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INTRODUCCIÓN Tanto el análisis cualitativo como el cuantitativo se sustentan en el EQUILIBRIO QUÍMICO el cual está regido por una constante de equilibrio y tiene una cierta estequiometría que indica cuantos moles de un reactivo reaccionan con el otro para dar tanta cantidad de producto. DEFINICIONES IMPORTANTES ANÁLISIS CUALITATIVO → establece la identidad química de los componentes de la muestra. ANÁLISIS CUANTITATIVO → establece la cantidad relativa de los componentes de la muestra en forma numérica. MUESTRA → es la porción de materia a analizar, la cual debe ser representativa. Previo al análisis se llevará a cabo un tratamiento de la misma; y además, cuanta mayor información se tenga sobre la muestra, esto ayudará a elegir el método analítico más adecuado para su estudio. MUESTRA ANALÍTICA → es la porción de muestra tratada para abalizar. Por ejemplo: si se tienen 500 comprimidos, esta será la muestra, pero solo se tomará una cantidad de ellos para analizar, lo cual será la muestra analítica. ANALITO → es la sustancia objeto del análisis; el cual puede ser un componente mayoritario de la muestra (1-100%p/p), minoritario (1-0,1%p/p), puede estar en trazas o vestigios (<0,01%p/p) o en ultratrazas (ppm, ppt, ppb). TÉCNICA → es el medio, ya sea instrumental o químico, de obtener información del analito. Las TITULACIONES permiten informar cuanto se tiene de determinado compuesto a partir del conocimiento de una sustancia de concentración conocida que reacciona con el compuesto de interés. Las titulaciones van a establecer distintos tipos de equilibrios de acuerdo al principio puesto en juego entre el analito o valorando y la sustancia de concentración conocida o valorante. PROCEDIMIENTO ANALÍTICO → conjunto de operaciones aplicadas al análisis de una muestra. SENSIBILIDAD → es la mínima cantidad del analito de interés que se puede detectar o cuantificar en una muestra. SELECTIVIDAD → es la capacidad del método de detectar o cuantificar el analito de interés dentro de la matriz. Cuando la selectividad es del 100%, el método es ESPECÍFICO. ESPECIFICIDAD → un método es específico cuando está dirigido a un analito particular. PRESICIÓN → un método es preciso si al repetir el análisis múltiples veces, se obtienen resultados muy cercanos entre sí. ROBUSTEZ → que un método sea robusto quiere decir que no varía ante cualquier cambio (por ejemplo, ante un cambio de temperatura). REACCIÓN ANALÍTICA Una reacción analítica es una reacción química que ocurre entre un analito de interés y los reactivos, y que produce un efecto observable o medible → y este fenómeno se relaciona con la o las sustancias presentes en la muestra. Un reactivo es GENERAL cuando el mismo puede reaccionar con muchos elementos de la tabla periódica. Un reactivo se vuelve SELECTIVO cuando el mismo reacciona con un grupo reducido de elementos. Un reactivo es ESPECÍFICO cuando solamente reacciona con un elemento. En cuento a las reacciones, las mismas pueden ser: CUALITATIVAS → solo dicen que se tiene CUANTITATIVAS → de acuerdo a la proporción en que reaccionan los productos, se puede decir que cantidad está presente del analito. Reacciones analíticas para cationes y aniones Las reacciones para cationes y aniones pueden utilizar reactivos generales o especiales. Si se utilizan REACTIVOS GENERALES, no serán selectivos → sino que reaccionarán con un grupo grande de elementos. Permiten tener una idea preliminar de la composición de la muestra, sobre todo si la misma es desconocida. Generalmente son reactivos inorgánicos y no permiten identificar. Si se utilizan REACTIVOS ESPECIALES → se podrá identificar un determinado elemento ya que son selectivos y específicos. Generalmente son sustancias orgánicas y tienen mayor sensibilidad que los reactivos generales. PROCESO ANALÍTICO 1. Definición del problema analítico. 2. Elección del método de análisis. 3. Obtención de una muestra representativa (muestreo). 4. Tratamiento previo de las muestras → una vez que se tiene la muestra se la debe adecuar para ayudar a la selectividad del método, por ejemplo: se puede concentrar el analito para ayudar a que el método le alcance la selectividad, o también se puede diluir el mismo con el mismo propósito. Otros tratamientos son pulverización, secado, disolución, extracción, eliminación de interferencias, concentración, etc. 5. Observación y/o medición de la propiedad del analito (análisis cualitativo, análisis cuantitativo). 6. Obtención de los resultados 7. Evaluación de la confiabilidad de los resultados. 