Sesion 2

SESIÓN 2. EQUILIBRIOS DE PRECIPITACIÓN. FILTRACIÓN
Objetivos
•
Aprender los modos de expresar la concentración.
•
Comprender los equilibrios de precipitación
•
Aprender a hacer filtraciones
Unidades de concentración
La concentración (C) indica cuánto soluto hay en una determinada cantidad de
disolución. Existen diferentes formas de expresarla:
•
Molaridad, M (mol/L)
M=
•
Normalidad, N (eq/L)
N=
•
moles de soluto
litros de disolución
equivalentes de soluto
litros de disolución
Porcentaje (%). Existen tres modos de expresarlo:
porcentaje en peso (p/p) =
peso de soluto
× 100
peso de disolución
porcentaje en volumen (v/v) =
volumen de soluto
× 100
volumen de disolución
porcentaje peso/volumen (p/v) =
peso de soluto, g
× 100
volumen de disolución, mL
Si no se indica nada se sobreentiende que es porcentaje en peso, p/v.
•
Gramos por litro (g/L)
C=
gramos de soluto
litros de disolución
En lugar de gramos, se utilizan también miligramos (mg). Las unidades de mg/L
se llaman también partes por millón, o abreviadamente, ppm.
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Equilibrios de precipitación
La precipitación es la aparición de una fase sólida en el seno de un líquido. Al
sólido se le llama precipitado y al proceso ocurrido, reacción de precipitación. La
solubilidad es la máxima cantidad de sustancia que se puede disolver en una
determinada cantidad de disolvente. Se expresa normalmente en mol/L o g/L.
Supongamos que tenemos una sal poco soluble en agua, por ejemplo, AgCl. Se
cumplirá el siguiente equilibrio con su correspondiente constante:
AgCl(s) Ag+ + Cl–
Kps = [Ag+][Cl–]
Esto es un equilibrio de precipitación y su constante, Kps (o Ks), se denomina producto
de solubilidad. En una disolución que contiene los iones Ag+ eta Cl– puede ocurrir:
•
[Ag+][Cl–] < Kps ⇒ DISOLUCIÓN, no aparece ningún sólido
•
[Ag+][Cl–] = Kps ⇒ DISOLUCIÓN SATURADA, no aparece ningún sólido
pero si se añade un poco de Ag+ o de Cl– se formará
•
[Ag+][Cl–] > Kps ⇒ PRECIPITADO, se forma un sólido
Por tanto, mientras el producto [Ag+][Cl–] no supere Kps no aparece precipitado y no
existe equilibrio de precipitación. Una vez que se ha superado Kps, el equilibrio de
precipitación se cumplirá y se irá formando precipitado hasta alcanzar el equilibrio
químico, es decir, hasta que se cumpla que Kps = [Ag+][Cl–].
Si la estequiometría de la sal no es 1:1, por ejemplo Ba3(PO4)2, las ecuaciones
quedan así:
Ba3(PO4)2(s) 3Ba2+ + 2PO43–
Kps = [Ba2+]3[PO43–]2
y en general:
AnBm(s) nAm– + mBn+
Kps = [Am–]n[Bn+]m
Cuanto menor sea Kps, menor será la solubilidad. De todas formas, existen muchos
factores que influyen en la solubilidad. Así, continuando con el AgCl:
•
Si se añade más Ag+ o Cl– a la disolución, la reacción se desplaza hacia la
izquierda para recuperar el equilibrio químico, es decir, para que se cumpla que
Kps = [Ag+][Cl–]. Entonces se forma más precipitado y la solubilidad disminuye
(efecto del ion común).
•
Si desaparece Ag+ o Cl– (reacciones laterales), el equilibrio se desplaza hacia la
derecha, el precipitado se disuelve en parte (o del todo) y la solubilidad aumenta.
•
Si se modifica la temperatura, Kps varía y con ello la solubilidad. Lo mismo
ocurre si se cambia de disolvente.
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Filtración
En un análisis químico nos puede interesar a veces separar una especie en disolución
de las demás. Una forma de conseguirlo es mediante la precipitación y filtración.
