Primer grupo de aniones Aniones que lo constituyen: S=; CO3=; Cl-; SO4=; NO3-. Sulfuro (S-2) Principales minerales galena: PbS blenda o esfalerita: ZnS pirrotina: FeS pirita: FeS2 calcopirita: FeCuS2 argentita: Ag2S cinabrio: HgS covellina: CuS calcosina: Cu2S Reacciones de identificación de S-2 Reactivo de identificación: PbAc2 Medio: HCl. Se identifica sobre muestra sólida, finamente dividida, por acción del HCl, que provoca, en caliente, el desprendimiento de H2S gaseoso, que reacciona con el Pb+2 de un papel embebido en Pb(Ac)2, dando una mancha negra con brillo metálico de PbS. S -2 +1 + 2H ↔ H2S(g) H2S + Pb+2 ↔ PbS + 2 H+1 (gris oscuro a negro) Interferencia: HNO3, dado que oxida al sulfuro, según: 2 (NO3-1 + 4 H+1 + 3 e-1 ↔ NO + 2 H2O) 3 (S-2 ↔ S° + 2 e-1) Carbonato (CO3-2) Puede estar presente en muestras líquidas como H2CO3, HCO3-1 ó CO3-2, y en muestras sólidas formando carbonatos como por ejemplo: Calcita: CaCO3 (trigonal) Aragonita: CaCO3 (rómbico) Dolomita: MgCO3 . CaCO3 ó CaMg(CO3)2 Magnesita: MgCO3 Estroncianita: SrCO3 Witherita: BaCO3 Siderita: FeCO3 Cerusita: PbCO3 Rodocrosita: MnCO3 Smithsonita: ZnCO3 Reacciones de identificación del CO3-2 Reactivo de identificación: Ba(OH)2 (agua de barita) Medio: HCl. Se identifica sobre muestra sólida o líquida. Al igual que la reacción para S= se basa en el desplazamiento del anión en presencia de un ácido fuerte. Se coloca la muestra en un tubo de ensayo, se adiciona HCl y se tapa el tubo rápidamente, con un tapón perforado provisto de un tubo de desprendimiento de gases. El otro extremo de éste se sumerge en otro tubo que contiene agua de barita (solución saturada de Ba(OH)2), la aparición de un precipitado blanco de BaCO3 indica la presencia de anión CO3=. CaCO3 + 2 H+1 ↔ Ca+2 + H2CO3 (del HCl) Ø H2CO3 ↔ CO2 (g) + H2O CO2 (g) ↑ + Ba(OH)2 ↔ BaCO3 + H2O (blanco) Interferencia: presencia del anión SO3= (sulfito). El SO3= da con el Ba+2 un compuesto de características similares; para evitar esta interferencia se lo oxida a anión SO4= , que no es volátil, con KMnO4. Esta identificación es válida para todas las especies carbónicas: H2CO3; HCO3-1 y CO3-2. Cloruro (Cl-1) En la naturaleza está presente en muestras líquidas como anión Cl-1, o formando sales como: Halita: NaCl Silvita: KCl Hischofita:MgCl2 . 6 H2O Karnalita: KMgCl3 . 6 H2O ó MgCl2 . KCl . 6 H2O Cainita: KCl . MgSO4 . 3 H2O Querargirita: AgCl Reacción de identificación del Cl-1 Reactivo de identificación: AgNO3. Medio: HNO3. (no se usa HCl por razones obvias) Se identifica por precipitación con AgNO3, en medio de ácido nítrico. Ag+1 + Cl-1 ↔ AgCl (blanco) Interferencias: en estas condiciones precipitan los aniones bromuro (Br-1); ioduro (I-1) (debido al desplazamiento de los halógenos); cianuro (CN-1); sulfocianuro (SCN-1); ferricianuro (Fe(CN)6-3); ferrocianuro (Fe(CN)6-4). De todos estos aniones los únicos que tienen importancia geológica son los haluros. Dados los precipitados AgCl; AgBr e AgI, cuyas constantes del producto de solubilidad respectivas son del orden de: KpsAgCl= 10-10 KpsAgBr= 10-12 KpsAgI= 10-14 el AgCl se disuelve en NH4OH 7M (solución 1:1); el AgBr lo hace en NH4OH concentrado (14M) y el AgI aún continúa precipitado, por eso es necesario el medio ácido. AgCl + 2 NH4OH ↔ [Ag(NH3)2]+1 + Cl-1 + 2 H2O Sulfato (SO4-2) Principales minerales: Yeso: CaSO4 . 