Gravimetra por precipitacin

instituto politecnico nacional escuela superior de ingenieria quimica e industrais extractivasGravimetra por precipitacinDiego Prez Ramos Jos Luis Martinez Lpez Erik Daniel Montao Carmona Ral Alberto Riva Palacio Flores Alberto

Grupo: 2IM68

GeneralidadesPropiedades de los precipitados y de los reactivos precipitantes Lo ideal sera que un agente precipitante gravimtrico reaccionara de modo especfico o, al menos, de forma selectiva con el analito. Los reactivos especficos, que reaccionan slo con una especie qumica, son poco comunes. Los reactivos selectivos son ms frecuentes y reaccionan slo con un nmero limitado de especies. Adems de ser especfico y selectivo, el reactivo precipitante ideal debera reaccionar con el analito para formar un producto que:1. se pueda filtrar y lavar fcilmente para quedar libres de contaminantes;2. tenga una solubilidad lo suficientemente baja para que no haya prdidas importantes durante la filtracin y el lavado;3. no reaccione con los componentes atmosfricos,4. tenga una composicin conocida despus de secarlo o, si fuera necesario, de calcinarlo.Hay muy pocos reactivos, si los hay, que producen precipitados que renan todas estas propiedades deseables.Tamao de partculas y filtrabilidad de los precipitadosEn los mtodos gravimtricos se prefieren, por lo general, los precipitados formados por partculas grandes ya que son ms fciles de filtrar y de lavar para eliminar impurezas. Adems, este tipo de precipitados suelen ser ms puros que los precipitados formados por partculas finas.Factores que determinan el tamao de partculaEl tamao de las partculas de los slidos formados por precipitacin es muy variable. En un extremo se encuentran las suspensiones coloidales, cuyas finas partculas son invisibles a simple vista (entre 10-7 y 10-4 cm de dimetro). Las partculas coloidales no muestran tendencia a sedimentar, ni se filtran con facilidad. En el otro extremo se encuentran las partculas que tienen dimensiones del orden de dcimas de milmetro o mayores. La dispersin temporal de tales partculas en la fase lquida se denomina suspensin cristalina. Las partculas de una suspensin cristalina tiende a sedimentar de forma espontnea y se filtran con facilidad.Los cientficos han estudiado la formacin de precipitados durante mucho tiempo, pero el mecanismo del proceso no se entiende an por completo. Se sabe que hay variables experimentales, como la solubilidad del precipitado, la temperatura, la concentracin de los reactivos y la velocidad con la que se mezclan, que influyen en el tamao de la partcula del precipitado. El efecto total de estas variables se puede explicar, al menos cualitativamente, suponiendo que el tamao de la partcula est relacionado con una propiedad del sistema denominada sobresaturacin relativa, que es la relacin entre la concentracin excesiva de una sustancia y la solucin en el equilibrio.Una disolucin sobresaturada es una disolucin inestable que contiene ms soluto que una disolucin saturada. La sobresaturacin se alivia con el tiempo mediante la precipitacin del exceso de soluto.Mecanismo de formacin de precipitadosEl efecto de la sobresaturacin relativa sobre el tamao de partcula se puede explicar suponiendo que los precipitados se forman por medio de dos procesos distintos: por nucleacin y por crecimiento de partcula. El tamao de partcula de un precipitado recin formado viene determinado por el mecanismo predominante.La nucleacin es un proceso en el cual se agrupa una cantidad mnima de tomos, iones o molculas para formar un slido estable. El proceso de precipitacin posterior consiste en una competencia entre nuevos procesos de nucleacin y el crecimiento de los ncleos ya existentes (crecimiento de partcula). Si predomina la nucleacin, el resultado es un precipitado que contiene muchas partculas pequeas: si domina el crecimiento de partcula, se produce menor nmero de partculas pequeas, pero de mayor tamao.Control experimental del tamao de partculaEntre las variables experimentales que reducen la sobresaturacin y favorecen la formacin de precipitados cristalinos se incluye una elevada temperatura para aumentar la solubilidad del precipitado, la dilucin de las disoluciones y la adicin lenta del reactivo precipitante junto con una buena agitacin. Con las dos ltimas medidas tambin se reduce la concentracin del soluto en un momento determinado. Tambin se pueden obtener partculas ms grandes mediante el control del pH si la solubilidad del precipitado depende de este.En general, los precipitados que tienen muy baja solubilidad, como muchos sulfuros e hidrxidos, se forman como coloides.Precipitados coloidalesLas partculas coloidales individuales son tan pequeas que no pueden ser retenidas en filtros comunes. Por otra parte, el movimiento browniano evita que se sedimenten por influencia de la gravedad. Sin embargo, es posible coagular o aglomerar las partculas de la mayora de los coloides para obtener una masa amorfa, fcil de filtrar, y que s sedimente. Coagulacin de coloidesLa coagulacin se puede lograr por medio del calentamiento, la agitacin y la adicin de un electrolito al medio. Para entender la efectividad de estas medidas es necesario analizar porqu los coloides son estables y no coagulan de forma espontnea.Las suspensiones coloidales son estables debido a que todas las partculas presentes tienen una carga positiva o negativa. Esta carga resulta de los cationes o aniones que estn unidos a la superficie de las partculas. Se puede demostrar con facilidad que las partculas coloidales tienen carga al observar la migracin cuando se colocan en un campo elctrico. Al proceso por el cul los iones quedan retenidos en la superficie de un slido se le conoce como adsorcin.

