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E X P E R I M E N T O No 1 ANÁLISIS D E H I E R R O P O R GRAVIMETRÍA D E PRECIPITACIÓN COMO * HIDRÓXIDOS
Teoría E l i o n férrico s e d e t e r m i n a p o r gravimetría precipitándolo c o n u n e x c e s o d e amoníaco, N H 3 , p a r a f o r m a r e l hidróxido férrico h i d r o s o , F e ( O H ) 3 o x H j O ; l u e g o , p o r calcinación, e l p r e c i p i t a d o s e t r a n s f o r m a e n u n c o m p u e s t o d e composición d e f i n i d a , e l Fe 2 O 3 .
, ^,
^.
^
< r
4 +
S i s e t o m a u n a m u e s t r a e n l a c u a l e l h i e r r o está e n s u e s t a d o l i b r e o c o m b i n a d o , ésta d e b e d i s o l v e r s e e n H C l c o n c e n t r a d o y e n c a l i e n t e ; s e g u i d a m e n t e t r a t a r s e c o n HNO 3 c o n c e n t r a d o p a r a o x i d a r e l h i e r r o a l e s t a d o férrico, s u e s t a d o precipitación.
i i^j.y^
El
d e oxidación más e s t a b l e ,
antes
Fe ,„„^^ , + H 3 O - — ^
Fe
Fe^+ + N O ; + H3O* ^
F e ^ ^ + óxidos de N
+ Fe'^
de iniciarl a
+ U,,^,
Fe(OH)3 o x H j O e s u n p r e c i p i t a d o a m o r f o típico q u e f o r m a rápidamente
s u s p e n s i o n e s coloidales! l a v e l o c i d a d a l a c u a l s e a g r e g a e l N H 3, l o m i s m o que
l a digestión, a f e c t a n m u y p o c o e l tamaño d e l a s partículas ( c o n l o s
precipitados
coloidales
deben
utilizarse filtros
d e poros
grandes
e n los
p r o c e s o s d e l a v a d o y separación p o r filtración). L a reacción d e precipitación es: 3JüS
R
{^3+
^
^ ( x + 3 ) H 2 0 - » Ffe(OH)3
0 x H 2 0
+
3NHÍ
L o s p r o c e s o s d e decantación filtración, y l a v a d o d e b e n l l e v a r s e a c a b o e n f o r m a s e m e j a n t e a c o m o s e r e a l i z a r o n e n l a práctica d e e n t r e n a m i e n t o . Debido a q u e l asolubilidad d e lprecipitado f o r m a d o e s m u y baja y a q u e éste e s d i f i c i l m e n t e p e p t i z a b l e , l o s l a v a d o s p u e d e n r e a l i z a r s e c o n p o r c i o n e s r e l a t i v a m e n t e g r a n d e s d e a g u a c a l i e n t e o d e líquido d e l a v a d o (solución d i l u i d a d e N H 4 N 0 3, d e l o r d e n d e l l % ( p / v ) ) . A l f i n a l d e l l a v a d o , e l precipitado debe quedar
l i b r e d e c l o r u r o s d e b i d o a q u e e l FeCl 3 q u e s e
f o r m a e s volátil a l a t e m p e r a t u r a d e calcinación e n l a m u f l a , r e s u l t a d o s más b a j o s q u e l o s
generando
esperados.
