Separación e identificación de cationes del segundo grupo de cationes sub grupo del arsénico

Introducción:

Los iones de los metales del grupo del aluminio-níquel, conocidos como el tercer grupo, forman ya sea sulfuros o hidróxidos (ambos insolubles), en una solución que se a hecho ligeramente alcalina con amoníaco, a la cual se le agregan iones sulfuros. También se adiciona NH4Cl con objeto de "bufferizar" la solución contra una concentración excesivamente alta de iones oxidrilo proveniente sólo del amoniaco, lo cual podría ocasionar la precipitación de hidróxidos de elementos de los grupos subsecuentes. Por lo cual este informe esta basado en dar a conocer la forma de analizar y reconocer este grupo de cationes.

Objetivos:

Separar e identificar los cationes del tercer grupo de una muestra conocida o desconocida.
Lograr resultados de acuerdo al análisis previo.
Mejorar en el trabajo de reconocimiento de cationes.

Fundamento Teórico:

El tercer grupo consiste de dos subgrupos, uno es el subgrupo del níquel en el cual están considerados los elementos cuyos hidróxidos no son anfotéricos. El otro es el subgrupo del aluminio, en el cual están contenidos los elementos cuyos hidróxidos son anfotéricos

y que, por consiguiente, son solubles en una concentración alta de iones oxidrilo. Como en el análisis del grupo dos, los elementos anfotéricos extraídos de los sulfuros de los elementos anfotéricos mediante la formación de iones negativos que son solubles en solución fuertemente básica.

Diagrama de la Marcha del Tercer Grupo

Fe+3, Fe+2, Al+3, Cr+3, Co+2, Ni+2, Mn+2, Zn+2, Grupos subsecuentes

NH4Cl + exceso de NH4OH

Fe(OH)3, Fe(OH)2, Al(OH)3, Cr(OH)3, Co(NH3)6+3, Ni(NH3)6+2, Zn(NH3)4+2, Mn+2

rojo verde blanco verde ámbar azul incoloro

H2S

centrifugar

sólido solución

Fe(OH)4, FeS, Al(OH)3, Cr(OH)3, CoS, NiS, ZnS, MnS Grupos subsecuentes

rojo negro blanco verde negro negro blanco durazno

HCl

HNO3

Fe+3 (amarillo), Al+3 (incoloro), Cr+3 (verde), Co+2 (rosado rojo vino), Ni+2 (verde)

Mn+2 (rosa pálido), Zn+2 (incoloro)

exceso de KOH ó NaOH

Fe(OH)3, Co(OH)2, Ni(OH)2, Mn(OH)2, Al(OH)4, Cr(OH)4, Zn(OH)4

rojo azul rosado verde canela incoloro verde incoloro

Na2O2 ó H2O2

centrifugar

sólido solución

Fe(OH)3, Co(OH)2, Ni(OH)2, MnO2 Al(OH)4- CrO4-2 Zn(OH)4-2

rojo negro verde negro incoloro amarillo incoloro

H2SO4

H2O2

Fe+3, Co+2, Ni+2, Mn+2

Amarillo rosado verde rosa pálido

+ + + +

KSCN NH4SCN NH4OH HNO3

+ +

(CH3)2C2(NOH)2 NaBiO3

Fe(SCN)6-3 Co(SCN)4-2 dimetilglioxina

rojo sangre azul

Fe+3 Co+2 NiC8H14N4O4 MnO4-

presente presente rojo rosa púrpura

Ni+2 Mn+2

presente presente

de la solución obtenida analizaremos al subgrupo del aluminio

sólido solución

Fe(OH)3, Co(OH)2, Ni(OH)2, MnO2 Al(OH)4- CrO4-2 Zn(OH)4-2

rojo negro verde negro incoloro amarillo incoloro

HNO3

Al+3, Cr2O7-2, Zn+2

incoloro naranja incoloro

NH4OH

centrifugar

sólido solución

Al(OH)3 CrO4-2 Zn(NH3)4+2

+ +

HNO3 BaCl2

sólido solución sólido solución

descartar Al+3 BaCrO4 Zn(NH3)4+2

+ amarillo +

aluminón + K4Fe(CN)6

+ HNO3 +

NH4OH HCl

sólido solución sólido solución

Cr2O7-2

Al(OH)3 descartar H2O2, Éter Zn3K2 [Fe(CN)6]2 descartar

+ gris, verde azulado

aluminón Zn+2

rojo CrO5 presente

Al+3 azul

presente Cr+3

presente

Desarrollo y Resultados Experimentales:

