Aluminio cuanti

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO

FACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA

CURSO: Laboratorio de química analíticacuantitativa

GRUPO: 91G

PROFESOR: Ing. Acero Giraldo

ALUMNO: Palomino Chauca Jourch

SEMESTRE: 2014 - A

2014

DETERMINACIÓN GRAVIMÉTRICADEL ALUMINIO

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO.Facultad de Ingeniería Química. Determinación Gravimétrica del Aluminio

INTRODUCCIÓN

El análisis gravimétrico es una de las principalesdivisiones de la Química Analítica, en la cual la cantidadde analito se determina por medio de una pesada. Éste sesepara de los demás componentes de la mezcla, así como delsolvente.

El método más utilizado de separación es el deprecipitación, otros métodos importantes son electrólisis,extracción con solventes, cromatografía y volatilización.

El precipitado debe ser tan poco soluble, de manera tal queel constituyente en cuestión precipite cuantitativamente yla cantidad de analito que no precipite no sea detectableanalíticamente.

La sustancia que se pesa debe tener una composiciónestequiométrica definida o ser convertible en ella demanera simple y, por último, ser de alta pureza. Esteúltimo requisito es el más difícil de cumplir.


I. OBJETIVOS

Mediante el desarrollo de esta experiencia delaboratorio el alumno alcanzara los siguientesobjetivos:

Uso de agentes precipitantes orgánicos El objetivo de este trabajo práctico es lograr la

precipitación cuantitativa del aluminio, usando unagente de precipitación orgánico, en este caso enparticular la oxina.

II. FUNDAMENTO TEORICO

PROPIEDADES DE LOS PRECIPITADOS Y DE LOS REACTIVOSPRECIPITANTES

De manera ideal, un agente precipitante deberíareaccionar específicamente, o al menos selectivamente,con el analito. Son raros los reactivos específicos quereaccionan sólo con una especie química. Los reactivosselectivos, que son más comunes, reaccionan con unnumero limitado de especies. Además de la especificidado selectividad, el reactivo precipitante ideal


reaccionaría con el analito para dar un producto talque:

1. sea fácilmente filtrable y lavable para quedar librede contaminantes.

2. tenga una solubilidad lo suficientemente baja paraque las pérdidas del analito duran-te la filtración y ellavado sean despreciables.

3. no reaccione con componentes atmosféricos.

4. tenga una composición conocida después de secar o decalcinar, si fuera necesario.

Hay muy pocos reactivos que producen precipitados contodas estas propiedades deseables.

Tamaño de partícula y capacidad de filtración de losprecipitados2

En el trabajo gravimétrico se prefieren en general losprecipitados formados por partículas grandes, ya queéstas son más fáciles de filtrar y lavar para eliminarimpurezas. Además, este tipo de precipitadosgeneralmente son más puros que los precipitadosdivididos en partículas finas.

Factores que determinan el tamaño de partícula de losprecipitados

El tamaño de las partículas de los sólidos formados porprecipitación es sumamente variable. En un extremo seencuentran las suspensiones coloidales, cuyas partículasfinas (diámetros de lO-7 a lO-4 cm) son invisibles a


simple vista. Las partículas coloidales no tienentendencia a sedimentar ni se filtran con facilidad. Enel otro extremo están las partículas que tienendimensiones del orden de varias décimas de milímetro. Ladispersión temporal de tales partículas en la faselíquida se denomina suspensión cristalina. Laspartículas de una suspensión cristalina tienden asedimentar espontáneamente y pueden filtrarse confacilidad.

Durante muchos años los científicos han estudiado laformación de precipitados, pero el mecanismo de esteproceso no es bien conocido. Sin embargo, se sabe que eltamaño de la partícula de un precipitado está influidopor variables experimentales, como la solubilidad delprecipitado, la temperatura y la concentración de losreactivos, así como por la velocidad con la que semezclan. El efecto neto de estas variables puedeexplicarse, al menos cualitativamente, por la suposiciónde que el tamaño de la partícula está relacionado conuna propiedad del sistema denominada sobresaturaciónrelativa sobresaturación relativa:

sobresaturacionrelativa=Q−SS

Donde Q es la concentración del soluto en cualquiermomento, y S es su solubilidad en el equilibrio.