D e b i d o a s u g r a n s u p e r f i c i e específica, e l p r e c i p i t a d o t i e n e u n a c a p a c i d a d d e adsorción m u y g r a n d e . P o r l o t a n t o , e n m e d i o ácido, e s t e p r e c i p i t a d o adsorbe p r i m a r i a m e n t e h i d r o g e n i o n e s , l o s q u e a s uv e z a r r a s t r a n a n i o n e s
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c o n l o s c u a l e s c o p r e c i p i t a n . E s t e fenómeno p u e d e e l i m i n a r s e s i s e a g r e g a u n l i g e r o e x c e s o d e NH 3 . S i n e m b a r g o , e l e x c e s o d e NH 3 p e r m i t e q u e e l precipitado
adsorba
p r i m a r i a m e n t e iones
hidróxido, O H " ,
arrastrando
c o n s i g o o t r o s c a t i o n e s metálicos. S i s e e m p l e a c o m o l i q u i d o d e l a v a d o u n a solución
de nitrato
de amonio,
NH4NO3,
e l i o na m o n i o , NHJ,
puede
r e e m p l a z a r p a r t e d e l o s c a t i o n e s metálicos. E l filtro c o n e l precipitado debe quemarse inicialmente bajo buenas c o n d i c i o n e s d e oxidación ( c o n l l a m a o x i d a n t e d e l m e c h e r o ) , p a r a e v i t a r l a reducción d e l Fe 2O3 a Fe 3O4 p o r p a r t e d e l c a r b o n o d u r a n t e l a calcinación, p r o d u c i e n d o r e s u l t a d o s más b a j o s q u e l o s e s p e r a d o s . L a reacción q u e sucede es:
P o r último, e l p r e c i p i t a d o s e l l e v a e s t e a l a m u f l a u n a t e m p e r a t u r a d e 1000 a 1100"C p a r a s u calcinación. A t e m p e r a t u r a s más a l t a s , p a r t e d e l Fe 2O3 s e r e d u c e a Fe 3O4, obteniéndose r e s u l t a d o s más b a j o s q u e l o s e s p e r a d o s . L a reacción q u e s u c e d e e s :
^
^
Procedimiento P e s e e n b a l a n z a analítica m u e s t r a s q u e c o n t e n g a n e n t r e 35 y 50 mg d e h i e r r o , llévelas a s e n d o s v a s o s d e p r e c i p i t a d o s d e 400 m L , agregúeles a c a d a u n o u n o s 20 m L d e a g u a d e s i o n i z a d a , 1 m L d e H C I c o n c e n t r a d o y 2 m L d e HNO 3 c o n c e n t r a d o ( s i l a m u e s t r a e s difícil d e d i s o l v e r p u e d e s e r n e c e s a r i o añadir h a s t a u n o s 10 m L d e H C l y 3 m L d e HNO 3 c o n c e n t r a d o ) ; c a l i e n t e s u a v e m e n t e h a s t a c e r c a d e l p u n t o d e ebullición c o n agitación p e r m a n e n t e s i n p e r m i t i r q u e h i e r v a , h a s t a disolución c o m p l e t a , l a solución debe quedar d eu n color a m a r i l l o i n t e n s o (si d u r a n t e este proceso queda u n sólido b l a n c o s i n d i s o l v e r , d e b e e l i m i n a r s e p o r filtración, p u e s l o más s e g u r o e s q u e s e t r a t e d e i m p u r e z a s d e sílice); d i l u y a c o n a g u a d e s i o n i z a d a h a s t a u n o s 250 m L y c a l i e n t e s u a v e m e n t e h a s t a c e r c a d e l p u n t o d e ebullición, s i n p e r m i t i r q u e h i e r v a ; a g r e g u e l e n t a m e n t e y c o n b u e n a agitación solución d e NH 3 ( 1 : 3 ) , h a s t a q u e t o d o e l h i e r r o p r e c i p i t e ( s e f o r m a u n p r e c i p i t a d o d e c o l o r café l a d r i l l o ) ; e l p H d e l a solución d e b e s e r l i g e r a m e n t e m a y o r q u e 5.00. S i e l p r e c i p i t a d o e s d e u n c o l o r d i f e r e n t e , e s p o r q u e n o h u b o oxidación c o m p l e t a d e l h i e r r o , p o r l o t a n t o l a solución d e b e d e s c a r t a r s e y e m p e z a r n u e v a m e n t e e l análisis c o n o t r a porción d e l a m u e s t r a .
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Deje e l precipitado e n reposo d u r a n t e unos 1 0 m i n u t o s p a r a p e r m i t i r l a sedimentación, p o r g r a v e d a d , d e l a s partículas c o a g u l a d a s . C u a n d o e l líquido s o b r e n a d a n t e esté t r a n s p a r e n t e , h a g a l a p r u e b a d e precipitación* c o m p l e t a y s i ésta e s n e g a t i v a d e j e e l p r e c i p i t a d o e n digestión p o r u n a s 5 h o r a s ; s i l a precipitación n o e s c o m p l e t a , d e b e a g r e g a r s e más N H 3 ( l : 3 ) h a s t a conseguirla, haciendo l a p r u e b a cada vez. Separe el precipitado desus aguas madres por d e c e l u l o s a d e tamaño g r a n d e y s i n c e n i z a s . dentro del vaso de precipitados con porciones c a l i e n t e d e n i t r a t o d e a m o n i o , NH4NO3, a porciones cloruros.