La carga de una partcula coloidal formada durante un anlisis gravimtrico viene determinada por la carga del ion de la red cristalina que est en exceso cuando se completa la precipitacin.Peptizacin de coloides La peptizacin es un proceso mediante el cual un coloide coagulado regresa a su estado original disperso. Cuando se lava un coloide coagulado, parte del electrolito causante de la coagulacin se elimina del lquido interno que est en contacto con las partculas slidas. La eliminacin de este electrolito tiene el efecto de aumentar el volumen de la capa de contra-iones. Se restablecen entonces las fuerzas de repulsin causantes del estado coloidal original, y las partculas se separan de la masa coagulada. El lquido del lavado se vuelve turbio cuando las partculas nuevamente dispersas atraviesan el filtro.Por lo tanto el lavado es necesario para reducir al mnimo los contaminantes; por otro lado, si en el lavado se utiliza agua pura existe el riesgo de prdidas, como consecuencia de la peptizacin. El problema se resuelve, por lo general, al lavar el precipitado con una disolucin que contenga un electrolito que se volatilice durante las etapas posteriores de secado y calcinacin del mismo.Tratamiento prctico de los precipitados coloidales.Los coloidales se precipitan mejor en disoluciones calientes, con agitacin y que contengan suficientes electrolitos para asegurar la coagulacin. La filtrabilidad de un coloide coagulado a menudo mejora si se deja reposar durante una hora o ms en contacto con la disolucin caliente en el cual se form, este proceso es conocido como digestin.La digestin es un proceso en el cual se calienta un precipitado, durante una hora o ms, en la disolucin en la cual se form (que se conoce como agua madre).El agua madre es la disolucin en la que se forma un precipitado.Precipitados cristalinosUn precipitado cristalino, como el de sulfato de bario, algunas veces puede adsorber impurezas cuando sus partculas son pequeas. Cuando las partculas crecen, la impureza puede quedar encerrada en el cristal. A este tipo de contaminacin se llama oclusin, que es el proceso mediante el cual una impureza queda encerrada dentro del cristal debido a que ste creci a su alrededor.Existen varias tcnicas que el analista puede aplicar para minimizar la coprecipitacin en los precipitados cristalinos. Si est enterado de la presencia de un ion que precipita con facilidad, puede disminuir (no eliminar por completo) la cantidad de coprecipitado utilizando el mtodo de adicin de dos reactivos. Si se sabe que la muestra o el precipitante contiene un ion contaminante, se puede aadir la solucin que contiene este ion a la otra solucin. De esta forma, la concentracin del contaminante se mantiene al mnimo durante las primeras etapas de la precipitacin.Despus de que ya se form el precipitado cristalino, el analista an puede incrementar su pureza. Si la sustancia se puede redisolver con facilidad (como las sales de los cidos dbiles en cidos fuertes), se puede filtrar, redisolver y reprecipitar. Durante la segunda precipitacin, el contaminante se encontrar presente en una menor concentracin y por consiguiente de coprecipitar una cantidad ms pequea.La pureza de una sustancia que no se redisuelva con facilidad, como el sulfato de bario, se puede mejorar mediante el aejamiento o digestin. Ya hemos visto que durante el aejamiento aumenta el tamao de la partcula. Al mismo tiempo, las impurezas de las partculas pequeas se redisuelven y no se reabsorben apreciablemente en las partculas mayores. Tambin durante el aejamiento, la red cristalina se hace ms compacta, probablemente porque los iones de las orillas se disuelven y se redepositan de una manera ms ordenada. Durante este proceso de perfeccionamiento, las impurezas incluidas se pueden expulsar y, ya que el nmero de iones en la superficie ha disminuido, se reabsorbe muy poca impureza.CoprecipitacinEs el proceso mediante el cual una sustancia, que en condiciones normales es soluble es arrastrada durante la precipitacin de la sustancia deseada. O tambin la coprecipitacin es un proceso en el cual los compuestos que normalmente son solubles son arrastrados y separados de la disolucin por un precipitado.Hay cuatro tipos de coprecipitacin: adsorcin en la superficie, formacin de cristales mixtos, oclusin y atrapamiento mecnico. La adsorcin en la superficie y la formacin de cristales mixtos son procesos en equilibrio, mientras que la oclusin y el atrapamiento mecnico estn controlados por la cintica de crecimiento del cristal.Reprecipitacin.- Es el disolver un precipitado para precipitarlo de nuevo y minimizar la coprecipitacin.La formacin de cristales mixtos es un tipo de coprecipitacin en el cul el ion contaminante sustituye a un ion de la red cristalina.Precipitacin homognea La precipitacin homognea es un proceso en el cual se forma un precipitado por la generacin lenta y homognea del reactivo precipitante en la disolucin.En general los slidos formados por precipitacin homognea tienen mayor pureza y son mas fciles de filtrar que los precipitados generados por la adicin directa de un reactivo a la disolucin del analito.Posprecipitacin.- Es el proceso mediante el cual se deposita una impureza despus de que el analito se precipit.Secado y calcinacin de precipitados En cualquier procedimiento gravimtrico en donde se utilice la precipitacin, al final se debe cambiar la sustancia separada a una forma adecuada para su pesada. Para que los resultados del anlisis sean exactos, la sustancia que se pesa debe ser pura, estable y de composicin definida. Aun cuando se haya minimizado la coprecipitacin, todava tenemos el problema de la eliminacin del agua y de cualquier electrolito que se haya adicionado al agua de lavado. Algunos precipitados se pesan cuando se encuentran en la misma forma qumica en la cual precipitaron. Otros sufren cambios qumicos durante la calcinacin y estas reacciones se deben completar para obtener resultados correctos. El procedimiento que se utiliza en este paso final depende de las propiedades qumicas del precipitado y de la tenacidad con la que el agua sea retenida en el slido .Algunos precipitados se pueden secar lo suficiente para la determinacin analtica sin hacer uso de una temperatura elevada.La calcinacin a temperatura elevada se requiere para eliminar por completo el agua que esta ocluida o adsorbida con mucha fuerza y para completar el cambio de algunos precipitados al compuesto deseado. Durante el crecimiento de los cristales, el agua puede quedar encerrada y slo se puede excluir a temperaturas elevadas, debido probablemente al rompimiento de los cristales ocasionado por la presin de vapor generada. Los precipitados gelatinosos como los de los xidos de hidratados , adsorben el agua bastante fuerte y deben ser calentados a temperaturas muy elevadas para eliminar el agua por completo. La silica y la almina son ejemplos bien conocidos que requieren elevadas temperaturas para su calcinacin .Durante la calcinacin pueden ocurrir otros errores adems de la eliminacin incompleta del agua o de los electrolitos voltiles. Uno de los mas serios es la reduccin de precipitado por el carbono cuando se utiliza papel filtro. Las sustancias que se reducen con facilidad, como el cloruro de plata, nunca se filtran sobre papel; siempre se emplean los crisoles de filtracin.Los precipitados se pueden sobrecalcinar, llevando a la descomposicin y a la obtencin de substancias de composicin indefinida. Los errores tambin pueden ser el resultado de un precipitado calcinado readsorba agua o dixido de carbono al enfriarse. Por ello, los crisoles se deben cubrir en forma adecuada y se deben mantener dentro de un desecador mientras se enfra.La termobalanzaPermite pesar la muestra cuando se encuentra cuando se encuentra dentro de un horno, tiene una sensibilidad de 0.2 mg y puede medir la temperatura del horno en 1 a partir de la temperatura ambiente hasta 1100 C . Los datos se registraron graficando el peso del precipitado contra la temperatura, y a este tipo de grafica se le llama curva de pirolisis .Aplicaciones de los gravimtricos Se han desarrollado mtodos gravimtricos para muchos aniones y cationes inorgnicos, as como de especies neutras, como el agua, el dixido de azufre, dixido de carbono y yodo. Tambin es posible determinar con facilidad diversas sustancias orgnicas mediante mtodos gravimtricos. Entre los ejemplos se incluyen la lactosa, salicilatos en preparados farmacuticos, fenoftalena en laxantes, etc. Como puede verse, los mtodos gravimtricos estn entre los procedimientos analticos de ms amplia aplicacin.Agentes precipitantes inorgnicosEstos reactivos forman generalmente con el analito sales pocos solubles u xidos hidratados. Pocos de estos reactivos son selectivos