8. Elaboración del informe. CONSTIUYENTES DE UNA MUESTRA En una muestra se cuenta con el analito de interés y con otros compuestos que constituyen la matriz. Entonces, en analito será la sustancia de interés muestras que la matriz son los demás constituyentes de la muestra que no son el objeto de estudio → y en esta matriz pueden existir INTERFERENCIAS, que pueden ser IMPUREZAS INERTES (no intervienen en el análisis) o IMPUREZAS QUE INTERFIERAN EN EL ANÁLISIS, perjudicando el estudio del analito de interés. Las interferencias pueden ser: positivas → son interferencias que reaccionan de igual manera que el analito (por ejemplo: que muestren el mismo color o precipiten ambos). Ejemplo: la reacción del plomo con rodizonato de sodio da un quelato de color rojo; sin embargo, si hay bario presente, se observará el mismo quelato rojo. A pesar de estar usando un reactivo orgánico selectivo, este no es específico únicamente para el Plomo, ya que interviene el Bario, que funciona como un interferente positivo. Si quisiese eliminarse este interferente positivo podría agregarse sulfato de sodio → ya que este hace que el bario precipite como sulfato de bario, que es mucho más insoluble que el sulfato de plomo, por ende, deja libre al plomo para que solo éste reaccione con el rodizonato. OJO: NO SIEMPRE UNA REACCIÓN POSITIVA ES COLORA → a veces, una reacción positiva es la desaparición de color (no siempre que se vea aparición de color quiere decir que se trate de una respuesta positiva). El ensayo que permite conocer las características de la reacción positiva es el ensayo testigo. negativas → los interferentes negativos son aquellas sustancias presentes en la matriz que impiden ver el resultado positivo. Ejemplo: si se sabe que para determinar catión hierro se debe agregar tiocianato, lo cual daría un complejo rojo y no se observa dicha reacción, entonces puede ser o que no esté presente el catión férrico o que haya un interferente → si se asegura que la muestra posee catión férrico y al agregarse el tiocianato no se observa la aparición del complejo rojo, se puede asegurar que existe la presencia de algún interferente negativo, como por ejemplo el fluoruro, ya que este forma complejos muy estables con el catión férrico, los cuales son . Si quisiese eliminarse este interferente negativo, podría agregarse aluminio, el cual forma un complejo más estable con el fluoruro que el que el fluoruro forma con el hierro, de manera que el hierro quede disponible para reaccionar con el tiocianato, observándose el complejo rojo. por enmascaramiento → es cuando un color impide la visualización del color de la reacción positiva. Ejemplo: se quiere determinar plomo, para lo cual se utiliza la reacción de precipitación del cromato de plomo; sin embargo, si también hay plata presente, también se observará un precipitado de color, lo cual genera que se impida la visualización del color del precipitado del cromato de plomo por enmascaramiento con el color de otro compuesto. Si quisiese eliminarse este interferente por enmascaramiento, podría agregarse amoniaco, el cual formaría un complejo soluble incoloro con la plata, de manera que solo se vería la formación del precipitado del cromato de plomo. Si es necesario eliminar las interferencias,se podrán hacer tratamientos previos de la muestra. De esta manera, los TRATAMIENTOS PREVIOS pueden ser tanto para acondicionar la muestra de manera tal que el catión (analito de interés) esté disponible para reaccionar con el reactivo; o puede ser también para eliminar interferencias. En conclusión, las interferencias son las sustancias que alteran el resultado, y que pueden ser positivas, negativas o por enmascaramiento, y que hay que tenerlas presentes ya que su presencia altera el resultado del análisis, por lo cual, en caso de estar presentes SIEMPRE HAY QUE ELIMINARLAS. ensayos Si se tiene una MUESTRA CONOCIDA → se llevarán a cabo ensayos de confirmación/identificación; mientras que si se tiene una MUESTRA DESCONOCIDA → se llevarán a cabo primero ensayos preliminares, luego reacciones de identificación y por último ensayos de reacciones de confirmación. ensayos confirmatorios: en blanco, control y testigo. Estos 3 ENSAYOS CONFIRMATORIOS otorgan una cierta confianza sobre el resultado obtenido a partir de la muestra → corroboran tanto un resultado positivo como negativo de la muestra. ENSAYO O PRUEBA EN BLANCO → es una prueba que debe dar un resultado negativo, ya que un blanco es TODO MENOS EL ANALITO DE INTERÉS, A LO CUAL SE AGREGA EL REACTIVO DE IDENTIFICACIÓN. Este ensayo permite conocer como son las características de una reacción negativa. Si diese positivo, quiere decir que hay un interferente positivo en la matriz → es decir, hay un elemento en la matriz que da el mismo resultado que el analito de interés. UN RESULTADO POSITIVO DEL ENSAYO EN BLANCO DA SOSPECHA DE LA PRESENCIA DE UN INTERFERENTE POSITIVO EN LA MATRIZ. El ensayo de blanco permite hacer correcciones debidos a respuestas generadas por el solvente o la matriz. PERMITE CONOCER COMO ES UN RESULTADO NEGATIVO (por ejemplo, si en usencia del analito se presente algún color, o si la solución es incolora, etc.). ENSAYO O PRUEBA TESTIGO → la prueba testigo es la que usa una solución estándar del analito + el o los reactivos que se sepa que reaccionan con el analito (NO CONTIENE LA MATRIZ). Debe dar POSITIVO. Por ejemplo: se toma un estándar de hierro y se agrega como reactivo tiocianato, y se sabe que la reacción debe arrojar un color rojo, en cuyo caso es positivo. Si la prueba da negativa, se puede deber, por ejemplo, a un interferente negativo. Este ensayo PERMITE CONOCER COMO ES UN RESULTADO POSITIVO; además, permite evaluar la sensibilidad → si el estándar está en una concentración muy baja, tal vez no se llegue a observar, por ejemplo, el color; entonces, esta prueba es importante también para evaluar, en una forma SEMICUANTITATIVA, en que concentración debería estar el analito para que la técnica sea visible. SI EL TESTIGO ESTÁ BIEN Y DA POSITIVO, EL BLANCO, POR MÁS QUE HAYA UN CAMBIO DE