2 H2O Anhidrita: CaSO4 Tenardita: Na2SO4 Bloedita: Na2SO4 . MgSO4 . 4 H2O Epsomita: MgSO4 . 7 H2O Hexaidrita: MgSO4 . 6 H2O Kieserita: MgSO4 . H2O Celestina: SrSO4 Baritina: BaSO4 Anglesita: PbSO4 Reacciones de identificación del SO4-2 Reactivo de identificación: BaCl2. Medio: HCl. Se identifica por precipitación con BaCl2, en medio de HCl, dando un precipitado blanco de BaSO4. SO4-2 + Ba+2 ↔ BaSO4 (blanco) Interferencias: con el BaCl2 también pueden precipitar los siguientes aniones: a) anión F-1. b) anión SiF6=. Este último se forma por reacción en medio ácido de SiO3= con F-1, según: SiO3-2 + 6 F-1 + 6 H+1 ↔ SiF6-2 + 3 H2O Luego: SiF6-2 + Ba+2 ↔ BaSiF6 (blanco) Confirmación del precipitado: el precipitado se confirma por reducción del anión SO4= a S= (sulfuro) y posterior identificación de este último, como se ha visto más arriba. Una vez precipitado el BaSO4, se desecha el líquido sobrenadante, se adiciona Na2CO3 sólido (que es un fundente, necesario dado que el BaSO4 es una sal muy poco soluble) y algodón (calcina dando carbono), se calienta hasta fusión total (¡atención!! puede fundir el tubo), se deja enfriar y se agrega HCl, por último se constata el desprendimiento de H2S como se ha visto en la identificación de S=. Ø BaSO4 + Na2CO3 ↔ BaCO3 Fusión alcalina + Na2SO4 Ø Na2SO4 + 4 C ↔ Na2S + 4 CO(g) Reducción del sulfato Ø Desplazamiento del sulfuro Na2S + 2 HCl ↔ H2S(g) + 2 Cl- + 2 Na+ Identificación del sulfuro H2S(g) + Pb+2 ↔ PbS + 2 H+1 (gris oscuro a negro) La confirmación no se realiza ya que el Laboratorio no dispone de una mufla. Nitrato (NO3-1) nitratina o nitro de Chile: NaNO3 nitrato de potasio: KNO3 forman parte del salitre junto con Ca(NO3)2, Na2SO4 y NaCl. Reacciones de identificación del NO3-1 Reactivos de identificación: alguno de los utilizados para identificar NH4+1. Medio: NaOH. El NO3-1 es un anión oxidante y se lo identifica por reducción a NH3, en medio alcalino fuerte de NaOH, con Al (una lámina de aluminio metálico). El NH3 que se desprende se identifica con alguna de las reacciones vistas en el 5to grupo de cationes. Ø 3 (NO3 -1 -1 + 6 H2O + 8 e ↔ NH3(g) + 9 OH-1) 8 (Al + 4 OH-1 ↔ AlO2-1 + 2 H2O + 3 e-1) 3 NO3-1 + 8 Al + 2 H2O + 5 OH-1 ↔ 3 NH3(g) + 8 AlO2-1 Interferencias: esta reacción puede ser interferida por la presencia de: a) anión NO2-1 b) catión NH4+1 a) Para eliminar NO2- se adicionan a la muestra sales de amonio (puede ser NH4Cl ó (NH4)2SO4) y se calienta, así: Ø NO2-1 + NH4+1 ↔ N2(g) + 2 H2O Ø NO2-1 + 6 e-1 + 8 H+1 ↔ N2 (g) + 4 H2O Ø 2 NH4+1 ↔ N2 (g) + 6 e-1 + 8 H+1 b) Las sales de NH4+1 se eliminan por el agregado de NaOH hasta reacción francamente alcalina y calentamiento. Una vez que cesa el desprendimiento de NH3, se agrega la lámina de Al para llevar a cabo la identificación de NO3-1, como se ha visto más arriba. Ø NH4 +1 -1 + OH ↔ NH3 (g) + H2O --------------*-------------- Segundo grupo de aniones Aniones que lo constituyen: PO4-3; SiO3-2; BO3-3 y F-1 Fosfato (PO4-3) Los minerales más importantes son: Apatita: Ca3(PO4)2 ó Ca5(PO4)3(OH,F,Cl) Monacita: CePO4 Cenotima: YPO4 Turquesa: CuAl6[(OH)2(PO4)]4 . 4 H2O Autunita - meta-autunita: Ca[(UO2)(PO4)]2 . 