UNIDAD 5: ANALISIS GRAVIMETRICO

Alexander Santamaría
UNIDAD 5: ANALISIS GRAVIMETRICO
Es un tipo de análisis en el cual la medida final es el peso de una sustancia de
composición química definida que se relaciona directa o indirectamente con la cantidad
de analito presente en la muestra.
El análisis gravimétrico puede ser:
1) Por precipitación: En este caso el analito se separa en forma de precipitados de
baja solubilidad.
a) Método directo: Aquí solo se analiza un componente de la muestra
precipitándolo como un compuesto de baja solubilidad.
b) Método Indirecto: En este se analiza simultáneamente más de dos
componentes de la muestra precipitándolos como una mezcla luego mediante
reacciones características, se van separando entre sí.
2) Por Volatilización: En este caso se determinan los componentes de una muestra
y también pueden ser:
a) Método directo: se determina la diferencia en peso entre la muestra inicial y
la muestra final de calentar a 105-110ºC hasta peso constante.
b) Método indirecto: Se determina la diferencia en peso entre la muestra
inicial y la muestra final después de realizar un tratamiento térmico (puede
ser una calcinación) hasta peso constante.
Cálculos gravimétricos.
En todo análisis gravimétrico debe tenerse en cuenta el peso inicial de la muestra y el
peso de la sustancia obtenida al final del análisis (precipitado o un calcinado) el cual
esta relacionado directamente con el analito.
Los resultados del análisis se reportan en %P/P.
%(P/P) Analito =
Masa ⋅ del ⋅ analito
x100
Masa ⋅ dela ⋅ muestra
Masa del analito = [masa de la muestra pesada al final del proceso x FG]
Donde FG: Factor químico o gravimétrico.
FG =
µ analito a
*
µ Final b
µanalito = masa molar del analito o sustancia buscada
µfinal = masa molar de la sustancia pesada al final del análisis
a y b: coeficientes estequiométricos del átomo enlazante en la sustancia pesada y en la
sustancia buscada o analito.(átomo común o que relaciona una sustancia con la otra).
Cuando no existe átomo común o enlazante entre la sustancia buscada y la pesada al
final del proceso, es necesario seguir la transformación hasta encontrar el factor
gravimétrico.
Alexander Santamaría
Ejemplo: exprese el factor gravimétrico entre la sustancia pesada y buscada descritas en
la tabla
Sustancia
buscada
a)
Fe
Sustancia
pesada
Átomo
enlazante
Relación
Factor gravimétrico
Fe2O3
Fe
Directa
FG =
Fe
Directa
µ Fe O 2
*
FG =
µ Fe O 3
µ Fe 2
*
µ Fe O 1
2 3
b)
Fe3O4
Fe2O3
3 4
2 3
c) K3PO4
CoO4
No existe
Indirecta
µ K PO 2
*
FG =
µCoO 3
d) (P4H2)3
PbMoO4
No existe
Indirecta
µ(P H )
1
FG =
*
µ PbMoO 144
3
4
4
4
2 3
4
e) Cr3Si2
AgCl
No existe
Indirecta
FG =
µ Cr Si 1
*
µ AgCl 6
3
2
Nota: El factor gravimétrico para los que tienen relación indirecta se debe calcular a
través de una transformación química.
En c) podemos suponer los siguientes intermedios que participan en la transformación
K3PO4
→
K+
→
K2Co(NO2)6
→
CoO4
Intermedios de la transformación
FG =
µK +
2 µ K Co ( NO2 )6 1
µ K PO 1
*
* * 2
* *
µCoO4
1
3 µ K 2Co ( NO2 )6 1
µK
3
4
→
FG =
+
µ K PO 2
*
µ CoO 3
3
4
4
En d) podemos suponer los siguientes intermedios que participan en la transformación.
(P4H2)3
FG =
µ( P H
4
µ ( NH
→
2 )3
4 ) 3 P ( Mo3O10 ) 4
( NH4)3P(MoO10)4 →
*
MoO 24−
1 µ ( NH 4 )3 P ( Mo3O10 )4 1 µ MoO4− 2 1
*
* *
*
12
12 µ PbMoO 1
µ MoO − 2
4
→
→
4
PbMoO4
FG =
µ(P H )
1
*
µ PbMoO 144
4
2 3
4
En e) podemos suponer los siguientes intermedios que participan en la transformación
Cr3Si 2 → H 2 CrO 4 → Ag 2 CrO 3 → Ag + → AgCl
Alexander Santamaría
FG =
µ Cr Si 1 µ H CrO 1 µ Ag CrO 1 µ Ag 1
* *
* *
* *
*
µ H CrO 3 µ Ag CrO 1 µ Ag
2 µ AgCl 1
3
2
2
2
4
2
4
2
3
+
+
3
→
FG =
µ Cr Si 1
*
µ AgCl 6
3
2
Ejercicio: una muestra de 0.4103 g del compuesto puro KIOx se redujo a KI y el yoduro
se precipito como AgI(s) usando AgNO3. El peso final del AgI precipitado fue 0.4488g.
