Clasificacion de Los Cationes

Módulo: Análisis de Agua Profesores: Sr. Mario Mora Oporto

Sra. Georgette Villalón Fuentes Curso: 4º E y F

APUNTES DE REACCIONES DE LOS CATIONES.

Unidad : Técnicas de Análisis de Aguas.Aprendizaje Esperado: Determinación cuantitativa de cationes presentes en el agua.

CLASIFICACIÒN DE LOS CATIONES (IONES METÀLICOS) EN GRUPOS ANALÌTICOS.

Para los propósitos del análisis cualitativo sistemático, los cationes se dividen en cinco grupos sobre la base de su comportamiento frente a ciertos reactivos. Mediante el uso sistemático de los llamados “reactivos de grupo”, podemos decidir sobre la presencia o ausencia de grupos de cationes y, además, separar estos grupos para un examen más profundo. Los reactivos de grupo que se usan para la clasificación de los cationes más comunes son: el ácido clorhídrico, el sulfuro de hidrógeno, el sulfuro de amonio y el carbonato de amonio. La clasificación se basa en que un catión reacciona con estos reactivos mediante la formación de precipitados o no. Por lo tanto se puede decir que la clasificación de los cationes más comunes se basa en las diferencias de las solubilidades de sus cloruros, sulfuros y carbonatos.

Los cinco grupos de cationes y las características de estos grupos son las siguientes:

GRUPO I. Los cationes de este grupo forman precipitados con el ácido clorhídrico diluido. Los iones de este grupo son: plomo, mercurio (I) y plata (I).

GRUPO II.Los cationes de este grupo no reaccionan con el ácido clorhídrico diluido, pero forman precipitados con el sulfuro de hidrógeno en un medio ácido mineral diluido. Los iones de este grupo son: mercurio (II), cobre, bismuto,cadmio,arsénico (III),arsénico (V), antimonio (III),antimonio (V),estaño (II) y estaño (IV). Los primeros cuatro forman el subgrupo IIa y los últimos seis el subgrupo IIb. Mientras que los sulfuros de los cationes del Grupo IIa son insolubles en polisulfuro de amonio, los de los cationes del Grupo IIb son solubles.

GRUPO III.Los cationes de este grupo no reaccionan ni con el ácido clorhídrico diluido, ni con el sulfuro de amonio en medio ácido mineral diluido. Sin embargo, forman precipitados con el sulfuro de amonio en un medio neutro o amoniacal. Los cationes de este grupo son: cobalto (II),níquel (II), hierro (II), hierro (III), cromo (III), aluminio, cinc y manganeso (II).

GRUPO IV.Los cationes de este grupo no reaccionan con los reactivos de los Grupos I, II y III. Forman precipitados con el carbonato de amonio en presencia de cloruro de amonio en medio neutro o ligeramente ácido. Los cationes de este grupo son: calcio, estroncio, y bario.

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Sra. Georgette Villalón Fuentes Curso: 4º E y F GRUPO V. Los cationes comunes que no reaccionan con los reactivos de los

grupos previos, forman el último grupo de cationes, que incluyen a los iones: magnesio, sodio, potasio, amonio, litio e hidrógeno.

PRIMER GRUPO DE CATIONES: PLOMO (II), MERCURIO (I) Y PLATA (I).

Reactivo de Grupo: ácido clorhídrico (2M). Reacción de Grupo: precipitado blanco de cloruro de plomo (II) PbCl2 , cloruro de mercurio (I) HgCl2 y cloruro de plata (I) AgCl.

Los cationes del primer grupo forman cloruros insolubles. Sin embargo, el cloruro de plomo es ligeramente soluble en agua y, por lo tanto, el plomo nunca es precipitado completamente cuando se agrega ácido clorhídrico diluido a una muestra, el resto de los iones plomo son precipitados cuantitativamente por el sulfuro de hidrógeno en medio ácido junto con los cationes del segundo grupo.

