es 2Fe Fe2O3 . xH2O Fe2O3(s)

puesto que dos moles de Fe3+ producen una mol de Fe2O3, moles Fe = 2 x moles Fe2O3 g 0.2481 = 2x 55.85 159.69 2x55.85 159.69

g = 0.2481 x

% Fe =

0.2481x[ ( 2 x55.85) / 159.69] x100 0.4852 % Fe = 35.77

En este ejemplo, el factor gravimtrico es 2Fe/Fe2O3, ya que hay dos tomos de Fe en una molcula de Fe2O3. En general, para establecer un factor gravimtrico se deben sealar dos puntos. Primero, el peso molecular (o el peso atmico) de la analita en el numerador y en el denominador deben ser equivalentes qumicamente. Algunos ejemplos adicionales de factores gravimtricos se presentan en la tabla 4.1. Los manuales de qumica y fsica contienen listas bastante largas de estos factores y de sus logaritmos.

Tabla 4.1 Algunos factores gravimtricos Substancia pesada AgCl BaSO4 BaSO4 Fe2O3 Fe2O3 Fe2O3 Mg2P2O7 Mg2P2O7 PbCrO4 K2PtCl6 Substancia buscada Cl S SO3 Fe FeO Fe3O4 MgO P2O5 CrO3 k Factor Cl AgCl S BaSO4 SO3 BaSO4 2 Fe Fe2 O3 2 FeO Fe2 O3 2 Fe3O4 3Fe2 O3 2 MgO Mg 2 P2 O7 2 MgO Mg 2 P2 O7 Cr2 O3 2PbCrO4 2K K 2 PtCl 6

Los siguientes ejemplos ilustran algunas aplicaciones de los clculos estequiomtricos en anlisis gravimtricos. Ejemplo 3.Por ciento de pureza. El fsforo contenido en una muestra de roca fosfrica que pesa 0.5428 g se precipita en forma de MgNH4PO4 . 6H2O y se calcula a Mg2P2O7 . Si el precipitado calcinado pesa 0.2234 g calcule (a) el porcentaje de P2O5 en la muestra y (b) el por ciento de pureza expresado como P en lugar de P2O5. (a) El porcentaje de P2O5 est dado por % P2 O5 = pesodelprecipitadox( P2 O5 / Mg 2 P2 O7 ) x100 pesodelamuestra 0.2234 x(141.95 / 222.55) x100 0.5428

% P2 O5 =

% P2 O5 = 26.25 (b) El clculo es el mismo que en (a), excepto que el factor gravimtrico que se utiliza es P en Mg2P2O7 . %P = pesodelprecipitadox ( 2 P / Mg 2 P2 O7 ) x100 pesodelamuestra 0.2234 x( 2 x30.974 / 222.55) x100 0.5428 % P = 11.46 Ejemplo 4.Precipitacin de hierro. Calcule la cantidad de mililitros de amoniaco, densidad 0.99 g/ml y 2.3% en peso de NH3, que se necesitan para precipitar en forma de Fe(OH)3 el hierro contenido en 0.70g de muestra que contiene 25% de Fe2O3. La reaccin de precipitacin es Fe3+ + 3NH3 + 3H2O Fe(OH)3 (s) + 3NH4+ 3+ 3 x moles Fe = moles NH3 0.70 x0.25 = 0.0011 moles Fe2O3 en la muestra = 159.69 moles Fe3+ = 2 x moles Fe2O3 = 2 x 0.0011 = 0.0022 Molaridad NH3= 0.99 g / mlx1000 ml / litrox 0.023 17.03 g / mol

%P =

Molaridad NH3=1.34 mol/litro moles NH3 = V x M Por lo tanto 3 x 0.0022 = V x 1.34 V = 0.0049 litros, o 4.9 ml Ejemplo 5.- tamaos de la muestra. Si el qumico desea un precipitado de AgCL que pese 0.500g a partir de una muestra que contiene 12% de cloro (CL), qu cantidad de muestra debe tomar para el anlisis) La reaccin de precipitacin es donde V = litros de NH3

Y

Ag++Cl-

AgCl(s)

