Análisis gravimétrico y precipitación
El análisis gravimétrico es una de las técnicas más antiguas y exactas de la química analítica. El procedimiento consiste en convertir la sustancia de interés en un sólido insoluble de composición conocida, filtrarlo, secarlo y pesarlo. Con la estequiometría se calcula cuánto había en la muestra original.
Los pasos del método
- Se pesa la muestra y se disuelve.
- Se agrega un reactivo precipitante en exceso, para que todo el ion de interés precipite.
- Se filtra el precipitado, se lava para quitar impurezas y se seca o se calcina hasta peso constante.
- Se pesa el precipitado y se calcula la cantidad del ion o elemento buscado.
Un buen precipitado debe ser muy poco soluble, fácil de filtrar y de composición exactamente conocida. El cloruro de plata (AgCl) y el sulfato de bario (BaSO4) son los ejemplos clásicos.
Ejemplo 1: cloruro en una muestra
Una muestra de 0.5000 g que contiene cloruro se disuelve y se trata con nitrato de plata en exceso. Se obtienen 1.2000 g de AgCl seco. ¿Qué porcentaje de cloro tiene la muestra?
Ag+(aq) + Cl−(aq) → AgCl(s)
- Moles de AgCl: 1.2000 g ÷ 143.32 g/mol = 8.373 × 10−3 mol
- Relación 1 : 1: 8.373 × 10−3 mol de Cl
- Masa de Cl: 8.373 × 10−3 × 35.45 = 0.2968 g
- Porcentaje: 0.2968 ÷ 0.5000 × 100 = 59.36 % de cloro
Como el NaCl puro tiene 60.66 % de cloro, esta muestra podría ser sal de mesa con un poco de humedad o de otras sustancias.
El factor gravimétrico
Los pasos 1 a 3 se pueden resumir en un solo número, el factor gravimétrico, que convierte la masa del precipitado en la masa de lo que buscas:
factor = (masa molar de lo buscado × a) ÷ (masa molar del precipitado × b)
donde a y b son los números que igualan los átomos del elemento común. Para Cl en AgCl, el factor es 35.45 ÷ 143.32 = 0.2473: cada gramo de AgCl contiene 0.2473 g de cloro. Para Fe en Fe2O3 es (2 × 55.845) ÷ 159.687 = 0.6994, porque cada óxido tiene dos hierros.
Ejemplo 2: azufre en un fertilizante
Una muestra de 0.3000 g de fertilizante se disuelve; el azufre, presente como sulfato, se precipita con cloruro de bario y se obtienen 0.4668 g de BaSO4.
Ba2+(aq) + SO42−(aq) → BaSO4(s)
Factor para S en BaSO4: 32.06 ÷ 233.39 = 0.1374. Masa de S: 0.4668 × 0.1374 = 0.06413 g. Porcentaje: 21.4 % de azufre, muy cerca del 24.3 % del sulfato de amonio puro; la diferencia indicaría que el producto contiene un relleno inerte.
Cuánto precipitante agregar
También se puede calcular el volumen de reactivo necesario. ¿Cuántos mililitros de AgNO3 0.100 M hacen falta para precipitar todo el cloruro de 25.0 mL de NaCl 0.150 M?
- Moles de Cl−: 0.0250 L × 0.150 = 3.75 × 10−3 mol
- Relación 1 : 1: 3.75 × 10−3 mol de Ag+
- Volumen: 3.75 × 10−3 ÷ 0.100 = 0.0375 L = 37.5 mL
En la práctica se agrega algo más, por ejemplo 40 mL, para asegurar el exceso.
Fuentes de error
- Precipitado húmedo: pesa de más y el porcentaje sale alto. Se seca hasta peso constante.
- Coprecipitación: otros iones quedan atrapados en el sólido. Se reduce precipitando lento y en caliente.
- Pérdidas al filtrar o lavar: el porcentaje sale bajo.
- Luz: el AgCl se descompone poco a poco con la luz y se oscurece; se trabaja lejos de la luz directa.
Resuelve el cálculo estequiométrico de cualquier precipitación
Calculadora de estequiometría