Los nitratos de estos cationes son muy solubles. Entre los sulfatos, el de plomo es prácticamente insoluble, mientras que el sulfato de plata se disuelve en un grado mucho mayor. La solubilidad del sulfato de mercurio (I) está entre ambos. Los bromuros y los yoduros también son insolubles, aunque la precipitación de los haluros de plomo es incompleta, y los precipitados se disuelven fácilmente en agua caliente. Los sulfuros son insolubles. Los acetatos son más solubles, a pesar de que se puede precipitar el acetato de plata a partir de soluciones más concentradas. Los hidróxidos y carbonatos se precipitan con una cantidad equivalente de reactivo y el agregado de un exceso del mismo puede actuar de varias maneras. También hay diferencias en cuanto a su comportamiento frente al amoníaco.

PLATA. (Ag P.at. 107,868) La plata es un metal blanco, maleable y dúctil. Tiene densidad de 10,5 gr/ml y funde a 960,5ºC. Es insoluble en ácido clorhídrico, ácido sulfúrico diluido 2M. Se disuelve en ácido nítrico concentrado 8M o en ácido sulfúrico concentrado y caliente.

6 Ag + 8 HNO3 → 6 AgNO3 + 2 NO↑ + 4 H2O

2 Ag + 2 H2SO4 → Ag2SO4 + SO2 ↑ + 2 H2O

La plata forma en solución iones monovalentes, que son incoloros. Los compuestos de plata (II) son inestables, pero juegan un importante papel en los procesos de oxidación-reducción catalizados por plata. El nitrato de plata es fácilmente soluble en agua, el acetato, nitrito y sulfato de plata son menos solubles, mientras que todos los otros compuestos de plata son prácticamente insolubles. Sin embargo, los complejos de plata son solubles. Los haluros de plata son sensibles a la luz, estas características son ampliamente utilizadas en fotografía.


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Sra. Georgette Villalón Fuentes Curso: 4º E y FREACCIONES DE IONES PLATA (I): Para el estudio de estas reacciones se puede

usar una solución de nitrato de plata (I) 0,1 M.

1.-Àcido clorhídrico diluido: Se forma un precipitado de color blanco de cloruro de plata (I).

AgNO3 + HCl → AgCl↓ + HNO3

La precipitación no ocurre con ácido clorhídrico concentrado. Decantando el líquido sobrenadante, el precipitado se disuelve en ácido clorhídrico concentrado, donde se forma el complejo dicloroargentato:

AgCl↓ + Cl- ↔ [AgCl2]-

Diluyendo con agua, el equilibrio se desplaza hacia la izquierda y reaparece el precipitado. El precipitado se disuelve en solución diluida de amoníaco, donde se forma el ión complejo diaminoargentato:

AgCl↓ + 2 NH3 → [Ag (NH3)2]+ + Cl-

El ácido nítrico o el clorhídrico diluidos neutralizan el exceso de amoníaco y reaparece el precipitado debido a que el equilibrio es desplazado hacia la izquierda.

La luz del sol o la radiación ultravioleta descomponen el precipitado de cloruro de plata que cambia a grisáceo o negro debido a la formación de plata metálica:

2 AgCl↓ → 2 Ag↓ + Cl2↑

La reacción es lenta y el verdadero mecanismo de la reacción es muy complicado. La fotografía se basa en estas reacciones. En la cámara estos procesos son sólo iniciados, se debe revelar el material fotográfico para completar la reacción. Las partículas grisáceas o negras de plata aparecen sobre los sitios irradiados por la luz, se obtiene así una imagen negativa del objeto.

2.-Soluciòn de amoníaco: Se forma un precipitado de color marrón de óxido de plata (I):

2 AgNO3 + 2 NH3 + H20 → Ag2O↓ + 2 NH4NO3

La reacción alcanza un equilibrio y, por lo tanto, la precipitación es incompleta en cualquier etapa. (Si en la solución original está presente el nitrato de amonio o la solución es fuertemente ácida no ocurre la precipitación).El precipitado se disuelve en exceso reactivo.

3.-Hidròxido de sodio: Se forma un precipitado de color marrón de óxido de plata (I).

2 AgNO3 + 2 NaOH → Ag2O↓ + 2 NaNO3 + H2O


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El precipitado es insoluble en exceso de reactivo. El precipitado se disuelve en solución de amoníaco y en ácido nítrico.

