1. Elaborado por: Escamilla Cruz Roberto Química Industrial
Sánchez Hernández Alma Lucia Química Analítica III
Zamudio Ayala Tiare Aicitel
Introducción
En el presente trabajo se hablará de la separación de níquel y cobalto mediante un intercambio
iónico para esto se utilizará una resina de tipo catiónica: “Purolite NRW 100”, la cual tiene una
capacidad de intercambio de 4.5 equivalentes /Kg.
El intercambio iónico tiene gran importancia a nivel industrial debido a que este nos ayuda a
separar una mezcla de metales presentes en una solución siempre y cuando se impongan ciertas
condiciones, como lo es el pH y/o el agente complejante. Esto con el fin de complejar el metal y
saber en qué pH se facilita la separación.
El intercambio iónico ha sido ampliamente utilizado para la recuperación y concentraciones de
metales a partir de corrientes acuosas de procesos químicos o tratamiento de aguas.
La recuperación selectiva de uno o más metales de una mezcla de varios componentes orgánicos
utilizando resinas de intercambio catiónico generalmente no es factible, sobre todo para aquellos
metales que tiene la misma valencia; es por ello que se utilizó un ligando aniónico como
enmascarante (EDTA) esto con el fin de mejorar la selectividad de la resina y por tanto la
separación de estos metales (Ni2+ y Co2+).
Objetivos:
 Encontrar el pH óptimo para la separación de níquel y cobalto en presencia de un agente
complejante (EDTA).
 Conocer el rendimiento de la separación.
 Determinar si con el agente enmascarante utilizado se obtiene una separación
cuantitativa.
 Conocer si la selectividad de la resina mejora en presencia del agente enmascarante o no.

2. Desarrollo del modelo
Análisis de la separación
6
4
2
D Ni y Co
0 D Co (y)
0 5 10 15 D Ni (y)
-2
-4
-6
pH
Grafica #1: Utilizando como ligante al NTA.
8
6
4
2
0
D Ni y Co
-2 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
D Co (y)
-4
D Ni (y)
-6
-8
-10
-12
-14
pH
Grafica #2: Utilizando como ligante al EDTA.

3. Método de separación Método de cuantificación
Figura #2: Espectrofotometría de absorción atómica.
Figura #1: Intercambio iónico.
Discusión
Coeficientes de reparto para Níquel y Cobalto
DCo2+=K Co2Na+ * = 0.7597*(4.5/0.01)2 =10 5.1870
DNi2+=K Ni2Na+ * = 0.6903 *(4.5/0.01)2 =10 5.1454
Debido a que los coeficientes de reparto termodinámicos son muy similares es por ello que se
tiene que utilizar el agente enmascarante para así separar los cationes mencionados.
Para ello hay que analizar las interferencias presentes en el sistema de intercambio.
La reacción para cobalto es:
2Na+ + Co2+ ⇌ 2Na+ + Co2+
+ Y4-
CoY 2-
⇌ Co2+ + H4Y
H+

4. La reacción para níquel es:
2Na+ + Ni2+ ⇌ 2Na+ + Ni2+
+ Y4-
NiY 2-
⇌ Ni2+ + H4Y
H+
Con esto es posible calcular los nuevos coeficientes de reparto tomando en cuenta las
interferencias presentes.
La primera interferencia es del agente enmascarante:
αCo(Y) = por lo tanto:
DCo2+=(K Co2Na+/ αCo(Y)) *
La segunda interferencia está dada por el pH:
αy(H) = lo que nos da:
αCo(Y) = αy(H)) por lo tanto:
DCo2+= (K Co2Na+/ αy(H))) *
De esta manera se calcularon los nuevos coeficientes de reparto para determinar el pH en el cual
es posible separar al Níquel y Cobalto
En el caso de la utilización del EDTA (Ácido etilendiaminotetraacético). Este consta de cuatro
pKa´s: pk1=2.1, pk2=2.8, pk3=6.6 y pk4=10.2, forma complejos muy estables debido a la fijación
que tiene el EDTA por medio de la gran interacción que da la
desprotonación de los cuatro grupos OH- que contiene.
La separación con la utilización del EDTA como agente enmascarante es un
éxito y esto se puede observar en el Gráfico #2, pues causa un
desplazamiento de la recta que representa al cobalto debido a la constante
de formación que dicho metal presenta ante esta ligante.
Dando como resultado un pH óptimo de separación a un valor aproximado
de 1.5, debido a este que en valor de pH, la formación del complejo
cobalto-EDTA es más predominante y tiene más tendencia a fijarse a la resina que en complejo
níquel-EDTA que ni siquiera puede predominar en el sistema.

