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Subido porRodolfo Martinez
Gravimetria
El documento describe los principios del análisis gravimétrico. Este método cuantitativo se basa en medidas de masa y requiere dos pasos experimentales: pesar la muestra analizada y pesar el analito o una sustancia que lo contenga. Existen varios tipos de análisis gravimétricos como la volatilización, electrogravimetría y métodos basados en la precipitación. El proceso general implica la preparación de la muestra, precipitación del analito, filtración, lavado, secado y cálculo de la concentración
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Presentación sobre Química Analítica I y el análisis gravimétrico.
El análisis gravimétrico se basa en medir masas, requiriendo el peso de la muestra y el analito.
Métodos gravimétricos: volatilización, electrogravimetrías, y precipitación.
La separación se realiza por destilación del analito, cuantificando la masa antes y después.
Reducción de iones metálicos en el cátodo para cuantificación; ejemplo con metales alcalinos.
El analito se separa como precipitado, utilizando agentes precipitadores específicos o selectivos.
Requisitos para precipitados útiles: insolubilidad, facilidad de filtrado, y pureza.
Proceso dinámico de formación de precipitados a partir de una disolución inestable.
Clasificación del tamaño del precipitado: coloidal y cristalino, dependiendo de condiciones experimentales.
Precipitados coloidales (no sedimentan) y cristalinos (sedimentan fácilmente y son filtrables).
Factores que afectan el tamaño de las partículas: solubilidad, temperatura, concentración y agitación.
La sobresaturación influye en el tamaño de las partículas, mayor concentración reduce el tamaño.
Nucleación se refiere a la formación de partículas pequeñas, y el crecimiento a depósitos más grandes.
Influencia de temperatura, pH, dilution y agitación en la formación de precipitados.
Digestión para cristalización y minimización de contaminación, ajustando pH y agitación.
Interacción de coloides y electrolitos, y el efecto en la coagulación.
Precipitación de especies junto con el analito debido a solubilidad y concentración.
Tipos de coprecipitación: adsorción, formación de cristales mixtos y atrapamiento mecánico.
Esquema que ilustra el proceso de coprecipitación de iones por oclusión.
Método de precipitación gradual logrando precipitados con buenas propiedades mecánicas.
Ejemplo de formación de Ál(OH)3 mediante adición de amoníaco.
Descripción de etapas en análisis gravimétrico: preparación, precipitación, y pesadas.
Detalles sobre preparación de muestra y proceso de precipitación, con enfoque en selectividad.
Filtración y lavado del precipitado para eliminar contaminantes.
Secado y calcinación del precipitado para obtener forma adecuada para pesaje.
Gráfico que muestra la influencia de la temperatura en el peso del precipitado.
Procedimiento para pesar el precipitado y calcular la concentración del analito.
Ejemplo de cálculos y factores gravimétricos para diferentes compuestos analizados.
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Gravimetria
- 1. QUÍMICA ANALÍTICA I Etapaanalítica Análisis Gravimétrico
- 2. Análisis Gravimétrco Se basaen las medidas de masa. Requiere fundamentalmente dos medidas experimentales: Peso de la muestra analizada. Peso del analito o de una sustancia de composición química conocida que contenga el analito.
- 3. Clasificación • Métodos gravimétricospor volatilización. • Electrogravimetrías. • Metodos gravimetricos basados en la precipitacion (gravimetrias).
- 4. Gravimetria por Volatilización Elcomponente a determinar es volátil. Separación del analito de la muestra destilación a temperatura adecuada. por Cuantificación: (1) pesada de un sorbente donde se recoge el destilado. (2) pesada de la muestra antes y después de proceso de destilación. Ejemplo: determinación del contenido carbonato ácido de sodio en antiácido de
- 5. Nitrógeno (g) Vapor deagua y CO2 CO2 NaOH sobre un CaSO4 silicato no fibroso Reacción: CO2 + 2NaOH → Na2CO3 +H2O Mezcla de reacción HNaCO3 + H2SO4 Tubo de secado CaSO4
- 6. Electrogravimetria El ión metálico(disolución) se reduce hasta su estado elemental y se deposita en el cátodo de un electrodo. • Cuantificación: pesada del cátodo antes y después de aplicar la diferencia de potencial • Ejemplo: determinación de metales alcalinos (pH básico) y cationes metálicos (Fe2 y 3+, Ni2+, Co2+, Ag+, ….) utilizando un electrodo de mercurio. •
- 7. Gravimetria por Precipitación •El analito se separa de los componentes de una solución en forma de precipitado, que se trata y se convierte en un compuesto de composición conocida que puede ser pesado. Agentes precipitadores –Específico: son raros, reaccionan con una solaespecie química –Selectivo: es más común, reacciona con un numero limitado de especies químicas
- 8. Gravimetria por Precipitación •Para que el precipitado pueda ser útil en gravimetría es necesario: Que sea insoluble en el medio en que se produce. Que se pueda filtrar con facilidad. Que sea puro y que tenga una composición constante y conocida.