4.-Ioduro de potasio: Se obtiene un precipitado de color amarillo de ioduro de plata (I).

AgNO3 + KI → AgI↓ + KNO3

El precipitado es insoluble en amoníaco diluido o concentrado, pero se disuelve fácilmente en cianuro de potasio y en tiosulfato de sodio.

5.-Cromato de potasio: Se obtiene un precipitado de color rojo de cromato de plata (I).

2 AgNO3 + K2CrO4 → Ag2CrO4 + 2 KNO3

El precipitado es soluble en ácido nítrico diluido y en solución de amoníaco.

PLOMO. (Pb, P. at. 207,19) El plomo es un metal gris azulado de alta densidad (11,48 gr/ml) a temperatura ambiente. Se disuelve fácilmente en ácido nítrico concentrado (8M) formándose también óxido de nitrógeno:

3 Pb + 8 HNO3 → 3 Pb2+ + 6 NO3- + 2 NO↑ + 4 H2O

El gas incoloro óxido de nitrógeno cuando se mezcla con aire se oxida a dióxido de nitrógeno rojo:

2 NO↑ (incoloro) + O2 ↑ → 2 NO2 ↑ (rojo)

Con ácido nítrico concentrado se forma sobre la superficie del metal una película protectora de nitrato de plomo, que evita la disolución posterior. El ácido clorhídrico o el ácido sulfúrico diluido tienen pocos efectos debidos a la formación de cloruro o sulfato de plomo insolubles sobre la superficie.

REACCIONES DE IONES PLOMO (II). Para el estudio de estas reacciones puede usarse una solución de nitrato de plomo (II) 0,25 M.

1.-Àcido clorhídrico diluido 1:3: en soluciones no muy diluidas y en frío se forma un precipitado blanco de cloruro de plomo.

Pb(NO3)2 + 2 HCl → PbCl2 + 2 HNO3


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El precipitado es soluble en agua caliente (33,4 gr/l a 100ºC mientras que sólo 9,9 gr/l a 20ªC), pero cuando se enfría se separan nuevamente cristales con cristales de agujas. Es soluble también en ácido clorhídrico concentrado o solución concentrada de cloruro de potasio donde se forma el ión tetracloro plumbato (II):

PbCl2↓ + 2 Cl- → [PbCl4]2-

2.-Soluciòn de amoníaco 1:3. Se forma un precipitado de color blanco de hidróxido de plomo(II)

Pb(NO3)2 + 2 NH3 + 2 H2O → Pb(OH)2 + 2 NH4NO3

El precipitado es insoluble en exceso de reactivo.

3.-Hidròxido de sodio: Se forma un precipitado de color blanco de hidróxido de plomo (II).

Pb(NO3)2 + 2 NaOH → Pb(OH)2↓ + 2 NaNO3

El precipitado se disuelve en exceso de reactivo.

4.-Àcido sulfúrico diluido: se forma un precipitado de color blanco de sulfato de plomo (II).

Pb(NO3)2 + H2SO4 → PbSO4↓ + 2 HNO3

5.-Cromato de potasio en solución neutra, amoniacal o acética: Se forma un precipitado de color amarillo de cromato de plomo (II).

Pb(NO3)2 + K2CrO4 → PbCrO4↓ + 2 KNO3

El precipitado se disuelve en ácido nítrico o en hidróxido de sodio.

6.-Ioduro de potasio: se obtiene un precipitado de color amarillo de ioduro de plomo (II).

Pb(NO3)2 + 2 KI → PbI2↓ + 2 KNO3

El precipitado es moderadamente soluble en agua hirviente para dar una solución incolora, de la cual se separa al enfriar en placas de color amarillo dorado.