Agentes reductoresEstos tipos de agentes transforman al analito a su forma elemental pesable.Agentes precipitantes orgnicosSe han desarrollado muchos reactivos orgnicos para la determinacin gravimtrica de especies inorgnicas. Algunos de ellos son mucho ms selectivos en sus reacciones que la mayora de los reactivos inorgnicos.Hay dos tipos de reactivos orgnicos. Uno de ellos forma productos no inicos pocos solubles, denominados compuestos de coordinacin; el otro forma productos en los cuales el enlace entre las especies inorgnicas y el reactivo es principalmente inico.Los reactivos orgnicos que forman compuestos de coordinacin poco solubles contienen, por lo general, dos grupos funcionales. Cada grupo es capaz de enlazarse con un catin donando un par de electrones. Los grupos funcionales se localizan en la molcula de tal forma que, como resultado de la reaccin, se forman anillos de cinco o seis miembros. Los reactivos que forman este tipo de compuestos se denomina agentes quelatantes y sus productos se conocen como quelatos.Los quelatos son compuestos organometlicos cclicos en los cuales el metal es parte de uno o ms anillos de cinco o seis miembros. El quelato puede ser de tipo hem, un componente de la hemoglobina, la molcula que transporta el oxgeno en la sangre.Los quelatos metlicos son relativamente no polares y, por tanto, su solubilidad en agua es baja, pero es alta en los lquidos orgnicos. A menudo, estos compuestos poseen baja densidad y son de color intenso. Dado que no se mojan con el agua, los compuestos de coordinacin eliminan con facilidad su humedad a bajas temperaturas.

