5/27/2018 Experimento Gravimetria Calcio New

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UPR-Humacao, Departamento de Qumica

Qumica Analtica 3025

Determinacin gravimtrica de calcio por medio de precipitacin homognea con oxalato

El mtodo gravimtrico consiste en la determinacin del peso de un producto cuya composicin y las

ecuaciones qumicas con el analito de inters son conocidas. Este anlisis clsico se puede llevar a cabo pordos procesos conocidos como precipitacin homogneay por volatizacin. En el caso de la precipitacin

homognea, un agente precipitante se genera lentamente por medio de una reaccin qumica en presencia

del analito produciendo un slido de composicin conocida. El uso de precipitacin homognea nos provee

la ventaja de que el precipitado que se produce se puede manipular mejor experimentalmente que aquel que

se forma al aadir directamente el agente precipitante a la solucin. Un buen agente precipitante debe tener

las siguientes caractersticas: que reaccione especficamente con el analito de inters, que el precipitado

posea baja solubilidad y que sea fcil de filtrar y lavar y por ltimo que el slido formado sea estable y de

composicin conocida. En el caso de precipitacin por volatizacin , el producto a ser determinado es

separado del resto de la muestra como un gas que se puede hacer reaccionar o adsorber con un agente

adsorbente. El anlisis cuantitativo en precipitacin por volatizacin se lleva a cabo mediante la diferencia

en pesada de la sustancia adsorbida y el agente adsorbente o por diferencia en pesada del residuo slido y

el reactivo inicial. Mayormente se prefiere trabajar el mtodo de precipitacin homognea debido a que elmanejo de gases tiende a ser un poco dificultoso. Sin embargo el proceso de cuantificacin en ambos casos

requiere el uso de un factor gravimtrico. El factor gravimtrico nos permite relacionar los gramos de pesada

del producto slido con los gramos del analito de inters. La relacin matemtica entre ambas especies surge

del previo conocimiento de las reacciones estequiomtricas entre ambas especies.

Es importante describir el proceso de crecimiento cristalino para entender que factores experimentales

podemos controlar para obtener un precipitado puro y de tamao adecuado de tal forma que tengamos un

mejor manejo experimentalmente. El proceso de crecimiento cristalino ocurre en dos pasos fundamentales:

nucleacin y crecimiento de las partculas. Durante la nucleacin, las molculas en solucin se encuentran

formando pequeos agregados. Crecimiento de las partculas se refiere al proceso en el cual un nmero

mayor de molculas se unen a un ncleo el que a su vez da a lugar la formacin del cristal. Cuando la

solucin contiene un nmero alto de soluto que el que debe existir en equilibrio, la solucin se conoce como

una solucin sobresaturada. La sobresaturacin tiende a disminuir el tamao de las partculas del precipitado

lo cual es un factor negativo para el manejo del precipitado. En soluciones sobresaturadas el proceso de

nucleacin tiende a ser mas rpido que el de crecimiento de partculas resultando en una suspensin de

pequeas partculas o un coloide. En soluciones menos sobresaturadas, el proceso de nucleacin es mas lento

por lo que los ncleos tienen mayor probabilidad de crecer en un tamao mayor resultando en un precipitado

de mas fcil manejo. Por lo tanto, para lograr que los cristales sean de un tamao adecuado se recomienda

llevar a cabo la precipitacin lentamente, usar soluciones diluidas, mezclar y calentar para evitar zonas de

sobresaturacin. Por otro lado, para aumentar la pureza del slido se recomienda disminuir la rapidez de

precipitacin y calentamiento. El primer factor es para evitar inclusin (impureza que ocupa un lugar que

le corresponde a un in que forma el cristal) y oclusin (impureza que queda atrapada en un hueco dentro

del cristal en crecimiento) mientras que el calentamiento ayuda en aumentar la formacin y liberacin de

cristales al existir la oportunidad de eliminar impurezas e imperfecciones. Precisamente los factores derapidez de precipitacin y calentamiento hacen que el uso de la precipitacin homognea sea favorecida

sobre la adicin directa del agente precipitante ya que en el proceso se eliminan las zonas de sobresaturacin.

Esto se debe a que el agente precipitante se produce lentamente en la misma solucin.

El in de calcio (Ca , PA=40.078) presente en una muestra se puede analizar por medio de la2+

2 4precipitacin con in de oxalato (C O ) como agente precipitante en solucin bsica. Sin embargo, el2-

oxalato puede formar precipitados con los iones de bario, cadmio, plomo, plata y estroncio. Los cuales

pueden ser posibles interferencias en el anlisis. Para eliminar estas interferencias se puede hacer uso de

agentes enmascarantes, control de pH y tratamiento preliminar de la muestra. En este experimento no vamos

a tener este tipo de interferencia.

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Figura 1Crisol

2 4 2El producto, oxalato de calcio: CaC O H O, (PM=146.098) se le determina su peso y mediante la

reaccin qumica (1) y con factor gravimtrico se puede determinar la cantidad del in de calcio en la

muestra. Es importante que la solucin sea bsica ya que el precipitado es soluble en soluciones cidas. Esto

se debe a que el in de oxalato es una base dbil por lo tanto su concentracin depende del pH de la solucin.

Es posible entender este factor si tenemos en consideracin el principio de LeChatelier y las reacciones 2 -

3.

Se puede apreciar que un aumento de la cantidad de hidronio causa que la concentracin del in de oxalato

2 2 4disponible en solucin para la precipitacin disminuye al producirse cido oxlico (H C O ) a pH bajos. La

disminucin en concentracin de oxalato causa que el producto inico entre la concentracin de calcio y

oxalato sea menor que el producto de solubilidad de la eq. 1, por lo que no se forma precipitado bajo estas

condiciones.

