Gravimetría

Método de análisis cuantitativo basado en la medición precisa y exacta de la masa de la sustancia que se determina (analito), la cual ha sido previamente separada del resto de los componentes de la muestra (matriz) como una fase más o menos pura, que puede ser el componente mismo o un compuesto de composición conocida.

Características básicas del análisis gravimétrico

El Análisis gravimétrico involucra dos etapas generales esenciales:

•     La separación del componente que se desea cuantificar.
•     La pesada exacta y precisa del componente separado.

Clasificación de los métodos gravimétricos

Los métodos de Análisis gravimétrico se pueden clasificar en tres grandes grupos:

• ·         Volatilización o destilación.
• ·         Extracción.
• ·         Precipitación.

Volatilización o destilación

Los métodos gravimétricos por volatilización o destilación tienen como fundamento la separación del analito del resto de los componentes de la muestra mediante un procedimiento que involucra la volatilización, evaporación o destilación de determinadas sustancias con la ayuda del calor. Finalmente se pesa con precisión el residuo no volatilizado.

Extracción

Los métodos gravimétricos por extracción se fundamentan en la separación del analito del resto de los componentes de la muestra mediante un proceso de extracción (generalmente sólido-líquido); ya sea con el empleo de disolventes orgánicos que solubilicen el compuesto objeto de estudio, o con solución ácida, básica, o neutra que separe compuestos interferentes. De cualquier manera, el compuesto objeto de estudio se cuantifica finalmente, bien por pesada directa o por diferencia de pesada.

Precipitación

En los métodos gravimétricos por precipitación, la porción pesada de la sustancia que se estudia (matriz), se solubiliza por algún procedimiento, y luego el elemento a determinar (analito) se precipita en forma de un compuesto difícilmente soluble. El precipitado se separa por filtración, se lava a fondo, se incinera (o se seca) y se pesa con precisión. Conociendo la identidad (su fórmula) y la masa de las cenizas (o del precipitado) puede finalmente expresarse la concentración del analito en la matriz.

Características de la muestra antes de su análisis gravimétrico

La reacción química que va a servir de base para el análisis debe dar un precipitado que debe cumplir con una serie de condiciones:

1. Deberá ser cuantitativo: Estrictamente ésto pocas veces es posible, pero la diferencia entre la cantidad real obtenida y la estequeometría deberá ser menor que la sensibilidad de la balanza (no deberá ser detectable por métodos ordinarios de pesada).
2. Deberá estar libre de impurezas: Estricatamente, tampoco es posible; siempre hay algún fenómeno de adsorción y/o absorción de otros iones que tienden a impurificar la muestra. Se procura limitar la impurificación a un mínimo compatible con la presición que se busca.
3. Deberá ser fácil de filtrar ya sea por papel de filtro analítico cuantitativo del tamaño de poro adecuado, por crisol de Gooch (éstos para calcinar), crisol de vidrio, de cuarzo ó de porcelana sinterizados (éstos últimos exclusivamente para precipitados que van a ser secados).
4. Deberá ser fácil de lavar sin que haya pérdidas por solubilidad apreciables.

Propiedades de los precipitados

Para que un precipitado pueda ser aplicado en gravimetría

Debe ser:

• Insoluble en el medio donde precipita
• Que se pueda filtrar con facilidad
• Que sea relativamente fácil de secar y que no absorba la humedad del aire
• Que sea puro y posea una composición definida y conocida

Formación de un precipitado

 “La nucleación es un proceso donde pequeños agregados de partículas se forman y constituyen los “núcleos” de las partículas de mayor tamaño que formarán los cristales, haciendo que las especies que forman a la sustancia que precipita se congreguen a su alrededor”.

Pureza de los precipitados

Coprecipitación

Es un fenómeno en el que algunos compuestos, que en condiciones normales son solubles, se eliminan de la solución junto con la formación del precipitado deseado. Existen cuatro tipos de coprecipitación:

   1. Adsorción en la superficie

   2. Formación de cristales mixtos

   3. Oclusión

   4. Atrapamiento mecánico

Adsorción en la superficie

Se da cuando un compuesto normalmente soluble es arrastrado como contaminante sobre la superficie de un coloide coagulado.

Las impurezas presentes en la superficie de las partículas minúsculas se pueden eliminar:

• Lavando el precipitado

Debemos lavar el precipitado para eliminarle todos los iones adsorbidos no volátiles con una solución de un electrolito, los iones del electrolito reemplazan por intercambio iónico a los iones adsorbidos evitando la peptización.

• Digestión

Consiste en permitir que el precipitado esté en contacto con la solución de la cual se formó (el licor madre) durante algún tiempo antes de filtrarlo, con frecuencia a una temperatura elevada, lo cual da un producto más puro y de mejor filtrado.

• Reprecipitación,

El sólido filtrado lo redisolvemos y lo volvemos a precipitar.

Formación de cristales mixtos (inclusión)

En la formación de cristales mixtos uno de los iones de la red cristalina de un sólido se remplaza por un ión de otro elemento (contaminante).

Oclusión

Cuando un cristal crece con rapidez durante la formación del precipitado, pueden quedarse atrapados u ocluidos en él iones extraños de la capa del contra Ion, dentro del cristal en crecimiento. Como la sobresaturación y la velocidad de crecimiento disminuyen a medida que avanza la precipitación, la cantidad de material ocluido es mayor en la parte del cristal que se forma primero.