En general las reacciones de precipitación son tanlentas que, aun cuando el reactivo precipitante seagregue gota a gota a la solución del analito, puedeproducirse algo de sobresaturación. La pruebaexperimental indica que el tamaño de la partícula de unprecipitado varía inversamente con el grado desobresaturación relativa promedio durante el tiempo en


que se está agregando el reactivo. Así, cuando (Q - S)/Ses grande, el precipitado tiende a ser coloidal; perocuando el cociente es pequeño, es más factible que seforme un sólido cristalino.

El efecto de la sobresaturación relativa sobre el tamañode partícula puede explicarse a partir de que losprecipitados se forman por dos vías distintas: pornucleación y por crecimiento de la partícula. El tamañode partícula de un precipitado recién formado estarádeterminado por la preponderancia de un proceso sobreotro.

En la nucleación muy pocos iones, átomos o moléculas (alo sumo cuatro o cinco) se juntan para formar partículassólidas estables. Con frecuencia, estos núcleos seforman sobre la superficie de contaminantes sólidossuspendidos, como las partículas de polvo. Laprecipitación posterior implica una competencia entre lanucleación adicional y el crecimiento de núcleos yaexistentes (crecimiento de partícula). Si predomina lanucleación, se forma un precipitado que consiste denumerosas partículas pequeñas; si predomina elcrecimiento, se producen partículas grandes y menosnumerosas.

Se cree que la velocidad de nucleación aumentaconsiderablemente con el aumento de la sobresaturaciónrelativa, mientras que la velocidad de crecimiento departícula sólo aumenta moderadamente. Así, cuando seforma un precipitado a una alta sobresaturaciónrelativa, la nucleación es el principal mecanismo deprecipitación, formándose un gran número de pequeñaspartículas. Por otro lado, la baja sobresaturaciónrelativa hace que predomine el crecimiento de partículaal depositarse el sólido sobre las partículas ya


existentes, dado que ya no hay más nucleación,formándose una suspensión cristalina.

Control experimental del tamaño de partícula

Las variables experimentales que minimizan lasobresaturación y favorecen la formación de precipitadoscristalinos incluyen: temperaturas elevadas paraaumentar la solubilidad del precipitado, el uso desoluciones diluidas (para minimizar Q), y una adiciónlenta del reactivo precipitante junto con una buenaagitación. Con las últimas dos medidas también seminimiza la concentración del soluto (Q).

También pueden obtenerse partículas más grandescontrolando el pH, siempre y cuando la solubilidad delprecipitado dependa4e éste. Por ejemplo, se puedenobtener cristales grandes de oxalato de calcio que sefiltran con facilidad si la masa del precipitado se tomaen un ambiente ligeramente ácido en el que la sal esmoderadamente soluble. La precipitación se completa porla adición lenta de solución de amoniaco hasta que laacidez sea suficientemente baja para que precipite lacantidad necesaria de oxalato de calcio; el precipitadoadicional producido durante este proceso se forma sobrelas partículas sólidas formadas en la primera etapa.

Desgraciadamente, en la práctica no es posible que seformen muchos precipitados cristalinos. En cambio, escomún que se forme un sólido coloidal cuando unprecipitado tiene tan baja solubilidad que S siempre esdespreciable con respecto de Q. De ahí que. lasobresaturación relativa se mantenga alta durante todoel proceso de precipitación, dando como resultado unasuspensión coloidal. Por ejemplo, en condicionesfactibles para un análisis los óxidos hidratados de


hierro (III), aluminio y cromo (III), así como lossulfuros de la mayoría de los iones de metales pesados,sólo forman coloides debido a que tienen muy bajasolubilidad.

El cloruro de plata es un buen ejemplo de cómo elconcepto de sobresaturación relativa es imperfecto. Estecompuesto comúnmente forma un coloide, y sin embargo susolubilidad molar no es muy distinta a la de otroscompuestos como BaSO4, el cual generalmente formacristales.

Precipitados coloidales.

Las suspensiones coloidales normalmente son establesdurante periodos indefinidos y no se usan como tal en elanálisis gravimétrico, ya que sus partículas son muypequeñas y no se filtran con facilidad. Por suerte,mediante calentamiento, agitación o adición de unelectrolito se puede reducir la estabilidad de lamayoría de estas suspensiones. Con medidas como éstaslas partículas coloidales individuales se juntan yforman una masa amorfa que sedimenta y puede filtrarse.Al proceso de convertir una suspensión coloidal en unsólido filtrable se le conoce como coagulación oaglomeración.

Coagulación de coloides.

