UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO Facultad de ciencias Naturales y Matemática Escuela Profesional de Física

DETERMINACION GRAVIMETRICA DEL ANIÓN SULFATO PRECIPITADO COMO SULFATO DE BARIO

CURSO : QUÍMICA INORGÁNICA Y ANÁLISIS QUÍMICO

PROFESORA: NANCY BERNACHEA VILLAREAL

LABORATORIO N08 GRUPO N04

ALUMNOS :

ERIKA TONETH PONCE AYALA 1119120108 EDUARDO FRANCO SOTELO BAZAN 1119120046 FRANK STEVE SILVERA SAAVEDRA 1029120314 ROBINSON ANDRES VILCA LEYVA 1119110048 SERGIO SILVA MORAN 070979G JOSE MIGUEL HUEZA GONZALES 062124F

GRUPO HORARIO: 90-G

CICLO 2012-A

BELLAVISTA CALLAO

2012

I.INTRODUCCIÓN

En el análisis gravimétrico el analito es convertido en una especie insoluble que se separa por filtración, se lava con una solución adecuada, se seca o se calcina (con lo que generalmente se transforma en otra especie) y se pesa una vez frío. A partir de las masas del producto pesado y del conocimiento de su composición química se calcula la concentración de analito en la muestra.

Así pues en esta sesión de laboratorio de química inorgánica trabajamos con este método para comprender y conocer el fundamento de la precipitación del sulfato de bario y a partir de ello calcular el peso de nuestro analito (anión sulfato) en dicha muestra.

II.OBJETIVOS:

Conocer mediante el proceso gravimétrico la cantidad de sulfato existente en nuestra muestra a través de una la precipitación del sulfato de bario y una adición en exceso de solución de cloruro de bario.

III. FUNDAMENTO TEÓRICO.

Métodos gravimétricos de análisis

En el análisis gravimétrico el analito es convertido en una especie insoluble que se separa por filtración, se lava con una solución adecuada, se seca o se calcina (con lo que generalmente se transforma en otra especie) y se pesa una vez frío. A partir de las masas del producto pesado y del conocimiento de su composición química se calcula la concentración de analito en la muestra. Es la técnica analítica más antigua, y existe actualmente un prejuicio en contra de ella de parte de algunos químicos analíticos, que atribuyen a la gravimetría lentitud, escasa sensibilidad y obsolescencia; esto requiere algún comentario.

- La gravimetría es lenta: Esta afirmación es cierta si nos referimos al tiempo transcurrido entre el comienzo del análisis y la obtención del resultado, pero no lo es si se considera el tiempo que le demanda al analista. La mayor parte del tiempo transcurre en operaciones que, como digestión del precipitado, secado y calcinación, demandan poca o ninguna atención del personal a cargo. Es además la única técnica absoluta, en el sentido de que no requiere calibración; todos los otros métodos analíticos requieren alguna forma de calibración previa, ya sea la determinación exacta de la concentración de un reactivo por titulación frente a patrones de alta pureza en el caso de los métodos volumétricos, o la construcción de una curva de respuesta del instrumento frente a varias soluciones de patrones (curva de calibración) en el caso de los métodos instrumentales. La gravimetría, en cambio, sólo requiere el conocimiento de la masa y composición química del producto pesado y una tabla periódica para calcular su peso molecular y el del analito; por lo tanto es la técnica adecuada cuando se debe analizar un número pequeño de muestras.

- Especificidad y/o selectividad: Un reactivo es específico cuando reacciona con un solo analito; los reactivos específicos son una rareza, y la dimetilglioxima constituye un ejemplo por producir precipitados insolubles sólo con Ni (II). Los reactivos son selectivos cuando reaccionan con un número limitado de analitos, como el AgNO3 que produce precipitados con cloruros, bromuros, yoduros y tiocianatos; la determinación de uno de estos aniones requerirá la ausencia de los otros, o sea una separación previa. Si bien esto constituye defectos de la gravimetría, las técnicas gravimétricas han sido desarrolladas de modo de soslayarlos, y esto es común a todas las técnicas analíticas.

- Exactitud y precisión: Estas dos palabras, que en el lenguaje coloquial son sinónimos, tienen significados diferentes en las ciencias experimentales. Un método es exacto cuando la media de muchas determinaciones es muy cercano o coincidente con el valor real; un método es preciso cuando los resultados de muchas determinaciones son muy cercanos entre sí (es repetitivo). La exactitud y precisión de la mayoría de los métodos analíticos dependen fuertemente de limitaciones de los instrumentos que emplean; esta limitación no existe en el caso de la gravimetría dado que con balanzas analíticas convencionales (balanzas semi – micro) pueden pesarse masas del orden de 100 mg con aproximaciones del orden de 0,1 mg, o sea del 0,1 %.

