Gravimetría 2022 (1)

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Análisis gravimétrico
Introducción
La gravimetría, en el campo de la química, consiste en determinar la cantidad de
un compuesto presente en una muestra, eliminando todas las sustancias que
interfieren. Para esto se convierte el analito (generalmente iónico) en un compuesto de
composición definida que pueda pesarse. Es un método analítico cuantitativo, es decir,
que determina la cantidad de sustancia midiendo el peso de esta con una balanza
analítica. El análisis gravimétrico es uno de los métodos más exacto y preciso, y 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 (4 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
debe ser conocidos:
♣ Composición estequiométrica definida y reproducible del agente precipitante.
♣ Baja solubilidad en las aguas madres y en el solvente de lavado (la sustancia
analizada debe se incorporado cuantitativamente en el precipitado final).
♣ 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.
♣ Estabilidad térmica, para que el precipitado pueda ser secado adecuadamente sin
cambios en su composición.
♣ Estabilidad del producto.
En un análisis gravimétrico directo el constituyente se separa en forma de una
fase pura que 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 o
del compuesto buscado. Esta separación, que precede siempre a la pesada del
constituyente o compuesto que lo contiene, puede efectuarse de varias formas. La
clasificación de los métodos gravimétricos se basa, fundamentalmente, en los métodos
de separación que emplean.
Métodos utilizados en el análisis gravimétrico
a) 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, tal que su peso permita
calcular mediante relaciones, generalmente estequiométricas, la cantidad original de
analito en una muestra. En este tipo de análisis suele prepararse una solución que
contiene al analito, ya que éste se encuentra en la solución madre, a la que
posteriormente se agrega un agente precipitante, el cual es un compuesto que
reacciona con el analito en la solución para formar un compuesto de muy baja
solubilidad. En seguida se realiza la separación del precipitado de la solución madre
empleando técnicas específicas.
b) Método por volatilización: En este método se miden los componentes de la muestra,
que son o pueden ser volátiles. 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. El método será directo si evaporamos el analito y lo
hacemos pasar a través de una sustancia absorbente que ha sido previamente pesada,
así la ganancia de peso corresponderá al analito buscado; el método será indirecto si
volatilizamos el analito y pesamos el residuo posterior a la volatilización, así la pérdida
de peso sufrida corresponde al analito que ha sido volatilizado. El método por
volatilización solamente puede utilizarse si el analito es la única sustancia volátil o si el
absorbente es selectivo para el analito.
c) Método por electrodeposición: Este método se basa en la deposición, sobre un
electrodo, de un compuesto (de relación conocida) con el analito que se requiere
cuantificar. La cuantificación se realiza mediante la diferencia de peso que se produce
en los electrodos antes y después de realizar una reacción redox en la solución
problema, durante la cual se produce la precipitación del analito o de un compuesto
formado por el mismo.
Los métodos de precipitación se utilizan con mucha más frecuencia que los otros dos y
son los que usaremos en esta práctica.
Métodos de Precipitación
A) 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,
https://es.wikipedia.org/wiki/Electrodo
https://es.wikipedia.org/wiki/Compuesto
https://es.wikipedia.org/wiki/Disoluci%C3%B3n
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.
B) Etapas:
Un análisis gravimétrico por precipitación consiste en un número de operaciones
importantes para obtener un precipitado puro y adecuado para ser pesado, por lo que
requiere de una manipulación cuidadosa en todo momento. Después de disolver la
muestra los pasos necesarios para llevar a cabo el análisis son los siguientes:
1- Preparación de la disolución. Se deben ajustar las condiciones de la disolución para
mantener la baja solubilidad del precipitado; algunos factores que interfieren son:
volumen de la disolución durante la precipitación, intervalo de concentración de la
sustancia de prueba, concentraciones de otros constituyentes, temperatura y pH.
2- Precipitación. El precipitado debe ser lo suficientemente insoluble para que la
cantidad perdida por solubilidad sea inapreciable; debe estar constituido por partículas
grandes que puedan facilitar su filtración y su contaminación por agentes externos debe
ser despreciable. Durante este proceso se debe minimizar la sobresaturación para
obtener cristales grandes, no se debe agregar demasiado exceso de agente
precipitante para no aumentar la adsorción en la superficie del precipitado y se debe
verificar que la precipitaciónsea completa.
3- Digestión. Proceso en el cual se permite al precipitado estar en la solución madre de
donde precipitó; para obtener partículas más grandes y con mayor pureza se puede
acelerar el proceso a temperaturas elevadas.
4- Filtración. Muchos precipitados se pueden recoger en un embudo o crisol de vidrio
fitrado.
5- Lavado. Las impurezas se pueden eliminar lavando el precipitado después de filtrar,
de igual manera, al realizar este procedimiento se remueven restos de la solución
madre. Muchos precipitados no se pueden lavar con agua destilada debido a la
peptización, proceso en el que el precipitado se revierte al estado coloidal y se pierde.
Se debe realizar una prueba para determinar cuándo se ha completado el proceso de
lavado.