- 9. FORMACION DEL PRECIPITADO PROCESODINAMICO ANALITO + REACTIVO PRECIPITANTE ⇒ Disolución inestable EQUILIBRIO PRECIPITADO
- 10. Clasificación de lapartículas del precipitado o El tamaño de las partículas del precipitado es función de la naturaleza del precipitado y de las condiciones experimentales bajo las cuales se producen o Por el tamaño, el precipitado puede ser: Coloidal Cristalino
- 11. Tipos de precipitados Precipitadocoloidal • El tamaño es en el orden de Micrometros (μm) • No sedimentan • No se pueden filtrar usando medios comunes de filtración Precipitado cristalino •Su tamaño es en el orden de milimetros (mm) •Sedimentan con facilidad •Se pueden filtrar usando una gran variedad de medios
- 12. Factores que determinanel tamaño de la partícula Solubilidad del precipitado en el medio Temperatura Concentración de reactivos Rapidez con que se mezclan los reactivos • Estos factores se pueden explicar en forma cualitativa asumiendo que el tamaño de las partículas es función de una propiedad llamada sobre saturación relativa (SR)
- 13. Sobresaturación La cantidad deespecies en disolución es superior a la del equilibrio ⇒ cuanto mayor es la concentración de agente precipitante mayor es la sobresaturación Q −S sobresatur ación = S S: solubilidad Q: concentración del soluto (t) ↑ Sobresaturación ⇒ ↓ Tamaño de partícula
- 14. NUCLEACION: formación departículas diminutas de precipitado a partir de la agrupación de iones, átomos o moléculas después de la sobresaturación CRECIMIENTO DE PARTICULA: formación de depósitos de iones procedentes de la solución sobre núcleos ya existentes dando lugar a partículas de mayor tamaño PARTICULAS MUY PEQUEÑAS PARTICULAS GRANDES
- 15. Factores que influyenen los precipitados V ↑ s → * ↑ Temperatura Vn * Control de pH Vc ↓ Q → * Soluciones diluidas * Adición lenta Q-s * Agitación En la práctica no es posible obtener muchos precipitados cristalinos! (Kps)
- 16. PROCESOS DE DIGESTION SOLIDOSCRISTALINOS Aumentan el tamaño de las partículas y minimizan la contaminación Disminuyendo la sobresaturación: 1) Utilizando disoluciones diluidas o añadiendo el reactivo lentamente con agitación. 2) Calentando y/o ajustando el pH para aumentar la solubilidad. El calor y la agitación ⇒ proceso de disolución y recristalización del sólido de forma continua ⇒ precipitado más puro SOLIDOS COLOIDALES Suspensiones coloidales son muy estables y no son adecuadas para análisis gravimétrico Aumentando la temperatura, agitación y/o añadiendo un electrolito ⇒ disminuye la estabilidad de las suspensiones ⇒ partículas de mayor tamaño (COAGULACION O AGLOMERACION)
- 17. Coloides: electrolito coagulante Capade adsorción primaria cargada positivamente sobre la partícula coloidal Sólido coloidal Capa de contraiones de la disolución. Con exceso de aniones Disolución homogénea (cargas equilibradas)
- 18. El aumento dela concentración de electrolito coagulante produce disminución del volumen de la capa de contra-iones y por lo tanto favorece la coagulación Partícula coloidal Doble capa
- 19. COPRECIPITACION • Precipitación deotras especies en la muestra junto con el analito • Estas especies son solubles ⇒ no precipitan en condiciones normales (↑ S) • Las especies que precipitan (concentración > S) ⇒ NO se considera COPRECIPITACION TIPOS DE COPRECIPITACIONES ADSORCIÓN EN LA SUPERFICIE FORMACIÓN DE CRISTALES MIXTOS OCLUSION Y ATRAPAMIENTO MECANICO
- 20. TIPOS DE COPRECIPITACIONES ADSORCIÓNEN LA SUPERFICIE: - Adsorción de especies solubles por arrastre sobre la superficie del coloide Ejemplo: AgCl coagulado esta contaminado por Ag+ y NO3- Solución: disolver el precipitado una vez filtrado y a continuación reprecipitarlo FORMACIÓN DE CRISTALES MIXTOS: - Uno de los iones de la red cristalina del sólido se reemplaza por otro ión - Los iones intercambiados tienen la misma carga y no difieren en más 5% en su tamaño Ejemplo: BaSO4 (contaminado con PbSO4) - Solución: usar otro reactivo precipitante que no contenga ese ión OCLUSION Y ATRAPAMIENTO MECANICO: - Iones extraños que quedan atrapados en el interior del cristal - Solución: disminuir la velocidad de formación del precipitado o disolver el precipitado (se abren los huecos y salen los iones extraños)