Determinar el valor de X.
g KIOx = g KIOx→AgI
0.4103g KIOx=0.4488 g AgI*
0.4103 =
µ KIO ⎛ 1 ⎞
*⎜ ⎟
µ AgI ⎝ 1 ⎠
X
0.4488(39.10 + 126.9 + 16.0 X )
(107.9 + 126.9)
96.34 = 17.55+56.95+7.20X
X=
21.84
=3
7.20
KIO3
Ejercicio
Una muestra de 0.8112 g de feldespato se disolvió en medio ácido, luego el P se separó
en forma de un precipitado amarillo el cual se redisolvio y se transformo en
NH4MgPO4, el cual por calcinación produjo Mg2P2O7 que peso 0.2550 g. calcular el %
P/P de P2O5 en la muestra
P→ NH4MgPO4→ Mg2P2O7→ P2O5
%(P/P) P2O5 = 0.2550 g Mg2P2O7*
µ P O ⎛ 100 ⎞
*⎜
⎟
µ P O ⎝ 0.8112 ⎠
2 5
2 7
%(P/P) P2O5 =0.2550g
*Mg2P2O7*
Ejercicio:
1 molMg
µ Mg
2
P2 O 7
2 P2 O 7
*
µ P2O5
1molP2 O5
100
1molP
*
*
*
1molMg 2 P2 O7
2molP
1molP2 O5 0.8112 g
Alexander Santamaría
En el análisis de una muestra de feldespato de 0.7537 g se obtuvo 0.2200 g de Na y de
K. Estas sales se disolvieron en una mezcla alcohol-agua y se trató con ácido
hexacloroplatínico(H2PtCl6) produciendo un precipitado de hexacloroplatinato de
potasio K2PtCl6, el cual se quemó en una atmosfera de hidrógeno generando 0.0953g de
Pt, calcular el % (P/P) de K2O y Na2O en la muestra.
gNa +gK = 0.2200g Indirecto.
gK = 0.0953 Pt*
µ K PtCl ⎛ 1 ⎞ µ K
⎛2⎞
*⎜ ⎟
*⎜ ⎟ *
µ Pt
⎝ 1 ⎠ µ KPtCl ⎝ 1 ⎠
2
6
6
gK =0.0953*
39
*2
196
gNa = 0.22-0.0953*
%K2O= (0.0953*
39
*2
196
µ K2O ⎛ 1 ⎞ 100
39
*⎜ ⎟*
* 2 )gK*
µ K ⎝ 2 ⎠ 0.7537
196
%Na2O = (0.22-0.0953*
Simple:
%(P/P) K2O =0.0953Pt*
µ N2O ⎛ 1 ⎞ 100
39
*⎜ ⎟*
= 32.6%
* 2 )gNa*
µ Na ⎝ 2 ⎠ 0.7537
196
µ K PtCl ⎛ 1 ⎞ µ K O ⎛ 1 ⎞ ⎛ 100 ⎞
*⎜ ⎟*⎜
*⎜ ⎟ *
⎟ = 6.06%
µ Pt
⎝ 1 ⎠ µ K PtCl ⎝ 1 ⎠ ⎝ 0.7537 ⎠
2
2
6
2
6
Análisis por volatilización:
En este caso se determina los componentes volátiles de una muestra.
Cuando es por el método directo se tiene en cuenta la humedad relativa.
Condiciones iníciales son:
mi = masa inicial de la muestra.
Hi = masa de humedad inicial.
Ai = masa de los constituyentes de la muestra.
% Hi =
Hi
*100
mi
Hi =
% H i mi
100
(1)
% Ai =
Ai
*100
mi
Ai =
% Ai mi
100
(2)
Mf = masa final de la muestra.
Hf = masa de humedad final.
Af = masa de los constituyentes finales de la muestra.
Alexander Santamaría
% Hf =
% Af =
Hf
mf
Af
mf
*100
Hf =
* 100
Af =
%H f m f
100
% Af m f
100
Cuando A no cambia durante el proceso
Ai = Af
% Ai mi % A f m f
=
100
100
% Ai m f
=
(5)
% A f mi
Pero mf =mi - Hv
=mi- (Hi – Hf)
mf =mi-(
% H i mi % H f m f
)
100
100
100%mf =100% mi- %Himi + %Hfmf
mf (100% -%Hf) = mi (100% - %Hi)
mf
mi
=
100 − % H i
(6)
100 − % H f
(6) en (3)
% Ai 100 − % H i
=
% A f 100 − % H f
⎛ 100 − % H i
% Ai = % A f ⎜
⎜ 100 − % H
f
⎝
⎞
⎟
⎟
⎠
Método indirecto, A cambia durante el proceso.
