Pirofosfato De Mg.docx 1t6415

DETERMINACIÓN DE MAGNESIO

Laboratorio de Análisis instrumental 1

1 OBJETIVOS 1.1

Precipitar el magnesio como pirofosfato magnesiano, que es la forma precipitada de

MgO. 1.2

Analizar el contenido de magnesio como oxido de magnesio en el cemento.

2 PRINCIPIO DEL MÉTODO Para la determinación del magnesio hay diferentes métodos, el método de fosfato es el más exacto, aunque no es el más rápido, no tiene mayores elementos de interferentes, salvo el fosforo arsénico y bario. El vario se elimina fumando como ácido sulfúrico y como el arsénico y el fosforo, por lo general, se encuentran en pequeñas cantidades no interfieren mayormente. El método del fosfato consiste en que el magnesio precipita con fosfato diamonico formando el fosfato de magnesio amoniacal de color blanco, luego de calcina de 1000 a 1100 º C el que se convierte en pirofosfato de magnesio, cuyas reaccione químicas se indican a continuación.

MgCl ₂+ ( N H ₄ ) H PO ₄↔ Mg ( NH ₄ ) PO ₄+ NH ₄Cl+ HCl Cloruro de magnesio + fosfato diamonico ↔ amonio fosfato(V) de magnesio + cloruro de amonio + ácido clorhídrico 2 Mg ( N H 4 ) PO 4 +calor ↔ P2 M g 2+ H 2 O+2 N H 3 Amonio fosfato(V) de magnesio

↔ pirofosfato de magnesio + agua + amoniaco 1

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3. GENERALIDADES Los minerales importantes de magnesio son MgCO 3 (magnesita), MgSO4.7H2O (epsomita), MgCl2.6H2O (carnalita), H2Mg3(SiO3)4 (talco) y CaMg3(SiO3)4 (asbesto). En aguas de manantial existe cloruro magnésico, así como en pequeñas cantidades en el agua de mar; el metal magnesio se obtiene comercialmente de estas fuentes. El metal y sus aleaciones constituyen productos comerciales importantes. La composición química en el cemento arroja un contenido entre 0.5-5.5% de MgO. La determinación gravimétrica del magnesio por separación como fosfato amónico magnesiano exige una eliminación previa de iones oxalatos y amonio tratando la solución con HNO3 concentrado y evaporando a sequedad. Las reacciones de descomposición son: C2O4 -- + 2 NO3 - + 4 H + NH4 + +

NO3 -

2CO2

+ 2 NO2

+ 2 H2O

2H2O + N2O

Se realiza la precipitación partiendo de una disolución de ion magnesio que contiene HCl concentrado en unos 150 ml de solución. Se añade exceso de fosfato diamónico y luego hidróxido de amonio con agitación intensa. La mezcla dejar en reposo al menos cuatro horas en frio (mejor toda la noche) antes de la filtración. 4. EQUIPO  Balanza analítica  Plancha eléctrica  Desecador  Horno mufla o soplete  Crisol de porcelana 1. MATERIAL DE VIDRIO  Vasos de precipitados de 250ml  Probeta de 10ml  Vagueta  Embudo  Papel filtro cuantitativo 2

2.       3.

REACTIVOS Cemento portland (muestra) Ácido clorhídrico concentrado Fosfato di amónico ( N H 4 )2 H PO 4 al 10 Hidróxido de amonio cc Solución de hidróxido de amonio (1:10) Fenolftaleína PROCEDIMIENTO



Se emplea la solución del filtrado de la determinación del calcio.

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Figura N°1: Solución del filtrado de la determinación de calcio Fuente: Elaboración propia



Se evapora la solución a sequedad y luego se calcina suavemente para expulsar las sales amoniacas y se deja enfriar.

3

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Figura N°2: Solución del filtrado llevado a ebullición para una evaporación parcial Fuente: Elaboración propia 

Se acidula con ácido clorhídrico concentrado (5ml de HCl), llevar a ebullición.

Figura N °3: solución del filtrado con ácido clorhídrico (medio acido) Fuente: Elaboración propia

 

Dejar enfriar la solución. Preparar fosfato di amoníaco ( N H 4 )2 H PO 4 al 10 .

4



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Figura N°4: preparación de fosfato di amoníaco ( N H 4 )2 H PO 4 al 10 Fuente: Elaboración propia  

Agregar 0.5ge o 5ml de fosfato di amoníaco ( N H 4 )2 H PO 4 al 10 y agitar. Alcalinizar la solución con hidróxido de amonio gota a gota hasta que tome un color amarillo, luego se añade un exceso y dejar en re3poso por más de tres horas de preferencia más de un día.