Atrapamiento mecánico

Sucede cuando los cristales permanecen muy juntos durante el crecimiento. En este caso, varios cristales crecen juntos y como consecuencia una porción de la solución queda atrapada en pequeños huecos.

Etapas en la formación de un precipitado

El efecto de la sobresaturación relativa sobre el tamaño de la partícula puede explicarse si asumimos que los precipitados se forman por dos procesos distintos:

Nucleación:

Es un proceso en el cual se juntan un número mínimo (a lo sumo 4 o 5) de átomos, iones o moléculas para formar un sólido estable. Es la formación de pequeñas partículas (nucleaciones) que ocurre cuando se rebasa el producto de solubilidad de una sustancia, un crecimiento posterior de las nucleaciones llevan a la formación de precipitados.

Espontáneo:

Ocurre por si sola.

Inducido:

Requiere la siembra de alguna partícula impureza, polvo, otro cristal). Se forma sobre la superficie  de contaminantes sólidos suspendidos, como las partículas de polvo.

Crecimiento de partícula:

Sobre estas partículas (núcleos) formadas inicialmente se pueden depositar partículas mas pequeñas que causaran el crecimiento de los núcleos hasta que las partículas sean lo suficientemente grandes para que precipiten en la solución.

Factores que favorecen la formación de precipitados

Efecto del pH.

Los precipitados que contienen un anión con propiedades básicas, un catión con propiedades ácidas, o los dos, tendrán una solubilidad dependiente del pH. En el caso de los precipitados que contienen un anión que es la base conjugada de un ácido débil, el pH tiene gran influencia en su solubilidad, ya que a un pH bajo, el ión hidronio se combina con el anión para formar al ácido débil, y por lo tanto aumenta la solubilidad de la sal.

Efectos de la temperatura

La mayoría de las sales inorgánicas aumentan en solubilidad cuando la temperatura se incrementa. Por lo general, es ventajoso que llevemos a cabo en solución caliente las operaciones de precipitación, filtración y lavado, puesto que con esto pueden mejorarlas condiciones del precipitado, en los casos donde la solubilidad de éste continúa siendo despreciable a temperatura elevada. Sin embargo, en el caso de un compuesto bastante soluble, como el fosfato de magnesio y amonio, la solución se debe enfriar enagua helada antes de la filtración. Si la solución se filtrara caliente se perdiera una cantidad apreciable de este compuesto.

Productos de las reacciones de precipitaciones

Sólidos cristalinos

Disminuyendo la sobresaturación:

1) Utilizando disoluciones diluidas o añadiendo el reactivo lentamente con agitación.

2) Calentando y/o ajustando el pH para aumentar la solubilidad.

El calor y la agitación ⇒ proceso de disolución y recristalización del sólido de forma continua  ⇒ precipitado más puro

Sólidos coloidales

Suspensiones coloidales son muy estables y no son adecuadas para análisis gravimétrico.

Aumentando la 

temperatura, agitación y/o añadiendo un electrolito ⇒ disminuye la estabilidad de las suspensiones ⇒partículas de mayor tamaño (coagulación o aglomeración).

Cálculos y expresión de los resultados en el análisis gravimétrico

Calculo de la concentracion de analito

- El precipitado se pesa en una balanza analítica ⇒ pg (g)

- Cálculo del factor gravimétrico (fg)

       

Fg =  Peso fórmula analito / Peso molecular forma de pesada

Gramos de analito en la muestra: Pg x Fg

Agentes precipitantes

Factor gravimétrico

Pasos a seguir en la gravimetría por precipitación

-Toma de muestra y pesada por duplicado.

-Disolución.

-Toma de porción alícuota (si corresponde).

-Dilución.

-Ajuste del pH y de la temperatura previo a la precipitación.

-Adición del reactivo o agente precipitante en solución lo más diluida posible, bajo constante agitación.

-Adición de un ligero exceso, previo a comprobación.

-Agitación con varila de vidrio.

-Digestión del precipitado.

-Filtración.

-Lavado del precipitado.

-Control del líquido de lavado: La ausencia de un ion tomado como referencia nos indica el final del lavado.

-Lavado final.

-Introducción del papel de filtro con el precipitado, en el crisol de porcelana previamente tarado.

-Quemado del papel a baja temperatura, sin que arda.

-Calcinación en mufla hasta peso constante.

-Se coloca el crisol con residuo en el desecador para que tome temperatura ambiente.

-Pesado del crisol con el residuo.

-Cálculos.

-Expresión final del resultado del análisis en % p/p, %p/v, %g/l, ppm, o lo que corresponda.

Aplicaciones

Dentro de las múltiples aplicaciones de los métodos gravimétricos, únicamente se indicarán algunos ejemplos de determinaciones de especies inorgánicas, tanto con reactivos precipitantes inorgánicos como orgánicos, así como un par de determinaciones de compuestos orgánicos de interés.

Ejemplo

Fuentes y enlaces  

Análisis químico de los alimentos: métodos clásicos. -- Ciudad de La Habana : Editorial Universitaria,  2004. -- ISBN 978-959-16-0253-4. -- 433 pág.

http://ull.chemistry.uakron.edu/analytical/Gravimetria

http://ocw.usal.es/ciencias-experimentales/quimica-analitica/contenidos/CONTENIDOS/8.%20CONCEPTOS%20TEORICOS.pdf

Universidad de Colima

Bachillerato Tecnico No. 15

Temas Selectos de Quimica

Maestra:

Maria Teresa Ramirez Parra

Alumnos:

Isis Alondra Vazquez Martinez

Lucila Araceli Ramirez Sotelo

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