- 21. Esquema de coprecipitaciónde iones por oclusión Velocidad alta
- 22. PRECIPITACION HOMOGENEA Se añadeuna sustancia a la disolución que no es el reactivo precipitante El agente precipitante se genera lentamente y de manera inmediata precipita con el analito Formación de precipitados con buenas propiedades mecánicas y poco contaminados EJEMPLO: Precipitación de óxidos metálicos hidratados de forma gradual mediante el empleo de urea Si añadimos a una disolución de un ión metálico (Fe3+) una disolución de urea y calentamos de forma gradual se forma amoniaco que en disolución acuosa da lugar a NH4+ y OH- que precipitan con el íón metálico en forma de hidróxido ↑T (H 2N )2 CO + H 2O ←⎯ → CO2 + 2NH3 ⎯ + NH 3 + H 2O ← ⎯→ NH 4 + OH − Fe 3+ → Fe(OH )3 .xH 2O ↓ PRECIPITADO GELATINOSO DENSO (Poco contaminado)
- 23. Precipitación homogénea Ál(OH)3 formadopor adición de amoníaco y por precipitación homogénea
- 24. OPERACIONES GENERALES ENANALISIS GRAVIMETRICO Métodos clásicos utilizados desde la antigüedad en análisis cuantitativo Lentos, tediosos y difíciles de automatizar ⇒ actualmente poco utilizados PREPARACION DE LA MUESTRA PRECIPITACION PESADA FILTRACION Y LAVADO SECADO O CALCINACION
- 25. ETAPAS DEL ANALISISGRAVIMETRICO 1. PREPARACION DE LA MUESTRA La muestra debe estar en estado líquido ⇒ si es sólida hay que disolverla (digestión o fusión) Eliminación de interferencias ⇒ técnicas previas de separación, ajuste del pH o adición de agentes complejantes que enmascaren las interferencias y no precipiten ⇒ SELECTIVIDAD Ajuste del pH óptimo del medio ⇒ disminuir la solubilidad del precipitado Volumen de muestra ⇒ la cantidad de precipitado se pueda pesar ⇒ SENSIBILIDAD 2. PRECIPITACION El agente precipitante se añade a la muestra ⇒ formación del precipitado La reacción debe ser cuantitativa (todo el analito precipite) El precipitado debe ser muy insoluble (S < 10-6 M) ⇒ evita pérdidas en la etapa de lavado La reacción debe ser selectiva ⇒ mínimas interferencias
- 26. ETAPAS DEL ANALISISGRAVIMETRICO 3. FILTRACION Y LAVADO Filtración: separación de la fase líquida del soluto Lavado con agua: eliminación del agente precipitante y del mayor número de contaminantes Lavado con disolución de electrolito: en precipitados coloidades coagulados para que no se produzca la PEPTIZACION del coloide - Si se elimina el electrolito responsable de la coagulación ⇒ las partículas coloidales se separan - En la peptización las aguas de lavado son turbias
- 27. ETAPAS DEL ANALISISGRAVIMETRICO 4. SECADO Y/O CALCINACION Precipitado está en la forma adecuada para ser pesado ⇒ Secar en estufa a 110-120 ºC durante 1-2 h (eliminación del agua) Precipitado NO está en una forma adecuada para ser pesado ⇒ Calcinar a temperaturas altas en un horno Mufla (transformación a una forma adecuada)
- 28. Influencia de latemperatura de calcinación en la forma de pesada Peso (g) CaC2O4.H2O CaCO3 CaC2O4 CaO Temperatura (ºC)
- 29. ETAPAS DEL ANALISISGRAVIMETRICO 5. PESADA Y CALCULO DE LA CONCENTRACION DE ANALITO - El precipitado se pesa en una balanza analítica ⇒ Pg (g) - Cálculo del factor gravimétrico (Fg) Fg = Peso Peso fórmula analito molecular forma de pesada Gramos de analito en la muestra: Pg x Fg
- 30. Cálculos CaC2O4.H2O CaC2O4 CaCO3 OCa (146.10) (128.10) (100.09) (56.08) Fg = PatCa/146.10 Fg= PatCa/128.10 Fg = PatCa/100.09 Fg = PatCa/56.08 Fg = 0.274 Fg = 0.312 Fg = 0.400 Fg = 0.714 Mayor sensibilidad Menor LOD Forma más conveniente Pa = Fg x Pg