La exactitud y precisión de la gravimetría depende de otros factores, como pérdidas por solubilidad del precipitado, errores por coprecipitación de impurezas solubles y pérdida mecánica de precipitado en las operaciones como lavado y filtrado. Por estas causas no es aconsejable aplicar métodos gravimétricos cuando la concentración de analito en la muestra es menor a 0,1%; pero cuando ese valor excede al 1 % la gravimetría es sin duda la técnica más exacta de la Química Analítica. Por ese motivo ha sido (y sigue siendo) empleada en las determinaciones de pesos atómicos.

Si hojeamos un libro de Química Analítica Básica de hace 50 años encontraremos que la mitad estaba dedicada a gravimetría y el resto a volumetría; a las técnicas instrumentales solo se le dedicaba algún capítulo. Gravimetría y volumetría constituyen actualmente lo que ha dado en llamarse Química Analítica Clásica, en contraposición a la Química Analítica Instrumental. Esta ha tenido un desarrollo tan grande en el tiempo transcurrido que en la actualidad se le dedica la mitad o incluso más del curso. En consonancia con esas tendencias, nuestro tratamiento del tema se limitará a unas pocas técnicas gravimétricas representativas.

2. 1. Determinación gravimétrica de sulfato El sulfato se determina por precipitación como sulfato de bario por adición de un exceso de solución de cloruro de bario a una solución acuosa de la muestra, previamente acidificada con ácido clorhídrico, a temperatura cercana a la de ebullición. El precipitado es digerido en contacto con las aguas madres en caliente por 30 - 60 min, se filtra por papel analítico de poro fino y se transfiere a un crisol de porcelana, previamente calcinado y pesado. Se calcina a 800-900°C y se pesa como BaSO4. La técnica se emplea con muestras inorgánicas, y también para determinar azufre orgánico previa conversión a sulfato en bombas de oxígeno diseñadas con ese fin. El sulfato de bario es un precipitado cristalino, fácilmente filtrable si es correctamente digerido.

2.1.1. Solubilidad del sulfato de bario

El sulfato de bario es escasamente soluble en agua; de acuerdo con su Kps a 25°C, Kps = [Ba+2] [SO4-2 ] = 1,08 x 10-10 su solubilidad en agua destilada es S = [ Kps]1/2 = 1 x 10-5 M = 2,3 mg/L y aumenta ligeramente con la temperatura: aproximadamente 4 mg/L a ebullición. Su solubilidad en las condiciones en que es precipitado es diferente porque: a) la solución se acidifica con HCl, y b) se adiciona un exceso de ion Ba+2. Supongamos que hemos pesado la cantidad de muestra que contiene aproximadamente 200 mg de SO4-2; ésta es una cantidad adecuada, aproximadamente 2,1 mol, que producirá 490 mg de BaSO4 al precipitar, masa para la cual el error de pesada es despreciable. La muestra se disuelve en aproximadamente 200 mL de agua y se agregan 2 mL de HCl concentrado (12 M). La técnica prescribe adicionar cloruro de bario en un exceso del 10% respecto de la cantidad estequiométrica, que en este caso serían 2,3 moles (o sea aproximadamente 9,2 mL del reactivo 0,25 M). Luego de precipitar tendríamos en los 200 mL de solución las siguientes concentraciones:

[H+ ] = (2 mL x 12 M)/200 mL = 0,12 M

[Ba+2] = (2,3 mmol – 2,1 mmol)/200 mL = 10-3 M(Despreciando la solubilidad del BaSO4)

Siendo el sulfúrico un ácido relativamente débil en su segunda etapa de ionización, debemos considerar los equilibrios:

BaSO4 (s) ↔ Ba+2 + SO4-2 Kps = 1,8 x 10-10

HSO4- ↔ H+ + SO4-2 Ka2 = 1,2 x 10-2

Un BM para las especies del sulfato, despreciando la contribución del H2SO4 por razones obvias, indica:

S = [SO4-2] + [HSO4-] = [SO4-2] {1 + ([H+] / Ka2 )}

Donde s representa la solubilidad del BaSO4, dado que el precipitado es la única fuente de estos iones.

