4to Informe A.Q.

Facultad de Ingeniería Geológica, Minera y Metalúrgica

INTRODUCCIÓN

El Tercer Grupo de Cationes puede ser llamado el “Grupo del Acero”. Todos los elementos de este grupo, excepto el Zn, son importantes en la fabricación del acero. El vanadio que precede inmediatamente al cromo en el arreglo periódico de los elementos, es igualmente importante en la fabricación del acero. Cr, Mn, Co y Ni son los elementos de transición del cuarto período (K al Kr) en los grupos VI, VII y VIII. Estos elementos de transición son caracterizados por sus cambios de valencias y por los colores intensos en muchos de sus iones.

Todos los miembros de este tercer grupo analítico tienen sulfuros (o hidrosulfuros) demasiado solubles para poder ser precipitados por el H2S en medio ácido (disoluciones de ácido clorhídrico), por lo cual ellos no precipitan en el II grupo. En el curso de la precipitación de los cationes del III grupo analítico en formas de sulfuros e hidróxidos, se obtienen a menudo sistemas coloidales (disoluciones coloidales, sales).

OBJETIVOS

Lograr la separación e identificación de cada uno de los cationes del III Grupo: Fe2+, Ni2+, Co2+, Al3+, Cr3+, Mn2+ y Zn2+.

Aprender mediante el análisis cualitativo técnicas para separar los cationes de los diferentes elementos del III Grupo.

Conocer las diferentes características (color, olor, textura, etc.) de estos cationes en los respectivos precipitados (u otras formas) en que logramos aislarlos.

Observar e identificar las reacciones características de algunos de los cationes pertenecientes al grupo III, para familiarizarnos con ellos y lograr encontrar una aplicación en nuestras futuras profesiones.

Comprobar cómo varia la solubilidad en relación al caso particular del efecto salino.

4° Informe de Laboratorio Análisis del Grupo III de Cationes


FUNDAMENTO TEÓRICO

Tercer Grupo de Cationes

El tercer grupo analítico de cationes lo componen los iones de los metales Al, Cr, Ti, Mn, Ni, Co y algunos otros cationes de elementos menos difundidos. Este grupo se diferencia de los cationes de los grupos IV y V por la insolubilidad de los correspondientes sulfuros en agua, los cuales sin embargo, se disuelven bien en ácidos diluidos, propiedad que distingue el grupo III de los grupos I y II.

Los cationes de este grupo no son precipitados por los reactivos de grupo correspondientes a los grupos I y II pero son precipitados, en solución alcalinizada con hidróxido de amonio, en presencia de cloruro de amonio por sulfuro de amonio. Estos cationes con excepción del aluminio y cromo que son precipitados como hidróxidos debido a la hidrólisis total de sus sulfuros en solución acuosa, precipitan como sulfuros. El hierro, aluminio y cromo y Por eso es común subdividir este grupo en el grupo del hierro (hierro, aluminio y cromo) o grupo IIIA y en el grupo de Zinc (níquel, cobalto, manganeso y zinc) o grupo IIIB.

Subgrupo IIIA:

Hierro, cromo, titanio, uranio, circonio, torio, lantánido, cerio, aluminio, vanadio y berilio. Son precipitados como hidróxidos por la solución de hidróxido de amonio en presencia de cloruro de amonio, mientras que los otros metales del grupo permanecen en solución. Manifiestan semejanza en su capacidad de precipitación en forma de fosfatos poco solubles en agua, e incluso en ácido acético a este mismo subgrupo pertenecen los iones Fe2+, que se oxidan fácilmente a iones Fe3+.

Subgrupo IIIB:

Níquel, cobalto, manganeso y cinc. Pueden ser precipitados por el sulfuro de amonio en forma de sulfuros y forman precipitados solubles.

Precipitación de los sulfuros

A diferencia de los sulfuros de los cationes de los grupos analíticos IV y V bien solubles en agua, los cationes de los grupos I, II y III forman por acción de los iones sulfuros unos compuestos que son prácticamente en agua.

Por lo consiguiente, la acción de los iones sulfuro, se utilizan en el desarrollo sistemático para separar los grupos analíticos II y III de los grupos IV y V. No obstante los aniones sulfuros de un ácido muy débil H2S.

Sistemas coloidales

El proceso de precipitación se complica frecuentemente debido a la formación de soluciones coloidales como resultado de la formación de estas soluciones, las sustancias correspondientes poco solubles(por ejemplo los



cationes del grupo III) no pueden ser separadas de la solución ni por centrifugación ni por filtración. Así, el objetivo de toda la operación –la separación de los iones- no se logra.

Para evitar este inconveniente hace falta tomar ciertas precaución destinadas a prevenir la formación de soluciones coloidales o a destruirlas si estas ya se formaron. Recordaremos que representan las soluciones coloidales y cuáles son sus propiedades más importantes para la química analítica.