Figura N °5: Solución resultante con hidróxido de amonio (medio básico) Fuente: Elaboración propia  

Filtrar el precipitado fosfato de magnesio amoniacal Mg ( N O4 ) P O 4 Depositar el papel filtro más precipitado a un crisol de porcelana previamente



pesado y calcinar en una mufla de 1000 a 1100°C. Retirar el crisol de la mufla enfriar y pesar.

5. RESULTADOS Y COMENTARIOS

5

P 2 O 7 M g 2=

Peso de P2 O7 M g2 x 100 Peso de muestra

P 2 O 7 M g 2=

0.0183 0.5000

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P2 O7 M g 2=3.12

Tabla Nro. 1 Datos y Resultados Información requerida Peso muestra Peso de crisol Peso crisol + calcinado Peso Calcinado P2 O 7 M g 2

Peso (g) 0.5000 53.6053 53.6233 0.0183 3.12

Tabla Nro. 2 Requisitos químicos

Fuente: NORMA TÉCNICA PERUANA NTP 334.009 

El porcentaje obtenido de pirofosfato de magnesio mediante la calcinación fue de un valor



según los resultados de la tabla 1.

Durante la determinación de % de

P2 O7 M g2

se realizó eficazmente sin

pérdida de muestra con un periodo de precipitación de una semana 

Algunos errores y dificultades involucrados en la determinación de las cenizas en seco son: la pérdida de ceniza debido a la intensidad con que arde en el momento de quemar la muestra y el cambio gradual en las sales minerales con el 6

calor; lo cual puede ocasionar pérdida de la muestra y fusión del carbón a partes Laboratorio de Análisis instrumental 1

no oxidadas atrapadas de la muestra. 

El % obtenido de

P2 O 7 M g2 =3.12 % contenido en la muestra de cemento

Portland 0.5000 de muestra para análisis, que será el porcentaje de MgO 6. CUESTIONARIO 6.1.- ¿Cuál es el fundamento del método del fosfato para la determinación gravimétrica del magnesio? El método de fosfato para la determinación gravimétrica del magnesio tiene como principio determinar el porcentaje de magnesio en una muestra y su pureza ,agregando algunos reactivos como el HCl (ácido clorhídrico), fenolftaleína, NH4H2PO4 (fosfato de amonio), NH3 (amoniaco),para conseguir la precipitación del magnesio de la muestra como MgNH4PO4.Posteriormente se separa el precipitado del decantado, se filtra y se calcina .Proceso en general formación de la solución, precipitación, digestión, filtrado, lavado, calcinación, peso y calculo. 6.2.-Determine los factores de conversión para convertir el pirofosfato de magnesio a oxido de magnesio y magnesio respectivamente NH (¿¿ 4 )2+ H PO 4 2+¿+ ¿ Mg2 P2 O7 +2 NH 3 +7 H 2 O→ MgN H 4 .6 H 2 O → Mg ¿ 

El óxido de magnesio se obtiene por tratamiento de cloruro de magnesio MgCl 2+CaO → Mg ( OH )2+ CaCl2 Mg ( OH )2 → MgO + H 2 O

Factor de conversión MgO MgO=

peso de calcinado Mg2 P2 O7 2 MgO Peso muestra Mg2 P2 O7

(

Factor de conversión Mg 7

)

Mg=

peso de MgO Mg peso de pirofosfato de magnesio MgO

(

)

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6.3.-Además del método del fosfato indique otros métodos para determinar el magnesio. Métodos químicos o clásicos: Basados en reacciones químicas (o equilibrio químico): 1. Análisis gravimétrico: El cual puede ser directo, indirecto o de volatilización. Tipos de análisis gravimétrico Gravimetría por precipitación Los análisis gravimétricos de precipitación involucran las siguientes operaciones: 1. Disolución del analito. 2. Precipitación. Agentes precipitadores:  Agentes precipitadores específicos: reaccionan con una sola especie química.  Agentes precipitadores selectivos: reaccionan con un número limitado de especies Químicas. Mecanismo de formación de precipitados Existen dos vías distintas de formación de precipitados: a. Nucleación: muy pocos iones, átomos o moléculas se juntan para formar partículas sólidas estables. b.