Gravimetra por precipitacinEn la gravimetra por precipitacin, el analito se precipita como un compuesto poco soluble. Este precipitado se filtra, se lava para eliminar las impurezas, se transforma en un producto de composicin conocida mediante un tratamiento trmico adecuado y, por ltimo, se pesa.A continuacin se comentan los distintos pasos a seguir en una gravimetrade precipitacin.

1. Toma y preparacin de muestra

Si se trata de una muestra lquida se toma un volumen conveniente, medido exactamente con una pipeta, y se vierte sobre un vaso de precipitado de capacidad apropiada.

Si se trata de una muestra slida se pesa una cantidad exacta en la balanza analtica y se procede a su disolucin y enrase en un matraz aforado. De esta disolucin se toman distintas alcuotas para realizar el anlisis. Previamente a su pesada la muestra debe haber sido secada en una estufa (normalmente a 100- 110C).2. Precipitacin del analito

Se vierte la muestra sobre un vaso de precipitado y a continuacin se realizan las siguientes operaciones:

1. Adicin del reactivo precipitante. Se debe hacer de forma lenta y con agitacin (desde una bureta o con una pipeta). Se han de evitar las salpicaduras (para ello se hace resbalar el reactivo precipitante sobre las paredes del vaso). En algunos casos, adems del reactivo precipitante, es necesario aadir previamente otros reactivos.

