OBJETIVOS
· Obtener un precipitado puro y filtrable adecuado
para pesarse con medidas de precisión y exactitud de una sustancia
analizada o por analizar en un experimento.
·
Conocer la
concentración en que se encuentran los componentes de una muestra, basándose en
el peso de cada uno.
·
Conocer
las técnicas o métodos del análisis gravimétrico.
·
Estudio
del análisis gravimétrico, que surge como aplicación directa del equilibrio
heterogéneo.
MAPA CONCEPTUAL
1. INTRODUCCIÓN
El término gravimétrico se refiere a las mediciones
de peso, así, se califica de gravimétrico a todo método de análisis que termina
con una operación de pesada. De modo representativo, un análisis gravimétrico
comprende dos determinaciones de peso, la primera, el peso de la muestra
inicial, y la segunda el peso final de una fase pura, separada del resto de los
componentes de la muestra que contiene el constituyente que se desea
determinar. Dicha fase pura puede ser el constituyente mismo o un compuesto de
composición conocida y definida; a partir del peso de este último se halla el
peso del constituyente buscado. La separación del constituyente a determinar
del resto de los constituyentes de la muestra puede efectuarse de varias
formas.
Se
entiende por análisis gravimétricos el conjunto de técnicas de análisis en las
que se mide la masa de un producto para determinar la masa de un analito
presente en una muestra. Se cuentan entre los métodos más exactos de la Química
Analítica Cuantitativa.
Propiedades
que permitan una separación conveniente de los sólidos de las aguas madres y un
lavado eficiente con un solvente adecuado
· Estabilidad
térmica, para que el precipitado pueda ser secado adecuadamente sin cambios en
su composición
· Estabilidad
del producto (propiedades higroscópicas de la sustancia es dificultoso)
1.2 CLASIFICACIÓN DE LOS MÉTODOS GRAVIMÉTRICOS
La clasificación de los métodos gravimétricos se
basa fundamentalmente en los métodos de separación empelados:
1 – Métodos de precipitación
El conjunto de constantes asociadas con la transformación de unidades métricas
(g, mg) en unidades químicas (PF, moles) incluyendo las relaciones
estequiométricas se denomina factor gravimétrico.
EJEMPLO 1
¿Qué peso de Cl- contiene 0.204 g de AgCl?
EJEMPLO 2
¿A qué peso de AlCl3 corresponderían 0.204 g de AgCl?
Nótese que estos cálculos se asemejan entre sí. En
ambos el peso de una sustancia, se convierte en el peso correspondiente de
otra, mediante multiplicación por un grupo de términos constantes. El Factor
Gravimétrico:
donde a y b, son números enteros pequeños que toman el valor necesario para
establecer la equivalencia química (estequiometría) entre las sustancias del
numerador y denominador. Esto se logra con frecuencia igualando el número de
átomos de un elemento (que no sea oxígeno) que sea común en ambos términos.
Cuando no exista un elemento común en el numerador y denominador, deberá, buscarse una relación estequiométrica entre ellos que puede resultar de uno o varios pasos de transformación de masa de uno en otro.
Por ejemplo: análisis indirecto para el Hierro de una muestra de Sulfato de Hierro (III), que implica la precipitación y pesada de Sulfato de Bario:
Los análisis gravimétricos se basan en la medida del peso de una sustancia de composición conocida y químicamente relacionada con el analito. Pueden subdividirse en dos grandes grupos:
- Métodos de precipitación
- Métodos de volatización
1. INTRODUCCIÓN
El término gravimétrico se refiere a las mediciones
de peso, así, se califica de gravimétrico a todo método de análisis que termina
con una operación de pesada. De modo representativo, un análisis gravimétrico
comprende dos determinaciones de peso, la primera, el peso de la muestra
inicial, y la segunda el peso final de una fase pura, separada del resto de los
componentes de la muestra que contiene el constituyente que se desea
determinar. Dicha fase pura puede ser el constituyente mismo o un compuesto de
composición conocida y definida; a partir del peso de este último se halla el
peso del constituyente buscado. La separación del constituyente a determinar
del resto de los constituyentes de la muestra puede efectuarse de varias
formas.
Se
entiende por análisis gravimétricos el conjunto de técnicas de análisis en las
que se mide la masa de un producto para determinar la masa de un analito
presente en una muestra. Se cuentan entre los métodos más exactos de la Química
Analítica Cuantitativa.