Si se dispersan las partículas minúsculas de una sustancia en otra sustancia, se formara un sistema disperso. El conjunto de los sistemas separados de ese sistema se llama fase dispersa y la sustancia en la que estas están repartidas se denomina medio de dispersión.

Coprecipitación

Los precipitados cuando se separan de la solución adsorben en su superficie tantos iones comunes como extraños.

En particular es de gran efecto la adsorción por las partículas coloidales sumamente desarrolladas. El analista debe tomar en consideración el fenómeno de absorción, especialmente para la identificación de cantidades pequeñas (“trazas”) de impurezas. El tipo de iones extraños que adsorbe el precitado en cada caso concreto depende, en gran parte, de las condiciones de precipitación.

Determinación del Ph del medio en el curso de análisis cualitativo

En algunos casos el control previo del medio con ayuda de un indicador no es suficiente. Por ello, en el análisis cualitativo se utilizaran otros métodos más exactos de determinación de la concentración de los iones hidrógeno o ph, se usan potenciómetros ph-metros de laboratorio dedicados a la medición del ph de las diluciones acuosas. Uno de los métodos más sencillos es el método colorimétrico, este se basa en el uso de los reactivos que cambian de color en concentración de iones hidrógeno. Tales reactivos adquieren el nombre de indicadores.

Mezclas amortiguadores y su utilización en la química analítica

Si la disolución de algún ácido o álcali se le añade entonces, por supuesto la concentración de iones hidrógeno o hidroxilo, respectivamente disminuye pero, si cierta cantidad se añade la mezcla de ácido acético y acetato de sódico o a la mezcla de amoníaco y cloruro amónico, la concentración de iones hidrógeno o hidroxilo no cambiará.

La propiedad de mantener invariable la concentración de iones hidrógeno después de la dilución y también después de la adición de pequeñas cantidades de ácidos o álcali fuertes es conocida bajo el nombre de acción amortiguadoras. Las diluciones que ejercen acción amortiguadora, se denominan disoluciones amortiguadoras, o mezclas amortiguadoras.



Semejantes mezclas se pueden considerar como mezclas de electrolitos que contienen iones comunes.

MATERIALES

EQUIPO:

8 tubos de ensayo. 1 embudo de vidrio. Pinza metálica. Papel de filtro. Papel tornasol (en

trozos). Piseta con agua destilada 1 bagueta. 1 gradilla. 1 vaso de precipitado. 1 alambre de micrón. 1 estufa. 1 mechero.

REACTIVOS:

Sulfuro de Sodio Na2S Hidróxido de Amonio NH4OH Ácido Clorhídrico HCl Ácido Nítrico HNO3

Cloruro de Amonio NH4Cl Sal de Bórax B4O7Na2

Cloruro de Bario BaCl2

Peróxido de Sodio Na2O2

Carbonato de Sodio Na2CO3

Cianuro Férrico de Potasio K4Fe(CN)6

Clorato de Potasio KClO4

Acetato de Amonio (NH4)CH3COO



PROCEDIMIENTO



OBSERVACIONES

La coloración de la perla del Borato de Cobalto es de color azul obscuro.

La coloración de la perla del Borato de Manganeso es de color verde.

La coloración del precipitado del níquel es rojo escarlata.I. OBSERVACIONES

Al tercer grupo pertenecen los cationes de carga triple: Al3+, Cr3+, Fe3+y los cationes de

carga doble Co2+, Fe2+, Ni2+, Mn2+, Zn 2+ . los cationes de este grupo precipitan en un medio

débilmente alcalino, bajo la acción del reactivo del grupo (NH4)2S formando sulfuros e

hidróxidos ya vistos.

Al añadir HCl los hidróxidos y sulfuros (menos el níquel y cobalto) serán fácilmente

disueltos (solubles) desprendiéndose el HS .

Para disolver los sulfuros de níquel y cobalto se utiliza HCL , agua regia y la disolución se

realiza en caliente.

Los precipitados obtenidos de cada prueba son:CATION PRECIPITADO EVIDENCIA EN EL

COLORFe++ Fe4(Fe(CN)6)3 Azul de PrusiaMn++ Perla Verde azuladaCr+++ BaCrO4 AmarilloAl+++ Al(OH)3 BlancoNi++ Ni[C4H7O2N2]2 RojoCo++ Perla AzulZn++ ZnS Blanco

II. RECOMENDACIONES

Realizar una correcta precipitación (completa), para no tener complicaciones en la

identificación de otros cationes en el futuro, los residuos de una mala precipitación también

pueden afectar futuras reacciones.

Tener cuidado con la manipulación de los reactivos ya que algunos de estos pueden ser muy

concentrados y causar lesiones (quemaduras por parte de ácidos muy concentrados) a los

estudiantes.