En el experimento que llevaras a cabo el slido de oxalato de calcio consiste de unos cristales grandes

lo que nos permite que la filtracin del slido sea eficiente. La manera de obtener cristales de un tamao

adecuado es disolviendo los iones de calcio y oxalato en una solucin cida a la que luego se la va aumentado

su pH lentamente mediante la descomposicin termal de urea, (eq 4).

Al calentar urea se produce el in hidrxido y el in amoniaco, lo que resulta en un aumento paulatino del

pH en la solucin. Un aumento en pH hace que la concentracin del in oxalato aumente por lo que al

reaccionar con el in de calcio segn la eq. 1 produce el precipitado de oxalato de calcio.

Reactivos

4 2 2 41. Solucin de oxalato de amonio al 4% (NH ) C O H2O, PM=142.112)

2. Solucin del desconocido: Vea paso nmero 3.

Procedimiento1. Lave y marque con un lpiz de manera que los pueda identificar dos

crisoles de porosidad mediana, figura 1. Lleve a peso constante

mediante proceso de calentamiento en horno a 110 C. El primer ciclo

de llevar a peso constante debe ser 1-2 horas horno y luego enfriar en

desecador por 40 minutos. Desde el segundo ciclo en adelante puede

calentar por 30 minutos y enfriar por igual cantidad de tiempo que en

el primer ciclo. Debe repetir los ciclos hasta que la pesada de cada

crisol no difiera en 0.3 mg en tres ciclos consecutivos. Recuerde que

puede nodebe existir contacto directo entre su piel y el crisol ya que

su piel contiene aceite y humedad que pueden adsorberse al crisol

resultando en una variacin del peso. Para evitar el contacto, use

tenazas o pinzas de la laboratorio durante la manipulacin del crisol.

2. Obtenga su muestra desconocida. Proceda con el proceso de secado de muestra por calentamiento en

horno. Debe calentar por 1-2 horas a 110C. Vea figura 2.

3. Luego de secar el desconocido y mientras lleva a peso constante los crisoles, prepare una solucin de

su desconocido. Pese 1.8 g de su desconocido en una balanza analtica y transfieralo a un matraz

volumtrico limpio de 100.0 mL. Aada al matraz 3.8 mL de HCl 12 M (Cuidado, cido concentrado)

y lleve a volumen con agua desionizada.

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Figura 2Esquema para secar slido

Figura 3Desecadores

4. Transfiera con una pipeta 25.00 mL de la solucin del

desconocido a un vaso de 250 a 400 ml. Repita la

transferencia en otro vaso para preparar una segunda

muestra. De esta manera tendr un total de dos

muestras de su solucin con el desconocido.

5. Aada a cada vaso, 75 ml de HCl 0.1 M y 5 gotas del

indicador rojo de metilo. Este indicador muestra uncolor rojo a pH menor de 4.8 y amarillo a un pH mayor

de 6.0.

6. Aada 25 ml de la solucin de oxalato de amonio a

cada vaso durante agitacin contina con agitador de

vidrio. Al finalizar la adicin, remueva el agitador de

vidrio de la solucin. Recuerde que debe limpiar con

un poco de agua destilada el agitador de tal forma que

el lquido que queda adsorbido en la superficie del

agitador regrese a la muestra evitando perdida del

desconocido.

7. Aada aproximadamente 15 g de urea slida a cada

vaso, coloque un cristal de reloj sobre cada vaso y

caliente suavemente por 30 minutos o hasta que el

indicador muestre un color amarillo (pH 6.0).

8. Filtre por succin cada solucin caliente mediante el uso del crisol que llevo a peso constante en la parte

1. Transfiera el slido con una esptula de goma o plstico al crisol. Lave el vaso y el precipitado con

una porcin de 3 mL de agua fra. Repita el proceso de lavado 3 veces adicionales o las veces que sea

necesario para transferir todo el slido. Finalmente use dos porciones adicionales de 10 mL de agua fra

para limpiar el vaso. Recuerde limpiar la esptula que utilice para evitar prdida de muestra. Finalmente,

deje secar por dos-tres minutos el precipitado mediante succin.

9. Coloque los crisoles en horno por 1-2 horas a 110 C. Recuerde no tocar con las manos el crisol. Enfre

los crisoles en el desecador por cerca de 30 minutos. Determine el peso de cada crisol. Repita el proceso

de calentamiento-enfriamiento-pesada, pero esta vez caliente solo por 30 minutos. Repita el proceso

hasta que el peso de tres pesadas consecutivas de cada crisol no difieran en 0.3 mg. Debe tener en

consideracin que el slido es higroscpico, por lo que el manejo de la muestra es importante durante

el proceso de calentamiento/enfriamiento/pesada. Minimice el tiempo el que la muestra se expone al

aire. Siempre el slido tendr agua de inclusin, esta es parte de la estructura cristalina del slido.

Clculos

1. Determine la cantidad de calcio en porciento peso/peso (%p/p) para cada muestra.

2. Determine el promedio del %peso/peso y su desviacin estndar.

3. Determine el porciento de la desviacin estndar relativa (%RSD)

4. Determine los lmites de confianza al 95% de confiabilidad

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Conclusiones

Presente los resultados obtenidos junto con sus incertidumbres absolutas o relativas. Identifique

posibles fuentes de error y discuta como el error afecta el valor reportado en sus resultados. Identifique

en que direccin, mayor o menor relativo al valor esperado, el error descrito afecta sus resultados.

Referencias:

1. C. H. Hendrickson and P. R. Robinson,J. Chem. Ed. 1979, 56, 34 1.2. R. Q. Thompson and M. Ghadiali,J. Chem. Ed. 1993, 70 , 170.