Fundamentos De Los Métodos Gravimétricos

FUNDAMENTOS DE LOS MÉTODOS GRAVIMÉTRICOS

Logro de la sesión Al finalizar la sesión, el estudiante comprende la importancia del análisis cuantitativo y realiza ejercicios sobre gravimetría de precipitación.

ANÁLISIS CUANTITATIVO

ANÁLISIS GRAVIMÉTRICO Consiste en operaciones para determinar cantidades de un constituyente de una muestra por pesado directo de un elemento puro o de unos de sus derivados, cuya composición es conocida y bien definida.

Analito: separado de uma muestra

MÉTODOS GRAVIMÉTRICOS DE ANÁLISIS •

•

•

Gravimetría por precipitación: El analito es separado de una solución de la muestra como un precipitado y es convertido a una espécie de composición conocida que puede ser pesada Gravimetria de volatilización: El analito es separado de los otros constituyentes de la muestra por conversión a un gas de composición química conocida Eletrogravimetria: El analito es separado por la deposición en un electrodo por medio de una corriente eléctrica

VENTAJAS a. b. c.

Es exacta y precisa cuando se utilizan balanzas analíticas Es fácil de controlar las posibles fuentes de error Las determinaciones pueden ser realizadas con aparatos relativamente baratos (mufla, hornos, crisoles)

El peso del elemento o compuesto puede calcularse a partir de la fórmula química del compuesto y de las masas atómicas elementos que constituyen el compuesto pesado

Fe(OH)3

Ag2CrO4

CÁLCULOS DE ANALITOS. • • •

1. Calcule la masa de hierro, en 2.752g de un precipitado de óxido férrico. 2. Calcule la masa de plata, en 0.0458 g de un precipitado de cromato de plata. 3. Calcule la masa de cobre, en 3.442 g de un precipitado de sulfuro cúprico.

Solución 1: Método 1 a) Compuesto Fe(OH)3 ¿Qué porcentaje de hierro está presente en el compuesto?

Asumiendo 1 mol de Fe(OH)3 PM Fe(OH)3 = 106.85 g PM Fe = 55.85 g

𝑖∗𝑃𝑀𝐹𝑒

%𝐹𝑒 = 𝑃𝑀

𝐹𝑒 𝑂𝐻 3

=

1∗55.85 *100% 106.85

= 52.27%

𝑖 = Subíndice de quien se busca.

Masa de hierro en la muestra : %Fe*W muestra = 52.27 % * 2.752g = 1.438 g

CÁLCULOS DE ANALITOS. 1. Calcule la masa de hierro, en 2.752g de un precipitado de óxido férrico. •

Solución 1: Método 2

a) Compuesto Fe(OH)3 ¿Cuántas moles de Fe(OH)3 hay en 2.752g? PM Fe(OH)3 = 106.85 g PM Fe = 55.85 g

𝑛𝐹𝑒

𝑂𝐻 3

=

𝑊𝐹𝑒 𝑂𝐻 3 𝑃𝑀𝐹𝑒 𝑂𝐻 3

𝑛𝐹𝑒 = 𝑖 ∗ 𝑛𝐹𝑒

𝑂𝐻 3

2.752

= 106.85 = 0.02575 moles

= 1 ∗ 0.02575 = 0.02575 𝑖 = Subíndice.

𝑊𝐹𝑒 = 𝑃𝑀𝐹𝑒 ∗ 𝑛𝐹𝑒 = 55.85 ∗ 0.02575 = 1.438 g

GRAVIMETRÍA POR PRECIPITACIÓN

 ETAPAS PASOS 1. Preparación de la solución 2. precipitación 3. digestión 4. filtración 5. lavado 6. Secado o calcinación 7. pesada

GRAVIMETRÍA POR PRECIPITACIÓN 1.Preparación de la muestra. Debe tomarse los cuidados y precauciones necesarias para que esa pequeña cantidad represente fielmente el material cuya composición se quiera determinar. 1.1. Preparación de la solución – ataque de la muestra Es necesario que el analito esté en la solución para iniciar el análisis

2. Precipitación El analito a ser analizado es separado de la solución preparada a través de formación de un precipitado.