Seguir las indicaciones del profesor al realizar los experimentos en los lugares indicados (como

la campana de extracción) para no contaminar el área de trabajo y no causar daños las

personas que se encuentren ahí.

Poner mucha atención a la hora de poner la perla en la llama reductora, ya que el color azul se

desaparece muy rápidamente, para el reconocimiento del cobalto.

Asimismo prestar atención para el reconocimiento del manganeso donde el color verde

permanece por mucho mas tiempo.

– RECOMENDACIONES. Como el subgrupo Zn +2 , Ni2+ y Co2+ forman amoniacos solubles en agua,

debemos agregar un exceso de amoniaco. Estudiar con el manual , la manera de separar los iones Al3+ de los iones

Cr3+ y Zn2+ , los iones Co+2 de los iones Ni 2+ ; los iones Mn2+ de los iones Al+3 Cr3+ y Zn 2+.

Poner mucha atención a la hora de poner la perla en la llama reductora , ya que el color azul se desaparece muy rápidamente, para el reconocimiento del cobalto.

Asimismo prestar atención para el reconocimiento del manganeso donde el color verde permanece por mucho mas tiempo.

RECOMENDACIONES

Realizar una correcta precipitación (completa), para no tener complicaciones en la

identificación de otros cationes en el futuro, los residuos de una mala precipitación también

pueden afectar futuras reacciones.

Tener cuidado con la manipulación de los reactivos ya que algunos de estos pueden ser muy

concentrados y causar lesiones (quemaduras por parte de ácidos muy concentrados) a los

estudiantes.

Realizar los experimentos en los lugares indicados (como la campana de extracción) para no

contaminar el área de trabajo y a las personas que se encuentren ahi.

CONCLUSIONES

Los cationes del grupo III son insolubles (o muy poco) en agua.

Los sulfuros de cationes del grupo III se disuelven el ácidos diluidos

Al añadir las gotas de NH4Cl, luego alcalinizar con NH4OH y añadir Na2S se forma el NH4S

que es quien precipita como sulfuros a: Co, Ni, Fe, Mn, Zn; asimismo se precipitan los

hidróxidos: Al (OH)3, Cr (OH)3.



Para disolver los sulfuros de níquel y cobalto se utiliza agua regia esta disolución se realiza en

caliente.

El hierro (Fe2+ ) es obtenido en un precipitado azul oscuro (azul de Prusia) al añadir el

K4Fe(CN)6 , ocurriendo primero la oxidación del Fe (II) a Fe (III) a la vez que se forma el

ferrocianuro.

CONSLUCIONES GENERALES DEL INFORME Y OBSERVACIONES.

La mayoría de los compuestos de cationes del III grupo son poco solubles en agua y muchos de ellos están coloreados.

Son solubles en agua todos los cloruros , bromuros , yoduros, nitritos, nitratos, acetatos, sulfatos, tiocianatos, cromatos de cinc, aluminio manganeso y hierro.

Son insolubles los hidróxidos, sulfatos, carbonatos. Los cationes del primer subgrupo son mas estables que los iones Fe+3, Al

+3, Cr3+, también se distinguen de los cationes del segundo subgrupo (Ni+3, Co, Mn)

Por el hecho de que los mas estables resultan los compuestos de iones bivalentes.

al tercer grupo pertenecen los cationes de carga triple : Al3+, Cr3+, Fe3+y los cationes de carga doble Co2+, Fe2+, Ni2+, Mn2+, Zn 2+ . los cationes de este grupo precipitan en un medio débilmente alcalino, bajo la acción del reactivo del grupo (NH4)2S formando sulfuros e hidróxidos ya vistos .

Los sulfuros de cationes del tercer grupo se disuelven en ácidos diluidos. Es necesario tener en cuenta la temperatura de la llama del mechero de

gas al efectuar el ensayo de perlas coloreadas ,cobalto y manganeso. Al añadir las gotas de NH4CL + NH4OH + Na2S se forma el NH4S que es

quien precipita como sulfuros a : Co, Ni, Fe, Mn, Zn ; asimismo se precipitan los hidróxidos : Al (OH)3, Cr (OH)3 .

El PH en medio alcalino amoniacal es de 9, el sulfuro amónico que tiene PH 9.3 precipita por completo todos los sulfuros e hidróxidos de los cationes del III grupo analítico.

Al añadir HCl los hidróxidos y sulfuros ( menos el níquel y cobalto ) serán fácilmente disueltos ( solubles) desprendiéndose el HS .

Para disolver los sulfuros de níquel y cobalto se utiliza HCL , agua regia y la disolución se realiza en caliente.

Para el análisis del Cobalto requerirá de la perla de bórax, tal análisis se reducirá al, ensayo de la capacidad de la sustancia a colorear, la llama reductora da un color característico azul en el caso del cobalto o comunicar una coloración determinada a la fundición (perla) que será obtenida al calentar la sustancia con tetraborato sódico (bórax) en el ojete del alambre de platino.

