Aniones y cationes

1. QUÍMICA ANALÍTICA I
Q.F. IVONNE NAVARRO DEL AGUILA,Mgr

2. CLASIFICACIÓN DEL ANÁLISIS QUÍMICO
ANALISIS CUANTITATIVO
Permite establecer las proporciones cuantitativas entre los
componentes de una sustancia dada o una mezcla de
sustancias.
Al estudiar la composición de una sustancia desconocida, el
análisis cualitativo siempre precede al cuantitativo, ya que la
selección del método de determinación cuantitativa de los
componentes de la sustancia problema depende de los datos
obtenidos por medio del análisis cualitativo

3. CLASIFICACIÓN DE LOS MÉTODOS DE ANÁLISIS
1. MÉTODOS QUÍMICOS
Son los métodos en los que para determinar la composición
de una sustancia a analizar, se añaden reactivos que
causan transformaciones químicas que van acompañadas
con la formación de nuevas sustancias que poseen
propiedades específicas.
Estas propiedades pueden ser: Estado físico (precipitado,
líquido, gas); solubilidad conocida en agua, ácidos, álcalis y
otros disolventes químicos; color característico; estructura
cristalina o amorfa; olor, etc.
Las transformaciones químicas de este género se
denominan reacciones cualitativas.

4. 2. MÉTODOS FÍSICOS
 Permiten determinar la presencia de los elementos químicos en la
composición de la sustancia que se somete al análisis sin recurrir a
las reacciones químicas.
Esto se puede lograr basándose directamente en los datos
obtenidos del estudio de las propiedades físicas de la sustancia a
investigar.
Están basados en el estudio de las propiedades ópticas, eléctricas,
magnéticas, térmicas y otras propiedades físicas de las sustancias a
analizar, dentro de ellos tenemos:
1. Análisis espectral, basado en la investigación de los espectros de
emisión y de absorción de las sustancias que se investigan.
2. Análisis por luminiscencia (fluorescencia), basado en la observación
de la luminiscencia (brillo) de las sustancias a analizar provocada
por la acción de los rayos ultravioletas.
3. Análisis por difracción de rayos X, basado en el empleo de éstos
para la investigación de la estructura de la sustancia.
4. Análisis por espectrometría de masa, que se realiza con ayuda de
espectrómetro de masa.
5. Métodos basados en la medición de la densidad (densimetría) de las
sustancias a investigar.

5. 3. MÉTODOS FÍSICO QUÍMICOS
Son los métodos basados en el estudio de los fenómenos
físicos que tienen lugar en el curso de las reacciones
químicas; que pueden estar acompañadas con el cambio
de color de la disolución, la intensidad del color
(colorimetría), conductibilidad eléctrica (conductimetría), etc
.
El desarrollo de los métodos físicos de investigación ha
ejercido gran influencia también sobre los métodos de
trabajo del analista químico. Actualmente, junto con los
métodos puramente físicos y químicos empiezan a ganar
cada vez mayor importancia los métodos físico-químicos de
análisis.

6. MÉTODOS ANALITICOS
CARACTERISTICAS DE UN MÉTODO ANALÍTICO
 EXACTITUD : Grado de concordancia entre el valor obtenido de la
concentración del analito en la muestra y el valor verdadero.
 PRECISIÓN: grado de concordancia mutua entre un grupo de
resultados obtenidos al aplicar repetitiva e independientemente el
mismo método analítico a alícuotas de la misma muestra.
 SENSIBILIDAD: capacidad de un método analítico para discriminar
entre concentraciones semejantes del analito en la muestra o
capacidad para poder detectar (análisis cualitativo) o determinar(
análisis cuantitativo) pequeñas concentraciones del analito en la
muestra.
 SELECTIVIDAD: Capacidad de un método para originar resultados
que dependan de forma exclusiva del analito para su identificación o
cuantificación en la muestra.
 ROBUSTEZ: Propiedad de un método analítico, que describe su
resistencia al cambio de respuesta (resultado) cuando se aplica
independientemente a alícuotas de la misma muestra variando
ligeramente las condiciones experimentales. (Selecciona y cuantifica
los “puntos débiles” experimentales).
 FIABILIDAD: capacidad de un método para mantener su exactitud y
precisión a lo largo del tiempo.

7. PROCEDIMIENTOS PARA EFECTUAR REACCIONES ANALÍTICAS.
1. ANÁLISIS POR VÍA HÚMEDA.
Las reacciones utilizadas para el análisis químico cualitativo se
verifican generalmente en disolución.
Primero es necesario disolver la sustancia ensayada; siendo que
como disolvente por lo común se utiliza el agua o, dado el caso
de sustancias insolubles en ésta, los ácidos inorgánicos son
utilizados para tal fin; produciendo así, la transformación química
de la sustancia dada en una sal soluble en agua. Por ejemplo:
a b c d
• CuO + H2SO4  CuSO4 + H2O
• Fe(OH)3 + 3HCl  FeCl3 + 3H2O
• CaCO3 + 2HNO3  Ca(NO3)2 + H2O + CO2

8. En el análisis de sustancias inorgánicas en la mayoría de los casos
se emplean soluciones acuosas de sales, ácidos o bases.
Estas sustancias son, como es sabido, electrolitos, es decir, en las
soluciones acuosas se hallan disociadas en iones (ionizadas).
Consecuentemente, las reacciones en húmedo se realizan entre
iones simples o complejos, y al emplear estas reacciones se observa
directamente no los elementos sino los iones por ellos formados.
Por ejemplo, en la identificación del cloro:
• NaCl + AgNO3  AgCl + NaNO3
• CaCl2 + 2AgNO3  + 2AgCl + Ca(NO3)2
Todas las sales citadas en estas ecuaciones, excepto el AgCl
precipitado, se encuentran ionizadas en la solución.