a.- Preparación y precipitación del tercer grupo.-

Fe+3, Fe+2, Al+3, Cr+3, Co+2, Ni+2, Mn+2, Zn+2, Grupos subsecuentes

NH4Cl + exceso de NH4OH

Fe(OH)3, Fe(OH)2, Al(OH)3, Cr(OH)3, Co(NH3)6+3, Ni(NH3)6+2, Zn(NH3)4+2, Mn+2

rojo verde blanco verde ámbar azul incoloro

H2S

centrifugar

sólido solución

Fe(OH)4, FeS, Al(OH)3, Cr(OH)3, CoS, NiS, ZnS, MnS Grupos subsecuentes

rojo negro blanco verde negro negro blanco durazno

Añadir a la solución conocida o desconocida del grupo del aluminio-níquel, dos gotas de NH4Cl saturado; luego amoniaco concentrado, gota a gota hasta que la solución quede francamente alcalina. Pasar una corriente de H2S hasta completar la precitación, debiéndose verificar que se realice una precipitación completa sulfhídricando la solución obtenida.

El propósito de la adición de NH4Cl, NH4OH y H2S a una disolución que contiene todos los cationes no precipitados en los grupos precedentes, produce la precipitación de los hidróxidos de aluminio, cromo y hierro(III) y los sulfuros de manganeso, níquel, cobalto, hierro(II) y cinc. En estas condiciones los hidróxidos y sulfuros del grupo siguiente son solubles. Esta solubilidad permite una separación de los cationes del grupo del aluminio-níquel del grupo del bario-magnesio.

b.- Separación del subgrupo del aluminio y del níquel.-

Fe(OH)4, FeS, Al(OH)3, Cr(OH)3, CoS, NiS, ZnS, MnS

rojo negro blanco verde negro negro blanco durazno

HCl

HNO3

Fe+3 (amarillo), Al+3 (incoloro), Cr+3 (verde), Co+2 (rosado rojo vino), Ni+2 (verde)

Mn+2 (rosa pálido), Zn+2 (incoloro)

exceso de KOH ó NaOH

Fe(OH)3, Co(OH)2, Ni(OH)2, Mn(OH)2, Al(OH)4, Cr(OH)4, Zn(OH)4

rojo azul rosado verde canela incoloro verde incoloro

Na2O2 ó H2O2

centrifugar

sólido solución

Fe(OH)3, Co(OH)2, Ni(OH)2, MnO2 Al(OH)4- CrO4-2 Zn(OH)4-2

rojo negro verde negro incoloro amarillo incoloro

Tratar al precipitado con cinco gotas de HCl concentrado. Agitar y calentar. Si el precipitado se disuelve completamente hay ausencia de níquel y cobalto (la razón es que los sulfuros de cobalto y níquel se disuelven muy lentamente en HCl, un precipitado negro en este punto que se disuelve solo cuando se agrega HNO3 a la mezcla, indica la presencia de níquel y de cobalto o de ambos, cualquier residuo amarillo se debe al azufre, el cual debe descartarse). Añadir tres gotas de HNO3 concentrado y calentar en baño de agua hasta completar la disolución, alcalinizar la solución con KOH 6M, agregar Na2O2 sólido lentamente y con agitación hasta aproximadamente 0.2g (evitar el exceso de Na2O2 por que produciría hidróxidos de hierro, cobalto y níquel provocando una dispersión que se encontraría en la solución fuertemente básica produciendo interferencia en el análisis de los iones de aluminio y cinc), calentar en baño de agua unos tres minutos y centrifugar, lavar el residuo por centrifugación con diez gotas de agua y añadir los lavados a la solución obtenida. Obtendremos entonces en el precipitado los hidróxidos de hierro, cobalto, níquel y el hidróxido hidratado de manganeso con sus respectivos colores indicados en el gráfico. Y en la solución los iones aluminato AlO2-, zincato HZnO2- y cromato CrO4-2.

c.- Precipitación e identificación del aluminio.-

Al+3, Cr2O7-2, Zn+2

incoloro naranja incoloro

NH4OH

centrifugar

sólido solución

Al(OH)3 CrO4-2 Zn(NH3)4+2

HNO3

sólido solución

descartar Al+3

aluminón

NH4OH

sólido solución

Al(OH)3 descartar gris, verde azulado

aluminón

rojo

Al+3

presente

En el paso anterior obtuvimos una solución la cual está comprendido por los cationes del subgrupo del aluminio lo cuales se encuentran en forma de aluminatos, cromato y zincato y exceso de Na2O2. Entonces procedemos a calentar en baño de agua durante tres minutos teniendo presente que el propósito de la ebullición es destruir el exceso de Na2O2 , porque si no se elimina, la acidificación en el procedimiento, causaría la reducción del ión croado en ión cromito que precipitaría provocando con el aluminio, como Cr(OH)3 al alcalinizar con NH4OH, provocando que el cromo no pueda ser reconocido y entorpeciendo el del Al(OH)3.