Las suspensiones coloidales son estables debido a quetodas las partículas están cargadas ya sea negativa opositivamente, razón por la cual se rechazan entre si.Esta carga es resultado de los cationes o aniones queestán unidos a la superficie de las partículas. Al


proceso por el que los iones se retienen sobre lasuperficie de un sólido se le conoce como adsorción. Sepuede demostrar con facilidad que las partículascoloidales están cargadas observando su migración en uncampo eléctrico.

La tendencia de los iones a adsorberse en una superficiesólida iónica se origina en las fuerzas de enlacenormales responsables del crecimiento de los cristales.Un ion plata, por ejemplo, que esté en la superficie deuna partícula de cloruro de plata tiene insatisfechaparcialmente su capacidad de enlace con aniones debido asu localización en la superficie. Los aniones sonatraídos a este sitio por las mismas fuerzas quemantienen a los iones cloruro en la red de cloruro deplata. Los iones cloruro en la superficie del sólidoejercen una atracción análoga para los cationesdisueltos en el disolvente.

El tipo y número de iones retenidos en la superficie deuna partícula coloidal depende de manera compleja dediversas variables. Sin embargo, para una suspensiónproducida en el transcurso de un análisis gravimétrico,la especie adsorbida y por tanto la carga de lapartícula se puede predecir fácilmente, ya que los ionesque forman la red por lo general son retenidos másfuertemente que los otros iones. Así, al principio deque se agrega cloruro de sodio a una solución quecontiene nitrato de plata, las partículas coloidales delnitrato de plata formado están cargadas positivamente,como se ve en la figura 6-2. Esta carga se debe a laadsorción de algunos iones plata que están en exceso enel medio. Sin embargo, la carga de las partículas sevuelve negativa cuando se ha agregado una cantidadsuficiente de cloruro de sodio para tener un exceso de


iones cloruro; ahora, la principal especie adsorbida esel ion cloruro. La carga en la superficie es mínimacuando en el sobrenadante ninguno de los iones está enexceso.

El grado de adsorción y por lo tanto la carga en unapartícula dada aumenta con rapidez cuando laconcentración del ion en la red se hace mayor. Sinembargo, finalmente la superficie de las partículas secubre con los iones adsorbidos y la carga se vuelveconstante e independiente de la concentración.

Métodos para minimizar las impurezas adsorbidas en loscoloides. La pureza de muchos coloides coagulados semejora con la digestión. Durante este proceso, el aguadel sólido es removida para dar una masa más densa y demenor área de superficie específica para la adsorción.

También puede ser útil lavar un coloide coagulado conuna solución que contenga un electrolito volátil,ocasionando el desplazamiento de electrolitos novolátiles que puedan estar presentes. En general, ellavado no elimina mucho de los iones primeramenteadsorbidos debido a que es muy fuerte la atracción entreestos iones y la superficie del sólido. No obstante,puede ocurrir intercambio entre los contra ionesexistentes y los iones del líquido de lavado. Porejemplo, en la determinación de plata por precipitacióncon ion cloruro, éste último es la especie que primerose adsorbe. El lavado con una solución ácida conviertegran parte de la capa de contra ion a iones hidronio, yasí, tanto los iones cloruro como los iones hidronio seretienen en el sólido, los cuales se eliminan en formade HCI volátil al secar el precipitado.


Independientemente del tratamiento empleado, un coloidecoagulado siempre tendrá cierto grado de contaminación,aún después de un lavado exhaustivo. El error que seintroduce en el análisis por esta causa puede ser tanbajo como 1 a 2 ppmil, como en el caso de lacoprecipitación de nitrato de plata con cloruro deplata. Por otro lado, la coprecipitación de hidróxidosde metales pesados con óxidos hidratados de hierrotrivalente o aluminio puede introducir errores del ordende porcentajes, que en general es inaceptable.

Reprecipitación.

Una forma drástica pero efectiva para minimizar losefectos de la adsorción es la reprecipitación o dobleprecipitación, en la que el sólido filtrado seredisuelve y se vuelve a precipitar. Es común que elprimer precipitado sólo acarree una fracción delcontaminante presente en el disolvente original. Así, lasolución que contiene el precipitado redi suelto tieneuna concentración significativamente menor delcontaminante que la solución original; además de que haymenos adsorción durante la segunda precipitación. Lareprecipitación aumenta de forma considerable el tiemponecesario para un análisis, pero con frecuencia esnecesario este procedimiento en precipitados tales comolos óxidos hidratados de hierro (III) y de aluminio, quetienen gran tendencia a adsorber los hidróxidos decationes de metales pesados como zinc, cadmio ymanganeso.