En
gravimetría, un analito (generalmente iónico) es precipitado formando un
compuesto insoluble de estequiometria definida. Después filtrado y secado, el
producto es pesado en una balanza analítica y, de masa y estequiometria
conocida, el analito original es determinado cuantitativamente.
El
método gravimétrico es ampliamente usado en la estandarización de procesos, a
pesar de que las técnicas volumétricas e instrumentales lo han reemplazado en
la mayoría de las rutinas y en general en la investigación analítica.
Generalmente
hablando el método gravimétrico es extremadamente exacto, debido al hecho de
que es posible pesar sustancias con gran exactitud con una balanza analítica (5
cifras decimal) a diferencia de los
otros métodos mencionados anteriormente en que la precisión no supera 1-0.1 %.
La
exactitud (fidelidad y precisión) depende de las técnicas de precipitación y
también de las propiedades del precipitante. Para obtener una alta exactitud
los siguientes requisitos deben ser conocido.
Composición
estequiometrica definida y reproducible del agente precipitante
Baja
solubilidad en la aguas madres y en el solvente de lavado (la sustancia
analizada debe ser incorporado cuantitativamente en el precipitado fina).
·
Mínima
interferencia de otros elementos y componentes del sistema.
· Baja área
superficial del precipitado (cristalino), de esta manera la adsorción de
impurezas es mínima
Propiedades que permitan una separación conveniente de los sólidos de las aguas madres y un lavado eficiente con un solvente adecuado
Propiedades que permitan una separación conveniente de los sólidos de las aguas madres y un lavado eficiente con un solvente adecuado
· Estabilidad
térmica, para que el precipitado pueda ser secado adecuadamente sin cambios en
su composición
· Estabilidad
del producto (propiedades higroscópicas de la sustancia es dificultoso)
1.2 CLASIFICACIÓN DE LOS MÉTODOS GRAVIMÉTRICOS
1 – Métodos de precipitación
2 – Métodos de volatilización o desprendimiento.
3 – Métodos gravimétricos de electroanálisis o electrogravimétricos.
4 – Métodos especiales (extracción, fraccionamiento, etc.)
El análisis gravimétrico se basa en dos medidas experimentales: el peso
de la muestra tomada; y el peso del sólido obtenido a partir de ésta muestra.
Los resultados del análisis se expresan frecuentemente en porcentajes de
analito, A:
En ocasiones el producto pesado (obtenido) es A y su peso se determina
directamente. Más frecuentemente el producto aislado y pesado contiene A o se
relaciona químicamente con A.
El conjunto de constantes asociadas con la transformación de unidades métricas
(g, mg) en unidades químicas (PF, moles) incluyendo las relaciones
estequiométricas se denomina factor gravimétrico.
¿Qué peso de Cl- contiene 0.204 g de AgCl?
¿A qué peso de AlCl3 corresponderían 0.204 g de AgCl?
Nótese que estos cálculos se asemejan entre sí. En
ambos el peso de una sustancia, se convierte en el peso correspondiente de
otra, mediante multiplicación por un grupo de términos constantes. El Factor
Gravimétrico:
donde a y b, son números enteros pequeños que toman el valor necesario para
establecer la equivalencia química (estequiometría) entre las sustancias del
numerador y denominador. Esto se logra con frecuencia igualando el número de
átomos de un elemento (que no sea oxígeno) que sea común en ambos términos.
Finalmente la expresión para el % de analito en una muestra toma la
siguiente forma:
Por ejemplo: análisis indirecto para el Hierro de una muestra de Sulfato de Hierro (III), que implica la precipitación y pesada de Sulfato de Bario:
Los análisis gravimétricos se basan en la medida del peso de una sustancia de composición conocida y químicamente relacionada con el analito. Pueden subdividirse en dos grandes grupos:
- Métodos de precipitación
- Métodos de volatización
En los métodos de precipitación: la especie a determinar se precipita mediante un reactivo que da lugar a un producto poco soluble, de composición química conocida o transformable en otro de composición química conocida.
En los métodos de volatilización, el analito o sus productos de descomposición se volatilizan a una temperatura adecuada. Luego se hace la pesada del producto o bien se determina el peso del residuo.