1. Comprobacin de la precipitacin. Se deja sedimentar el precipitado y se comprueba que la precipitacin haya sido total, aadiendo unas gotas del reactivo precipitante y observando que no aparezca ms precipitado.1. Digestin del precipitado. Para mejorar las caractersticas fsicas y qumicas del precipitado se deja en contacto con los lquidos madres, a la temperatura y durante el tiempo que se indique en el mtodo analtico.

3. Filtracin El medio de filtracin ms utilizado es el papel de filtro, aunque su uso viene condicionado por el tratamiento trmico al que se vaya a someter al precipitado. El papel de filtro que se usa en gravimetra debe ser: - De cenizas conocidas, es decir, que su residuo de calcinacin sea conocido (generalmente menor de 0.1 mg). - De porosidad, tamao y consistencia adecuada, segn las caractersticas del precipitado (tamao de partculas y volumen de precipitado) y la naturaleza del medio. La filtracin generalmente se realiza sobre un embudo, al que previamente se le ha colocado de filtro de papel, para ello se dobla el papel en forma de cono procurando que quede acoplado a las paredes del embudo. Cuando interesa una filtracin rpida se dobla formando pliegues. El borde del papel debe quedar, al menos, a 1 cm del borde del embudo. El lquido se vierte con la ayuda de una varilla que se mantiene en contacto con el pico del vaso. El nivel del lquido en el filtro debe estar, como mximo, a 1 cm del borde del papel.

4. Lavado El lavado se realiza con un lquido adecuado, de forma que la solubilidad del precipitado en l sea mnima. Generalmente se utilizar agua desionizada a la que se le aade una sal que tenga un ion comn con el precipitado. El precipitado puede lavarse en el mismo recipiente en el que se form, mediante un proceso llamado lavado por decantacin. Para esto, despus de sedimentar el precipitado y filtrar el lquido sobrenadante, se aade sobre el precipitado una pequea porcin del lquido de lavado y se agita, despus se deja sedimentar y decantar y se filtra el lquido sobrenadante. Conviene repetir, al menos dos veces, estas operaciones. Hay que tener en cuenta que es ms eficaz lavar varias veces con pequeas porciones de lquido que una sola vez con el mismo volumen total de lquido. Esta tcnica se emplea sobre todo cuando el tamao de las partculas del precipitado es pequeo o bien con precipitados coloidales. En otras ocasiones el lavado se hace sobre el propio filtro, una vez pasado todo el precipitado y la disolucin. El lquido de lavado se aade sobre el precipitado, dejndolo resbalar sobre una varilla. Despus de aadir una pequea porcin del lquido de lavado, debe esperarse hasta que ste se haya agotado, antes de aadir de nuevo el lquido. 5. Tratamiento trmico El precipitado generalmente ha de someterse a un tratamiento trmico antes de proceder a su pesada. La temperatura a la que habr que someterlo depender de su naturaleza (con el tratamiento trmico se busca conseguir que la composicin qumica del precipitado sea definida y constante). En general, la forma qumica que se pesa no tiene por qu coincidir con la forma qumica de precipitacin. Cuando el tratamiento trmico es a temperaturas inferiores a 250C, se realiza en estufa y se denomina secado. Cuando es a temperaturas superiores se denomina calcinacin y se realiza con un horno de mufla elctrico.

Cuando se ha filtrado sobre papel, el precipitado ha de ser calcinado por encima de 500C para oxidar totalmente la materia orgnica del papel y reducir al mnimo sus cenizas. Pesada Los pasos a seguir para determinar el peso del precipitado son los siguientes: a) Pesada del crisol: Calcinar el crisol vaco, al objeto de eliminar la humedad y otros productos voltiles (restos de suciedad) a la temperatura de calcinacin. A continuacin dejar enfriar el crisol en un desecador y pesar. b) Pesada del precipitado: Despus de haber realizado la precipitacin y de haber lavado el precipitado, se deja escurrir, se dobla el filtro de papel (envolviendo al precipitado) y se pasa al crisol. El crisol y su contenido se secan en la estufa a 105C y se calcina en un horno de mufla elctrico a 900-1000C hasta que el precipitado est exento de partculas carbonosas. Despus, para enfriar el crisol, es necesario colocarlo en un desecador hasta que llegue a temperatura ambiente, y as poder pesarlo. Con la diferencia de peso entre el crisol con el precipitado y el crisol vaco, podemos determinar el peso del precipitado.