6- Secado. El precipitado se debe calentar para remover el disolvente y el líquido
absorbido en el lavado; si el precipitado se debe convertir a una forma más adecuado
para pesarse, se requiere de incineración.
7- Pesado. La masa de un precipitado gravimétrico se mide pesando uel recipiente en
el que se va a secar (o incinerar, según el caso), seco y vacío antes de realizar la
operación, y de nuevo al acabarla junto con el producto seco.
8- Cálculo. El precipitado que se pesa por lo regular está en una forma diferente a la
del analito cuyo peso se quiere informar. En general, para convertir el peso de una
sustancia al peso de otra, se utilizan relaciones molares estequiométricas, además de
hacer uso del factor gravimétrico, que representa el peso del analito por unidad de peso
del precipitado.
- Desecación y calcinación de los precipitados Para eliminar el disolvente de un
precipitado filtrado, así como los electrolitos volátiles que hayan podido, coprecipitar
con él, es necesario algún tipo de tratamiento por calor. Además, algunos precipitados
pueden descomponerse por el calor dando lugar a un producto de composición
conocida. La temperatura necesaria para producir un sólido de composición conocida
varía según el precipitado.
Determinación del título de KMnO4 sólido por métodos gravimétricos
Objetivos:
● Determinar el título del KMnO4 sólido utilizado para preparar la solución de
partida.
● Aplicación de conocimientos adquiridos en las experiencias de laboratorio
previas
Determinación del título de KMnO4 sólido por métodos gravimétricos
En este caso se partirá de una solución acuosa de KMnO4 previamente preparada.
Una alícuota de volumen perfectamente conocida de esta solución será tratada con un
exceso de solución de Na2SO3 en medio básico.
2 KMnO4 (ac) + 3 Na2SO3(ac) + H2O(l) → 2 MnO2(s) + 2 KOH(ac) + 3Na2SO4(ac)
Se realiza una digestión y maduración del precipitado de MnO2 obtenido.
Posteriormente se realiza una filtración a presión reducida empleando un papel de filtro
previamente pesado.
Para purificar el precipitado se lo lava con agua. Debido a su extremadamente baja
solubilidad en este medio, el agua constituye un buen solvente de lavado, que permite
eliminar las especies solubles resultantes de la reacción (KOH y Na2SO4)
Se realizan lavados con acetona con el fin de facilitar la evaporación del agua. Se deja
evaporar la misma antes de calentar (inflamable).
Se coloca el papel de filtro con el precipitado en un recipiente adecuado y se lleva a
estufa o mufla a 110-130 ºC para su secado. No superar esta temperatura porque el
MnO2 se descompone (535 °C).
Una vez seco se pesa hasta llegar a pesada constante, o sea se vuelve a secar y pesar
hasta obtener una diferencia entre pesadas menor a 10 mg.
Es importante realizar todas las pesadas en la misma balanza y que esta sea la
adecuada (balanza analítica), recordar que es una técnica cuantitativa.
Se realizan los cálculos estequiométricos correspondientes para obtener la
concentración de la solución de KMnO4 utilizada y la pureza / título del sólido empleado
para prepararla.
TP Nº5: Determinación del título de KMnO4(s) por métodos gravimétricos
TRABAJO EXPERIMENTAL
Se realiza 1 experiencia por lado de mesada
Reactivos
● KMnO4 aprox. 0,020M
Preparada por disolución de 3,50 g de material de KMnO4 de pureza
desconocida en 1 L de agua destilada.
La solución preparada se hierve durante 1 hora para acelerar la reacción del
permanganato con las impurezas orgánicas que pudiera contener el agua
destilada y se filtra a través de un filtro de vidrio sinterizado.
Conservar en frasco de color caramelo.
● Solución Sörensen (en goteros)
Solución saturada de NaOH, preparada por disolución de 100 g de NaOH (s) en
100 mL agua destilada.
El carbonato de sodio, formado por reacción con el CO2 disuelto en el agua,
queda en suspensión y sedimenta muy lentamente. Se deja reposar durante, por
lo menos, una semana.
Utilizar el sobrenadante, libre de carbonato. Conservar en frasco de polietileno.
● Na2SO3 0,5 M
● Acetona (en goteros)
Materiales y Equipos:
● Vaso de precipitado 50 mL
● Pipetas
● Probeta
● Varilla de vidrio
● Papel de filtro
● Embudo buchner
● Kitasato
● Trampas de agua
● Piseta
● Vidrio de reloj
● Pinzas
● Estufa o mufla
● Balanza analítica
● Platina de calentamiento
Paso 1:
En un vaso de precipitados de 50 mL se colocan 5 mL de solución de KMnO4 0,020M,
medidos con pipeta aforada y se agrega 1 mL (20 gotas) de solución Sörensen. Agitar.
Luego se adicionan lentamente y con agitación constante 10mL de una solución de
Na2SO3 0,5 M. Se sugiere que toda la reacción y los agregados se realicen en un vaso
de precipitado de 50 mL.
