Análisis cualitativo de cationes y aniones.

El análisis Cualitativo tiene por objeto la identificación y combinación aproximada de los constituyentes de una muestra dada. La muestra en cuestión puede ser un puro elemento o una sustancia químicamente pura o cualquier mezcla posible.

En esta práctica llevaremos a cabo el análisis cualitativo de diversos cationes metálicos y de algunos aniones presentes en una disolución. Para ello, realizaremos una serie de reacciones químicas que son características de cada ión lo que nos permitirá separarlos e identificarlos.

Entre las propiedades químicas de los iones, las de mayor interés para su identificación son:

-color,

-capacidad para formar sales insolubles (precipitados) y/o

-capacidad para formar complejos solubles en disolución acuosa. 

Los  iones que se identificarán en esta experiencia son:

Cationes:         Mg⁺²,     Ni⁺²,     Cr⁺³,     Zn⁺²,     Ag⁺     y     Pb⁺²

Aniones:          Clˉ,     Iˉ     y     SO₄⁼

Cr(NO3)3 Pb(NO3)2 Zn(NO3)2 Mg(NO3)2 Ni(NO3)2 AgNO3

0,1 M 0,1 M 0,1 M 0,1 M 0,1 M 0,1 M

NaNO3 Na2SO4 NaI NaCl NaOH NH3

0,1 M 0,1 M 0,1 M 0,5 M 6,0 M 6,0 M

1.-IDENTIFICACIÓN DE CATIONES METÁLICOS

Para identificar un catión  presente en una disolución problema, hay que añadir una disolución que contenga un anión que forme una sal insoluble con él. La aparición de un precipitado nos confirmará la presencia de dicho catión en la disolución original.

1.1-FORMACIÓN DE UNA SAL INSOLUBLE POR ADICIÓN DE UNA DISOLUCIÓN DE NaOH.

1.- Añadir 10 gotas de cada una de las disoluciones de los seis cationes que se quieren identificar (nitratos de: Mg⁺², Ni⁺²,  Cr⁺³, Zn⁺², Ag⁺, Pb⁺²) en seis tubos de ensayo diferentes.

2.- En vitrina, añadir exclusivamente una gota de una disolución de NaOH 6M a cada tubo. Agitar, observar la reacción que ocurre.

1 gota de NaOH(ac)

  ß                      ß                       ß                       ß                        ß                      ß

Mg+2

Ni+2

Cr+3

Zn+2

Ag+

Pb+2

Todos los cationes de esta experiencia forman hidróxidos insolubles cuando se adiciona la cantidad justa de NaOH(ac).

M+n(ac)   +  n OHˉ(ac)  -  M(OH)n(s)
Mg(OH)2	Ni(OH)2	Cr(OH)3	Zn(OH)2	AgOH	Pb(OH)2

1.2-DISOLUCIÓN DE HIDRÓXIDOS POR ADICIÓN DE EXCESO DE NaOH.

3.- A continuación, sobre los seis tubos anteriores, añadir 5 gotas más de NaOH 6M a cada tubo.  Agitar, observar la reacción que ocurre.

Algunos de los hidróxidos insolubles anteriores se disuelven al añadir un exceso de NaOH(ac), y se llaman hidróxidos anfóteros.

Cr(OH)3(s)   +  OHˉ(ac)  -  Cr(OH)4ˉ(ac)
Hidróxidos anfóteros sólidos	Especies en disolución acuosa
Cr(OH)3	Cr(OH)4ˉ
Zn(OH)2	Zn(OH)4ˉ2
Pb(OH)2	Pb(OH)4ˉ2

Los hidróxidos que no se disuelven en exceso de hidróxido de NaOH(ac) son hidróxidos básicos.

Hidróxidos básicos:

Mg(OH)2

Ni(OH)2

AgOH

1.3-REACCIONES CON AMONIACO

1.- Añadir, de nuevo, 10 gotas de cada una de las disoluciones de los seis cationes que se quieren identificar en seis tubos de ensayo diferentes.