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MERCURIO ( Hg Peso Atómico = 200,59 ) El mercurio es un metal blanco plateado, líquido a temperaturas ordinarias y tiene una densidad de 13,534 g/ml a 25ºC.No es afectado cuando se lo trata con ácidos clorhídrico o sulfúrico diluido (2M), pero reacciona rápidamente con ácido nítrico. El ácido nítrico concentrado en frío, diluido (8 M) con un exceso de mercurio da iones mercurio (I):

6 Hg + 8 HNO3 → 3 Hg22+ + 2 NO↑ + 6 NO3

- + 4 H2O

Con un exceso de ácido nítrico concentrado y, en caliente, se forman iones mercurio (II):

3 Hg + 8 HNO3 → 3 Hg2+ + 2 NO↑ + 6 NO3- + 4 H2O

REACCIONES DE IONES MERCURIO (I).Para el estudio de estas reacciones se puede usar una solución de nitrato de mercurio (I) 0,05M.

1.-Àcido clorhídrico diluido: se forma un precipitado de color blanco de cloruro de mercurio (I) (calomel).

Hg22+ + 2 Cl- → Hg2Cl2↓

El precipitado es insoluble en ácidos diluidos.

2.-Soluciòn de amoníaco: obtiene un precipitado de color negro, que es una mezcla de mercurio metálico y amidonitrato básico de mercurio (II), que es por sí mismo un precipitado blanco.

NH2

2 Hg22+ + NO3

- + 4 NH3 + H2O → HgO.Hg ↓ + 2Hg↓ + 3NH4+

NO3

Esta reacción puede ser usada para diferenciar entre los iones mercurio (I) y mercurio (II).

3.-Hidròxido de sodio: Se forma un precipitado de color negro de óxido de mercurio(I).

Hg22+ + 2 OH- → Hg2O↓ + H2O

El precipitado es insoluble en exceso de reactivo, pero se disuelve rápidamente en ácido nítrico diluido.


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Cuando se hierve, el color del precipitado cambia por gris, debido a la dismutación en la que se forman óxido de mercurio (II) y mercurio metálico:

Hg2O↓ → HgO↓ + Hg↓

4.-Cromato de potasio en solución caliente: Se forma un precipitado de color rojo de cromato de mercurio (I).

Hg22+ + CrO2-

4 → Hg2CrO4↓

5.-Ioduro de potasio, agregado lentamente en solución fría: se obtiene un precipitado de color verde de ioduro de mercurio (I).

Hg22+ + 2I- → Hg2I2↓

Si se agrega exceso de reactivo ocurre una reacción de dismutación y se forman iones solubles de tetraiodo mercuriato (II) y un precipitado negro de mercurio finamente dividido:

Hg2I2↓ + 2I- → [HgI4]2- + Hg↓

Cuando se hierve con agua el precipitado de ioduro de mercurio, nuevamente ocurre una dismutación y se forma una mezcla de ioduro de mercurio (II) rojo y mercurio negro finamente dividido:

Hg2I2↓ → HgI2↓ + Hg↓

SEGUNDO GRUPO DE CATIONES: MERCURIO (II), PLOMO (II), BISMUTO (III), COBRE (II), CADMIO (II), ARSÈNICO (III) Y (V), ANTIMONIO (III) Y (V), ESTAÑO (II) Y (IV).

Reactivo de grupo: sulfuro de hidrógeno gaseoso. Reacción de grupo: precipitados de diferentes colores. Los cationes del segundo grupo se dividen tradicionalmente en dos subgrupos: el subgrupo del cobre y el subgrupo del arsénico. La base de esta división es la solubilidad de los precipitados de sulfuros en polisulfuro de amonio. Mientras que los sulfuros del subgrupo del cobre son insolubles en este reactivo, aquellos del subgrupo del arsénico se disuelven por la formación de tiosales. El subgrupo del cobre consiste de mercurio (II), plomo (II), bismuto (III), cobre (II) y cadmio (II). Aunque la mayor parte de los iones plomo (II) son precipitados con ácido clorhídrico diluido junto con otros iones del grupo (I), este precipitado es


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Sra. Georgette Villalón Fuentes Curso: 4º E y Fbastante incompleto debido a la solubilidad relativamente alta del cloruro de

plomo(II). Los cloruros, nitratos y sulfatos de los cationes del subgrupo del cobre son bastante solubles en agua. Los sulfuros, hidróxidos y carbonatos son insolubles.