5. En el caso de utilizar como agente enmascarante al NTA (ácido nitrilotriacético). Este consta de
cuatro pKa´s: pk1=1.97, pk2=2.57 y pk3=9.81, forma complejos muy estables debido a la fijación
que tiene el NTA por medio de la gran interacción que le proporciona la
desprotonación de los tres grupos OH- que contiene, los cuales se fijan
al metal.
La separación con la utilización de del NTA como agente enmascarante
no es posible y esto se puede observar en el Gráfioa #1, pues no causa
el desplazamiento de ninguna de las rectas que representan a cada
metal, debido a la constante de formación de los metales con dicho
ligante, pues son muy similares.
Dando como resultado una nula separación, esto se debe a que en ningún intervalo de pH se
puede dar el predominio de un complejo, sino que los complejos tanto el de cobalto como níquel
con NTA predominan en todo el intervalo de pH en igual proporción.
Una parte muy importante en este proceso de separación es la formación de los complejos de
interés, es por esto que la concentración de la solución que contiene el ligante debe de ser más
concentrada o agregar intervalos con relaciones molares en donde las moles del ligante rebasen a
las moles del metal, con el fin de asegurar que no quede metal sin interaccionar con el ligante y de
esta manera que no pase desapercibido por la resina.
La correcta activación de la resina es esencial para llevar a cabo un intercambio iónico adecuado.
En el caso de la resina Purolite NRW100 se debe de lavar con HCl 1M, NaOH1M y n-Hexano a flujo
constante, con la finalidad de activarla y eliminar cualquier interferencia que pueda estar presente
en el sistema.
El apoyo de otra técnica analítica es indispensable para poder llevar a cabo la cuantificación de
níquel y cobalto extraído; la técnica más exacta y adecuada para llevar a cabo este trabajo es la
espectrofotometría de absorción atómica debido a su selectividad hacia los cationes metálicos,
pues en la solución existe la presencia de complejos y aniones de diferente número de oxidación a
consecuencia de los pH´s impuestos en el sistema.

6. Conclusión
La capacidad de adecuada separación de agentes químicos con propiedades químicas muy
parecidas depende de la correcta elección del agente enmascarante (ligante), debido a que entre
más diferencia exista en los valores de constantes de formación más diferencia habrá el
predominio de alguna especie química, como en este caso el EDTA el cual hace más selectiva a la
resina permitiendo un intercambio iónico mucho mejor.
La utilización del intercambio iónico como método de separación de agentes químicos es muy
bueno.; es un procedimiento sencillo, selectivo y que da buenos rendimientos de separación, es
por ello la gran utilización e importancia de este método en la industria y en la investigación.
La utilización de dos técnicas de análisis químico en un solo proyecto son esenciales, como es el
caso de este trabajo donde además de la utilización del intercambio químico se utilizó la
espectrofotometría de absorción atómica, esto por las grandes ventajas de cuantificación que este
método nos proporciona.
Bibliografía
Harris, D. (2000). Análisis Químico Cuantitativo. España: Reverte.
RINGBOM, A. (1979). Formación de Complejos en Química Analítica. España:Alambra.
Artículo
Ruey-Shin, J. y Yi-Chieh W. (2002). Use of complexing agents for effective ion-exchange
separation of Co(II)/Ni(II) from aqueous solutions. Water research, 37(2003), 845-852.