de agua
desionizada
caliente,
decantación u s a n d o u n filtro L a v e v a r i a s v e c e s e l sólido d e 2 0 a 3 0 m L d e solución l 1 %o, e n s u defecto, c o n
hasta
prueba
negativa
para
T r a n s f i e r a t o d o e l p r e c i p i t a d o a l filtro c o n l a a y u d a d e l policía d e c a u c h o ( o d e l p e d a z o d e filtro u t i l i z a d o ) y d e l f r a s c o l a v a d o r y d e j e s e c a r p o r g r a v e d a d ; lleve luego el conjunto a u n crisol deporcelana, p r e v i a m e n t e calcinado ys u m a s a m e d i d a , e incinere el filtro a l a l l a m a oxidante d eu n mechero. C o l o q u e l u e g o e l c r i s o l e n l a m u f l a , p r e c a l e n t a d a a u n o s lOOO^C, y c a l c i n e a u n a t e m p e r a t u r a e n t r e 1000 y 1100"C d u r a n t e u n o s 4 5 m i n u t o s , retire e l c r i s o l d e l a m u f l a y déjelo a l a i r e l i b r e s o b r e u n a m a l l a d e a s b e s t o p o r 1 m i n u t o y llévelo l u e g o a u n d e s e c a d o r d o n d e d e b e p e r m a n e c e r p o r u n o s 1 5 m i n u t o s h a s t a a l c a n z a r l a t e m p e r a t u r a a m b i e n t e ; p o r último m i d a s u m a s a c o n e l c a l c i n a d o y o b t e n g a l a m a s a d e éste. E s t a operación d e b e r e a l i z a r s e v a r i a s v e c e s , h a s t a o b t e n e r medición c o n s t a n t e . D e t e r m i n e y r e p o r t e e l porcentaje d eh i e r r o e n l a m u e s t r a p r o b l e m a .
a-J
Preguntas 1 2 3 4 , <•
5
¿Qué
funciones
cumplen
el HCl
y
el HNO 3
concentrados
e nl a
experiencia? ¿Por qué e s i n c o n v e n i e n t e a g r e g a r H C l e n u n a c a n t i d a d m a y o r q u e l a recomendada? ¿Qué s u c e d e c u a n d o q u e d a p a r t e d e l h i e r r o s i n o x i d a r a i o n férrico? ¿Qué r e a c c i o n e s t i e n e n l u g a r e n l o s p r o c e s o s d e : a ¿Oxidación? , »„-p b ¿Precipitación? 1 íí> c ¿Calcinación? E n l a e x p e r i e n c i a , ¿qué e s p e c i e ( s ) h a c e ( n )
de agente(s)
coagulante(s)
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6
E n t r e l o s s i g u i e n t e s fenómenos, q u e p u e d e n s u c e d e r d u r a n t e e l p r o c e s o d e precipitación, ¿cuáles d e e l l o s s o n d e s e a b l e s y p o r qué? ¿Cuáles s o n * i n d e s e a b l e s y p o r qué? ¿Cómo s e p u e d e n c o n s e g u i r l o s p r i m e r o s y cómo se p u e d e n e v i t a r l o s s e g u n d o s ? : Floculación o coagulación, coprecipitación, oclusión, inclusión i s o m o r f a , peptización, postprecipitación y adsorción.
7
De los métodos de análisis cuantitativos mencionados al principio del curso, ¿cuáles, además de la gravimetría, podrían utilizarse para analizar el contenido de hierro en una muestra problema? Explique claramente.
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E s t a b l e z c a s e m e j a n z a s y d i f e r e n c i a s e n t r e l o s fenómenos d e :
•
Floculación, coagulación, coprecipitación, oclusión, inclusión i s o m o r f a , peptización, postprecipitación y adsorción. 9
Describa claramente
e n qué c o n s i s t e n l o s p r o c e s o s d e decantación,
d e filtración y d e sedimentación.
;p
10 ¿En qué c o n s i s t e l a sobresaturación r e l a t i v a ?
•
11 ¿Por qué, p a r a o b t e n e r u n p r e c i p i t a d o gravimétrico, l a precipitación d e b e h a c e r s e e n c o n d i c i o n e s d e b a j a sobresaturación r e l a t i v a ? 12 D e m u e s t r e q u e l a precipitación c u a n t i t a t i v a d e l h i e r r o c o n N H s s e c o m p l e t a a u n p H e n t r e 4.0 y 5.0. 13 ¿Por qué n o e s c o n v e n i e n t e u t i l i z a r e n e s t a práctica solución d i l u i d a d e NaOH o d e K O H c o m o a g e n t e p r e c i p i t a n t e ? E x p l i q u e b r e v e m e n t e . ^ ...')