Paso 2:
Calentar la mezcla de reacción hasta ebullición. Una vez lograda la ebullición,
mantener el calentamiento suave para lograr una ebullición moderada para evitar
proyecciones. En estas condiciones, dejar la mezcla durante unos 10 minutos
(digestión del precipitado).
Luego retirar del medio de calentamiento y dejar que la mezcla llegue a temperatura
ambiente. Dejar reposar el sistema 5 minutos más a temperatura ambiente
(maduración o envejecimiento del precipitado).
Paso 3:
Filtrar a presión reducida empleando un papel de filtro que previamente ha sido pesado
en balanza analítica.
Utilizar una varilla guía para filtrar gota a gota en el centro del papel para que este no
se desborde.
Verificar que en todo momento el sistema esté bajo la acción del vacío y extremar los
cuidados para evitar pérdidas de sólido.
Paso 4:
Lavar al menos 5 veces el precipitado con agua destilada. Entre cada lavado verificar
que el sistema esté bajo la acción del vacío en forma apropiada.
Una vez finalizado el último lavado, descartar todo el líquido que contiene el kitasato en
el descarte adecuado (descarte de soluciones que contienen Mn).
Paso 5:
Lavar el precipitado con acetona, agregando lentamente el solvente. Repetir este
procedimiento 4 veces.
Una vez que finalizan los lavados con acetona dejar todo el sistema conectado al vacío
durante 2 minutos como mínimo, esto permitirá retirar gran parte de la acetona que
queda retenida en el papel y en el sólido.
Descartar el líquido contenido en el Kitasato en el descarte adecuado (descarte de
solventes no halogenados).
Paso 6:
Verificado que no haya restos de acetona en el sistema, retirar el papel de filtro que
contiene al sólido del embudo Büchner en forma cuidadosa con el auxilio de unas
pinzas.
Colocarlo en un vidrio de reloj rotulado (utilizar fibrón indeleble, las cintas pierden
adhesividad al someterse al calor).
Paso 7:
Colocar el vidrio de reloj que contiene al papel de filtro junto con el sólido en una estufa
que está regulada entre 110 y 130 ºC para lograr el correcto secado del sólido.
Esta etapa de secado en la estufa debe durar 30 minutos, para lograr la mayor
evaporación de agua.
Es aconsejable que el secado no se realice en forma brusca, a fin de evitar
proyecciones, y por ende pérdida del sólido.
Manejar el material caliente con pinzas y guantes apropiados para evitar quemaduras.
Utilizar este tiempo para comenzar a realizar el informe, a fin de optimizar los tiempos
de laboratorio.
Paso 8:
Una vez seco, retirarel vidrio reloj y colocarlo en un desecador hasta que llegue a
temperatura ambiente.
Pesar el papel de filtro con el sólido en la balanza analítica.
Paso 9:
Repetir los pasos 7 y 8 hasta que se llegue a pesada constante.
El tiempo de secado en estos casos será de 10 minutos.
Paso 10:
Proceder al lavado del material y puesta en orden de este.
Una vez finalizadas las pesadas y constatada la pesada constante descartar los
papeles de filtro con sólido en el cesto para residuos con bolsa amarilla.
El material sucio o en contacto con KMnO4 se debe enjuagar primero con una solución
de H2O2 acidulada. Descartar en el recipiente adecuado y luego proceder al lavado
habitual.
Paso 11:
Una vez que se llega a pesada constante calcular la cantidad de masa de MnO2 por
diferencia entre la masa obtenida por pesada constante y la masa del papel de filtro.
Obtenida la masa de MnO2 realizar todos los cálculos estequiométricos necesarios para
obtener la concentración de la solución KMnO4 y el título de KMnO4 sólido utilizado
para prepararlo.
TP Nº5: Determinación del título de KMnO4(s) por métodos gravimétricos
CUESTIONARIO
1) Balancear la ecuación de reacción por el método apropiado.
2) Demostrar que en las condiciones de trabajo el sulfito de sodio está en exceso.
3) Características que debe presentar el líquido de lavado.
4) ¿Por qué se emplea acetona como último líquido de lavado? ¿Por qué se debe
tener la precaución de evaporar la acetona residual antes de secar el precipitado
en la estufa?
5) ¿Por qué no se emplean temperaturas mayores a 130ºC para el secado del
precipitado?
6) Plantear la reacción que se produce cuando se lava el material sucio con
permanganato de potasio con peróxido de hidrógeno en medio ácido.
Para repaso de las técnicas a emplear en este trabajo práctico consultar el instructivo
de Técnicas de separación:
- Tratamiento de precipitados
- Filtración a presión reducida
- Lavado de precipitados
- Secado de precipitados
● Christian, G. D. (2009). Química Analítica. Sexta Edición. México, D. F.,
McGraw-Hill/ Interamericana Editores, S. A. de C. V.
● Harris, D. C. (2001). Análisis Químico Cuantitativo. Segunda Edición. Barcelona,
España, Reverté S.A.
● Skoog, D.; West, D. y Holler, F. – Química analítica - 6º edición 1997 – Mc Graw –
Hill – pag. 96, cap 6.