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CATIONES
INTRODUCCIÓN
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Los fenómenos de precipitación y
disolución son de suma importancia en los procesos de tratamiento de las aguas
de uso industrial, ya que el agua de lluvia al caer puede
de
la tierra.
La contaminación del agua puede
acrecentarse además con ácidos procedentes de la descomposición de materias
orgánicas, residuos industriales y aguas sépticas descargadas en lagos y ríos.
Por lo que los principales fines perseguidos con el tratamiento del agua de
alimentación a los equipos o procesos industriales consisten en quitar las
materias solubles y en suspensión, así como la eliminación de los gases.
Todo
esto es necesario, entre otras cosas para evitar la formación de incrustaciones
sobre las superficies de calentamiento del agua y para proteger contra la
corrosión los metales de las calderas, recuperadores y tuberías.
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Es importante mencionar, que no existe
ningún procedimiento simplista ni producto químico apropiado para el
tratamiento de todas las clases de aguas. Cada caso se debe considerar
individualmente. Por lo que el proceso del tratamiento del agua incluye la
separación de los detritos mediante cribas móviles o fijas, filtrado,
separación de lodos y limos en depósitos de decantación, calentamiento,
vaporización o destilación, desaireación, tratamiento con cal apagada,
tratamiento con carbonato sódico, tratamiento con ambos productos, con
hidróxidos cálcico y bárico, con fosfato trisódico, coagulantes, zeolitas
(descalcificadores) y por osmosis inversa, según sea el caso. Todos estos
tratamientos nos hacen pensar que un procedimiento
básico primario es un análisis de las aguas, para poder aplicar la
metodología adecuada.
Un
procedimiento primario es un
análisis cualitativo
de las aguas,
éste consiste en determinar los tipos de iones presentes en una muestra,
para que se alcance este objetivo lo mas rápidamente, es necesario efectuar
las reacciones químicas de manera sistemática, según ciertos procedimientos
analíticos establecidos. |
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Existen
varios procedimientos analíticos, los cuales se basan prácticamente
en el mismo principio: los iones se precipitan de la muestra en análisis con un
reactivo de grupo. Luego, por medio de la filtración, se separan los iones
precipitados de los iones solubles. En este procedimiento los iones presentes en
la muestra que sé esta analizando se separan en dos partes: precipitado y
filtrado. Utilizando los reactivos selectivos y adecuados, la presencia de los
iones tanto en el precipitado como en el filtrado puede ser perfectamente
demostrada. |
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Uno de los procedimientos analíticos clásicos es el
procedimiento sulfhídrico. En este procedimiento se separan los cationes
del grupo I con HCl diluido en forma de cloruros insolubles, quedando
cationes de otros grupos
en solución. Estos últimos se separan del siguiente grupo con ácido
sulfhídrico y posteriormente se procede con la separación de los cationes
del grupo III, IV y V. Dentro de cada grupo se utilizan los reactivos
adecuados con los cuales se logra la separación individual. Otro
procedimiento analítico que se puede mencionar es el procedimiento
amoniacal en el cual se clasifican los cationes según reaccionan con
hidróxido amónico, en el procedimiento se utiliza tío sulfato sódico o
sulfuro sódico y otros. |
Sin embargo se puede decir que ninguno de los procedimientos
anteriores es ideal. En cada procedimiento analítico se requiere poseer
conocimientos acerca de las reacciones de los cationes más importantes y
tener mucho cuidado al efectuar las operaciones de separación e
identificación.
Los cationes del grupo IV, están representados por el Calcio,
Bario y Estroncio
(Ca2+,
Ba2+, Sr2+).
Los tres son elementos alcalinotérreos. El reactivo del grupo es el
carbonato amónico en presencia de hidróxido amónico y cloruro amónico.
Cuando están presentes impurezas de NiS, primero se trata la solución con
ácido acético y acetato sódico; se filtran las impurezas y la solución se
precipita con el reactivo del grupo IV.
OBJETIVO
El objetivo principal que se pretende lograr en éste experimento
es
Identificar y separar los catiónes del cuarto grupo
(Ca2+,
Ba2+, Sr2+).
Para ello se introducirá al alumno en el manejo e interpretación
del equilibrio iónico en el rubro correspondiente a precipitación y producto de
solubilidad con el fin de seleccionar la metodología empleada para la
identificación y separación del grupo en cuestión.