GRAVIMETRÍA POR PRECIPITACIÓN

GRAVIMETRÍA POR PRECIPITACIÓN 3. Digestión del precipitado Es el tiempo en que el precipitado después de haber sido formado, permanece en contacto con la solución inicial. 4. Filtración Es la separación del precipitado con el medio de la solución

6. Calcinación

El precipitado debe ser secado calcinado, para eliminar humedad y otras impurezas.

5. Lavado Retirar parte del agua que se retuvo y eliminar impurezas.

7. Pesado El precipitado se pesa hasta obtener peso constante.

GRAVIMETRÍA POR PRECIPITACIÓN

PROPIEDADES DE LOS PRECIPITADOS Para obtener buenos resultados se debe tener un precipitado puro y que pueda ser recuperado con alta eficiencia. Características de un buen precipitado: • Tener baja solubilidad (Bajo Kps) • Ser fácil de recuperar por filtración. • No ser reactivo con el agua ni con el aire. • No tener interferencias con otros compuestos.

TIPOS DE PRECIPITADOS

1. Precipitados cristalinos ▪ Son más favorables para fines gravimétricos. ▪ Las partículas son cristales individuales. ▪ Son densas y sedimentan rápidamente. ▪ En general, no se dejan contaminar por adsorción. 2. Precipitados finamente cristalinos ▪ ▪ ▪ ▪

Tienen apariencia de polvo fino. Son formados por diminutos cristales. Son densas y sedimentan rápidamente. Dan dificultades en la filtraciones, debido a los pequeños cristales lo que obliga al uso de filtros mas denso y hace lento el proceso.

TIPOS DE PRECIPITADOS 3. Precipitados grumosos • Incluyen los haluros de plata. • Resultan de la coloides hidrofóbicos. • Son bastantes densos

4. Precipitados gelatinosos • Resultan de la coloides hidrofóbicos. • Son voluminosos, tienen consistencia de escamas y arrastran considerable cantidad de agua. • Ofrecen dificultades para filtrar.

SECADO Y CALCINADO DE LOS PRECIPITADOS •

•

•

Calentamiento de los precipitados hasta la masa constante Quita el solvente y cualquier tipo volátil arrastrado con el precipitado (agua adsorbida, agua ocluida, agua de hidratación) Descomposición del sólido y formación de una sustancia de composición definida

FACTOR GRAVIMÉTRICO Para la utilización del factor gravimétrico (𝑓𝑔 ) debe tomarse en cuenta que: El factor gravimétrico está representado siempre por la masa atómica o la masa fórmula de la sustancia buscada por numerador y el peso de la sustancia pesada por denominador.

𝑓. 𝑔 =

𝑃𝑀𝑆𝑈𝑆𝑇.𝐵𝑈𝑆𝐶𝐴𝐷𝐴 𝑃𝑀𝑆𝑈𝑆𝑇 𝑃𝑅𝐸𝐶𝐼𝑃𝐼𝑇𝐴𝐷𝐴

.=

𝑊𝑆𝑈𝑆𝑇.𝐵𝑈𝑆𝐶𝐴𝐷𝐴 𝑊𝑆𝑈𝑆𝑇 𝑃𝑅𝐸𝐶𝐼𝑃𝐼𝑇𝐴𝐷𝐴

Aunque la conversión de la sustancia que se busca en la que se pesa se verifica mediante una serie de reacciones, solamente estas dos sustancias están implicadas en el cálculo del factor.

Por ejemplo en la secuencia de reacciones representada por: As2S3 ~2H3AsO4 ~2Ag3AsO4 ~6Ag+ ~6AgCl (buscado)

el factor gravimétrico es As2S3/6AgCl.