8-12 H2O Reacciones de identificación del PO4-3 La identificación puede realizarse con dos reactivos diferentes: a) Reactivos de identificación: con reactivo molíbdico (molibdato de amonio: (NH4)2MoO4). Medio: HNO3 y presencia de sales de amonio. Condiciones de trabajo: 50C y 60C, con intensa agitación. La reacción se produce en medio fuertemente ácido, entre 50C y 60C, con intensa agitación para evitar la formación de una suspensión coloidal, dando un precipitado amarillo de fosfomolibdato de amonio. Ø 3 NH4 +1 + PO4 -3 + 12 MoO4 -2 +1 + 24 H ↔ [(NH4)3PO4.12MoO3] + 12 H2O (amarillo) El medio fuertemente ácido y la alta temperatura evitan la formación de MoO3, altamente insoluble. Por otra parte no se puede usar H2SO4 pues si están presentes Ba+2 o Pb+2 precipitan como sulfatos y de esa forma se pierde el medio adecuado. Interferencia: HCl. El HCl interfiere la reacción pues da un complejo con el Mo+6: el (MoCl8-2), que disminuye la concentración de reactivo, impidiendo la formación del precipitado amarillo. b) Reactivo de identificación: Mixtura magnesiana: ([MgCl2-NH4OH-NH4Cl]). Medio: amoniacal (NH4OH) y presencia de sales de amonio (NH4Cl). En estas condiciones se forma un precipitado blanco cristalino de fosfato amónicomagnésico. PO4-3 + Mg+2 + NH4+2 ↔ MgNH4PO4 (blanco) El medio amoniacal es necesario para que el PO4-3 se encuentre como tal y no como H3PO4, muy poco disociado. Las sales de amonio evitan la precipitación del Mg+2 como hidróxido. Interferencia: presencia de anión AsO4-3 Los arseniatos dan, en estas condiciones, un precipitado igual al del fosfato. Para distinguir entre ambos se procede del siguiente modo: una vez formado el precipitado se lo lava con agua amoniacal hasta que en las aguas de lavado la reacción de Cl-1 de negativa, sobre el precipitado libre de cloruros se adicionan gotas de AgNO3, si el color del precipitado pasa a amarillo confirma la presencia de fosfatos (Ag3PO4); si pasa a color chocolate es arseniato (Ag3AsO4). Silicato (SiO3-2) Minerales: olivinas, piroxenos, anfíboles, micas, arcillas, feldespatos, cuarzo, etc. Reacciones de identificación del SiO3-2 La identificación puede realizarse con dos reactivos diferentes: a) Reactivos de identificación: con reactivo molíbdico (molibdato de amonio: (NH4)2MoO4). Medio: HNO3 y presencia de sales de amonio. Condiciones de trabajo: 50C y 60C, con intensa agitación. La reacción se produce en iguales condiciones que la identificación de PO4-3, es decir, en medio fuertemente ácido, entre 50C y 60C, con fuerte agitación, pero en este caso se forma un compuesto soluble, también de color amarillo, de sílicomolibdato de amonio. Ø 2 NH4 +1 + SiO3 -2 + 12 MoO4 -2 +1 + 24 H ↔ [(NH4)2SiO3.12MoO3] + 12 H2O (amarillo- soluble) Como en el caso de la identificación de fosfatos, el medio fuertemente ácido y la alta temperatura evitan la formación de MoO3, altamente insoluble y no se puede usar H2SO4 pues si están presentes Ba+2 o Pb+2 precipitan como sulfatos. Interferencia: HCl. El HCl interfiere la reacción pues da un complejo con el Mo+6: el (MoCl8-2), que disminuye la concentración de reactivo, impidiendo la formación de la solución amarilla. Confirmación de la presencia de SiO3-2=: debido a la tendencia del anión PO4-3 a mantenerse en dispersión coloidal, un color amarillo en la solución puede deberse a la presencia