COLOR, NO TIENE QUE TENER EL MISMO COLOR QUE EL TESTIGO. ENSAYO O PRUEBA CONTROL → este ensayo debe hacerse cuando el resultado del análisis de la muestra es negativo. Si se agarra la muestra, se le agrega el reactivo y se espera un resultado positivo pero se observa un resultado negativo → entonces, se agrega el estándar del analito y se fuerza a que sea positivo. Si al agregar el estándar, la prueba control sigue dando negativo, quiere decir que hay algo que está impidiendo la reacción, por ejemplo, un interferente negativo. Ejemplo: a la muestra problema se le agrega tiocianato y se espera ver el color rojo producto de la reacción con el catión férrico, sin embargo, se observa una solución incolora. Entonces, se agrega estándar de hierro (prueba control), forzando así a que sea positivo; si aun así da negativo, esto me debe hacer sospechar que hay presencia de un interferente negativo, como fluoruro o ascórbico, que está impidiendo que el hierro reaccione con el tiocianato. TABLA PERIÓDICA Y QUÍMICA ANALÍTICA CATIONES → son átomos o grupos de átomos que perdieron electrones, y por ende tienen carga positiva → los de mayor interés serán Al3+, Na+, Cr2+, Fe3+, Fe2+, Zn2+, K+, Pb2+, Bi3+, NH4+, Mg2+, Mn2+, Co2+, Ni2+, Cu2+, Ag+, Cd2+, Ba2+ y Hg2+. ANIONES → son átomos o grupos de átomos que tienen electrones en exceso, y por ende tienen carga negativa → los de mayor importancia son CO3 2-, HCO3 -, MnO4 -, PO4 3-, HPO4 -, H2PO4 -,CrO4 2-, IO3 -, AsO4 3-, AsO3 -, ClO3 -, BrO3 -, SO3 2-, S2O3 2-, CN-, SO4 2-, NO3 -, S2-, NO2 -, F-, Cl-, I- y Br-. clasificación de elementos y propiedades periódicas PROPIEDADES PERIÓDICAS DE IMPORTANCIA: ELECTRONEGATIVIDAD → es la fuerza con que un átomo atrae a los electrones de un enlace. La diferencia de electronegatividad entre dos elementos es indicativa de la validez del modelo de enlace propuesto: diferencias pequeñas menores a 1,5 corresponden a UNIONES CONVALENTES. diferencias mayores a 2 se ajustan a ENLACES IÓNICOS. Ejemplo: entre metales y no metales, como el NaCl. En la tabla periódica, la electronegatividad aumenta de izquierda a derecha. Los elementos más electronegativos son los halógenos; y los menos electronegativos son los metales alcalinos y alcalinos térreos. RADIO ATÓMICO → en la tabla periódica, disminuye de izquierda a derecha en un período; y aumenta desde arriba hacia abajo en un grupo. Así, el fluoruro es el elemento de menor radio iónico. POTENCIAL DE IONIZACIÓN (PI) → es la energía mínima requerida para separar un electrón de un átomo y formar así iónes. En la tabla periódica disminuye al descender en un grupo y aumenta de izquierda a derecha en los períodos. Aquellos elementos que tengan bajo PI (necesitan poca energía para separar un electrón de un átomo) → tendrán tendencia a formar cationes. Aquellos elementos que tengan alto PI (necesitan mucha energía para separar un electrón de un átomo) → tendrán tendencia a formar aniones. ESCALA DE TRABAJO Para las escalas de trabajo se debe tener en cuenta si el componente de interés a encontrar es un MACROCONSTITUYENTE (componente mayoritario en alta cantidad) o si es un MICROCONSTITUYENTE (constituyente minoritario en baja cantidad). Macroconstituyentes → 1-100% Microconsituyentes → 1-0,01% Trazas → ppm Ultatrazas → ppb análisis cualitativo En un análisis cualitativo se puede partir de una muestra de COMPOSICIÓN CONOCIDA y para identificar su composición se llevan a cabo REACCIONES DE IDENTIFICACIÓN. Si en cambio se parte de una muestra de COMPOSICIÓN DESCONOCIDA, deben llevarse a cabo ENSAYOS PRELIMINARES para identificar qué elementos son probables que la compongan y luego se llevan a cabo REACCIONES DE INDENTIFICACIÓN para esos elementos probables. análisis DE CATIONES ENSAYOS PRELIMINARES observar las características de la muestra (si tiene olor, color, aspecto). Ejemplo: si tengo una solución azul puede ser una sal de cobre y si tengo una rosa puede ser de cobalto (OJO: esto depende de la concentración, si están en muy baja concentración pueden no presentar color e igualmente estar presentes → NO ES CONCLUYENTE). ensayar la reacción al medio → si es neutra (no hidrolizan, como el sodio y el potasio) o ácida (como Al(III), Fe(III), Cr(III) y Bi(III)). Acción de los reactivos generales (inorgánicos) en pequeña cantidad y en exceso → lo cual da idea de si están presentes cierto grupo de cationes. Estos reactivos generales son: - Hidróxido de sodio/potasio - Amoniaco - Carbonato de sodio/potasio - Cianuro de potasio - Ácido clorhídrico - Ácido sulfúrico Todo esto permite un acercamiento a conocer cuáles son los cationes que posiblemente tenga la muestra. ACIDEZ DE LOS CATIONES La acidez de los cationes es una propiedad que depende de la relación entre el radio iónico y la carga o valencia → → cuanto mayor sea el valor de este cociente (iones con radio pequeño y alta carga), mayor será la acidez del catión,y a mayor acidez del mismo, más inestable es en agua (da hidrólisis ácida). Esto se debe a que los cationes están solvatados y la molécula de agua actúa como un dipolo → de esta manera, cuanto más pequeño sea el radio del elemento y mayor la densidad de carga positiva del mismo, habrá mayor atracción de la parte negativa del dipolo hacia el centro del elemento, hasta llegar un momento en donde se genera tanta atracción, que