17.6: Análisis cualitativo mediante precipitación selectiva

Objetivos de aprendizaje

• Saber separar iones metálicos por precipitación selectiva.

La composición de mezclas relativamente complejas de iones metálicos se puede determinar mediante análisis cualitativo Un procedimiento para determinar la identidad de iones metálicos presentes en una mezcla que no incluye información sobre sus cantidades. , un procedimiento para descubrir la identidad de los iones metálicos presentes en la mezcla (más que información cuantitativa sobre sus cantidades).

El procedimiento utilizado para separar e identificar más de 20 cationes metálicos comunes de una sola solución consiste en precipitar selectivamente solo unos pocos tipos de iones metálicos a la vez bajo conjuntos de condiciones dados. Las etapas de precipitación consecutivas se vuelven progresivamente menos selectivas hasta que casi todos los iones metálicos precipitan, como se ilustra en la Figura 17.5.1.

Figura 17.5.1 Pasos en un esquema típico de análisis cualitativo para una solución que contiene varios iones metálicos

Grupo 1: Cloruros insolubles

La mayoría de las sales de cloruro metálico son solubles en agua; solo Ag ⁺, Pb ²⁺ y Hg ₂ ²⁺ forman cloruros que precipitan del agua. _{Por lo tanto, el primer paso en un análisis cualitativo es agregar HCl aproximadamente 6 M, lo que provoca que precipiten AgCl, PbCl 2 y/o Hg 2 Cl 2.} Si no se forma precipitado, entonces estos cationes no están presentes en cantidades significativas. El precipitado se puede recoger por filtración o centrifugación.

Grupo 2: Sulfuros insolubles en ácido

A continuación, la solución ácida se satura con gas H ₂ S. Solo aquellos iones metálicos que forman sulfuros muy insolubles, como As ³⁺, Bi ³⁺, Cd ²⁺, Cu ²⁺, Hg ²⁺, Sb ³⁺ y Sn ²⁺, precipitan como sus sales de sulfuro bajo estas condiciones ácidas. Todos los demás, como Fe ²⁺ y Zn ²⁺, permanecen en solución. Una vez más, los precipitados se recogen por filtración o centrifugación.

Grupo 3: Sulfuros insolubles en base (e hidróxidos)

Ahora se agrega amoníaco o NaOH a la solución hasta que sea básica, y luego se agrega (NH ₄) ₂ S. Este tratamiento elimina los cationes restantes que forman hidróxidos o sulfuros insolubles. Los iones metálicos divalentes Co ²⁺, Fe ²⁺, Mn ²⁺, Ni ²⁺ y Zn ²⁺ precipitan como sus sulfuros, y los iones metálicos trivalentes Al ³⁺ y Cr ³⁺ precipitan como sus hidróxidos: Al (OH) ₃ y Cr (OH) ₃. Si la mezcla contiene Fe ³⁺, el sulfuro reduce el catión a Fe ²⁺, el cual precipita como FeS.

Grupo 4: Carbonatos o Fosfatos Insolubles

Los siguientes iones metálicos que se eliminarán de la solución son los que forman carbonatos y fosfatos insolubles. Cuando se agrega Na ₂ CO ₃ a la solución básica que queda después de eliminar los iones metálicos precipitados, los carbonatos insolubles precipitan y se recogen. Alternativamente, la adición de (NH ₄) ₂ HPO ₄ provoca que los mismos iones metálicos precipiten como fosfatos insolubles.

Grupo 5: Metales alcalinos

En este punto, hemos eliminado todos los iones metálicos que forman cloruros, sulfuros, carbonatos o fosfatos insolubles en agua. Los únicos iones comunes que podrían permanecer son los metales alcalinos (Li ⁺, Na ⁺, K ⁺, Rb ⁺ y Cs ⁺) y el amonio (NH ₄ ⁺). Ahora tomamos una segunda muestra de la solución original y agregamos una pequeña cantidad de NaOH para neutralizar el ion amonio y producir NH ₃. (No podemos usar la misma muestra que usamos para los primeros cuatro grupos porque agregamos amonio a esa muestra en pasos anteriores). Cualquier amoníaco producido puede ser detectado ya sea por su olor o por una prueba de papel tornasol. Se utiliza una prueba de llama en otra muestra original para detectar sodio, lo que produce un característico color amarillo brillante. Como se discute en el Capítulo 2, los otros iones de metales alcalinos también dan colores característicos en las pruebas de llama, lo que permite identificarlos si solo hay uno presente.