de fosfomolibdato de amonio en lugar de sílicomolibdato de amonio, por lo tanto es necesario confirmarlo. Si además del color amarillo en la solución hay un precipitado presente, se centrifuga, se separa el líquido y a éste se le agregan gotas de solución acuosa de ácido oxálico (COOH2) al 2%, u oxalato. Este reactivo destruye al fosfomolibdato de amonio que pudiera estar presente pero no al sílicomolibdato de amonio. Si aún persistiese el color amarillo se procede a confirmar la presencia de SiO3-2 por el agregado del reactivo orgánico bencidina y de cristales de acetato de sodio (NaAc). La bencidina reduce al Mo+6 del sílicomolibdato de amonio, dando un color azul del Molibdeno reducido, además del color azul de la bencidina oxidada. De este modo el color amarillo de la solución original pasa a azul verdoso. La reacción debe realizarse en medio de baja acidez y como la solución estaba en medio ácido fuerte (HNO3), se agregan los cristales de NaAc que, por hidrólisis, producen OH-1. El color se hace notable alrededor de ellos. b) Identificación por precipitación y evaporación Medio: HCl o HNO3 La solución conteniendo SiO3= se lleva a seco dos veces en medio HCl o HNO3. En estas condiciones los silicatos precipitan como SiO2. nH2O o gel de sílice. Un precipitado blanco indica posible presencia de SiO3-2. Confirmación de la presencia de SiO3-2: se trata al precipitado (en vaso de plástico o teflón) con gotas de HF en presencia de H2SO4 y se calienta, la desaparición del precipitado confirma la presencia de SiO3-2. El H2SO4 actúa como deshidratante y desplaza la reacción hacia la derecha. Ø SiO2 + 4 HF ↔ SiF4(g) + 2 H2O (blanco) H2SO4 Borato (BO3-2) Los minerales que contienen boratos son principalmente evaporitas: bórax: Na2B4O7 . 10 H2O kernita: Na2B4O7 . 4 H2O ulexita: CaNa(B5O6)(OH)6.5H2O (Salar del Hombre Muerto sector oriental-Puna) La reacción de identificación de BO3-3 es empírica. Se utiliza un papel de filtro embebido en una solución alcohólica de tintura de cúrcuma, secado posteriormente. La solución con posible presencia de BO3-3 se acidifica y con la ayuda de una varilla de vidrio se moja un papel embebido en cúrcuma. La aparición de una mancha rojiza cuyo color se intensifica al secar, indica presencia de BO3-3. Interferencias: Cl-1; MoO4-2; Fe+3; Zr+4; Ti+4 Confirmación de la presencia de BO3-3: dado que muchos aniones dan una reacción similar es necesario confirmar la presencia de BO3-3. Para ello se toca la mancha seca con una gota de NaOH o de NH4OH, o se la expone a sus vapores: si la mancha pasa a color violáceo confirma la presencia de BO3-3. Fluoruros (F-1) Principales minerales: Fluorita: CaF2 Apatita: Ca5(PO4)3(OH,F,Cl) Identificación por esmerilado Medio: H2SO4 La identificación de F- se basa en el ataque del vidrio por acción del HF (esmerilado). La solución con posible presencia de F- se lleva a seco en medio NaOH: (F2Ca ---> 2 F-1 + Ca+2) (NaOH ---> Na+1 + OH-1) F- + Na+1 ↔ NaF El residuo seco de NaF se acidifica con H2SO4 concentrado Ø 2 NaF + H2SO4 ↔ 2 HF(g) + Na2SO4 Todo el proceso anterior se lleva a cabo en una cápsula (de plástico o teflón), una vez que se agrega H2SO4, se la cubre con un vidrio de reloj limpio y perfectamente seco y se calienta para evaporar el HF. Éste ataca al silicato