se termina generado repulsión del protón y se pierde uno de los protones del agua, liberándolo al medio. Los cationes más ácidos son: ALUMINIO, CATIÓN FÉRRICO, CROMO Y BISMUTO → son cationes que debido a su capacidad polarixante, es decir, su capacidad de perder protones (son ácidos de Brönsted) pueden perder un protón, generando una hidrólisis ácida. Por ejemplo → si se tiene en solución cloruro férrico y se lo deja en agua neutra → el hierro, al tener la esfera de hidratación, comenzará a perder protones debido a su acidez, generando hidróxido férrico. Para evitar esto, generalmente, las soluciones de catión férrico se conservan con el agregado de ácido nítrico. Luego, hay otro grupo de cationes menos ácidos denominados grupo IIa. De este tabla, el catión más ácido es el berilio, ya que tiene el mayor valor de relación carga/radio → con lo cual, será estable solo en un medio ligeramente ácido. Mientras que, por ejemplo, el calcio y el magnesio se pueden mantener estables, no precipitan en agua. Luego, hay otro grupo de cationes aún menos ácidos denominados grupo III. El sodio y el magnesio son cationes estables, mientras que el aluminio es un catión ácido y es estable solo en medio ácido → si se tiene una solución de aluminio y se la deja un tiempo sin acidificar el medio, lo más probable es que precipite. Entonces, si los cationes muy ácidos no están en medio ácido terminarán precipitando y dando un hidróxido de esos elementos (anfóteros). En medio acuoso los iones están solvatados, siendo la coordinación más frecuente 4 o 6. La solvatación depende de la carga (es la carga x2) → para carga 2+ son 4 y para carga 3+ son 6 GRÁFICO RELACIÓN CARGA/RADIO Relación carga/radio en función del pKa → los cationes ácidos se ubican en el extremo superior derecho; mientras que los que no son ácidos o lo son muy poco están en extremo inferior izquierdo. Redondeados en rojo se encuentran los más ácidos; y en azul se marcan aquellos que tienen un comportamiento particular. ACCIÓN DE LOS REACTIVOS GENERALES NaOH o KOH: Hay ciertos cationes que no reaccionan con los hidróxidos fuertes, tales como el sodio, el potasio, el calcio y el bario (no dan precipitados, no se ven cambios en la solución); mientras que otros tendrán reacciones particulares → por ejemplo, si se tiene amonio y se agrega una base fuerte, el amonio se neutraliza por acción del hidróxido y se libera amoniaco (no observable). En cambio, cationes como magnesio, manganeso, hierro, bismuto, cobalto, niquel y cadmio → precipitan como sus hidróxidos correspondientes al agregar NaOH, y a pesar de que se agregue exceso de hidróxido seguirán estando precipitados. El hidróxido de sodio presenta una única flecha debido a que es un electrolito fuerte. Catión férrico → posee doble flecha debido a que se trata de un equilibrio. OJO CON LAS FLECHAS → simple flecha para las sales fuertes. Doble flecha en los equilibrios (por ejemplo en el caso del amonio se trata de un equilibrio ácido-base). El catión férrico posee su esfera de hidratación y por ser sumamente ácido, ese protón tiene tendencia a desprenderse → y al perderlo al agua y generar acidez al medio, esta acidez es neutralizada por los hidróxidos de la base fuerte, generando que el hierro ahora esté hidratado con 5 moléculas de agua en lugar de 6 (ya que uno de esos protones ahora forma parte de la molécula de agua suelta), y con un hidróxido (proveniente de la pérdida del protón que se soltó al medio). Luego, en el siguiente equilibrio pasa lo mismo y finalmente en el último, se obtiene el hidróxido férrico, compuesto que se termina estabilizando. Entonces, el catión férrico y el bismuto son cationes muy ácidos → por lo tanto, en ellos será importante la esfera de hidratación y como el protón proveniente de esa esfera se neutraliza y da lugar al precipitado. LOS CATIONES ÁCIDOS SE ESCRIBEN SIEMPRE CON LA ESFERA DE HIDRATACIÓN. Para los demás cationes, que no son tan ácidos, se plantea de forma más directa que con hidróxido forman el hidróxido correspondiente (SIN LA ESFERA DE HIDRATACIÓN). Los hidróxidos de Manganeso, Magnesio y Hierro II se disuelven en sales de amonio por un mecanismo ácido-base: Esto ya que son hidróxidos muy solubles → son fáciles de disolver en presencia de sales de amonio, que disuelve el hidróxido de manganeso (por ejemplo) neutralizándolo y desplazando el equilibrio a reactivos. Por otro lado, se tiene otro grupo de cationes que son ANFÓTEROS, y que precipitan como hidróxidos al agregar hidróxido de sodio, pero que si se sigue agregando en exceso se SOLUBILIZAN ya que forman complejos solubles. Los cationes que presentan este comportamiento son solo 4 → cromo (III), zinc (II), aluminio (III) y plomo (II) → forman hidróxidos anfóteros, precipitando cuando hay poca cantidad de base fuerte, pero ante exceso de la misma se solubilizan. Los hidróxidos de cobalto, níquel y zinc (II) se disuelven también en soluciones de amonio pero por un mecanismo de formación de complejo amoniacal; a diferencia del manganeso, magnesio y hierro (II) que se disolvían en amonio mediante un mecanismo ácido base. Los cationes Cobre, plata y mercurio precipitan como óxidos metálicos en presencia de una base fuerte: La plata de un hidróxido que termina desarrollándose como un óxido de color negro. El cobre precipita primero como un hidróxido