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Encontramos de forma natural trazas de muchos metales pesados en el suelo. Sin embargo, ciertas actividades industriales modernas también liberan metales pesados como contaminantes. Por ejemplo, las fuentes de metales pesados pueden ser los plásticos, las tuberías de agua, las plantas de procesamiento, los fertilizantes y las pinturas. Estos contaminantes se filtran en nuestras aguas residuales y, si no tenemos cuidado, acaban en el medio ambiente. Allí pueden dañar la vida animal y vegetal, y llegar a nuestros propios sistemas de agua potable. Si sus niveles aumentan demasiado, las consecuencias pueden ser fatales2.
Para ayudar a mantenernos a nosotros mismos y al mundo que nos rodea a salvo de la intoxicación por metales pesados, eliminamos determinados metales pesados de las aguas residuales. A menudo se hace utilizando hidróxido de sodio. El hidróxido de sodio hace que muchos iones metálicos precipiten fuera de la solución, y es la base de la prueba del hidróxido de sodio para cationes.
- Este artículo trata sobre la prueba del hidróxido de sodio en química.
- Empezaremos explorando cómo funciona la prueba del hidróxido sódico y por qué la utilizamos.
- Luego examinaremos más detenidamente la prueba del hidróxido sódico para los iones metálicos, junto con sus resultados y colores.
- Por el camino, aprenderás por qué algunos metales no pueden identificarse mediante la prueba del hidróxido sódico.
- Para terminar, te enseñaremos a escribir ecuaciones de la prueba del hidróxido de sodio.
¿Qué es la prueba del hidróxido sódico?
La prueba del hidróxido sódico es una técnica analítica utilizada para identificar iones positivos en disolución.
En el artículo Análisis químico, aprendiste que el análisis químico desempeña un papel importante en nuestras vidas. Se utiliza en todo tipo de campos, desde la medicina y la criminología hasta las ciencias medioambientales y la producción, para identificar productos, reducir la contaminación y garantizar la seguridad. Un tipo de técnica analítica es la prueba del hidróxido de sodio. Esta prueba se utiliza para detectar iones positivos (también conocidos como cationes) en solución.
La prueba del hidróxido de sodio funciona gracias a una reacción de precipitación. El hidróxido de sodio (NaOH) se disuelve en la solución para formar iones de sodio (Na+) e iones de hidróxido (OH-). Los iones hidróxido reaccionan con los cationes disueltos para formar una sal iónica de hidróxido, que precipita fuera de la solución. Estos precipitados varían en color y solubilidad, por lo que nos dan algunas pistas sobre la identidad del catión desconocido.
Prueba del hidróxido de sodio: Ventajas e inconvenientes
La prueba del hidróxido sódico es relativamente barata y sencilla de realizar. Sin embargo, tiene sus inconvenientes. ¿Se te ocurre alguno?
Por ejemplo:
- La prueba del hidróxido de sodio no es tan exacta, sensible ni precisa como los métodos instrumentales de análisis químico, como la espectroscopia de emisión de llama.
- La prueba del hidróxido de sodio no puede utilizarse en muestras traza y no es tan útil para determinar la concentración.
- También puede dar resultados ambiguos.
- Por ejemplo, la prueba del hidróxido de sodio da resultados similares para varios cationes diferentes, lo que significa que tienes que realizar más pruebas para determinar su identidad.
- En teoría, podrías medir la masa del precipitado formado y utilizarla para calcular los niveles de cationes de la solución. Sin embargo, se trata de un procedimiento complicado, con muchas posibilidades de error. En consecuencia, la prueba del hidróxido sódico se utiliza mejor cualitativamente, no cuantitativamente.
- Por otra parte, como la prueba es sólo cualitativa, no tienes que preocuparte de medir la muestra y los reactivos con una precisión del 100%.
Prueba del hidróxido de sodio: Prueba de los cationes metálicos
Solemos utilizar la prueba del hidróxido sódico para identificar los cationes metálicos. Puede ayudarnos a detectar los siguientes iones metálicos:
- Calcio (Ca2+).
- Magnesio (Mg2+).
- Aluminio (Al3+).
- Cobre (II) (Cu2+).