Dado que existe equilibrio con el precipitado, la anterior ecuación podrá escribirse:

S = ( Kps / [Ba+2] ) {1 + ([H+] / Ka2 )}

Utilizando los valores calculados para [H+] y para [Ba+2], obtenemos

S = (1,08 x 10 -10 / 10-3) {1 + ( 0,12 / 1,2 x 10-2)} = 1,2 x 10-6 M Como se supuso un volumen total de 200 mL, la masa de SO4-2 perdida por solubilidad será

1,2 x 10-6 M x 200 mL = 2,4 x 10-4 mol = 0,023 mg de SO4-2

Esto representa el error absoluto, y como significará un resultado experimental menor que el real, se le asigna signo negativo. El error porcentual ocasionado por la solubilidad del sulfato de bario será

ε % = (- 0,023 mg/200 mg) 100 = - 0,012 % o sea que se trata de un error muy bajo.

El BaSO4 precipitado en las condiciones descriptas y envejecido por contacto con las aguas madres en caliente es cristalino, y no existe peligro de peptización; por eso se aconseja su lavado con agua caliente. Como su solubilidad en agua a temperatura cercana a la de ebullición es del orden de 4 mg /L, si lavamos el precipitado con 100 mL de agua habrá, en el peor de los casos, una pérdida adicional de 0,4 mg, o sea

ε % = (- 0,4 mg/490 mg) 100 = - 0,081 %

Donde 490 mg es la masa de sulfato de bario correspondiente a 200 mg de sulfato. Evidentemente, la solubilidad del sulfato de bario introduce errores despreciables en la determinación de sulfato por gravimetría.

V.PARTE EXPERIMENTAL

Pesar aproximadamente 0,5gr de la muestra de sulfato, colocarla en un vaso de 500mL, añadir aproximadamente 25 mL de H20,disolver la muestra agitando con una varilla de vidrio, agregar de 0,3 a 0,6 mL de HCl concentrado y diluir de 200 a 250 mL, cubrir el vaso con una luna de reloj, calentando el líquido hasta su ebullición

(Muestra de sulfato CuSO4.5H2O+25ml deH2O+0.6mL de HCL)

Luego añadir gota a gota una solución de BaCl2, al 5% de BaCl2.2H2O (aproximadamente 0,2M) manteniendo una agitación constante y se mantiene, justamente a ebullición, después de añadir aproximadamente 20mL BaCl2 de la solución BaCl2 se deja sedimentar el precipitado durante uno o dos minutos, añadir más gotas del BaCl2 y comprobar que en el líquido que sobrenada no se forme más precipitado, de no ser así, continuar añadiendo más solución de BaCl2 comprobando siempre la formación de precipitado como se hizo anteriormente, repetir esta operación hasta que exista un exceso de precipitante.

(Gota a gota de BaCl2) (20mL de BaCl2)

No dejar que el volumen de la solución se haga menor de 150 a 200 mL, añadiendo agua de ser necesario. Conservar la solución caliente durante una hora permitiendo la precipitación completa de todo el sulfato de bario, en todo momento no permitir que la solución hierva. Mantener, el vaso cubierto con una luna de reloj y cuando éste se retire lavarlo sobre el vaso con un chorrito de agua destilada, no colocar las lunas de reloj con la cara inferior sobre la mesa, donde puede recoger impurezas, si esto sucediera enjuagar la luna en otro lugar antes de volver a ponerlas sobre el vaso.

(Luna de reloj)

(Muestra de sulfato CuSO4.5H2O+25ml deH2O+0.6mL de HCL)

El precipitado sedimenta rápidamente y se obtiene un líquido claro que sobrenada, probar que él no tiene sulfato por adición de más gotas de solución de cloruro de bario si da resultado negativo se procede a decantar cuidadosamente, la solución que sobrenada a través de un papel de filtro ya pesado, nuevamente ensayar en el liquido del filtrado con una gotas de BaCI2,si no se forma precipitado eliminar el líquido, enjuagar el vaso y hacer pasar el líquido por el papel de filtro. Trasladar todo el precipitado del vaso al filtro con un chorro de agua caliente del frasco lavador.

(Proceso del filtrado)

Si el proceso se ha realizado adecuadamente, el líquido que pasa debe ser transparente, de no ser así volver a filtrar sobre otro papel de filtro, éste Último paso debe evitarse pues conduce errores posteriores cuando se determina el peso del precipitado.Lavar el precipitado con agua caliente varias veces, dirigir el chorro de agua lo más cerca posible de la parte superior del papel de filtro y dejar que pase el agua antes de añadir una nueva porción de agua caliente.Probar que el agua del lavado no acuse cloruros con unas gotas de nitrato de plata, si se forma el precipitado continuar lavando hasta obtener un resultado negativo.

Envolver el precipitado doblando el borde de papel de filtro, retirándolo cuidadosamente del embudo. Secar en una estufa a 110ºC por una hora, enfriar en un desecador y pesar. Repetir la operación de secado por 15 minutos volver a enfriar y pesar si se obtiene el mismo valor significa que se eliminó la humedad y se puede restar al peso del papel y el precipitado, el peso del papel para tener sólo el peso del precipitado que debe ser el BaSO4.