de cobre, pero ante el exceso de reactivo y de calor, se transforma en un óxido oscuro. AMONIACO Los cationes sodio, potasio, calcio, bario y amonio NO reaccionan con la base débil amoniaco. Los cationes cromo (III), hierro (III), aluminio (III), bismuto (III) y plomo (II) precipitan como hidróxidos y son insolubles en exceso de reactivo. O sea, el agregado de amoniaco genera que precipiten estos cationes como hidróxido → pero por más que se agregue más amoniaco, seguirán estando precipitados. OJO: estos cationes corresponden al grupo de los anfóteros pero falta el zinc, ya que el hidróxido de zinc, al agregar exceso de amoniaco se solubiliza ya que forma un complejo amoniacal. Los cationes zinc (II), cobalto, niquiel, cadmio y cobre precipitan como hidróxidos debido a la alcalinidad del amoniaco que va neutralizando la acidez de los cationes; sin embargo, ante un exceso del reactivo, son solubles por formación del complejo amoniacal. En el caso particular del catión plata, este forma directamente el complejo amoniacal diaminoplata. El magnesio, manganeso y hierro (II) precipitan como hidróxidos insolubles en exceso de amoniaco, pero solubles en sales de amonio debido a que en presencia de amonio, este neutraliza el hidróxido del catión y por ende, disuelve el precipitado. Un caso particular es el mercurio → el cual forma sales amidomercúricas. CO3 2- (Na+, K+, NH4+) Ni el sodio ni el potasio reaccionan con carbonatos, no forman precipitados. El amonio si reacciona con carbonato → el amonio se neutraliza y libera amoniaco; luego el carbonato también se neutraliza dando dióxido de carbono y agua. El calcio, el bario, el manganeso, el niquel y la plata (cationes poco ácidos) precipitan como carbonatos normales. El magnesio, zinc (II), cobalto, cadmio, cobre, plomo (II) y bismuto (III) precipitan como carbonatos básicos de composición variable → o sea que no tienen una estructura química definida, por lo cual . CASO PARICULAR → el Mg2+precipita fácilmente como carbonato básico con Na2CO3 ó K2CO3; sin embargo, si se utiliza un carbonato de amonio (NH4)2CO3, debido a que los compuestos de magnesio se solubilizan en sales de amonio, entonces precipitaría de forma parcial y no completa. Los cationes Ag+, Ni2+, Co2+, Cd2+, Cu2+ y Zn(II) forman complejos amoniacales estables y por ende se disuelven en exceso de carbonato de amonio o sales de amonio, para dar los respectivos complejos con amoníaco. Entonces, si se quiere precipitar de manera completa un níquel (por ejemplo), no se usará carbonato de amonio, sino de sodio o potasio → ya que si se utiliza un carbonato de amonio, cuando haya mucho carbonato de amonio dará amoniaco y se formará el complejo amoniacal de níquel, entonces no habría separación completa. El cromo (III), el hierro (III) y el aluminio (III), o sea, los cationes muy ácidos, precipitan como hidróxidos insolubles en exceso de reactivo. A pesar de estar usando carbonatos precipitan como hidróxidos ya que su acidez es neutralizada por el propio carbonato (base débil), y el carbonato genera ácido carbónico y dióxido de carbono mientras que el catión queda estable en su forma de hidróxido. CIANURO (Na+ o K+) Los cationes más ácidos, ante el agregado de cianuro precipitan como hidróxidos y son insolubles en exceso de reactivo y liberan ácido cianhídrico. El catión férrico es un caso particular → ya que precipita como una mezcla de hidróxido y de cianuro férrico → y en exceso de cianuro y aplicación de calor forma el complejo cianurado. El catión ferroso también forma un complejo cianurado. El cianuro, al generar ácido cianhídrico libera un OH, con lo cual es suficiente la alcalinidad para precipitar al hidróxido de magnesio. El cobre por su parte precipita como cianuro de cobre y luego tiene una reducción a cuproso, que finalmente da lugar a la formación de un complejo cianurado. El plomo precipita como cianuro y es insoluble aún en exceso de reactivo. Forman un precipitado pero si se agrega reactivo en exceso se solubilizan por formación de complejos cianurados. H2SO4 Es útil sobre todo si la muestra contiene bario o plomo ya que forma complejos insolubles que precipitan. En el caso del calcio y la plata, son parcialmente solubles → parte estará precipitado y parte en solución. HCl El ácido clorhídrico es útil para la precipitación de plata, ya que el cloruro de plata es un compuesto insoluble, y para la precipitación de plomo. análisis DE aniones El análisis de aniones es más complejo que el análisis de cationes, es más difícil utilizar reactivos generales → ya que los aniones generalmente no están constituidos por un solo elemento y tienen propiedades ácido base complejas dependiendo de en qué medio están. SIEMPRE PRIMERO SE ENSAYAN LOS CATIONES Y LUEGO LOS ANIONES, YA QUE LOS RESULTADOS DE CATIONES PERMITEN TENER UNA NOCIÓN DE QUE TIPO DE ANIONES PUEDEN ESTAR PRESENTES. ENSAYOS PRELIMINARES se deben tener en cuenta los resultados del análisis de cationes observar los caracteres organolépticos → aspecto, color, olor. Por ejemplo: el perioduro (forma soluble del iodo) tiene un color característico que es el marrón; el permanganato tiene un color violeta; el cromato posee un color amarillo y el dicromato anaranjado; etc. reacción al medio → generalmente tendrán un comportamiento neutro o alcalino → por ser aniones tendrán