(pesado)

FACTOR GRAVIMÉTRICO

𝑊𝑆𝑈𝑆𝑇 𝑃𝑅𝐸𝐶𝐼𝑃𝐼𝑇𝐴𝐷𝐴

• • • •

𝑊𝑆𝑈𝑆𝑇.𝐵𝑈𝑆𝐶𝐴𝐷𝐴

c) Mg2P2O7 en P2O5 d) PbCrO4 en Cr2O3 e) AgCl en KClO3 f) K2PtCl6 en KCl

PROBLEMAS 1. Una muestra que contiene cloruro de potasio pesa 1.5824 g, se atacó y se precipitó en forma de cloruro de plata. El precipitado se lavó, secó y se encontró que pesaba 0,4425 g. (K = 39 ; Cl = 35.5 Ag =108 ) Calcule: a) El peso de KCl b) El porcentaje de KCl en la muestra

Ag+ + KCl → AgCl(PP) + K+

0.2294𝑔 … . 𝑅𝑒𝑠𝑝𝑢𝑒𝑠𝑡𝑎 (𝑎)

14,5% … . 𝑅𝑒𝑠𝑝𝑢𝑒𝑠𝑡𝑎 (𝑏)

PROBLEMAS 1. Una muestra que contiene cloruro de potasio pesa 1.5824 g, se atacó y se precipitó en forma de cloruro de plata. El precipitado se lavó, secó y se encontró que pesaba 0,4425 g. (K = 39 ; Cl =35.5 Ag =108 ) Calcule: a) El peso de KCl b) El porcentaje de KCl en la muestra UTILIZANDO EL FACTOR GRAVIMETRICO:

𝑃𝑀𝑆𝑈𝑆𝑇.𝐵𝑈𝑆𝐶𝐴𝐷𝐴

𝑓. 𝑔 = 𝑃𝑀

𝑆𝑈𝑆𝑇 𝑃𝑅𝐸𝐶𝐼𝑃𝐼𝑇𝐴𝐷𝐴

𝑃𝑀

74.5

𝑓. 𝑔 = 𝑃𝑀 𝐾𝐶𝑙 . = 143.5 = 0.519 𝐴𝑔𝐶𝑙

𝑓. 𝑔 = 0.519 =

𝑊𝑆𝑈𝑆𝑇.𝐵𝑈𝑆𝐶𝐴𝐷𝐴 0.4425 𝑔

𝑊𝑘𝑐𝑙 = 0.229 𝑔

𝑊𝑆𝑈𝑆𝑇.𝐵𝑈𝑆𝐶𝐴𝐷𝐴

.= 𝑊

𝑆𝑈𝑆𝑇 𝑃𝑅𝐸𝐶𝐼𝑃𝐼𝑇𝐴𝐷𝐴

PROBLEMAS 2. Una muestra de 0,5524 g de un mineral se precipitó en forma de sulfato de plomo II. El precipitado se lavó, secó y se encontró que pesaba 0,4425 g. (Pb = 207; PbSO4 = 303,3 y Pb3O4 = 685,6) Calcule: a) El porcentaje de plomo en la muestra y b) El porcentaje expresado como Pb3O4 R: 54,73 % y 60,36 % 𝑃𝑀𝑆𝑈𝑆𝑇.𝐵𝑈𝑆𝐶𝐴𝐷𝐴

𝑓. 𝑔 = 𝑃𝑀

a) Precipitado = PbSO4 buscado = Pb

𝑆𝑈𝑆𝑇 𝑃𝑅𝐸𝐶𝐼𝑃𝐼𝑇𝐴𝐷𝐴

𝑊𝑆𝑈𝑆𝑇.𝐵𝑈𝑆𝐶𝐴𝐷𝐴

.= 𝑊

𝑆𝑈𝑆𝑇 𝑃𝑅𝐸𝐶𝐼𝑃𝐼𝑇𝐴𝐷𝐴

𝑃𝑀𝑆𝑈𝑆𝑇.𝐵𝑈𝑆𝐶𝐴𝐷𝐴

𝑓. 𝑔 = 𝑃𝑀

207

𝑆𝑈𝑆𝑇 𝑃𝑅𝐸𝐶𝐼𝑃𝐼𝑇𝐴𝐷𝐴

= 303.3=0.6825

𝑊𝑆𝑈𝑆𝑇.𝐵𝑈𝑆𝐶𝐴𝐷𝐴 = 𝑓. 𝑔 * 𝑊𝑆𝑈𝑆𝑇.𝑃𝑅𝐸𝐶𝐼𝑃𝐼𝑇𝐴𝐷𝐴 = 0.6825 ∗ 0.4425 𝑔 = 0.302 𝑔 a) El porcentaje de plomo en la muestra