Los métodos de precipitación se utilizan con mucha más frecuencia que los de volatilización.
Los métodos de precipitación se utilizan con mucha más frecuencia que los de volatilización.
1.3. Métodos de Precipitación
1.3.1 Requisitos Fundamentales
Conviene enunciar los requisitos
y ampliarlos en relación particularmente con la separación por precipitación:
1) El componente deseado ha de ser
precipitado cuantitativamente. Es decir la cantidad de componente deseado que
queda en solución debe ser una fracción despreciable de la cantidad total
original de ese componente.
2) El precipitado ha de ser puro o,
por lo menos, ha de ser de un grado de pureza conocido en el momento de la
medición final. El precipitado, en el momento de su formación, no ha de incluir
cantidades significativas de otras sustancias que actúen como impurezas, a
menos que estas sustancias puedan separarse fácilmente en pasos de lavado
y desecación que forman parte del procedimiento.
3) El precipitado ha de estar en
forma física adecuada para su manejo subsiguiente. Así por ejemplo siempre, es
conveniente que el precipitado tenga partículas lo suficientemente grandes para
poder ser retenidas por el medio usado para la filtración.
Todo el proceso de precipitación ha de plantearse y efectuarse de manera que satisfaga estos tres requisitos. Las decisiones en cuanto a diversos factores, como la elección del compuesto que ha de precipitar, selección del agente de precipitación adecuado, volumen y concentraciones de las soluciones de reactivos, presencia e intervalos de concentración de otros componentes, elección de disolvente, temperatura, pH, velocidad de adición de un reactivo precipitante y tiempo y método de digestión y lavado, han de basarse todas, en el cumplimiento de los tres requisitos. Estos requisitos están íntimamente relacionados entre sí, y una condición que pudiera ser conveniente desde el punto de vista de un requisito podría afectar de manera adversa al cumplimiento de otro. Por esto, el procedimiento adoptado para un proceso de precipitación será necesariamente el resultado de una serie de compromisos a los que se llegará con el fin de alcanzar un grado óptimo, el cual satisfagan los tres requisitos.
Todo el proceso de precipitación ha de plantearse y efectuarse de manera que satisfaga estos tres requisitos. Las decisiones en cuanto a diversos factores, como la elección del compuesto que ha de precipitar, selección del agente de precipitación adecuado, volumen y concentraciones de las soluciones de reactivos, presencia e intervalos de concentración de otros componentes, elección de disolvente, temperatura, pH, velocidad de adición de un reactivo precipitante y tiempo y método de digestión y lavado, han de basarse todas, en el cumplimiento de los tres requisitos. Estos requisitos están íntimamente relacionados entre sí, y una condición que pudiera ser conveniente desde el punto de vista de un requisito podría afectar de manera adversa al cumplimiento de otro. Por esto, el procedimiento adoptado para un proceso de precipitación será necesariamente el resultado de una serie de compromisos a los que se llegará con el fin de alcanzar un grado óptimo, el cual satisfagan los tres requisitos.
- Nucleación y crecimiento cristalino
La formación de un precipitado es un fenómeno físico al igual que químico, pues en ella intervienen un proceso físico y un proceso químico. La reacción física consiste en general en dos procesos, nucleación y crecimiento cristalino. La Nucleación se refiere al mínimo número de iones que se agrupa en pequeños racimos y es capaz de formar una nueva fase. Crecimiento cristalino se refiere al depósito de nuevos iones sobre los núcleos previamente formados.
- Nucleación y crecimiento cristalino
- Importancia de la sobresaturación en la
nucleación
La influencia del grado de sobresaturación sobre la velocidad de precipitación se expresa por la ecuación de Von Weimarn.
Q = concentración real del soluto en el instante que comienza la precipitación
S = concentración de equilibrio del soluto en una solución saturada
Cada adición del reactivo precipitante a la solución que contiene el analito causa una situación momentánea de sobresaturación. Esta condición inestable la mayoría de las veces evoluciona rápidamente hacia la formación de un precipitado. En general cuanto mayor es el grado de sobresaturación relativa, menor será el tamaño de las partículas de precipitado.