tendencia a tomar protones del agua y dar una hidrólisis alcalina, sin embargo su comportamiento depende de frente que esté. PROPIEDADES ÁCIDO BASE DE LOS ANIONES En general, los aniones se comportan como bases de Brönsted ya que aceptan un protón del agua, produciendo una ionización básica. En el caso de aniones provenientes de ÁCIDOS POLIPRÓTICOS, no hay un solo anión proveniente del ácido sino que hay más de una especie. Por ejemplo: el ácido sulfhídrico se tiene el anión con dos cargas negativas y el sulfuro ácido → ambos son aniones y el sulfuro tendrá una hidrólisis alcalina ya que toma un protón del agua. Sin embargo, si se parte del sulfuro ácido, este es anfótero y tiene dos equilibrios, puede o tomar un protón del agua y formar el ácido sulfhídrico o donarlo y formar sulfuro → EL EQUILIBRIO PREDOMINANTE DEPENDERÁ DE QUE CONSTANTE PREVALECE, SI LA DE BASICIDAD O LA DE ACIDEZ. De esta manera, si se plante el equilibrio de sulfuro ácido hacia sulfuro se tiene una Ka2, mientras que partiendo de sulfuro ácido a ácido sulfhídrico se tiene una Kb2 → según cual sea más grande en valor, el comportamiento será ácido o básico. Por otro lado, si el sulfuro ácido está en presencia de una base más fuerte, no le quedará otra que actuar como ácido. ENTONCES, SU COMPORTAMIENTO DEPENDE TANTO DE LAS CONSTANTES COMO DE FRENTE A QUE SE ENCUENTRE O SI ESTÁ SOLO. Otro ejemplo: si nos preguntamos si el bicarbonato de sodio tiene comportamiento ácido o básico cuando está solo, hay que evaluar el equilibrio de basicidad regido por la Kb2 (qué valor tiene) y el valor del equilibrio de acidez regido por la Ka2 (qué valor tiene). Mirando los valores de tabla se observa que la Kb2 predomina sobre la Ka2, por ende, el comportamiento del bicarbonato de sodio es netamente alcalino cuando está solo. Sin embargo, si al bicarbonato se agrega ácido, no le queda otra que tomar protones; sin embargo, si se agrega una base, se neutraliza y da carbonato. Ejemplo: se observa que la ka2 del el sulfito ácido predomina sobre la kb2, por lo tanto, tendrá un comportamiento ácido. Sin embargo, su comportamiento dependerá también frente a que compuesto esté presente en la solución. Ejemplo: aniones provenientes del H3PO4- → el ácido fosfórico solo puede perder protones, con lo cual, el primer equilibrio es ácido ya que libera un protón al medio. De manera contraria, el fosfato es una base tribásica, y su único comportamiento es de base, con lo cual tomará protones del agua dando hidrólisis ácida. DE ESTA MANERA, SE TIENEN 2 EXTREMOS EN LAS ESPECIES DEL FOSFATO → EL ÁCIDO FOSFÓRICO QUE ES NETAMENTE ÁCIDO Y EL FOSFATO QUE ES NETAMENTE ALCALINO. Sin embargo, hay dos especies intermedias, que son el fosfato monoácido y el fosfato diácido → el fosfato monoácido tiene un comportamiento dual, es un ANFOLITO, puede ceder el protón para dar fosfato o tomar un protón y dar fosfato diácido; y de acuerdo a los valores de constantes, predomina la Kb2, de manera que tiene un comportamiento básico. En el caso del fosfato diácido, predomina la Ka2, teniendo tendencia a ceder el protón y dar fosfato monoácido que a tomarlo para dar ácido fosfórico. ESTO CUANDO ESTAN SOLOS EN AGUA. En cambio, si al fosfato diácido se le agrega ácido clorhídrico, en solución se encontrará el ácido fosfórico. ensayo de aniones que liberan gases ácidos y/o con propiedades redox. REACCIÓN DE ANIONES ANTE EL AGREGADO DE H2SO4 Algunos aniones no dan ninguna reacción, no sufren ningún cambio, frente al agregado de ácido sulfúrico; mientras que otros liberan gases → hay distintos tipos de gases que pueden liberarse ante el agregado de ácido sulfúrico 3M: hay aniones como carbonato y bicarbonato que liberan gases incoloros e inodoros. aniones como los sulfatos que frente al agregado de ácido sulfúrico liberan un gas incoloro pero con olor picante. el cianuro que da la liberación de gas con olor a almendras amargas. los dióxidos y monóxidos de nitrógeno que liberan gases pardos. los sulfuros liberan gases con olor nauseabundo. el acetato libera un gas con olor a vinagre. los derivados de hipocloritos liberan gases con color verde amarillento y olor a lavandina. ensayo con reactivos precipitantes → son ensayos indicativos de la presencia de ciertos aniones que precipitan frente a determinados cationes. Por ejemplo: agregado de calcio o bario →los aniones como carbonatos, sulfatos, fosfatos, fluoruro, etc. precipitan frente al agregado de cualquiera de estos dos cationes, por lo que, si se agrega calcio o bario a la muestra y se observa un precipitado, entonces lo más probable es que la muestra posea a alguno de ellos. En cambio, si por el análisis de cationes ya se sabe que la muestra contiene bario y la limpia se observa limpia sin precipitados, entonces se puede descartar la presencia de estos aniones. Estos precipitados luego se ensayan frente al agregado de un ácido mineral (ácido fuerte) y se observa si los mismos se disuelven. Luego, también hay aniones que precipitan frente al agregado de nitrato de plata en ácido nítrico → si se tienen haluros (cloruros, bromuros y ioduros), estos, frente a la plata, precipitan ya que forman compuestos muy insolubles (cloruro de plata, bromuro de plata y ioduro de plata) → en algunos casos (como el cloruro de plata) se obtiene un precipitado blanco, y en otros, es amarillento (como el bromuro de plata). ¿CÓMO LOS DISTINGO ENTRE SÍ LUEGO DE QUE PRECIPITEN CON PLATA? Se agrega amoniaco → ya que, el cloruro de plata, frente al agregado de amoniaco se disuelve ya que en la competencia entre el amoniaco y el cloruro por la plata, gana el amoniaco (complejo amoniacal es más estable). En el caso del bromuro de plata no alcanza poner amoniaco diluido, sino que debe ser concentrado para compartir por la plata y disolver el precipitado del bromuro de plata. Por último, el ioduro de plata es insoluble aún en presencia de amoniaco concentrado, debería agregarse un agente acomplejante más estable como cianuro → solo en presencia de cianuro de potasio o de sodio se disuelve el ioduro de plata. CUANTO MÁS CHICO ES EL VALOR DE KPS ES PORQUE HAY MENOS IONES EN SOLUCIÓN. El ioduro de plata es el más insoluble ya que el kps es el más pequeño (la concentración de iodo y plata en sc es pequeña). ensayo de oxidantes y reductores → se ensaya el comportamiento de los aniones como oxidantes y reductores. Esto se ensaya frente al sistema ioduro en medio ácido, o perioduro en medio neutro o alcalino. si se sospecha de la presencia de un anión oxidante en la muestra → se agrega ioduro en un medo ácido y esperaría que se oxide a iodo o perioduro, el cual tiene un color amarillo. Si inicialmente la muestra estaba incolora y al agregar ioduro con HCl y se pone amarilla, se tiene un anión oxidante, ya que este hizo que el ioduro se oxide a iodo o perioduro. También puede evidenciarse con agregado de almidón, que evidenciaría un color azul oscuro casi negro → si la solución era incolora y al agregar almidón se vuelve azul, hay un anión oxidante. si se sospecha de la presencia de un anión reductor en la muestra → se agrega iodo o perioduro en medio básico y esperaría que se reduzca a ioduro, de manera que habría decoloración del color amarillo. Todo esto otorga información sobre que aniones pueden estar presentes en la muestra. EJEMPLOS DE APLICACIONES DE REACCIONES DE IDENTIFICACIÓN Y RESOLUCIÓN DE MEZCLAS IDENTIFICACIÓN DE PLOMO → si se tiene una muestra que posee plomo, el análisis de este catión procede mediante un reactivo orgánico que es el RODIZONATO (identificativo de Pb2+/Ba2+/SO4 2-). Este reactivo tiene la particularidad de generar un quelato rojo insoluble con algunos cationes, sobre todo con el bario y el plomo. Entonces, la muestra que se sospecha que tiene PLOMO se trata con ácido sulfúrico para que precipite sulfato de cromo → se descarta el sobrenadante y este precipitado se lava con agua destilada → ahora, al precipitado se le agrega rodizonato de sodio y se espera ver la formación de un quelato rojo, que es rodizonato de plomo. Entonces, el procedimiento lleva dos pasos: 1. un precipitado de sulfato de plomo 2. formación del quelato rojo insoluble de rodizonato de plomo. Por otro lado, si se sospecha que la muestra tiene BARIO → se la ensaya directamente con el rodizonato, de manera que se forma el quelato rojo del quelato de rodizonato de bario. DE ESTA MANERA, SE PUEDE IDENTIFICAR PLOMO EN PRESENCIA DE BARIO, PERO NO SE PUEDE IDENTIFICAR EL BARIO SI HAY PLOMO PRESENTE → ya que, al agregar ácido sulfúrico a la muestra en la identificación del plomo, se asegura que si hubiese bario, este precipite como sulfato de bario y el plomo como sulfato de plomo, y de los dos, el único que puede reaccionar con el rodizonato es el plomo debido a su solubilidad → el sulfato de plomo es más soluble que el sulfato de bario → de modo que si están los dos cationes presentes y se agregó ácido sulfúrico precipitan los dos, pero solo uno de ellos seguirá precipitado (el bario) frente al agregado de rodizonato. ENTONCES, CUANDO EL ENSAYO DA POSITIVO (QUELATO ROJO), NO SE SABE SI ESTÁ PRESENTE EL BARIO, EL PLOMO O AMBOS → por lo que a la muestra, se le agrega H2SO4 y luego se agrega rodizonato de manera que se podrá o ver el color rojo o no ver nada. Si al agregar ácido sulfúrico no se ve el quelato rojo → quiere decir que solo se tiene bario. Si al agregar el ácido sulfúrico se observa el quelato rojo → quiere decir que solo hay plomo. IDENTIFICACIÓN DE SULFATO → si en un tubo se agrega un estándar de cloruro de bario y rodizonato y a esto se le agrega una muestra que se sospecha que tiene sulfato → se esperaría observar decoloración del color rojo del rodizonato de bario, debido a que el bario deja de formar el complejo con el rodizonato para formar un precipitado de sulfato de bario. La constante de equilibrio del Bario con el sulfato es mayor, más fuerte, que la del Bario con el rodizonato → en la competencia de equilibrio, el Bario tiene más fuerza de unión con el sulfato que con el rodizonato. Si ya se tiene sulfato de Bario y se agrega rodizonato, no modifica nada, ya que el rodizonato no le gana al sulfato en la unión al Bario. En el caso del plomo → en la competencia de equilibrio, el rodizonato le gana al sulfato en la unión con el plomo. IDENTIFICACIÓN DE NITRITOS → la identificación y cuantificación de nitritos en agua tiene una importancia muy relevante ya que hay un límite permitido. La reacción de identificación de nitritos se lleva a cabo con el REACTIVO DE GIRESS, y puede ser de manera CUALITATIVA Y CUANTITATIVA ya que forma un compuesto coloreado rojo característico que se puede seguir espectrofotométricamente. A los