- Hierro (II) (Fe2+).
- Hierro (III) (Fe3+).
En todos estos casos, los cationes metálicos reaccionan con los iones hidróxido del hidróxido sódico para formar una sal iónica de hidróxido metálico. Ésta precipita fuera de la solución.
¿Notas algo en los metales anteriores? Ninguno de ellos pertenece al grupo 1 de la tabla periódica. Esto plantea una pregunta: ¿por qué no podemos comprobar los cationes metálicos del grupo 1 mediante la prueba del hidróxido de sodio? Bueno, como hemos aprendido antes, la prueba del hidróxido de sodio funciona formando una sal sólida de hidróxido. Al ser sólida, la sal es fácil de identificar. Sin embargo, las sales de hidróxido del grupo 1 son solubles en agua, por lo que no precipitan fuera de la solución. Por lo tanto, hay .
Experimento
Puedes realizar la prueba del hidróxido de sodio como experimento en clase. Podrías utilizarla para confirmar la identidad de un catión metálico a partir de una disolución conocida. Además, también podrías utilizarla para identificar un catión metálico desconocido a partir de una serie de opciones posibles. A continuación te explicamos cómo realizar la prueba:
- Vierte aproximadamente 10 cm3 de una solución de catión metálico en un tubo de ensayo.
- Añade unas gotas de solución de hidróxido sódico al tubo de ensayo utilizando una pipeta.
- Observa cualquier cambio, anotando los resultados.
- Añade poco a poco más hidróxido de sodio hasta que sobre, anotando de nuevo cualquier observación.
- Repite el experimento con diferentes soluciones de cationes metálicos.
Intenta hacerte las siguientes preguntas durante el experimento:
- ¿Se forma un precipitado?
- En caso afirmativo, ¿de qué color es?
- ¿Se disuelve el precipitado en exceso de hidróxido sódico?
- O bien, ¿es insoluble el precipitado?
Por ejemplo, en el diagrama siguiente, al añadir unas gotas de solución de hidróxido sódico se forma un precipitado rojo-marrón. Este precipitado es insoluble en exceso de hidróxido sódico.
Fig. 1: Ejemplo de la prueba del hidróxido de sodio. En este experimento, la adición de hidróxido sódico a una solución de catión metálico provoca la formación de un precipitado insoluble de color rojo-marrón.StudySmarter Originals
Registra tus resultados
Resulta útil registrar en una tabla tus resultados y observaciones de la prueba del hidróxido sódico. Por ejemplo, puedes crear una tabla como la del ejemplo en blanco que aparece a continuación. Intenta copiarla en tu cuaderno de laboratorio y rellenarla a medida que completes el experimento.
| Solución | Ión presente | Observación | |
| Pequeño volumen de NaOH | Exceso de NaOH | ||
Si conoces las fórmulas de las soluciones que has utilizado, puedes rellenar directamente la columna "Ión presente". Sin embargo, si estás probando soluciones desconocidas, tendrás que averiguar tú mismo la identidad del ion utilizando tus observaciones y resultados. No te preocupes, a continuación te mostraremos los resultados de la prueba del hidróxido de sodio.
Prueba del hidróxido sódico: Resultados
Así pues, hemos aprendido que puedes utilizar la prueba del hidróxido sódico para identificar cationes metálicos en disolución. Pero, ¿qué cambios debes observar realmente? Aquí tienes una tabla con los resultados que puedes esperar al añadir hidróxido sódico a varios cationes metálicos en disolución. Hemos incluido tanto el color del precipitado que se forma como más detalles sobre si se disuelve con un exceso de hidróxido de sodio.
| Iones presentes | Observación | |
| Pequeño volumen de NaOH | Exceso de NaOH | |
| Ca2+ | Precipitado blanco | Insoluble |
| Mg2+ | Precipitado blanco | Insoluble |
| Al3+ | Precipitado blanco | El precipitado se disuelve |
| Cu2+ | Precipitado azul | Insoluble |
| Fe2+ | Precipitado verde que lentamente se vuelve marrón (marrón "sucio") | Insoluble |
| Fe3+ | Precipitado marrón rojizo | Insoluble |
Observa que los iones Ca2+, Mg2+ y Al3+ forman inicialmente un precipitado blanco cuando reaccionan por primera vez con el NaOH. Puedes identificar el precipitado que contiene iones Al3+ porque se disuelve en exceso de NaOH. Sin embargo, es imposible distinguir los precipitados de Ca2+ y Mg2+ mediante esta prueba, ya que ambos son insolubles en NaOH, sea cual sea su concentración. Para distinguirlos, debes realizar algún otro tipo de análisis químico. Por ejemplo, podrías utilizar una prueba de llama. Consulta el artículo Prueba de los iones metálicos para obtener más información.