- Importancia de la sobresaturación en la nucleación
S = concentración de equilibrio del soluto en una solución saturada
Cada adición del reactivo precipitante a la solución que contiene el analito causa una situación momentánea de sobresaturación. Esta condición inestable la mayoría de las veces evoluciona rápidamente hacia la formación de un precipitado. En general cuanto mayor es el grado de sobresaturación relativa, menor será el tamaño de las partículas de precipitado.
- Nucleación espontánea y nucleación inducida
Teóricamente es posible que en una solución sobresaturada se unan iones en un racimo bastante grande para formar un núcleo, por el proceso de nucleación espontánea.
Sin embargo en la práctica es muy probable que la nucleación espontánea sea menos frecuente que la nucleación inducida, en la cual el arracimado inicial de iones es ayudado por la presencia en la solución de ciertos lugares que pueden atraer y retener iones. Dichos lugares pueden ser, cristales del mismo precipitado que se está formando, tipo y limpieza del recipiente, o también, partículas insolubles que se encuentren como impurezas en los reactivos o disolventes.
- Nucleación espontánea y nucleación inducida
Sin embargo en la práctica es muy probable que la nucleación espontánea sea menos frecuente que la nucleación inducida, en la cual el arracimado inicial de iones es ayudado por la presencia en la solución de ciertos lugares que pueden atraer y retener iones. Dichos lugares pueden ser, cristales del mismo precipitado que se está formando, tipo y limpieza del recipiente, o también, partículas insolubles que se encuentren como impurezas en los reactivos o disolventes.
- Procesos de crecimiento
cristalino
El crecimiento cristalino, una vez formado un núcleo, consta de dos pasos: la difusión de iones a la superficie del cristal en crecimiento y el depósito de estos iones sobre la superficie.
- Procesos de crecimiento cristalino
- Uno u otro factor puede ser limitante de la
velocidad.
La velocidad de difusión está influida orden naturaleza específica de los iones, de la agitación, de la concentración y de la temperatura. La velocidad de depósito de iones sobre la superficie de la red cristalina, se encuentra gobernada por concentraciones, presencia de impurezas y propiedades características del crecimiento del cristal.
- Completitud de precipitación
La completitud de precipitación de la especie deseada está determinada en general por la solubilidad de equilibrio de esa sustancia bajo las condiciones existentes durante la filtración y lavado. La solubilidad de equilibrio de un precipitado se influye por muchas condiciones experimentales.
Uno de los factores es el efecto ión común. La solubilidad del precipitado disminuye por la presencia de un ión común en exceso.
- Uno u otro factor puede ser limitante de la velocidad.
- Completitud de precipitación
Uno de los factores es el efecto ión común. La solubilidad del precipitado disminuye por la presencia de un ión común en exceso.
Otro factor que influye es la presencia de un ión extraño que tiende a aumentar la solubilidad.
La temperatura en general aumenta la solubilidad cuando ella aumenta.
La solubilidad de equilibrio de un precipitado, depende de la naturaleza del disolvente.
La temperatura en general aumenta la solubilidad cuando ella aumenta.
La solubilidad de equilibrio de un precipitado, depende de la naturaleza del disolvente.
- Pureza de un precipitado
La sustancia deseada precipitada puede estar contaminada con una o varias sustancias; quizás también por su escasa solubilidad. Es posible, en realidad es casi inevitable, que una fase precipitada se contamine con sustancias procedente de sus aguas madres, aún cuando las solubilidad de equilibrio de estas otras sustancias no hayan sido sobrepasadas. Para comprender este fenómeno es preciso revisar algunas propiedades del estado coloidal.
- Pureza de un precipitado
La sustancia deseada precipitada puede estar contaminada con una o varias sustancias; quizás también por su escasa solubilidad. Es posible, en realidad es casi inevitable, que una fase precipitada se contamine con sustancias procedente de sus aguas madres, aún cuando las solubilidad de equilibrio de estas otras sustancias no hayan sido sobrepasadas. Para comprender este fenómeno es preciso revisar algunas propiedades del estado coloidal.
TABLA 1
TABLA 2
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Encontraras ejercicios resueltos como guía de estudio.
Entra aquí encontraras una serie de ejercicios para desarrollar.
4. VÍDEOS
RELACIONADOS
Vídeo N°1 Problema de gravimetría I
Vídeo N°2 Problema de gravimetría II
Vídeo N°3 Laboratorio de química analítica gravimetría
Vídeo N°4 Análisis volumétrico