(Proceso de secado del papel filtro)

(Papel de filtro+CuSO4)

Calcular el porcentaje de CuSO4 en la muestra considerando la reacción:

CuSO4 (ac )+BaCl2(ac)→BaSO4 ( s)+CuCl2(ac )

Masa Muestra de sulfato CuSO4.5H2O = 0.5g

Masa del papel filtro solo= 1.55 g = m1

Masa del papel filtro luego de filtrar = 2.00 g = m2

Masa de CuSO4 = m2 – m1 = 2.00 - 1.55 = 0.45g

Reemplazando datos en la fórmula se obtiene:

%mCuSO4=0.45g0.5g

x100

%mCuSO4. = 90 %

%mCuSO4=mCuSO4mmuestra

x 100

VI. CUESTIONARIO

1. ¿Qué es gravimetría?

En química analítica, el análisis gravimétrico o gravimetría consiste en determinar la cantidad proporcionada de un elemento, radical o compuesto presente en una muestra, eliminando todas las sustancias que interfieren y convirtiendo el constituyente o componente deseado en un compuesto de composición definida, que sea susceptible de pesarse. La gravimetría es un método analítico cuantitativo, es decir, que determina la cantidad de sustancia, midiendo el peso de la misma con una balanza analítica.

2. ¿Qué es decantación?

La decantación es un proceso físico de separación de mezclas, especial para separar mezclas

heterogéneas, estas pueden ser exclusivamente líquido – líquido ó sólido – líquido.Esta técnica se

basa en la diferencia de densidades entre los dos componentes, que hace que dejándolos en reposo

se separen quedando el más denso arriba y el más fluido abajo.Para realizar esta técnica se utiliza

como instrumento principal un embudo de decantación, que es de cristal y esta provisto de una llave

en la parte inferior.

3. ¿Qué es digestión?

Normalmente consiste en dejar el precipitado a baño María un par de horas; otras veces (como en el caso de determinación defosfatos), le sigue un reposo en heladera aproximadamente de 3 ºC a 4 ºC por algunas horas más.

Durante la digestión el precipitado va purificándose. Deja en las aguas madres los iones que lo impurifican (que eran impurezas adsorbidas). A la vez que se va formando la red cristalina del precipitado, los cristales se perfeccionan, se "sueldan", y forman cristales de mayor tamaño, que presentan mejor filtrabilidad, y además, no ocluyen la trama del filtro.

4. ¿Qué es precipitación?

Técnica analítica clásica que se basa en la precipitación de un compuesto de composición química conocida tal que su peso permita calcular mediante relaciones, generalmente estequiométricas, la cantidad original de analito en una muestra.

5. ¿Qué es precipitado?

El reactivo o agente precipitante es una solución lo más diluida posible pero de una concentración aproximada, a la que se le debe agregar siempre un ligero exceso por dos razones:Para asegurarse de que la reacción ha sido total.Para disminuir la solubilidad del precipitado. Por efecto ion común, el precipitado es más insoluble en una solución que contenga un ion común con él, que con agua pura.

6. ¿Puede el % de CuSO4 ser mayor que el 100%? De ser afirmativa su respuesta justifique a que se debería este resultado.

Se debería a que no se hizo un buen proceso de secado no funciono del todo, y el precipitado quedo húmedo, esto explicaría su peso excesivo.

7. Si el resultado es mucho menor del 100% ¿Cómo se explica este resultado?

Si se obtiene un porcentaje menor, es debido a que el sulfato no reacciono completamente con el bario adirido.

8. Escribir la reacción entre el ión cloruro Cl- y el ión plata Ag+

Ag+ + Cl- AgCl

VII.CONCLUSIONES

 

VI. HOJA DE REPORTEExperimento Nº 08: Determinación Gravimétrica del Anión Sulfato Precipitado

Como Sulfato De Bario

Nombre del alumno : ……………………………………….……

Fecha : ……….……….. Grupo : …………..

DATOS EXPERIMENTALES Y TRATAMIENTO DE DATOS EXPERIMENTALES

6.1 Anotar los pesos correspondientes:

Peso de la muestra : ……………….……………………………..

Peso del papel de filtro :……………………………………..

Peso del crisol :……………………………………..

Peso del papel de filtro + :……………………………………..

Crisol + BaSO4 :……………………………………..

Peso del BaSO4 :……………………………………..

% de CuSO4 en la muestra :…………………………………......

NIVEL PRELIMINAR DE: DISCUSION DE RESULTADOS y CONCLUSIONES

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