Af = Ki*Ai
Donde Ki es un factor gravimétrico que transformaAi en Af.
% Ai mi = % A f m f
%Af =
K i % Ai mi
mf
(3)
(4)
Alexander Santamaría
mf
% Ai
(1)
=
% Af
K i mi
mf =mi- Hv -(Ai-Af)
mf =mi- Hv -Av
=mi- (Hi- Hf) -(Ai- Af)
⎛ % H i mi % H f m f
−
=mi- ⎜⎜
100
⎝ 100
⎞ ⎛ % Ai mi % A f m f
⎟⎟ - ⎜⎜
−
100
⎠ ⎝ 100
⎞
⎟⎟
⎠
Multiplico por 100%
100%mf =100% mi- %Himi + %Hfmf -%Aimi+ %Afmf
100%mf - %Hfmf - %Afmf =100% mi- %Himi -%Aimi
mf (100% - %Hf - %Af) = mi (100% - %Hi -%Ai)
% Ai
100% − % H i − % Ai
=
% Af
K i (100% − % H f − % A f )
Ejercicio:
Una muestra de cal se analiza como sigue CaCO3 = 86.98%, MgCO3=3.18%, Fe2O3
=3.10%, Al2O3 =0.87%, SiO2 =5.27%, H2O =0.30%. El análisis del material calcinado
no muestra agua pero si un 1.30% de CO2. Calcular el %P/P de los óxidos en la
muestra.
Alexander Santamaría
Condiciones iníciales, Base de calculo=100 cal.
µCaO ⎛ 1 ⎞
*⎜ ⎟
µCaCO ⎝ 1 ⎠
g CaO(i) = 86.98 g CaCO3*
3
=86.98 g CaCO3*
56 g CaO
= 48.70 g
100 g CaCO3
g MgO(i) = 3.18 g MgCO3*
µ MgO ⎛ 1 ⎞
*⎜ ⎟
µ MgCO ⎝ 1 ⎠
3
=3.18 g MgCO3*
40 g MgO
84 g MgCO3
= 1.51g
g Fe2O3(i) =3.10g
g Al2O3(i) = 0.87g
g SiO2(i) = 5.27g
Hi =
0.30
Humedad
+
gCO2
Total, proviene MgCO3 y CaCO3
g CO2(MgCO3) = 3.18 g MgCO3*
µCO ⎛ 1 ⎞
*⎜ ⎟
µ MgCO ⎝ 1 ⎠
2
3
=3.18 g MgCO3*
44 g CO2
84 MgCO3
⎛1⎞
* ⎜ ⎟ = 1.67 g
⎝1⎠
g CO2(CaCO3) = 86.98 g CaCO3*
44 g CO2
100 g CaCO3
g CO2 total =38.27+1.67 =39.94 g
Hi =0.30 +39.94 =40.24 g
Condiciones finales (después de calcinar)
= 38.27
Alexander Santamaría
Hf =1.30 g corresponde solo al CO2,no hay agua.
⎛ 100 − 1.30 ⎞
%CaO(f) = %CaO(i)* ⎜
⎟
⎝ 100 − 40.24 ⎠
⎛ 100 − 1.30 ⎞
%MgO(f) = %MgO(i)* ⎜
⎟
⎝ 100 − 40.24 ⎠
⎛ 100 − 1.30 ⎞
%Fe2O3(f) = % Fe2O3(i)* ⎜
⎟
⎝ 100 − 40.24 ⎠
⎛ 100 − 1.30 ⎞
%Al2O3(f) = % Al2O3(i)* ⎜
⎟
⎝ 100 − 40.24 ⎠
⎛ 100 − 1.30 ⎞
%SiO2(f) = %SiO2(i)* ⎜
⎟
⎝ 100 − 40.24 ⎠
BC 100 g de muestra.
g CaO = 24.72
g MgO = 11.93
g FeO = 10.39
g SiO2 = 53.01
Si suponemos que la formula del silicato es:
(CaO)x (MgO)y(FeO)z(SiO2)m
Debemos calcular la mínima relación en moles de los compuestos para hallar x,y,z,m.
ηCaO= 24.72 g CaO*
1molCaO
0.441
=
=3= x
56.08 gCaO 0.145
ηMgO= 11.93 g MgO*
ηFeO= 10.39 g FeO*
1molMgO 0.296
=
=2= y
40.3gCaO 0.145
1molFeO
0.145
=
=1= z
71.85 gCaO 0.145
ηSiO2 = 53.01 g SiO2*
1molSiO 2
0.882
=
=6=m
60.08 gSiO2 0.145
(CaO)3 (MgO)2(FeO)(SiO2)6 = Ca3Mg2 FeSi6 O18→ Fórmula Empírica.