9. Considerando la última ecuación, se puede escribir así:
Ca+2 + 2Cl- + 2Ag+ + 2(NO3)-  2AgCl + Ca2+ + 2(NO3)-
Como los iones Ca+2 y (NO3)- no participan en la reacción pueden eliminarse
de la ecuación, obteniéndose:
2Cl- + 2Ag+  2AgCl
Al simplificar por el multiplicador común 2, se tiene:
Cl- + Ag+  AgCl
Esta última ecuación, se denomina ecuación iónica de la reacción.
La ecuación iónica demuestra que lo esencial en la reacción analizada consiste
en la interacción de Ag+ y Cl- que se encuentran en la solución y forman el
precipitado de AgCl.

10. 2. ANÁLISIS POR VÍA SECA
En algunos casos las sustancias se analizan por vía seca sin disolverlas,
es decir que las sustancias ensayadas y los reactivos se toman en estado
sólido y generalmente la reacción se realiza calentándolos hasta alta
temperatura.
A este tipo de reacciones pertenecen, por ejemplo:
• Las reacciones de coloración de la llama.
• Las reacciones de formación de perlas coloreadas (perla de vidrio) de
tetraborato de sodio (bórax) Na2B4O7.10H2O o del Hidrofosfato de sodio
y amonio NaNH4HPO4.4H2O
• Las reacciones que se verifican al triturar los polvos de las sustancias
que se desea investigar con reactivos sólidos.
La sustancia a ensayar puede:
Sublimarse por completo
Sublimarse parcialmente
No sublimarse en absoluto

11. Las reacciones que se emplean para el análisis cualitativo deben
satisfacer los siguientes requisitos:
1. Tienen que transcurrir rápidamente, casi instantáneamente
2. Deben formar un precipitado característico, gas o la aparición de un color
3. ser rápidamente irreversibles, es decir, transcurrir con preponderancia en
una dirección.
4. Deben ser lo más específica posible y muy sensible.
CONDICIONES PARA LA REALIZACIÓN DE LAS REACCIONES
Medio adecuado. Los precipitados solubles en ácido no pueden sedimentarse de
la solución si el ácido libre se encuentra en exceso; al igual que los precipitados
solubles en álcalis no llegarán a formarse en un medio alcalino; de la misma
forma, si un precipitado se disuelve tanto en ácido como en álcali resulta que
puede formarse solamente en medio neutro.

12. La temperatura. Los precipitados cuya solubilidad crece considerablemente
con el aumento de la temperatura no debe obtenerse de una solución
caliente; debe analizarse en frío.
La concentración suficientemente elevada del ión a identificar. Cada
sustancia puede precipitar sólo cuando su concentración en la solución
supera su solubilidad en las condiciones dadas.
Si una sustancia es poco soluble precipita aun siendo mínima la
concentración del ión a identificar, a estas reacciones se les denomina
reacciones sensibles.
La sensibilidad de las reacciones se puede elevarse frecuentemente, al
añadir a la solución ensayada alcohol etílico el cual hace disminuir la
solubilidad de los compuestos inorgánicos; o también agitando la
mezcla reactiva acuosa con algún líquido orgánico inmiscible con agua.
Al igual que la sensibilidad, tiene gran importancia para el análisis la
especificidad de las reacciones y la selectividad.

13. TIPO DE ANÁLISIS
1. ANÁLISIS FRACCIONADO.
2. ANÁLISIS SISTEMÁTICO.

14. CLASIFICACIÓN DE LOS CATIONES.
En el desarrollo sistemático del análisis los iones
se separan de la mezcla compleja no uno a uno,
sino por grupos según su comportamiento similar
ante la acción de algunos reactivos que se
denominan reactivos de grupo. Este reactivo debe
cumplir con las siguientes exigencias:
1. Debe hacer precipitar los cationes casi
cuantitativamente
2. El precipitado formado debe disolverse fácilmente
en los ácidos para que sea posible continuar el
análisis
3. El exceso del reactivo añadido no debe impedir la
identificación de los iones que han quedado en la
solución.

