Separación e identificación de cationes metálicos por cromatografia en papel

La cromatografía en papel es una de las técnicas cromatográficas más antiguas y básicas, aunque aún con mucho potencial. La mayoría del trabajo de los científicos e ingenieros consiste en la separación rutinaria de mezclas y la identificación de sus componentes. La habilidad de identificar cualitativamente las sustancias presentes en una muestra puede ser critica. Un ejemplo se encuentra en la química ambiental, donde se desea conocer los iones tóxicos que pueden estar presentes en una muestra de agua subterránea.

Fundamentación de la cromatografia en papel

La cromatografía en papel es una de las primeras herramientas para la separación e identificación de sus componentes. En esta técnica, muchas clases de mezclas pueden ser separadas en sustancias puras y comparando con una muestra estándar, cada sustancia puede ser identificada de manera tentativa.

Existen muchos tipos de cromatografía, todas diseñadas para separar tipos específicos de mezclas. En general, la cromatografía consiste en una fase móvil (liquida o gaseosa) es empujado a través de una fase estacionaria. Algunos de los tipos de cromatografía son; cromatografía de gases, cromatografía liquida, cromatografía en papel y cromatografía en capa delgada (TLC).

La identificación tentativa de los componentes puede realizarse a través de la comparación de mezclas con sustancias desconocidas y mezclas preparadas a partir de sustancias conocidas: si un componente conocido tiene el mismo índice de retención que un componente desconocido bajo las mismas condiciones, es probable (aunque no necesariamente concluyente) que los dos sean el mismo compuesto.

En este experimento, se aplicarán principios similares para separar cationes metálicos a través de cromatografía en papel. Los iones metálicos Ag+, Fe3+, Co2+, Cu2+, y Hg2+ tienen diferentes solubilidades en la fase móvil (ácido clorhídrico con alcohol etílico y butílico) y se desplazaran a distintas velocidades en el papel. Las distintas solubilidades de los iones metálicos se deben probablemente a la formación de diversos compuestos con el ion cloro y su diversa solubilidad en los solventes orgánicos.

La distancia que recorre el ion puede ser empleada para la identificación de este, sin embargo, ya que se estudiarán distintas condiciones, se obtendrán diferentes distancias para un mismo ion. Para solucionar este inconveniente se relacionará la distancia recorrida por el ion (D) con la distancia recorrida por el frente del solvente (F) dando un valor característico que es similar en diversas condiciones de cromatografía. Este valor es llamado factor de retención Rf.

 

Indice de retención

Materiales

  • Papel de cromatografía
  • Beaker de 600 mL
  • Pinzas metálicas o plásticas
  • Regla
  • Tubos capilares

Reactivos

  • Soluciones 0.1 M de los siguientes compuestos: nitrato de plata (AgNO3), Nitrato de mercurio (II) (Hg(NO3)2), nitrato de hierro (III) (Fe(NO3)3), Nitrato de cobalto (II) (Co(NO3)2) y nitrato de cobre (II) (Cu(NO3)2).
  • Solución eluyente (acido clorhídrico 0.1 M, alcohol etílico y alcohol butílico 3:3:3)
  • Solución reveladora (solución de ioduro de potasio (KI) y ferrocianuro de potasio (K4[Fe(CN)6])
  • *Solución mezcla de iones realizadas con las mezclas de las soluciones 0.1 M (1:1:1:1:1)
  • *Solución problema desconocida conteniendo entre 1 o 4 cationes trabajados

* Las soluciones mezcla y desconocidas serán realizadas por el tutor encargado de la practica para uso de los estudiantes.

Procedimiento

Preparación del cromatograma

Tomar un trozo de papel de cromatografía en papel con las dimensiones mostradas en la figura y realizar las marcas mostradas empleando lápiz y regla (incluyendo las marcas para colocar las muestras a analizar)

Papel para cromatografia
Papel para cromatografia

Practicar la siembra de las muestras empleando un tubo capilar en un papel de filtro hasta obtener habilidad para hacerlo de manera correcta. La solución se siembra tomando una pequeña cantidad de liquido en el capilar y tapando el extremo superior del mismo con el dedo y tocando suavemente la superficie del papel, dejando que solo la cantidad que se difunde por capilaridad quede en el papel. Las siembras deben tener un diámetro entre 5 a 8 mm. Una muestra con mayor tamaño se expandirá de manera excesiva y puede dificultar el análisis de los resultados.