Primeramente hay que conseguir precipitar la especie que nos interesa y para ello se
añade un reactivo que forme con esa especie un producto insoluble. Después, para
separar el sólido resultante de la disolución se filtra la mezcla. Existen dos maneras de
hacer la filtración:
•
Filtración a presión normal
Este sistema de filtración se muestra en la figura 1. Consiste en un embudo que
contiene papel de filtro en su interior y un vaso de precipitados debajo para recoger el
líquido. La mezcla sólido-líquido se añade al embudo, poco a poco y con ayuda de la
varilla, y de ese modo, el líquido atravesará el papel de filtro mientras que el sólido
quedará retenido en él. Para evitar salpicaduras se debe colocar el vástago del embudo
tocando la pared del vaso de precipitados. En este sistema de filtración el líquido
atraviesa el papel de filtro únicamente por acción de la gravedad.
Figura 1
Figura 2
Filtración a presión normal
Forma de doblar el papel de filtro
Para colocar el papel de filtro en el embudo (figura 2) se corta un círculo de papel de
tamaño adecuado y se dobla dos veces por la mitad. En la segunda vez, no se deben unir
los extremos. Después se forma un cono y se coloca en el embudo. Conviene rasgar un
poco el extremo exterior del cono con el fin de que se adhiera mejor al embudo.
Finalmente, el papel de filtro se humedecerá con agua.
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•
Filtración a vacío
Este sistema se muestra en la figura 3. Se utiliza la trompa de agua, el matraz
kitasato y el embudo Büchner, en cuyo interior se coloca un disco de papel de filtro
(húmedo). La función de la trompa de agua es crear el vacío dentro del matraz kitasato.
Ese vacío absorberá el líquido hacia abajo y la filtración será más rápida. Además, la
corriente de aire que se crea facilita el secado del precipitado.
La trompa de agua se basa en el efecto Venturi, es decir, el descenso de presión que
provoca el paso de agua a través de un estrechamiento.
Este modo de filtración es mucho más rápido que el anterior, pero para poder
utilizarlo el tamaño de partícula del precipitado debe ser lo suficientemente grande, ya
que si no algunas partículas atravesarán el papel de filtro.
EMBUDO
BÜCHNER
TROMPA
DE AGUA
Figura 3
MATRAZ
KITASATO
Filtración a vacío
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PRÁCTICA 1. Influencia de la temperatura en la solubilidad
Se preparan tres tubos de ensayo cada uno con 5 mL de nitrato de plomo, Pb(NO3)2
1 M. Al primero de ellos se añade, gota a gota y a temperatura ambiente, yoduro
potásico, KI 0.2 M, hasta que comience a aparecer un precipitado de PbI2, que persiste
después de agitar el tubo. Anotar las gotas utilizadas.
El segundo tubo se introduce en un baño de agua a unos 60ºC y se le añaden,
manteniendo la temperatura constante, el mismo número de gotas de KI 0.2 M que en el
caso anterior. Agitar la disolución. Finalmente se saca el tubo del baño y se deja enfriar.
Anotar cuánto tiempo tarda en aparecer el precipitado y el aspecto que presenta.
El tercer tubo se calienta igual que el segundo y, manteniendo la temperatura
constante, se agrega KI 0.2 M, gota a gota y agitando, hasta que comience a aparecer el
precipitado de PbI2. Anotar el número de gotas necesario.
PRÁCTICA 2. Influencia del ion común en la solubilidad
2.a.-Preparar dos tubos de ensayo y verter en cada uno 5 mL de disolución saturada
de bromuro de plomo(II) (PbBr2). Añadir a uno de ellos 10 gotas de nitrato de sodio
(NaNO3) 1 M y observar si aparece precipitado. Añadir al otro 10 gotas de bromuro de
sodio (NaBr) 1 M y comparar el resultado con el del primer tubo.
2.b.- Preparar dos tubos de ensayo y verter en cada uno 3 mL de cloruro de
magnesio (MgCl2) 2 M. Añadir a uno de los tubos 1 mL de amoniaco (NH3) 2 M.