Prueba del hidróxido de sodio: Cambios de color
¿Quieres una guía más visual de la prueba del hidróxido sódico? Aquí tienes un diagrama de flujo que te ayuda a identificar el catión metálico en disolución a partir del color del precipitado que se forma al añadir hidróxido sódico.
Fig. 2: Guía de los colores de los precipitados formados en la prueba del hidróxido sódico y su respectivo catión metálico.StudySmarter Originals
Ecuaciones de la prueba del hidróxido sódico
Antes de terminar, tenemos que aprender a escribir ecuaciones iónicas para la prueba del hidróxido sódico.
No intentes memorizar individualmente la prueba del hidróxido sódico para cada catión metálico, ¡eso es demasiado trabajo! En lugar de eso, aprende a elaborar la ecuación iónica para la reacción entre el hidróxido de sodio y cualquier catión metálico. Es muy sencillo, una vez que le coges el truco.
Como hemos explicado antes, la prueba del hidróxido sódico implica una reacción entre iones hidróxido negativos (OH- ) y cationes metálicos positivos. Reaccionan para formar una sal iónica de hidróxido metálico, que precipita fuera de la disolución. Para escribir una ecuación iónica, necesitamos conocer tanto las cargas de los iones implicados como la fórmula de la sal formada. A continuación, debemos equilibrar la ecuación. Afortunadamente, esto no es demasiado complicado.
El proceso es el siguiente:
- Utiliza las cargas del anión hidróxido y del catión metálico para calcular la fórmula de la sal de hidróxido metálico formada.
- Escribe una ecuación química básica en la que intervengan tus reactantes iónicos y el producto hidróxido metálico. En esta ecuación, una cantidad desconocida de iones hidróxido reacciona con una cantidad desconocida de cationes metálicos para formar una unidad de sal. No hay otros productos.
- Equilibra la ecuación, guiándote por la fórmula de la sal de hidróxido metálico.
Los siguientes consejos pueden ayudarte a construir y equilibrar ecuaciones iónicas para la prueba del hidróxido sódico:
- Para escribir la fórmula de la sal de hidróxido metálico formada, necesitas conocer las cargas de los iones implicados. Recuerda que los caracteres de superíndice a la derecha de un ion nos indican su carga. Ten en cuenta que si sólo hay un signo menos o más pero ningún número, hacemos como si también hubiera un 1. Por ejemplo, los iones OH- tienen una carga de -1, mientras que los iones Fe2+ tienen una carga de +2. Del mismo modo, los iones Fe3+ tienen una carga de +3.
- Los hidróxidos metálicos son ejemplos de compuestos iónicos. Esto significa que en conjunto tienen carga neutra. Si sumas las cargas de todos los iones implicados en la sal, el total debe ser igual a cero.
- Para equilibrar ecuaciones, tenemos que asegurarnos de que hay el mismo número de átomos de cada elemento en cada lado de la ecuación. Esto se consigue añadiendo más unidades de las especies que ya intervienen en la reacción. Por ejemplo, podríamos añadir más unidades de reactivos, o más unidades de productos, ¡o quizá ambas cosas!
- Sin embargo, no podemos cambiar la fórmula química de ninguna especie. Tampoco podemos añadir ninguna especie nueva.
Si crees que necesitas más consejos o sugerencias sobre cualquiera de estos temas, consulta Iones e isótopos, Compuestos iónicos y Ecuaciones químicas. Te pondrán al día no sólo en la escritura de fórmulas para sales iónicas, sino también en el equilibrio de ecuaciones químicas. Por otra parte, si crees que estás preparado para sumergirte directamente en algunas preguntas de práctica, pon a prueba tus habilidades con los siguientes ejemplos prácticos.