0.302 *100% 0.5524

= 54.67%

PROBLEMAS

2. Una muestra de 0,5524 g de un mineral se precipitó en forma de sulfato de plomo II. El precipitado se lavó, secó y se encontró que pesaba 0,4425 g. (Pb = 207; PbSO4 = 303,3 y Pb3O4 = 685,6) Calcule: a) El porcentaje de plomo en la muestra y b) El porcentaje expresado como Pb3O4

b) Precipitado = PbSO4 buscado = Pb3O4

𝑃𝑀𝑆𝑈𝑆𝑇.𝐵𝑈𝑆𝐶𝐴𝐷𝐴

𝑓. 𝑔 = 𝑃𝑀

𝑆𝑈𝑆𝑇 𝑃𝑅𝐸𝐶𝐼𝑃𝐼𝑇𝐴𝐷𝐴

685.6

= 3∗303.3=0.7535

𝑊𝑆𝑈𝑆𝑇.𝐵𝑈𝑆𝐶𝐴𝐷𝐴 = 𝑓. 𝑔 * 𝑊𝑆𝑈𝑆𝑇.𝑃𝑅𝐸𝐶𝐼𝑃𝐼𝑇𝐴𝐷𝐴 = 0.7535 ∗ 0.4425 𝑔 = 0.333 𝑔

b) El porcentaje expresado como Pb3O4

0.333 *100% 0.5524

= 60.28%

PROBLEMAS

3. Una muestra de 0,2356 g que contiene solamente NaCl (58,44 g/mol) y BaCl2 (208,23 g/mol) generó 0,4637g de AgCl seco (143,32 g/mol). Calcule el porcentaje de cada compuesto en la muestra.

R: 55,01% NaCl y 44,99%BaCl2

PROBLEMAS

4. ¿Qué cantidad de muestra se debe tomar para el análisis si esta contiene 16,2 % de cloruro y el analista desea obtener un precipitado de AgCl que pese 0,6000 g.

R: 0,9175 g

PROBLEMAS 5. Una muestra de 0,624 g que consistía solamente oxalato de calcio (CaC2O4) y oxalato de magnesio (MgC2O4) se calentó a 500 °C convirtiendo las dos sales en carbonato de calcio y carbonato de magnesio cuyo peso es 0,483 g. Calcular: a) Los porcentajes de oxalato de calcio y oxalato de magnesio en la muestra.

R: 76,6%CaC2O4; 23,4%MgC2O4

PROBLEMAS 6.Una aleación contiene: 65.4% Cu, 0.24% Pb, 0.56% Fe y 33.8% Zn. Se disuelven 0.8060 g de la muestra en HNO3 y se electrolizan. Se deposita Cu en el cátodo y PbO2 en el ánodo. Cuando se añade NH3 a la solución residual precipita Fe(OH)3 que se calcina a Fe2O3. El Zn del filtrado se precipita como ZnNH4PO4 y el precipitado se calcina a Zn2P2O7. ¿Qué pesos se depositaron sobre los electrodos y cuáles fueron los pesos del resto de los precipitados?

PROBLEMAS

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7. Se calcino fuertemente una muestra de 1,0 g de Fe2O3 impuro, obteniéndose un residuo de 0,9834 g. Suponiendo que la perdida de peso es debido solamente a la perdida de oxigeno del Fe2O3. ¿Cuál es el tanto por ciento de Fe2O3 en la muestra? La reacción química es la siguiente: Fe2O3 → Fe3O4 + O2

PROPUESTOS A) Una muestra de 1g de un mineral de Fe da un residuo por calcinación de la forma M2O3 que pesa 0,250 g. En el análisis de este residuo indica que contiene 5% Al, 1,25% Ti. ¿Calcular el % de Fe, Al y Ti en la muestra original?

B) Una muestra de 0,68 g da un residuo de CaCO3 que pesa 0,2202 g. El análisis de este residuo indica que contiene 2,10% Mg en forma de MgCO3. Calcular el % de CaO en la muestra.