DOC_APOY_DPE_Cu_Ni_tea_2011_I_13706

Universidad Nacional Autónoma de México
Facultad de Química
Química analítica III
Dr. Alejandro Baeza Reyes
Tarea 04. Diagramas generalizados pe = f(pH)pM.pL. Mezcla de Ni(II) y Cu (II).
Se pretende separar una mezcla de cationes metálicos en disolución: níquel(II) y
cobre(II), por medio de la imposición de pH y pL, siendo el ligante la trietanolamina. Para esto,
se sabe que la trietanolamina (L) forma complejos con el níquel(II) y cobre(II), dichos
compuestos forman complejos mixtos con el ión hidróxido del tipo M(HO)iL j Tabla1.
logβ1 log K HO
pKS
log K HO
log K HO
M HO 2 L
M HO 3 L
M HO L
2+
Cu
4,4
8,3
6,7
2,7
18
2+
Ni
2,7
5,3
1,6
1,3
14
pKa(HL+/L) = 7,8
Tabla1. Logaritmos de las constantes de formación acumulativas (βj), formación sucesiva de complejos
mixtos (𝐾𝑀𝐻𝑂𝐻𝑂 𝑖 𝐿𝑗 ), solubilidad del hidróxido metálico (K S ) y acidez para la trietanolamina (Ka).
Dichos complejos mixtos funcionan como pares ácido base, por tal pueden ordenarse en
un DUZP 1 en función del pH. Para la cual necesitamos calcular las constantes de acidez de cada
par ácido base Ecuación1.
MHO L 
MHO L   H 


MHO L   HO  MHO L   K
MHO L   H   K

K


  

MHO L 
z i
K MHO  Lz i
HO
i
K HO
M HO
z i
i
z i1
z i1

i1
i1
z i
z i
iL
w

i

i
z i1
i1
w
a M HO i1Lz i1
pK a MHO i1Lz i1   pK w  log K HO
M HO  Lz i
i
Ecuación1.
De la deducción anterior y los valores de las constantes (Tabla1) se obtuvieron los pKa’s
(Tabla2) usados elaborar los DUZP de los complejos mixtos del níquel(II) y cobre(II) Figura1.
1
Diagrama unidimensional de zonas de predominio.
Elí Sánchez González
Ciudad Universitaria a 25 de marzo de 2010
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Universidad Nacional Autónoma de México
Facultad de Química
Cu2+
pK a MLz   5,7
pK a MHO 1Lz 1  7,3
pK a MHO 2 Lz 2  11,3
Ni2+
8,7
12,4
12,7
Tabla2. Logaritmos negativos de las constantes de acidez para los pares ácido base de los complejos mixtos del
níquel(II) y cobre(II).
CuL2+
Cu(HO)L+
7,3
5,7
Cu(HO)3L-
Cu(HO)2L
11,3
Ni(HO)L+
NiL2+
8,7
Ni(HO)2L Ni(HO)3L+
12,4
12,7
pH
pH
Figura1. DUZP’s de los complejos mixtos el níquel(II) y cobre(II) en función del pH.
Se sabe que la concentración inicial de los cationes metálicos mencionados es: 0,10 M
para el níquel(II) y 0,01 mol/L para el cobre(II), con lo cual podemos calcular el pH de inicio de
precipitación con el ión hidróxido y elaborar el respectivo DUZP para cada catión Figura2.
Cu2+
Cu(HO)2↓
pH
6,0
Ni2+
Ni(HO)2↓
pH
7,5
HL
+
L
pH
7,8
Figura2. DUZP’s de los precipitados de hidróxido del níquel(II) y cobre(II) en función del pH de acuerdo al C 0
correspondiente, y las especies con propiedades ácido base del ligante.
Además de los equilibrios ácido base correspondientes a los DUZP antes realizados, se
tiene la formación de los complejos a partir del catión libre expresada en un DUZP en función
del pL Figura3.
CuL2+
Cu2+
4,4
pL
NiL2+
Ni2+
2,7
pL
Figura3. DUZP’s de los complejos con L del níquel(II) y cobre(II) en función del pL.
Elí Sánchez González
Ciudad Universitaria a 25 de marzo de 2010
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Universidad Nacional Autónoma de México
Facultad de Química
A partir de los DUZP antes elaborados y aplicando la estrategia de trazo rápido se
obtuvo el DPE 2 pL’ = f(pH) para el níquel(II) y cobre(II) Figura4.
Cu(HO)2↓
pL’
5
Cu++
4
Ni(HO)2↓
3
Ni++
2
1
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
pH
-1
-3
CuL++
-4
-5
CuHOL+
-2
NiL++
Cu(HO)2L
NiHOL+
Cu(HO)3LNi(HO)3LNi(HO)2L
Figura4. DPE del níquel(II), cobre(II) y sus complejos mixtos con trietanolamina (L) y el ión hidróxido.
Una vez que se tiene el DPE se puede diseñar el esquema de separación Figura5.
Mezcla de cationes Ni(II) y Cu(II)
pL = 1
Φlíquida
Ni(HO)3L- (0,01%)
Cu(HO)3L- (99,99%)
pH = 13
Φsólida
Ni(HO)3↓ (99,99%)
Cu(HO)2↓ (0,01%)
Figura5. Esquema de separación para una mezcla de Ni(II) y Cu(II), por imposición de pL y pH.
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Diagrama de predominio de especies.
Elí Sánchez González
Ciudad Universitaria a 25 de marzo de 2010
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