del vidrio esmerilándolo. Ø CaSiO3 + 2 HF(g) ↔ CaF2 + H2SiO3 (vidrio) (esmerilado) Se debe tener sumo cuidado al realizar este ensayo ya que si bien el HF es un ácido débil, ataca la materia orgánica y el operador puede sufrir daños graves. Debe efectuarse bajo campana. Muestra sólida Procedimiento para una marcha general En caso de una muestra sólida, sus características físicas, así como los datos sobre su procedencia, pueden orientar sobre su composición química (por ejemplo: reconocimiento de minerales). En caso de muestras de aguas, el pH, sus características organolépticas y su procedencia pueden ser factores orientadores. Las muestras sólidas deben ser molidas antes de su disolución en el solvente adecuado (agua, ácido, mezcla de ácidos, etc.) o de su disgregación. Los aniones CO3= y S= se determinan directamente sobre el material molido. Una vez disuelta la muestra se procederá al análisis cualitativo de la misma, dividiéndola en cuatro alícuotas: 1; 2; 3 y 4. Alícuota 1: esta primera alícuota se utiliza para al identificación de NH4+1 (ver 5to grupo de cationes). Alícuota 2: Identificación de aniones: esta alícuota se divide en porciones adecuadas para la identificación de cada uno de ellos, con excepción de CO3-2 y S-2, que se identifican sobre muestra sólida (ver 1er grupo de aniones). Estas determinaciones son importantes para determinar cuales serán las posibles interferencias de algunos de ellos en la identificación de los cationes de 4to y 5to grupo (en 2do grupo de aniones). Alícuota 3: Identificación de los cationes de 1er, 2do y 3er grupo: la solución se trata con gotas de HNO3 (a fin de oxidar al Fe+2) y HCl 3M, en frío, obteniéndose un precipitado de los cationes de 1er grupo (precipitan como Cl-) y una solución que se reserva para identificar 2do y 3er grupo. El precipitado se separa de la solución por centrifugación, se lo lava con A.D. más gotas de HCl, para eliminar los cationes que pudieran haber quedado retenidos, se centrifuga y las aguas de lavado se agregan a la solución reservada anteriormente. El precipitado se disuelve y se procede a la identificación de Ag+1; Pb+2 y Hg2+2 (ver 1er grupo de cationes). La solución más las aguas de lavado separadas en el paso anterior se tratan con solución de NaOH; se obtiene así un precipitado de los hidróxidos del 2do grupo y una solución que contiene al 3er grupo (además del 4to y 5to). Al igual que en el paso anterior, se separan por centrifugación, el precipitado se lava con A.D. más gotas de NaOH y las aguas de lavado se incorporan a la solución. El precipitado se disuelve y se procede a la identificación de Fe+3, Co+2, Ni+2, Cu+2, Hg+2 y Mn+2 (el Fe+2 generalmente se ha oxidado a Fe+3) (ver 2do grupo de cationes). La solución más las aguas de lavado que contienen los cationes del 3 er grupo como aniones solubles: AlO2-1; SnO2-2; SnO3-2-2; ZnO2-2; MnO4-2 (ver 3er grupo de cationes). Alícuota 4: Identificación de los cationes de 4to y 5to grupo: sobre esta alícuota se identifican Ca+2, Ba+2, Sr+2, Na+1, K+1 y Mg+2, según se ha indicado en el procedimiento detallado, teniendo en cuenta los resultados obtenidos en la identificación de aniones (alícuota 2). El NH4+1, integrante del 5to grupo, se ha identificado en la alícuota 1. --------------*--------------