15. Tabla 1. CLASIFICACIÓN ANALITICA DE LOS IONES DE METALES O CATIONES
Grupo Reactivo de
Grupo
Iones Precipitado Características del
Grupo
I
(Grupo de la
plata)
HCl diluido
Ag
+
, Pb
++
,
Hg

2
2
AgCl, PbCl2,
Hg2Cl2
Cloruros insolubles en
HCl diluido.
II
(Grupo del
cobre y del
arsénico)
H2S en
presencia de
HCl diluido
Hg
++
, Pb
++
, Bi
3+
,
Cu++
, Cd++
,
Sn
++
, As
3+
,
Sb
3+
, Sn
4+
HgS, PbS, Bi2S3,
CuS, CdS, SnS,
As2S3, SnS2
Sulfuros insolubles en
HCl diluido.
III A
(Grupo del
Hierro)
IIIB
(Grupo del
cinc)
NH4OH en
presencia de
NH4Cl
(NH4)2S en
presencia de
NH4OH Y
NH4Cl
Al3+
, Cr3+
, Fe3+
Ni
++
, Co
++
,
Mn
++
, Zn
++
Al(OH)3,
Cr(OH)3,
Fe(OH)3
NiS, CoS, MnS,
ZnS
Hidróxidos precipitables
por NH4OH en
presencia de NH4Cl
Sulfuros precipitables
por (NH4)2S en
presencia de NH4Cl.
IV
( Grupo del
calcio)
(NH4)2CO3 en
presencia de
NH4OH y NH4Cl
Ba
++
, Sr
++
, Ca
++
BaCO3, SrCO3,
CaCO3
Carbonatos
precipitables por
(NH4)2CO3 en presencia
de NH4Cl.
V
(Grupo de los
metales
alcalinos)
Sin reactivo de
grupo
Mg
++
, Na
+
, K
+
,
(Li
+
), NH

4
Sin precipitado
de grupo
Iones que no precipitan
en los grupos
anteriores.

16. MARCHA ANLÍTICA
DE LOS CATIONES

19. REACTIVOS QUIMICOS .
Se clasifican en generales y específicos

20. SE PUEDE CAMBIAR LA SELECTIVIDAD DE UN REACTIVO
POR TRES DIFERENTES MÉTODOS:
POR VARIACIÓN DEL PH
Ej. El H2S es un reactivo general que a pH neutro o básico origina
precipitados con casi todos los cationes del Sistema Periódico
POR CAMBIO DEL ESTADO DE OXIDACIÓN
Ej. el catión Ni2+ origina un compuesto coloreado de color
rosado con dimetilglioxima, pero si tenemos en el medio Fe2+
con dimetilglioxima genera un color rosado rojizo

21. ENMASCARAMIENTO DE CATIONES
Ej. el Cu2+ y Cd2+ son dos cationes muy
semejantes; sin embargo, se pueden
identificar.

22. CLASIFICACIÓN DE LOS ANIONES.
• La clasificación de los aniones se basa, en la mayoría de los
casos, en la distinta solubilidad de las sales de bario y de plata
de los correspondientes ácidos.
• Dicha clasificación no es estrictamente establecida pues
muchos autores subdividen los aniones en un número distinto
de grupos partiendo de otras propiedades. Teniendo en cuenta
esto, los aniones se clasifican en tres grupos (Tabla2).
• Los aniones del Primer Grupo forman con el Ba2+ sales poco
solubles en agua.
• Los aniones del Segundo Grupo precipitan con el ion Ag+ en
una solución nítrica débil, puesto que las sales de plata por
ellos formados son insolubles en HNO3 diluido (2N).
• Los aniones del Tercer Grupo la característica principal es la
solubilidad de las sales correspondientes de bario y plata,
debido a lo cual ni el AgNO3 ni el BaCl2 hacen precipitar los
aniones de este grupo.

23. Tabla 2. Clasificación de los aniones.
Grupo Reactivo de
grupo
Aniones que forman el grupo Característica
del grupo
I
BaCl2 en una
solución neutra o
débilmente alcalina
SO

2
4 (Sulfato); SO

2
3 (Sulfito);
S2O

2
3 (Tiosulfato); CO

2
3 (Carbonato);
PO

3
4 (Fosfato); AsO

3
4 (Arseniato);
AsO

3
3 (Arsenito); BO

2 (Borato);
B4O

2
7 (Tetraborato); CrO

2
4 (cromato);
Cr2O

2
7 (dicromato); F¯
(Fluoruro);
SiO

2
3 (Silicato); C2O

2
4 (Oxalato) y otros
Las sales de bario
son poco solubles en
agua
II AgNO3 en presencia
de HNO3 2N
Cl¯
(Cloruro); Br¯
(Bromuro); I¯
(Ioduro);
S
2¯
(Sulfuro); SCN
¯
(tiocianato);
[Fe(CN)6]
4¯
{(Hexacianoferrato (II)};
[Fe(CN)6]3¯
{(Hexacianoferrato(III)};
CN¯(Cianuro); BrO

3 (Bromato);
IO

3 (Yodato); ClO¯
(Hipoclorito) y otros
Las sales de plata
son poco solubles en
agua y HNO3 diluido
III No existe reactivo
de grupo
NO

3 (Nitrato); NO

2 (Nitrito);
CH3COO¯(Acetato); ClO

3 (Clorato);
MnO

4 (Permanganato) y otros
Las sales de bario y
de plata son solubles
en agua