Añadir diez gotas de CH3COONH4 y luego CH3COOH 3M hasta una reacción ácida (el ión H+ transforma al ión aluminato y zincato a cationes Al y Zn respectivamente, en tanto que el ión cromato, pasa solamente a ión dicromato). En seguida añadir NH4OH 3M hasta que quede alcalina, centrifugar.

Podemos obtener entonces en el precipitado Al(OH)3 (la formación no es prueba positiva del ión aluminio, porque puede formarse sílice por acción del álcali sobre los aparatos de vidrio por lo tanto debe procederse a una prueba confirmatoria), lavar con diez gotas de agua y desechar los lavados. Agregar gota a gota HCl 3M hasta disolver el precipitado. Agregar tres gotas de CH3COONH4 saturado y tres gotas de aluminón, NH3 3M hasta que quede ligeramente básica, calentar y dejar reposar la mezcla por dos minutos y luego centrifugar. La coloración rojo confirma la presencia del ión aluminio.

d.- Precipitación e identificación del ión cromo.-

Al+3, Cr2O7-2, Zn+2

incoloro naranja incoloro

NH4OH

centrifugar

sólido solución

Al(OH)3 CrO4-2 Zn(NH3)4+2

BaCl2

sólido solución

BaCrO4 Zn(NH3)4+2

amarillo

HNO3

Cr2O7-2

H2O2, Éter

CrO5

azul

Cr+3

presente

En la solución que se obtuvo después de haber precipitado el aluminio se pude tener BaCrO4 y Zn(NH3)4+2. Lavar el precipitado dos veces con agua caliente, agregar tres gotas de HNO3 3M, calentar suavemente pero sin vigorosa ebullición y agitar alrededor de un minuto. Agregar diez gotas de agua fría, mezclar cuidadosamente, enfriarlo y agregar diez gotas de éter y una gota de H2O2 al 3%. Mezclar bien mediante fuerte agitación y dejar e reposo. La presencia de una coloración azul en la fase etérea, debido al peróxido de cromo indica la presencia de cromo.

e.- Identificación del ión Zinc.-

Al+3, Cr2O7-2, Zn+2

incoloro naranja incoloro

NH4OH

centrifugar

sólido solución

Al(OH)3 CrO4-2 Zn(NH3)4+2

BaCl2

sólido solución

BaCrO4 Zn(NH3)4+2

amarillo +

K4Fe(CN)6

HCl

sólido solución

Zn3K2 [Fe(CN)6]2 descartar

gris, verde azulado

Zn+2

presente

A la solución obtenida se le acidifica ligeramente con HCl 6M. Luego agregar de tres a cuatro gotas de K4Fe(CN)6 0.2M y mezclar cuidadosamente. La mezcla resultante será ácida. Un precipitado blanco grisáceo a verde-azulado Zn3K2 [Fe(CN)6]2 indica la presencia de zinc.

f.- Separación e Identificación de los cationes del subgrupo del níquel.-

Fe(OH)3, Co(OH)2, Ni(OH)2, Mn(OH)2, Al(OH)4, Cr(OH)4, Zn(OH)4

rojo azul rosado verde canela incoloro verde incoloro

Na2O2 ó H2O2

centrifugar

sólido solución

Fe(OH)3, Co(OH)2, Ni(OH)2, MnO2 Al(OH)4- CrO4-2 Zn(OH)4-2

rojo negro verde negro incoloro amarillo incoloro

H2SO4

H2O2

Fe+3, Co+2, Ni+2, Mn+2

Amarillo rosado verde rosa pálido

+ + + +

KSCN NH4SCN NH4OH HNO3

+ +

(CH3)2C2(NOH)2 NaBiO3

Fe(SCN)6-3 Co(SCN)4-2 dimetilglioxina

rojo sangre azul

Fe+3 Co+2 NiC8H14N4O4 MnO4-

presente presente rojo rosa púrpura

Ni+2 Mn+2

presente presente

El precipitado puede contener los hidróxidos de hierro, cobalto y níquel, y dióxido de manganeso hidratado. A esta muestra separada, agregar 20 gotas de H2SO4 2M, mezclar a fondo, hervir suavemente durante un minuto, agregar una gota de H2O2 al 3% y continuar la ebullición durante un minuto hasta que el precipitado este completamente disuelto. Agregar diez gotas de agua, dejar enfriar, observar el color de la disolución y dividirla en cuatro fracciones aproximadamente iguales.