Intentemos escribir ecuaciones de prueba de hidróxido de sodio.
Escribe una ecuación iónica para la reacción que se produce al añadir hidróxido de sodio a soluciones que contienen
- Ca2+ iones.
- iones Fe3 iones.
Empecemos por abordar la parte a. En primer lugar, tenemos que hallar la fórmula de la sal de hidróxido formada. Para ello utilizamos las cargas de los iones implicados.
Bien, sabemos que nuestra sal contiene iones OH- e iones Ca2+ . Los caracteres de superíndice nos indican que los iones OH- tienen una carga de -1, mientras que los iones Ca2+ tienen una carga de +2. También sabemos que la sal debe tener una carga neutra total: si sumamos las cargas de todos los iones implicados, debe ser igual a cero. Por tanto, nuestra sal debe contener dos iones OH- por cada ión Ca2+ . Esto le da la fórmula Ca(OH)2.
A continuación, escribimos una ecuación básica. En esta reacción, cantidades desconocidas de iones OH- y de iones Ca2+ reaccionan para formar una unidad de Ca(OH)2, sin otros productos:
$$\_ OH^-+\_ Ca^{2+}\}flecha recta Ca(OH)_2$$
Por último, tenemos que equilibrar la ecuación para hallar las cantidades desconocidas de iones OH- e iones Ca2+ . En el lado derecho, tenemos una unidad de Ca(OH)2. Sabemos que cada unidad de Ca(OH)2 está formada por una unidad de iones Ca2+ , pero dos unidades de iones (OH)- - eso es lo que significa el subíndice 2 en la fórmula de la sal. Por tanto, necesitamos también una unidad de iones Ca2+ y dos unidades de iones OH- en el lado izquierdo de la ecuación. Ésta es nuestra respuesta final
$$2OH^-+Ca^{2+}\}flecha recta Ca(OH)_2$$
Vamos a trabajar en la parte b un poco más rápido, ahora que ya sabes lo que estás haciendo.
Nuestra sal de hidróxido metálico contiene iones OH- e iones Fe3+ . Los iones OH- tienen una carga de -1, mientras que los iones Fe3+ tienen una carga de +3. Nuestra sal neutra debe contener tres iones OH- por cada ión Fe3+ , lo que le da la fórmula Fe(OH)3.
A continuación, escribamos y equilibremos la ecuación. Ésta es la versión desequilibrada
$$\_ OH^-+\_ Fe^{3+}\_ flecha recta Fe(OH)_3$$
Cada unidad de Fe(OH)3 en el lado derecho de la ecuación contiene una unidad de iones Fe3+ y tres unidades de iones OH- . Por tanto, también necesitamos una unidad de iones Fe3+ y tres unidades de iones OH- en el lado izquierdo. Ésta es nuestra ecuación final
$$3OH^-+Fe^{3+}\}flecha recta Fe(OH)_3$$
¡Bien hecho! Ya están resueltas las ecuaciones de la prueba del hidróxido de sodio. De hecho, ya está cubierto todo el tema del examen de hidróxido de sodio. ¡Estarás listo para los exámenes enseguida!
Prueba del hidróxido de sodio - Puntos clave
- La prueba del hidróxido de sodio es una técnica analítica utilizada para identificar cationes positivos en solución.
- En concreto, utilizamos la prueba del hidróxido sódico para comprobar la presencia de varios cationesmetálicos . Ciertos cationes metálicos reaccionan con iones hidróxido para formar un precipitado sólido de hidróxido metálico, que puede identificarse por sucolor y su solubilidad .
- Debes ser capaz de escribir ecuaciones iónicas equilibradas para la prueba del hidróxido sódico con distintos cationes metálicos.
La prueba del hidróxido de sodio es barata y sencilla de realizar, pero menos sensible y menos precisa que las técnicas analíticas instrumentales.
Referencias
- Análisis del agua en busca de metales y metales pesados". WTS
- Linda Sims, 'Metales pesados en el agua: Todo lo que necesitas saber para estar seguro'. El agua es un derecho (17/01/2020)
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