JUSTIFICACIÓN
Este proyecto experimental tiene como finalidad que el alumno
aplique los conocimientos adquiridos en la asignatura de Química, en lo
referente a equilibrio químico de soluciones iónicas, para determinar la presencia y
separación de los cationes del cuarto grupo.
PROYECTO EXPERIMENTAL
Identificación y separación del IV
grupo de cationes presentes en una solución, mediante la marcha
analítica de la ecuación siguiente:
Muestra (problema)
(NH4)Cl
(NH4)2CO3
Ca CO3↓
Ba CO3↓
Sr CO3↓
DISEÑO EXPERIMENTAL
MATERIALES REACTIVOS
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Tubos de ensayo |
Ácido
clorhídrico concentrado. |
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Gradilla |
Ácido
clorhídrico 1:1 |
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Frascos goteros |
Ácido acético
diluido. |
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Vasos de precipitados |
Acetato sódico 3
N |
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Embudo |
Carbonato
amónico 4 N |
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Soportes universales |
Cloruro amónico
4 N |
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Papel
Whaltman No. 42 |
Cromato potásico
al 10 % |
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Hidróxido
sódico 0.5 N |
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Oxalato amónico
0.5 N etc. |
METODOLOGÍA: Para
la identificación y separación de los catiónes el cuarto
grupo de una solución problema.
Actividades a
desarrollar por el alumno: (El material a utilizar debe estar
limpio y seco)
Se preparan las soluciones según la lista de reactivos y se depositan en frascos goteros (previamente
etiquetados).
A la muestra problema, una vez separados los grupos de cationes I, II y III se le agregan unas gotas de la solución de
(NH4)Cl para
alcalinizar la muestra y posteriormente algunas gotas de
(NH4)2CO3
para la precipitación de los cationes.
Se agita y se calienta a 60 - 70 ºC. Después de cinco minutos se
centrifuga y se decanta la solución .
Se lava varias veces el precipitado con agua caliente, descartando las aguas de
lavado.
El precipitado se disuelve por completo, se puede agregar más
ácido y agua destilada.
Se agrega el reactivo correspondiente para precipitar cada uno de
los cationes y simultáneamente se les va descartando o identificando según
la reacción característica o a la flama.
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Entre los factores que deben tenerse en consideración, se encuentra la toxicidad de los reactivos,
razón por la cual se deben investigar estas propiedades. |
1.- La reacción:
Solución (acuosa)
+
(NH4)Cl
+
(NH4)2CO3
→
Ca CO3↓
+
Ba CO3↓
+
Sr CO3↓
se lleva a cabo
entre reactivos poco riesgosos, de fácil manejo y adquisición, así como de
pureza conocida, pero las
técnicas de identificación de los cationes si requieren de algunos reactivos
tóxicos.
El experimento no requiere de material o equipo sofisticado. Pero
se
puede utilizar centrifugadora para una separación rápida de los compuestos
precipitados de los cationes a identificar.
REFERENCIAS
“El plan clásico de análisis cualitativo fue diseñado para
demostrar la presencia de 20 a 25 catiónes. Desafortunadamente, no se conocen
reactivos que puedan emplearse para efectuar pruebas de identificación con cada
ión en presencia de los iones restantes”. (Umland, 2000)
 Bibliografía
básica:
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1. Ludmila
Holkova, Química Analítica Cualitativa. Teoría y Practica, Editorial
Trillas, 2ª Edición, México, 1998, pp. 250, Pág. 136, 137, 138.
2. R.
U. Brumblay, Análisis Cualitativo, Editorial CECSA, 17ª Edición, México,
pp. 300, Pág. 182–193
3. "The
Merck Index", 8a. Stecher, P.G., Merck Co., Inc., Rahway, N.J., U.S.A.,
198, 1968.
4. J.W. Dawson, Manual de Laboratorio de Química, Ed. Interamericana, México, 1980.
5. George Hess,
Química General Experimental,
Ed. CECSA, España, 1982.
6. Skoog Douglas,
Fundamentos de Química Analítica, Ed. Reverté, S.A., México 1993.
7. Fisher Robert,
Compendio de Análisis Químico Cuantitativo,
Ed. Interamericana, México, 1981.
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 Bibliografía
:
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-
Fogler, H. S., Elements of Chemical Reaction
Engineering , Prentice-Hall International Editions, 1992.
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 Web Bibliografía
básica:
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