g.- Identificación del hierro.-

Fe(OH)3, Co(OH)2, Ni(OH)2, MnO2

rojo negro verde negro

H2SO4

H2O2

Fe+3, Co+2, Ni+2, Mn+2

Amarillo rosado verde rosa pálido

KSCN

Fe(SCN)6-3

rojo sangre

Fe+3

presente

Agregar dos gotas de KSCN, la aparición de de un color rojo sangre confirma la presencia del ión férrico.

h.- Identificación del cobalto.-

Fe(OH)3, Co(OH)2, Ni(OH)2, MnO2

rojo negro verde negro

H2SO4

H2O2

Fe+3, Co+2, Ni+2, Mn+2

Amarillo rosado verde rosa pálido

NH4SCN

Co(SCN)4-2

azul

Co+2

presente

Agregar NaF sólido (la presencia del ión férrico interfiere en los ensayos de Co y Ni, por la formación de [Fe(CN)]+2 de color rojo en cuyo caso se agrega un exceso de NaF sólido para evitar esta interferencia), con agitación hasta que el NaF si disolver. Añadir diez gotas de solución alcohólica de NH4SCN dejándola deslizar por el borde del tubo inclinado para formar dos capas. La aparición de un anillo de color verde azulado en la zona de contacto de los líquidos confirma la presencia del ión cobalto.

i.- Identificación del níquel.-

Fe(OH)3, Co(OH)2, Ni(OH)2, MnO2

rojo negro verde negro

H2SO4

H2O2

Fe+3, Co+2, Ni+2, Mn+2

Amarillo rosado verde rosa pálido

NH4OH

(CH3)2C2(NOH)2

dimetilglioxina

NiC8H14N4O4

rojo

Ni+2

presente

Agregar NaF sólido (la presencia del ión férrico interfiere en los ensayos de Co y Ni, por la formación de [Fe(CN)]+2 de color rojo en cuyo caso se agrega un exceso de NaF sólido para evitar esta interferencia), con agitación hasta que quede NaF sin disolver. Analizar la solución con NH3 3M y luego agregar cuatro gotas de dimetilglioxina [(CH3)2C2(NOH)2]. La formación de un precipitado rojo rosado confirma la presencia del ión níquel.

j.- Identificación del manganeso.-

Fe(OH)3, Co(OH)2, Ni(OH)2, MnO2

rojo negro verde negro

H2SO4

H2O2

Fe+3, Co+2, Ni+2, Mn+2

Amarillo rosado verde rosa pálido

HNO3

NaBiO3

MnO4-

rosa púrpura

Mn+2

presente

Agregar 0.2g de bismutato de sodio, agitar bien y luego centrifugar. El color violeta rojizo del líquido sobrenadante confirma la presencia del ión manganeso (la solución del bismutato de sodio NaBiO3 oxida al ión manganoso a permanganato de color violeta rojizo).

Recomendaciones y Conclusiones:

De esta manera se concluye la separación e identificación de los cationes del grupo del aluminio-níquel. La observación cuidadosa de los colores del precipitado formado, primero al agregar NH4OH y, posteriormente, al adicionar H2S, puede dar una información definitiva sobre la presencia o ausencia de ciertos iones.

Si el NH4Cl y NH4OH no dan precipitado puede afirmarse que los iones aluminio, cromo, hierro (II) y hierro (III) están ausentes. Si se forma un precipitado blanco, queda demostrada la presencia de aluminio; un precipitado de color verde indica hierro o cromo y un precipitado rojo pardo indica hierro. Al interpretarse los colores debe percibirse si un color oscuro oculta o encubre a otro mas claro. Así, el Fe(OH)3, rojo pardo, encubre al Cr(OH)3, verde, oculta al Al(OH)3 blanco.

Si la adición de (NH4)2S, siendo utilizado en reemplazo del H2S, no produce precipitado, los iones cobalto, níquel, manganeso y cinc se encuentran ausentes. Si se forma un precipitado blanco, probablemente se encuentre presente el cinc; el manganeso, que forma un sulfuro color rosa carne probablemente no está presente y el cobalto y el níquel, cuyos sulfuros son negros, están definitivamente ausentes.

Bibliografía

Libros de consulta:

RAY U. BRUMAY. "Análisis Cualitativo",

Editorial CECSA,

Impreso en México.

2. CARLOS E. ARMAS. "Análisis Cualitativo: Semimicrotecnia"

(copia dada en el Laboratorio)

3. Apuntes del la Experimentación de

Laboratorio.

Prado Travezaño, César Jesús

Asignatura: Laboratorio de Química Analítica

Huancayo-Perú

4 de Julio del 2005

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÜ

FACULTAD DE INGENERÍA METALÚRGICA Y DE MATERIALES

DEPARTAMENTO ACADEMICO DE MATERIALES