COBRE, (Cu, Peso atómico = 63,54).El cobre es un metal rojo claro, blando, maleable y dúctil. Funde a 1038ºC.Es insoluble en ácido clorhídrico y en ácido sulfúrico diluido, aunque en presencia de oxígeno puede tener lugar alguna disolución. El ácido nítrico diluido (8 M) disuelve rápidamente al cobre:

3 Cu + 8 HNO3 → 3 Cu2+ + 6 NO3- + 2 NO↑ + 4 H2O

El ácido sulfúrico concentrado caliente también disuelve al cobre:

Cu + 2 H2SO4 → Cu2+ + SO42-↑ + SO2↑ + 2 H2O

El cobre también es fácilmente disuelto en “agua regia”:

3 Cu + 6 HCl + 2 HNO3 → 3 Cu2+ + 6 Cl- + 2 NO↑ + 4 H2O

Hay dos series de compuestos de cobre. Los compuestos del cobre (I) derivan del óxido de cobre (I) rojo Cu2O y contienen el ión cobre (I) Cu+.Estos compuestos son incoloros, la mayoría de las sales de cobre (I) son insolubles en agua y su comportamiento se asemeja generalmente al de los compuestos de plata (I). Se oxidan fácilmente a compuestos de cobre (II), que son derivables del óxido de cobre (II) negro CuO. Los compuestos de cobre (II) contienen los iones cobre (II) Cu2+. Las sales de cobre (II) son generalmente azules tanto en la forma hidratada sólida como en soluciones acuosas diluidas. Las sales del cobre (II) anhidro, como el sulfato de cobre (II) anhidro CuSO4, son blancas (o ligeramente amarillas).

REACCIONES DE LOS IONES COBRE (II). Estas reacciones se pueden estudiar con una solución 0,25 M de sulfato de cobre (II).

1.-Soluciòn de amoníaco. Se obtiene un precipitado de color azul de una sal básica (sulfato básico de cobre):

2 Cu2+ + SO42- + 2 NH3 + 2 H2O → Cu(OH)2.CuSO4↓ + 2 NH4

+

Precipitado que es soluble en exceso de reactivo, donde se obtiene una coloración azul profunda.

2.-Soluciòn de hidróxido de sodio en frío. Se obtiene un precipitado de color azul de hidróxido de cobre (II):

Cu2+ + 2 OH- → Cu(OH)2↓


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Sra. Georgette Villalón Fuentes Curso: 4º E y FEl precipitado es insoluble en exceso de reactivo.

Cuando se lo calienta, el precipitado se convierte en óxido de cobre (II) negro por deshidratación.

Cu(OH)2↓ → CuO↓ + H2O

3.-Ioduro de potasio: Se obtiene un precipitado de ioduro de cobre (I) de color blanco, pero la solución es intensamente marrón debido a la formación de iones triioduro:

2 Cu2+ + 5I- → 2 CuI↓ + I-3

Agregando a la solución un exceso de tiosulfato de sodio, los iones triioduros son reducidos a iones ioduros incoloros y se vuelve visible el color blanco del precipitado. La reducción con tiosulfato da iones tetrationato:

I-3 + 2 S2O3

2- → 3 I- + S4O62-

Estas reacciones se usan en análisis cuantitativo para la determinación iodométrica de cobre.

4.- Ferricianuro de potasio. Se obtiene un precipitado de color marrón rojizo de hexaciano ferrato (II) de cobre:

2 Cu2+ + [Fe(CN)6]4- → Cu2[Fe(CN)6]↓

El precipitado es soluble en solución de amonìaco, donde se forman los iones tetraminocuprato (II) azul oscuro:

Cu2[Fe(CN)6]↓ + 8 NH3 → 2[Cu(NH3)4]2+ + [Fe(CN)6]4-

El precipitado se descompone con hidróxido de sodio, donde se forma hidróxido de cobre (II) precipitado de color azul:

Cu2[Fe(CN)6]↓ + 4 OH- → 2 Cu(OH)2↓ + [Fe(CN)6]4-

5.-Hierro. Si se sumerge un clavo de hierro limpio en una solución de una sal de cobre, se obtiene un depósito rojo de cobre:

Cu2+ + Fe → Fe2+ + Cu


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