2.- En vitrina, añadir 10 gotas de amoniaco 6M a cada tubo. Agitar, observar la reacción que ocurre.

Los cationes Ni⁺², Zn⁺² y Ag⁺ reaccionan con amoniaco formando amino complejos solubles en disolución acuosa.

Por el contrario los iones Mg⁺², Cr⁺³ y Pb⁺² reaccionan con NH₃(ac) formando los correspondientes hidróxidos insolubles (Mg(OH)₂, Cr(OH)₃ y Pb(OH)₂).

Esto es así, porque el amoniaco es una base débil  que aporta los suficientes iones hidroxilo para la formación de los hidróxidos insolubles, pero no los suficientes como para disolver los hidróxidos anfóteros.

2.-IDENTIFICACIÓN DE LOS ANIONES CLORURO, Clˉ, YODURO, Iˉ, Y SULFATO, SO₄⁼

Para identificar un anión,  presente en una disolución problema, hay que añadir un catión (como sal soluble en agua) que forme una sal insoluble con él. La aparición de un precipitado nos confirmará la presencia de dicho anión en la disolución original. 

2.1-IDENTIFICACIÓN DE LO ANIONES CLORURO Y YODURO.

1.- Tomar 4 tubos de ensayo limpios. Añadir 10 gotas de una disolución de cloruro de sodio  a los tubos 1 y 2.

2.- Añadir 10 gotas de una disolución de yoduro de sodio al tubo 3, y 5 gotas de la misma disolución al tubo 4. A este último adicionarle, además, 5 mL de agua.

3.- Adicionar 10 gotas de nitrato de plata a los tubos 1 y 3. Agitar y observar. ¿Se forma un precipitado?

4.- Adicionar 10 gotas de nitrato de plomo al tubo 2, y 5 gotas de la misma disolución al tubo 4. Agitar y observar. ¿Se forma un precipitado?

5.- A continuación calentar los cuatro tubos al baño maría. ¿Qué sales se disuelven en caliente y cuáles no?

6.- Decantar el líquido del tubo 1, y añadir NH₃(ac) sobre el sólido hasta que se disuelva.

7.- Adicionar, al tubo anterior, 5 gotas de NaI(ac). ¿Se forma un precipitado?

8.- Decantar el líquido del tubo 3, y añadir 10 gotas de NH₃(ac) sobre el sólido.

Los aniones Clˉ y Iˉ reaccionan con los cationes Ag⁺ y Pb⁺⁺ formando los correspondientes haluros, cloruro de plata, cloruro de plomo, yoduro de plata y yoduro de plomo, insolubles en agua. 

Hay diversas características que nos permiten diferenciar las cuatro sales arriba indicadas. A saber:

1.- Los dos haluros de plomo son solubles en agua caliente, pero los haluros de plata no lo son. 

Esta característica permite diferenciar a los haluros de plomo de los de plata.

2.2-IDENTIFICACIÓN DEL ANIÓN SULFATO.

1.- Tomar dos tubos de ensayo limpios. Añadir 10 gotas de una disolución de sulfato de sodio a cada tubo.

2.- Adicionar 10 gotas de nitrato de plata al tubo 1. Agitar y observar. ¿Se forma un precipitado?

3.- Adicionar 10 gotas de nitrato de plomo al tubo 2. Agitar y observar. ¿Se forma un precipitado?

4.- Calentar el tubo 2 al baño maría. ¿Se disuelve el sólido en caliente?

5.- Decantar el líquido del tubo 2 y añadir gota a gota una disolución de NaOH(ac) 6M al sólido.

Hay diversas características que nos permiten diferenciar el anión sulfato de cloruros y yoduros. Así,

1.- El sulfato de plata es soluble en agua.

2.- El sulfato de plomo es insoluble en agua, y no se disuelve en agua caliente, a diferencia de PbCl₂ y PbI₂.