Añadir al otro 2 mL de cloruro de amonio (NH4Cl) 2 M y 1 mL de amoniaco (NH3)
1 M. Observar si aparece o no precipitado en cada uno de los tubos.
PRÁCTICA 3. Precipitación y filtración de PbI2
El objetivo de esta práctica es precipitar el catión Pb2+ de una disolución en forma
de yoduro de plomo, PbI2, y a continuación separar el precipitado por filtración. El PbI2
se puede obtener de forma cristalina, es decir, con tamaño de partícula grande, y por ello
se utilizará la filtración a vacío.
Pesar 3 g de nitrato de plomo, Pb(NO3)2, y disolverlos en unos 100 mL de agua
utilizando un vaso de precipitados grande. Disolver 4 g de yoduro potásico, KI, en unos
100 mL de agua en otro vaso de precipitados grande. Calentar ambas disoluciones a
ebullición y mezclarlas. Enfriar la mezcla pasando agua de grifo por el exterior del
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recipiente y observar la aparición de un precipitado amarillo cristalino de PbI2. Preparar
el sistema de filtración a vacío y verter la suspensión con la trompa de agua en
funcionamiento. Cuando haya pasado el líquido, lavar el PbI2 dos veces con un poco de
agua y dejar secar. A continuación y en este orden, desconectar el kitasato de la trompa
de agua y cerrar el grifo. Si se hace al revés, podría entrar agua de grifo en el kitasato.
Finalmente, con ayuda de una espátula colocar el sólido junto con el papel de filtro
sobre un vidrio de reloj, sin romper el papel, introducirlo en la estufa para que se seque
del todo (aproximadamente una hora), separar el sólido del papel de filtro y pesarlo para
saber cuántos gramos de PbI2 se han obtenido.
PRÁCTICA 4. Precipitación y filtración de Fe(OH)3
En esta práctica se separará el Fe3+ precipitándolo como hidróxido, Fe(OH)3, y
filtrándolo después, pero esta vez se deberá utilizar la filtración a presión normal, ya que
el Fe(OH)3 posee un tamaño de partícula muy pequeño.
Pesar 1 g de nitrato de hierro(III) nonahidrato, Fe(NO3)3·9H2O, y pasarlo a un vaso
de precipitados grande. Añadir 5 mL de HNO3 2 M y unos 100 mL de agua. Agitar con
una varilla para disolver todo el sólido. Añadir NH3 concentrado poco a poco (¡vapores
tóxicos!) hasta alcalinidad y observar la aparición del precipitado pardo rojizo de
Fe(OH)3. Mantener la disolución a ebullición durante un minuto, más o menos, para
mejor precipitación del sólido, enfriarla bien en el grifo y dejarla reposar durante 10
minutos. Preparar el sistema de filtración a presión normal y añadir la suspensión al
embudo poco a poco. Esta vez el líquido pasará muy lentamente a través del papel de
filtro. Los restos que queden en el vaso de precipitados se arrastrarán también al
embudo con pequeñas fracciones de NH3 2M. Cuando todo el líquido haya atravesado
el papel de filtro, lavar el Fe(OH)3 dos veces con un poco de NH3 2M.
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INFORME DE LABORATORIO
Sesión 2
Nombre _______________________________________
Taquilla ______
1.- Escribe los resultados de la práctica 2:
• Gotas de KI hasta aparición de precipitado (1. tubo)................
• Tiempo hasta aparición de precipitado (2. tubo)................
• Gotas de KI hasta aparición de precipitado (3. tubo)................
Explica los resultados teniendo en cuenta que al aumentar la temperatura, Kps
aumenta también. El proceso de disolución del PbI2, ¿es endotérmico o exotérmico?
2.- Escribe y razona los resultados obtenidos en la práctica 2.a. teniendo en cuenta que
el PbBr2 es muy poco soluble.
3.- Escribe y razona los resultados obtenidos en la práctica 2.b.
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4.- Escribe ajustada la reacción química que ocurre en la práctica 3 cuando se forma el
yoduro de plomo y calcula el rendimiento de este último. ¿Para qué se lava con agua el
yoduro de plomo una vez acabada la filtración?
Pb(NO3)2 = 331.2
KI = 166
PbI2 = 461
5.- Escribe ajustada la reacción de precipitación del Fe3+ en la práctica 4.
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