El hierro (Fe2+ ) es obtenido en un precipitado voluminoso azul oscuro al añadir el K4Fe(CN)6 , ocurriendo primero la oxidación del fierro (II) a Fe (III) a la vez que se forma el ferricianuro.

En el manganeso se observo que toma una coloración verde azulado en la perla, para su oxidación a permanganato

1. CONCLUSIONES DEL EXPERIMENTO:

- El sulfuro de níquel es soluble en HCl además también el agua regia lo disuelve

- El cobalto con el níquel una de sus diferencias es que con exceso de hidróxido de amonio el precipitado formado con el níquel se disuelve el precipitado mientras que el precipitado del cobalto se mantiene igual y varia su coloración.



- Los cationes de este grupo no son precipitados por los reactivos correspondientes a los grupos I y II; pero son precipitados en solución alcalizada con hidróxido de amonio en presencia de cloruro de amonio por sulfuro de cloruro de amonio.

- La formación de perlas constituye un método de identificación de cationes

- El principal agente reactante de los cationes del 3er grupo es el Na2S.2. CONCLUSIONES DEL EXPERIMENTO:

CONCLUSIONES

El CoS y el NiS no se disuelven en HCl 1.2 N A un alambre de platino se le dobla en redondo un extremo libre, para formar un pequeño anillo

a través del cual pueda pasar una cerilla común. El anillo se calienta en la llama de bunsen hasta el rojo y luego se introduce rápidamente en bórax pulverizado. Na2B4O7.10H2O el polvo adherido se mantiene en la parte más caliente de la llama, la sal se hincha al perder su agua de cristalización y luego se contrae dentro del anillo, formando una perla vítrea, incolora, transparente que se compone de una mezcla de metaborato de sodio y anhidrido bórico:

Na2B4O7 2NaBO2 + B2O3

CONCLUSIONES

Al agregarle a la solución Na2S, los únicos que precipitan como sulfuros son el Co, Ni, Fe, Mg y el Zn; los demás en forma de hidróxidos (AlC(OH)3, Cr(OH)3 ).

Los únicos sulfuros insolubles en un medio ácido (HCl) son el CoS, NiS.

Para el análisis del cobalto y manganeso nos apoyamos en ensayos por vías secas.

Para el reconocimiento del níquel utilizamos el compuesto orgánico Dimetilglioxima.

III. CONCLUSIONES

Los cationes del grupo III son insolubles (o muy poco) en agua.

Los sulfuros de cationes del grupo III se disuelven el ácidos diluidos

Teniendo en cuenta el producto de solubilidad del catión mas soluble se puede determinar el

pH adecuado con el que se pueda lograr la precipitación completa y que para este grupo es pH



= 8.7 Al añadir las gotas de NH4Cl, luego alcalinizar con NH4OH amortiguamos el sistema

para que cuando le añadimos Na2S el pH no se altera y asi logarar la precipitación completa,

se forma el NH4S que es quien precipita como sulfuros a: Co, Ni, Fe, Mn, Zn; asimismo se

precipitan los hidróxidos: Al (OH)3, Cr (OH)3.

Para el análisis del Cobalto requerirá de la perla de bórax, tal análisis se reducirá al, ensayo de

la capacidad de la sustancia a colorear, la llama reductora da un color característico azul en el

caso del cobalto o comunicar una coloración determinada a la fundición (perla) que será

obtenida al calentar la sustancia con tetraborato sódico (bórax) en el ojete del alambre de

platino.

Para disolver los sulfuros de níquel y cobalto se utiliza agua regia esta disolución se realiza en

caliente.

El hierro (Fe2+ ) al reaccionar con K4Fe(CN)6 forma un precipitado blanco que se vuelve azul al

aire por oxidación del hierro y se transforma en un azul oscuro (azul de Prusia, ocurriendo

primero la oxidación del Fe (II) a Fe (III) a la vez que se forma el ferrocianuro.

.- CONCLUSION Los sulfuros de cationes del grupo III se disuelven el ácidos diluidos

Al añadir las gotas de NH4Cl, luego alcalinizar con NH4OH y añadir Na2S se forma

el NH4S que es quien precipita como sulfuros a: Co, Ni, Fe, Mn, Zn; asimismo se

precipitan los hidróxidos: Al (OH)3, Cr (OH)3.

Para disolver los sulfuros de níquel y cobalto se utiliza agua regia esta disolución se

realiza en caliente.

El hierro (Fe2+ ) es obtenido en un precipitado azul oscuro (azul de Prusia) al añadir

el K4Fe(CN)6 , ocurriendo primero la oxidación del Fe (II) a Fe (III) a la vez que se

forma el ferrocianuro.


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