Formación de cristales mixtos

En la formación de cristales mixtos uno de los iones dela red cristalina de un sólido se remplaza por un ion deotro elemento. Para que ocurra este intercambio es


necesario que los dos iones tengan la misma carga y quesu tamaño no difiera en más de 5 %; además, las dossales deben pertenecer a la misma clase de cristales.Por ejemplo, el sulfato de bario formado al añadircloruro de bario a una solución que contiene sulfato,plomo y iones acetato, está sumamente contaminado porsulfato de plomo, aun cuando los iones acetatonormalmente evitan la precipitación de sulfato de plomoal complejar el plomo. Aquí, los iones plomo remplazanparte de los iones bario en los cristales de sulfato debario. Otros ejemplos de coprecipitación por formaciónde cristales mixtos incluyen al MgKPO4 en MgNH4PO4, 5r504

en BaSO4, y MnS en CdS.

El grado de contaminación por cristales mixtos estáregido por la ley de acción de masas y aumenta cuando larelación contaminantelanalito se incrementa. Laformación de cristales mixtos es un tipo decoprecipitación particularmente molesta, ya que se pue

SECADO Y CALCINACIÓN DE LOS PRECIPITADOS

Después de la filtración, el precipitado gravimétrico secalienta hasta que su masa se haga constante. Elcalentamiento elimina el disolvente y cualquier especievolátil arrastrada con el precipitado. Algunosprecipitados también se calcinan para descomponer esólido y obtener un compuesto de composición conocida.Este nuevo compuesto se de nomina con frecuencia formapasable.

APLICACIONES DE LOS METODOS GRAVIMÉTRICOS

Los métodos gravimétricos se han desarrollado para lamayor parte de los aniones y cationes inorgánicos, asícomo para especies neutras como agua, dióxido de azufre,


dióxido de carbono y yodo. También pueden determinarsediversas sustancias orgánicas por este método. Comoejemplos se incluyen: lactosa en los productos lácteos,salicilatos en preparaciones farmacéuticas,fenolftaleína en laxantes, nicotina en pesticidas,colesterol en cereales y benzaldehído en extractos dealmendras. Como se ve, los métodos gravimétricos estánentre los procedimientos analíticos que tienen la másamplia aplicación.

Agentes precipitantes inorgánicos

Estos reactivos normalmente forman con el analito salesligeramente solubles u óxidos hidratados. Como puedeverse por los numerosos usos que tiene cada reactivo, lamayoría de los reactivos inorgánicos no sor' muyselectivos.

Agentes precipitantes orgánicos

Se han desarrollado numerosos reactivos orgánicos parala determinación gravimétrica de especies inorgánicas.

Entre estos reactivos orgánicos se encuentran dos tipos:uno forma productos no iónicos ligeramente solublesdenominados compuestos de coordinación; el otro formaproductos en donde el enlace entre las especiesinorgánicas y el reactivo es principalmente iónico~

Los reactivos orgánicos que producen compuestos decoordinación poco solubles, normalmente contienen almenos dos grupos funcionales. Cada uno de estos gruposes capaz de enlazarse con un catión al donar un par deelectrones. Los grupos funcionales están localizados detal forma en la molécula que en la reacción se originaun anillo de cinco o seis miembros. Los reactivos que


forman compuestos de este tipo se denominan agentesquelantes, y sus productos se conocen como quelatos.

Los quelatos metálicos son relativamente no polares y,como consecuencia, su solubilidad en agua es baja, peroes alta en los líquidos orgánicos. Con frecuencia, estoscompuestos tienen baja densidad y a menudo son de colorintenso. Ya que los compuestos de coordinación no sehumedecen con el agua, se secan con facilidad abajastemperaturas. En los párrafos siguientes se describendos reactivos quelantes que son muy utilizados.

CÁLCULOS EN EL ANÁLISIS GRAVIMÉTRICO En el procedimiento gravimétrico usual, se pesa elprecipitado y a partir de este valor se calcula el pesode analito presente en la muestra analizada. Porconsiguiente, el porcentaje de analito A es:

%A=(pesodeA /pesodelamuestra)∗100

Para calcular el peso de analito a partir del peso delprecipitado, con frecuencia se utiliza un factorgravimétrico. Este factor se define como el valornumérico de la relación de un equivalente gramo delconstituyente buscado, a un equivalente gramo delcompuesto pesado.