Los iones metálicos que precipitan juntos se separan mediante diversas técnicas adicionales, como formar iones complejos, cambiar el pH de la solución o aumentar la temperatura para redisolver algunos de los sólidos. Por ejemplo, los cloruros metálicos precipitados de los cationes del grupo 1, que contienen Ag ⁺, Pb ²⁺ y Hg ₂ ²⁺, son todos bastante insolubles en agua. Debido a que PbCl ₂ es mucho más soluble en agua caliente que las otras dos sales de cloruro, sin embargo, agregar agua al precipitado y calentar la suspensión resultante disolverá cualquier PbCl ₂ presente. Al aislar la solución y agregarle una pequeña cantidad de solución de Na ₂ CrO ₄ se producirá un precipitado amarillo brillante de PbCrO ₄ si Pb ²⁺ estaba en la muestra original (Figura 17.5.2).

Como otro ejemplo, tratar los precipitados de los cationes del grupo 1 con amoníaco acuoso disolverá cualquier AgCl porque Ag ⁺ forma un complejo estable con amoníaco: [Ag (NH ₃) ₂] ⁺. Además, Hg _{2 Cl 2} se desproporcionaba en amoníaco (2Hg ₂ ²⁺ → Hg + Hg ²⁺) para formar un sólido negro que es una mezcla de mercurio metálico finamente dividido y un compuesto insoluble de mercurio (II), que se separa de la solución:

Figura 17.5.2 Cuando se agrega una pequeña cantidad de solución de Na 2 CrO 4 a una muestra que contiene iones Pb 2 + en agua, se forma un precipitado amarillo brillante de PbCRo 4. de Wikipedia.

Como otro ejemplo, tratar los precipitados de los cationes del grupo 1 con amoníaco acuoso disolverá cualquier AgCl porque Ag ⁺ forma un complejo estable con amoníaco: [Ag (NH ₃) ₂] ⁺. Además, Hg _{2 Cl 2} se desproporcionaba en amoníaco (2Hg ₂ ^{2 +} → Hg + Hg ^{2 +}) para formar un sólido negro que es una mezcla de mercurio metálico finamente dividido y un compuesto insoluble de mercurio (II), que se separa de solución:

\[Hg_2Cl_{2(s)} + 2NH_{3(aq)} \rightarrow Hg_{(l)} + Hg(NH_2)Cl_{(s)} + NH^+_{4(aq)} + Cl^−_{(aq)} \tag{17.39}\]

Cualquier ión de plata en la solución se detecta luego añadiendo HCl, lo que invierte la reacción y da un precipitado de AgCl blanco que se oscurece lentamente cuando se expone a la luz:

\[[Ag(NH_3)_2]^+_{(aq)} + 2H^+_{(aq)} + Cl^−_{(aq)} \rightarrow AgCl_{(s)} + 2NH^+_{4(aq)} \tag{17.40}\]

También se utilizan reacciones similares pero ligeramente más complejas para separar e identificar los componentes individuales de los otros grupos.

Resumen

En el análisis cualitativo se determina la identidad, no la cantidad, de iones metálicos presentes en una mezcla. La técnica consiste en precipitar selectivamente solo unos pocos tipos de iones metálicos a la vez bajo conjuntos de condiciones dados. Las etapas de precipitación consecutivas se vuelven progresivamente menos selectivas hasta que casi todos los iones metálicos precipitan. Se necesitan otras etapas adicionales para separar los iones metálicos que precipitan juntos.

Llave para llevar

• Varios cationes metálicos comunes se pueden identificar en una solución usando precipitación selectiva.

Problema Conceptual

1. Dada una solución que contiene una mezcla de NaCl, CuCl ₂ y ZnCl ₂, proponer un método para separar los iones metálicos.

Colaboradores

• Anonymous

Modificado por Joshua B. Halpern