Moles Cl- = moles AgCl Si w = gramos de muestra, entonces wx 0.120 0.500 = 35.45 143.32 w=1.03g Ejemplo 6. Errores. En la determinacin gravimtrica de azufre, el precipitado calcinado de BaSO4 algunas veces se reduce a BaS (pgina 117). Por supuesto que esto ocasiona un error si el analista no se da cuenta de ello y convierte el BaS a BaSO4. Supongamos que se analiza una muestra que contiene 32.3% de SO.3 y que el 20% del precipitado final que se va a pesar est en forma de BaS (el 80.0% es BaSO4). Si el analista supone que todo el precipitado es BaSO4, qu porcentaje de SO3 calcular Sea f= fraccin de SO3 que calculara (100f = por ciento) y wp= peso de la mezcla de BaSO4 y de BaS Entonces SO3 x100 = 100 f BaSO4 1.000 BaSO4 SO3 obtenido a partir de una muestra de 1.000g.

wp x

w p = fx

(1) puesto que el 80% del precipitado es BaSO4 y el 20% es BaS, el porcentaje correcto de SO3 esta dado por 0.8w p x SO3 SO3 + 0.200 w p x BaSO4 BaS x100 = 32.3 1.000

(2) Substituyendo (1) en (2) resulta 0.800 f + 0.200 fx 1.0000 BaSO4 BaS x100 = 32.3

Resolviendo la ecuacin con los pesos moleculares obtenemos f=.0300, esto es, el analista calculara 100 X 0.300 = 30.0% de SO3. Ejemplo 7. Mezclas. Una muestra que contiene slo CaCO 3 y MgCO3 se calcina a CAO y MgO.La mezcla de xido pesa exactamente la mitad de lo que pesaba la muestra original. Calcule los porcentajes de CaCO3 y de MgCO3 presentes en la muestra. El problema es independiente del tamao de la muestra. Supongamos 1.000g de muestra; entonces la mezcla de xido pesa 0.500g. Si w = gramos de CaCO3 por consiguiente 1.000- w = gramos de MgCO3. Gramos de CaO + gramos de MgO = 0.5000 CaO MgO wx + (1.000 w) = 0.5000 CaCO3 MgCO3 56.08 40.304 wx + (1.000 w) = 0.5000 100.09 84.314 W = 0.2673 g CaCO3 Puesto que la muestra pesa un g, el % de CaCO 3 = 26.73 y el % de MgCO 3 = 100.00-26.73 = 73.27. Ejemplo 8. Anlisis indirecto. Dos componentes de una mezcla se pueden determinar a partir de dos series independientes de datos analticos. Con ellos se establecen dos ecuaciones con dos incgnitas y se resuelven en forma simultnea. Este es un ejemplo en el cual una serie de datos son gravimtricos y los otros volumtricos. Una muestra de 0.7500g que contiene NaCl y NaBr se titul con 42.23 ml de AgNO3 M. Una segunda muestra de igual peso se trat con un exceso de Nitrato de Plata y la mezcla de AgCl y de AgBr se filtr, se encontr que pesaba 0.8042g. Calcule el porcentaje de NaCl y de NaBr presentes en la muestra. Tomando x como las milimoles de NaCl y y como las milimoles de NaBr, entonces

x + y = milimoles total = 42.23ml x 0.1043mmol/ml x +y = 4.405 Tambin x = milimoles de AgCl y y = milimoles de AgBr producidas. Por lo tanto, AgCl x + AgBr y = 804.2 143.32x + 187.77 y = 804.2 Resolviendo nos da X = 0.516 y y = 3.889 Por consiguiente, % NaCl = 0.516 mmolx58.44mg / mmol x100 = 4.02 750.0mg

% NaBr =

3.889 mmolx102.89mg / mmol x100 = 53.35 750.0mg

Debe notarse que, al resolver esta expresin para y, es necesario dividir entre la diferencia en los pesos moleculares de AgCl y AgBr. Mientras ms cerca estn uno del otro estos pesos moleculares, mayor ser el efecto que tendr un error en los datos experimentales (peso de los precipitados combinados) sobre el valor de y y su x correspondiente. En otras palabras, la confiabilidad del procedimiento se reduce si los dos pesos moleculares tienen un valor muy similar.