Determinación de las reglas de solubilidad de compuestos iónicos

Las tendencias en las propiedades de solubilidad de los compuestos iónicos se pueden utilizar para el análisis cualitativo de soluciones iónicas. Cuando se agrega un compuesto a una mezcla de soluciones iónicas, se pueden formar muchos productos, cada uno con diferentes propiedades de solubilidad. Si solo un producto es insoluble, entonces solo dejará la solución. Al realizar reacciones secuenciales, los iones en una solución se pueden identificar y aislar sistemáticamente.

Si bien existe una variedad de instrumentos analíticos para el análisis elemental, las técnicas a menudo requieren mucho tiempo o requieren el transporte de muestras entre laboratorios. Las técnicas analíticas cualitativas, como el examen de las propiedades de solubilidad, son métodos de preselección rápidos y accesibles para el análisis.

Este video presentará las propiedades de solubilidad de los compuestos iónicos, demostrará los procedimientos para precipitar selectivamente compuestos iónicos e introducirá algunas aplicaciones del análisis cualitativo utilizando tendencias de solubilidad en entornos industriales.

Los compuestos iónicos están compuestos por un catión y un anión. Cuando se produce una reacción entre dos compuestos iónicos diferentes, el catión de un compuesto es atraído electrostáticamente por el anión de otro, formando un nuevo compuesto. Los iones que no participan en la reacción se denominan iones espectadores, y se omiten de la reacción iónica neta. Cuando un compuesto iónico se disuelve, interactúa de forma reversible con las moléculas de disolvente y los iones se disocian. Si la interacción entre un ion y el nuevo contra-ión es más fuerte que entre el ion y las moléculas de disolvente, será más favorable que el producto esté en fase sólida. La formación de un producto sólido a partir de una solución se conoce como precipitación, y el sólido se denomina precipitado.

Los iones se pueden aislar selectivamente de la solución induciendo reacciones con precipitados insolubles. Para diseñar estas reacciones, los cationes y aniones se asignan a categorías amplias basadas en las tendencias de solubilidad. Los cationes se agrupan identificando el anión común a sus productos de reacción insolubles, y los aniones también se agrupan por cationes comunes. Las soluciones de estos iones comunes se utilizan para probar estos grupos.

Cuando se desea la separación de iones que pertenecen al mismo grupo, se pueden utilizar reactivos especializados o soluciones concentradas para inducir reacciones selectivas una vez que se han aislado los iones de ese grupo. Estos reactivos especializados también se pueden utilizar para confirmar la identidad de un ion aislado. Ahora que comprende los principios detrás del análisis cualitativo de iones, repasemos una técnica para analizar una solución de fosfato, seguida de un procedimiento para separar una mezcla de cationes metálicos.

Para analizar una solución de fosfato, primero prepare soluciones de prueba diluidas de calcio acuoso, ortomolibdato de amonio y ácido nítrico concentrado. A continuación, coloque 5 ml de la solución desconocida en un tubo de ensayo.

Agregue la solución de calcio gota a gota a la solución desconocida. La formación de un precipitado blanco podría indicar la presencia de fosfato de calcio o carbonato de calcio. Para verificar la presencia de fosfato, agregue lentamente ácido nítrico al tubo de ensayo. La disolución del precipitado indica que se ha formado fosfato de hidrógeno. La ausencia de burbujas de gas indica que no hay carbonato presente, ya que el carbonato habría reaccionado con el ácido para formar dióxido de carbono y agua.

Finalmente, agregue lentamente el ortomolibdato de amonio al tubo de ensayo. El fosfomolibdato de amonio se forma como un precipitado amarillo, lo que confirma la presencia de fosfato en la solución.

Primero, prepare soluciones de prueba diluidas como se indica en el protocolo de texto. Obtenga cuatro tubos de ensayo y tapas adecuadas para su uso en una centrífuga. Coloque una mezcla acuosa de zinc, níquel, plata y nitratos de hierro en un tubo de ensayo. Para comenzar la separación, primero agregue lentamente ácido clorhídrico diluido a la mezcla, girando suavemente. El precipitado blanco que se forma es cloruro de plata. Continúe agregando la solución de cloruro hasta que no se forme más precipitado.

Separe el líquido, o sobrenadante, y el cloruro de plata sólido por centrifugación. Decanta el sobrenadante en el segundo tubo de ensayo. Lave el cloruro de plata tres veces con agua y decante cada lavado en el segundo tubo de ensayo. A continuación, agregue la solución de hidróxido de sodio gota a gota al segundo tubo de ensayo. Se formarán tres precipitados: hidróxido de zinc blanco, hidróxido de hierro amarillo e hidróxido de níquel verde. Continúe agregando hidróxido de sodio hasta que el compuesto sólido de zinc blanco se disuelva, formando el ion zincato soluble. Separe la solución de zinc y los compuestos sólidos de níquel y hierro por centrifugación, y luego decantar la solución en el tercer tubo de ensayo. Lave los sólidos con agua tres veces y decante cada uno en la solución de zinc.

Agregue lentamente ácido clorhídrico a la solución de zinc en el tercer tubo de ensayo hasta que el hidróxido de zinc precipite y luego se disuelva.

Luego, agregue hexacianoferrato de potasio gota a gota a la solución de zinc para formar hexacianoferrato de potasio y zinc como precipitado blanco. Ahora, al tubo de ensayo que contiene hidróxido de níquel sólido e hidróxido de hierro, agregue lentamente amoníaco para formar el ion hexammina de níquel azul soluble. Separe la solución de níquel del hidróxido de hierro sólido por centrifugación y decantar la solución de níquel en el cuarto tubo de ensayo. Lave el hidróxido de hierro tres veces con agua y decante los lavados en la solución de níquel. Luego, agregue lentamente dimetilglioxima a la solución de níquel para formar dimetilglioxima de níquel como precipitado rojo. Al hidróxido de hierro sólido, agregue con cuidado ácido clorhídrico concentrado para formar una solución de cloruro férrico. Para confirmar la presencia de hierro, agregue tiocianato para formar el catión tiocianatoiron de color rojo intenso.

La simplicidad y velocidad de realizar el análisis cualitativo de iones en solución hace que esta técnica sea ampliamente utilizada en química ambiental e industria.

Cuando el agua contiene una alta concentración de cationes metálicos como el calcio o el magnesio, se denomina agua dura. Estos cationes metálicos pueden reaccionar con los aniones en el agua, como el carbonato, para formar depósitos calcáreos que obstruyen las tuberías o los calentadores de agua. La dureza del agua se puede evaluar agregando una solución de carbonato a una muestra de agua. El precipitado blanco indica altos niveles de calcio.

El fosfato es un nutriente importante para muchas formas de vida y, por lo tanto, se utiliza tanto en fertilizantes industriales como de jardín, pero un exceso de fosfato puede ser perjudicial, especialmente en entornos de agua dulce. Las aguas residuales en áreas residenciales y comerciales se pueden analizar para detectar fosfatos agregando ácido nítrico y ortomolibdato de amonio. El precipitado amarillo indica altos niveles de fosfatos.

Acabas de ver la introducción de JoVE a las reglas de solubilidad para los iones. Ahora debería estar familiarizado con los principios de las reacciones iónicas, algunos procedimientos para el análisis cualitativo de soluciones y algunas aplicaciones del análisis cualitativo utilizando la solubilidad.

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