Crecimiento de las partículas: es el crecimiento de núcleos ya existentes

Gravimetría por volatilización El analito se volatiliza a una temperatura adecuada. El producto volátil se recoge y se pesa o se determina de manera indirecta la masa del producto por la pérdida de masa en la muestra. 8

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Tipos de métodos por volatilización a) El aplicado para el agua: esta es eliminada cuantitativamente de muchas muestras inorgánicas por secado. En la determinación directa se recoge en cualquiera de los distintos sólidos desecantes y su masa se determina a partir de la masa ganada por el desecante. En el método indirecto la cantidad de agua se determina por la pérdida de masa de la muestra durante el calentamiento. b) El aplicado para el CO2: al igual que el análisis directo para el agua, la masa de CO2 se determina por el aumento en la masa de un sólido absorbente. Método por electrodeposición Este método se basa en la deposición sobre un electrodo de un compuesto de relación conocida con el analito que se requiere cuantificar. La cuantificación se realiza mediante la diferencia de peso que se produce en los electrodos antes y después de realizar una reacción redox en la solución problema, que ocasiona la precipitación del analito o de un compuesto formado por el mismo. 2. Análisis volumétrico: el cual puede ser de equilibrios: ácido-básico, redox, de solubilidad o

precipitación y de formación de complejos.

3. Métodos fisicoquímicos o instrumentales, basados en interacciones físicas: - métodos espectrométricos - métodos electroanalíticos - métodos cromatográficos 6.4.-Cuáles son los principales interferentes del presente laboratorio. Al realizar la práctica de la determinación del magnesio, se pudo observar que uno de los interferentes de esta práctica pudo ser al añadir las gotas de hidróxido de sodio y en el procedimiento de filtración ya que esto puede causar variaciones en nuestro resultado.

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7. PROBLEMAS:

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7.1. En una muestra de 100 ml de agua natural se determinó el contenido de

magnesio mediante la precipitación del catión magnesio como

NH Mg( ¿¿ 4) PO 4 ¿

. El precipitado se filtró, se lavó y se calcino en un crisol cuya masa, vacío, fue de P2 O7 Mg2

16.6312 g. La masa del crisol más el

fue de 16.7134 g. Calcular la

concentración de magnesio en partes por millón. Solución: 4 N H ¿ +Calor---------------- P O Mg + H O+ 2 N H 2 7 2 2 3 ¿ 2 Mg ¿ Masa de crisol=16.6312 g . masa de crisol + P2 O7 Mg 2=16.7134 g . masa de P2 O7 Mg 2=0.0822 g .

Mediante formula de gravimetría: Masa Ca=Masa P 2 O7 Mg2 (

PM Mg )F PM P2 O7 Mg2 g

Donde Fg es el factor gravimétrico 2 Mg 1 P2 O7 Mg 2

g Mg mol Mg Masa Mg=0.0822 g P2 O7 Mg 2 g PM P2 O7 Mg2 222.6 mol PM P2 O7 Mg 2

(

24.32

−3

Masa Mg=8.9807 x 10 g .

10

)

P O Mg ( 1 molPM ) 1 mol Mg 2

7

2

ppm=

Masade Mg 6 ×10 Masa de muestra

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ppm=89.807 ppm

7.2. La concentración de magnesio en aproximadamente de 10mM ¿Cuál es la masa de oxido de magnesio y la concentración en partes por millón? Solucion:

(

10∗10−3 molCa 10∗10 M = 1L −3

g g =0.2432 )( 124.32 ) molMg L

24.32 g Mg ---------------- 40.32 g MgO 0.2432g Mg

--------------- X

X= 0.4032g

MgO

3 [ ppm ] = 0.4032 g MgO 1∗10 mg =403.2 ppm

(

1L

)(

)

1g

7.3.-Una muestra de 2.250 g se analizó mediante el método gravimétrico en el cual se obtuvo 0.135 g de pirofasto de magnesio. Determina el porcentaje (p/p) de magnesio. Solución: Peso del

P2 O7 Mg2

= 0.135g

Mg:? Peso molecular del

P2 O 7 Mg2

: 222.6 g/mol

Peso molecular del Mg: 24.32g/mol

gr gr Mg−−−−−−222 , 6 P O Mg mol mol 2 7 2 Xg Mg−−−−−−−−0 . 135 gr P2 O7 Mg 2 XgMg=0 . 0147 gr

24 . 32

2.250 gr−−−−−−100 0 .01417 gr Mg−−−−−−−−X X Mg=0 .62 11

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8. BIBLIOGRAFIA: - Yolanda Vargas, Jaime Camargo. (2012). PRÁCTICAS DE LABORATORIO DE ANÁLISIS QUÍMICO I. ESCUELA DE QUÍMICA FACULTAD DE CIENCIAS UNIVERSIDAD -

INDUSTRIAL DE SANTANDER Arthur I. Vogel; " Química analítica cuantitativa teoría y práctica"; Vol I; Versión castellana; Editorial Kapelusz; buenos aires; pp.

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