Las soluciones conocidas se sembrarán al lado izquierdo del papel en cada marca realizada en la línea de inicio. Se deben anotar que solución se siembra en cada marca para tener un registro adecuado para el análisis. Se debe evitar usar el mismo capilar para distintas muestras ya que se contaminarían las soluciones y las siembras, es recomendable usar un capilar y descartarlo para la siguiente siembra.

Para la solución mezcla repetir el procedimiento y sembrar tres veces en el mismo punto para asegurar una cantidad suficiente de solución. Dejar secar el punto entre cada aplicación.Para el caso de la solución problema o desconocida, sembrar en dos puntos al extremo derecho del papel de cromatografía en las marcas. Realizar la siembra 2 y cuatro veces en el mismo sitio ya que dichas soluciones son más difíciles de eluir. Dejar secar el punto entre cada aplicación.

Desarollo del cromatograma

Con la ayuda de un trozo de cinta adhesiva, formar un cilindro conectando los extremos cortos del papel de cromatografía, evitando que los extremos se toquen.

Colocar 15 mL de solución eluyente en el beaker de 600 mL y mojar cuidadosamente las paredes inclinando el beaker. Evitar respirar los vapores de la solución.

Colocar el cilindro de papel cromatografico con las marcas hacia abajo y procurar que las marcas de siembra queden por encima del nivel de la solución. También se debe evitar que el papel de cromatografía no toque la pared del beaker. Tapar cuidadosamente el beaker con un plástico y dejarlo en una campana de extracción por 75 a 90 minutos (observar que el frente del solvente no sobrepase la altura del papel).

Revelado del cromatograma

Cuando el tiempo de elución se complete, retirar cuidadosamente el papel del beaker y dejar que el exceso de solución gotee. Retirar la cinta y colocar el papel sobre un paño absorbente. Rápida y cuidadosamente marcar la línea del frente de solvente con un lápiz. Dejar secar el papel cromatografico en la campana.

Una vez el papel esté seco, sumergirlo brevemente en la solución reveladora que debe estar en una tina amplia y poco profunda, retirarlo y dejar gotear el exceso de solución reveladora. Colocarlo sobre un paño seco y limpio.

Buscar las marcas para las trayectorias de las soluciones conocidas y anotar el color desarrollado. Se debe realizar esto con rapidez pues algunas marcas pueden desaparecer con el tiempo. Cuidadosamente medir la distancia recorrida por las marcas tomando como referencia el centro de la marca. Anotar las observaciones y resultados. Medir la distancia recorrida por el frente del solvente y calcular el índice de retención para cada ion.

Para la mezcla, calcular el índice de retención para cada ion en esta línea. Los valores deben ser cercanos a los obtenidos para los iones individuales. Para las muestras desconocidas calcular los índices de retención para las marcas que aparezcan. Con base a los datos obtenidos de las soluciones conocidas, se pueden identificar los iones presentes en la solución desconocida o problema.

Después del experimento

Con base a los índices de retención obtenidos, identificar los iones presentes en la solución desconocida o problema trabajada. Realizar una tabla relacionando el índice de retención de los iones conocidos tanto en solución pura como en mezcla. Calcular el porcentaje de diferencia entre los índices de retención para cada ion.

Con la información relacionada, determinar cuáles iones están presentes en la solución desconocida o problema.

Con base a las soluciones empleadas en la práctica, así como las sustancias presentes en las soluciones eluyente y reveladora, teorizar que compuestos se forman al momento de generar el cromatograma y de revelarlo. Según la literatura ¿Qué colores toman dichos compuestos? ¿coinciden con los colores obtenidos?

Recomendaciones de seguridad

En el presente experimento se utilizan soluciones alcohólicas altamente volátiles, no se deben aspirar sus vapores. En todo momento se deben utilizar los elementos de seguridad básicos en el laboratorio de química (bata de laboratorio, guantes, gafas de seguridad y demás que sean exigidos por las normas internas, locales o nacionales. Los residuos generados por la practica deben ser dispuestos de manera adecuada según las normas de laboratorio y las normas locales y nacionales respectivas.

Mayor información

Paper Chromatography- Separation and Identification

Clasificación

Nivel: Universitario

Tipo: Practica de enseñanza

Riesgo: Medio