fines cualitativos, si se observa la aparición de color rojo, hay nitrito presente. De manera cuantitativa, lo que se hace es una curva de calibración con estándar de concentración conocida, y se sabe según los valores de absorbancia, cual es la concentración de nitrito. Un ensayo semi- cuantitativo en cambio es una comparación a simple viste con estándares. Si hay nitritos presentes en medio ácido, el reactivo de Griess reacciona formando una especie catiónica, que frente a la reacción con el alfa-naftilamina da un azoderivado de color rojo. Entonces, la aparición del color rojo es indicador de la presencia de nitrito. IDENTIFICACIÓN DE NITRATOS → se deben hacer dos pasos: 1. eliminar los nitritos que pueden o no estar presentes → ya sea por el agregado de cloruro de amonio o por el agregado de ácido sulfámico, que permiten liberar los nitritos como nitrógeno. De esta manera, se elimina la interferencia y se puede proceder a la identificación de nitrato. 2. identificación de nitrato → hay 3 opciones para ello: a) se lo puede reducir completamente a amoniaco en un medio fuertemente alcalino con un reductor como zinc o aluminio → luego, el amoniaco se ensaya con un reactivo de Nessler. b) se lo puede reducir en medio acético con zinc hasta nitrito (reducción más suave) y hacer la identificación de nitrito con el reactivo de Griess. c) se puede llevar a cabo la reacción del anillo pardo, que es la identificación en presenciade sulfato ferroso en ácido sulfúrico concentrado. Se forma un anillo pardo (complejo entre hierro y monóxido de nitrógeno) en la interfase entre el líquido y el aire en la solución, que indica la presencia de nitratos. IMPORTANTE → si no hubiese eliminado el nitrito, no se sabría si el positivo de cualquiera de estas reacciones se debe a la presencia de nitrito o nitrato, ya que ambos reaccionan. Reactivo de Griess OXIDACIÓN SELECTIVA DE LOS HALUROS El comportamiento de los haluros es distinto según las concentraciones de pH. Es más fácil oxidar ioduros que cloruros → y esta facilidad para oxidarse depende del pH: A un pH no tan ácido (5) → el permanganato oxida al ioduro pero no alcanza el potencial para oxidar al cloruro. Se debe ir a un pH muy ácido, dado por HCl, para que el cloruro pueda oxidarse a cloro. Entonces, si se tiene una mezcla de 3 haluros, se puede hacer una oxidación selectiva con permanganato, y ver si este, dependiendo del pH al cual se esté trabajado, es capaz de oxidar a alguno de ellos. si se trabaja a pH 5 y se observa decoloración del permanganato (violeta), es porque este pudo reducirse, y por ende, alguien se oxido → y si se tiene una mezcla de los 3 haluros, a este pH solamente se puede haber oxidado el ioduro. si se trabaja a un pH 0 → no se podrá discriminar, ya que de manera indiscriminada el permanganato va a oxidar a todos los haluros. Salvo que no haya ocurrido decoloración a pH 2,5 ni pH 5 → si no ocurrió decoloración en pH 2,5 ni 5, pero si a pH 0, el único haluro presente es el cloruro. MEZCLA DE HALUROS: IDENTIFICACIÓN DE IODURO Para identificar trazas de ioduro se lleva a cabo la reacción de Sandell-Kolthoff. Se ensaya un tubo sin muestra y otro con la muestra → el tubo sin muestra tiene solución de cerio IV y arsenito, la cual es una reacción muy lenta, con lo cual tardaría mucho en verse el positivo. El positivo (es decir, que la reacción ocurrió y el cerio se redujo a cerio III) implica la decoloración de la solución amarilla de cerio → y si hay ioduro presente, este actúa como catalizador y favorece la reducción del cerio, y por ende se verá la desaparición del color amarillo. Sin embargo, si no hay ioduro presente, la solución permanecerá amarilla. MEZCLA DE HALUROS: IDENTIFICACIÓN DE BROMUROS La identificación de bromuros debe hacerse previa a la de cloruros ya que se ensaya en un medio de ácido débil (acético) con permanganato y con fluoresceína como reactivo revelador. De esta manera, la acidez está dada para que se pueda oxidar bromuros a bromo más fácilmente que cloruros a cloro (para oxidar cloro se requieren condiciones ácidas fuertes, no débiles como en este caso). Así, el bromuro se oxida a bromo y éste reacciona con el reactivo fluoresceína dando la eosina de color rosado. Esta bromación de anillo ocurre solo si ocurrió la oxidación de bromuro. MEZCLA DE HALUROS: IDENTIFICACIÓN DE BROMUROS Previamente a identificar cloruros se deben eliminar con bromuros con HNO3 y baño maría, ya que si no podrían generar una interferencia. Para identificar cloruros hay que oxidarlos a cloro, lo cual se logra con un medio fuertemente ácido como sulfúrico y permanganato → una vez oxidado, el reactivo revelador es una sal de bromuro de potasio y fluoresceína, ya que la fluoresceína sola no da positivo para cloro, sino para bromo → de manera que cuando el cloro se genere reaccione con el bromuro presente en el reactivo, generando bromo, el cual sí reaccionara con la fluoresceína dando la eosina. BROMO → en solvente orgánico es de color amarillo y en fluoresceína es rosa. CLORO → en presencia de bromuro de potasio y fluoresceína es rosa. IODO → el iodo se puede evidenciar en un medio orgánico, dando color violeta; en cambio, el iodo en un solvente acuoso es de color amarillo. MEZCLA DE ANIONES MEZCLA DE ANIONES: AsO4H2 -/PO4H2 -
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