PesodeA=pesodelprecipitado∗factorgravimétrico

Por lo tanto:

%A=(pesodelprecipitado∗factorgravimétrico/pesodelamuestra)∗100


Para establecer un factor gravimétrico se deben señalar,en primer lugar, el peso molecular o el peso atómico delanalito en el numerador y el de la sustancia pesada enel denominador; en segundo lugar, el número de átomos omoléculas que aparecen en el numerador y en eldenominador deben ser equivalentes químicamente (estoes, surgir de la relación estequiometria).

III. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

1. Determinación gravimétrica del aluminio. Pesar entre 0.1-0.15g de muestra en un vaso. Disolver la muestra con HCl diluido (10%),

enrasar con 100ml. Calentar solución a 70ºC; agregar 40ml de oxina. Calentar a 80ºC para tener una mayor solubilidad. Añadir sal de acetato de amonio hasta la

formación de precipitado. filtrar y se pesa el precipitado obtenido.

IV. CÁLCULOS Y RESULTADOS

1. Determinación gravimétrica del aluminio.Se realiza lo indicado en la parte experimental yse realiza la investigación por triplicado,encontrándose los siguientes datos:

Nº demuestra

Masa dela

muestra(g)

Masa delpapelfiltroseco (g)

Masa defiltro +precipitado (g)

Masa deprecipitado (g)


01 0.1177 1.0126 1.9418 0.929202 0.1350 1.0063 1.8798 0.920503 0.1542 1.2008 2.022 0.8212

Hallamos los porcentajes de aluminio de acuerdo ala formula dada anteriormente:

%A=(pesodelprecipitado∗factorgravimétrico/pesodelamuestra)∗100

Sabemos:

factorgravimetico=P.A(Al)

P.M (Al (C9H6ON)3)

factorgravimetico= 27459

=0.0588

Entonces para nuestros datos tenemos:

%Al1=0.9292x0.0588x100

0.1177=46.41 %

%Al2=0.9205x0.0588x100

0.1350=40.09 %

%Al3=0.8212x0.0588x100

0.1542=31.30 %

Llevamos todos nuestros datos de porcentaje yrealizamos el análisis estadístico:

Nº muestra %Al01 46.4102 40.0903 31.30


Hallamos la media y la mediana:

X=46.41+40.09+31.30

3=39.27 %

Por lo tanto el valor a reportar para ladeterminación gravimétrica del porcentaje dealuminio en la muestra, será:

%Al=39.27%

Además hallamos el porcentaje para el Al2O3

Como Sabemos:

factorgravimetico=P.F(Al2O3)

2xP.M (Al (C9H6ON )3 )

factorgravimetico=102

2x459=0.1111

Entonces para nuestros datos tenemos:

%Al2O3=0.9292x0.1111x100

0.1177=87.688%

%Al2O3=0.9205x0.1111x100

0.1350=75.77%

%Al2O3=0.8212x0.1111x100

0.1542=59.15%

Llevamos todos nuestros datos de porcentaje yrealizamos el análisis estadístico:


Nº muestra %Al2O3

01 87.68802 75.7703 59.15

Hallamos la media y la mediana:

X=87.688+75.77+59.15

3=74.20%

V. CONCLUSIONES. Luego de realizar el análisis estadístico para cadauno de los datos obtenidos se tiene que el promediorepresentan mejor los porcentajes.

El porcentaje de aluminio es de 39.27% Si hay oxido de aluminio en la muestra es de 59.15%. El valor de % de aluminio que se investigo en lafabricación de latas de envase; es del 30%; comparadocon el valor experimental genera un % de error:

%error=¿30−39.27∨ ¿30

∗100=30.9% ¿

VI. RECOMENDACIONES se debe de mantener un entorno limpio, sincontaminantes en nuestra muestro para evitar tenerdatos tan dispersos como lo es experimento c) en dondeel % Al es de 31.30%, se ah generado mucha dispersiónde datos, carece de precisión.

Tener cuidado de dejar la solución de AlCl3 calentarmucho tiempo, ya que se podría resecar, la muestra atratar.

Encender la balanza 30 minutos antes de utilizarla. Limpiar constantemente la balanza. Usar guantes de laboratorio.


Nivelar la balanza.

VII. REFERENCIA BIBLIOGRAFÍCA

DANIEL C. HANS “Análisis Químico Cuantitativo”. Edit.Reverté S.A., 2001.

DAVID HARVEY Química Analítica Moderna. Edit. Mc. GrawHill. 2002

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