PRACTICA DE LABORATORIO: DETERMINACIÓN GRAVIMÉTRICA DE SiO2, Fe2O3 y Al2O3 EN UN CEMENTO OBJETIVOS 1. Explicar los fenómenos involucrados en la precipitación mediante gravimetría 2. Explicar las funciones de las fases del cemento 3. Aplicar los principios básicos de gravimetría en la determinación de R2O3 (Fe2O3 Al2O3) en un cemento 4. Aplicar el concepto estadístico de desviación estándar para evaluar la precisión de los resultados obtenidos FUNDAMENTACION El Clinker del cemento contiene cuatro fases principales: Silicato tricálcico 3CaO.SiO2 (C3S), Silicato bicálcico 2CaO.SiO2 (C2S), Aluminato tricálcico 3CaO.Al2O3 (C3A) y Ferritoaluminato tetracálcico o felita 4CaO.Al2O3.Fe2O3 (C4AF). Cada fase tiene una función específica en el cemento, así: a) El silicato tricalcico 3CaO.SiO2 (C3S): Promueve la resistencia rápida b) El Silicato bicálcico 2CaO.SiO2 (C2S): Hidrata lentamente. Contribuye al aumento de la resistencia a largo plazo c) El aluminato tricalcico 3CaO.Al2O3 (C3A): Promueve la hidratación rápida. Es la porción del cemento más fácilmente atacada por aguas sulfatadas. d) La felita 4CaO.Al2O3.Fe2O3 (C4AF): Tiene poco efecto en las propiedades físicas del cemento pero es responsable del color oscuro. Existen varios tipos de cemento portland con diferentes características que están relacionadas con la velocidad de endurecimiento, velocidad de desprendimiento de calor, cantidad de calor desprendida durante la hidratación y la resistencia del cemento endurecido al ataque por soluciones de sulfato. Estas características están influidas por las porciones relativas de las cuatro fases y por factores físicos como la finura alcanzada en la molienda. En el análisis gravimétrico es importante obtener un precipitado con la solubilidad suficientemente baja para que las pérdidas de precipitado por solubilización sean mínimas, que sea fácilmente filtrable y lavable hasta que esté de contaminantes, que no reaccione con los constituyentes de la atmósfera y que presente composición conocida después de desecar o calcinar. El intervalo de tamaño de las partículas del precipitado varia ampliamente. Los sólidos con tamaño de partícula entre 10-6 y 10-4 mm constituyen suspensiones coloidales y las partículas con varias décimas de mm forman suspensiones cristalinas. Las partículas coloidales individuales son tan pequeñas que los filtros no las retienen y el movimiento browniano evita la sedimentación por gravedad. Con el fin de obtener una masa filtrable no cristalina que sedimente, las partículas individuales de los coloides se deben aglomerar o coagular. Los precipitados cristalinos son más fácilmente manipulados que los coloides coagulados. METODOLOGÍA EXPERIMENTAL 1. Análisis de SiO2: Se parte de una muestra de 1 g de cemento. Se pasa la muestra a un vaso de precipitados de 100 mL de capacidad. Se añaden lentamente 35 mL de ácido clorhídrico concentrado y se deshacen los grumos y pequeños terrones con una varilla de vidrio para asegurar un ataque completo. Se tapa el vaso con un vidrio de reloj y se hace hervir su contenido durante 6 minutos, calentándolo sobre una placa calefactora. Se aparta el vaso de ésta y se añaden 15 mL de agua fría. Se vuelve a calentar hasta principio de ebullición, se retira el vaso de la placa y se añaden, gota a gota y agitando, 7 mL de disolución de gelatina, previamente calentada sobre baño de agua. Se agita durante 1 minuto y se deja reposar el precipitado durante otros 5 minutos. Se filtra el líquido a través de un filtro de papel Schleicher y Schüll 238 (banda negra) o equivalente, y se recoge en un matraz aforado de 250 mL de capacidad. El precipitado se lava con agua caliente unas 20 veces, hasta eliminar la reacción positiva de cloruros en el líquido de lavado. El filtro con el precipitado se deseca, incinera y calcina a 1.000° C durante 45 minutos, en un crisol de platino previamente pesado. Se deja enfriar en un desecador y se pesa. Se repite la calcinación hasta peso constante. Eventualmente se corrige el resultado de acuerdo con el correspondiente ensayo en blanco. Cálculo del resultado. Se calcula y expresa el resultado como Si02 por 100, con aproximación de 0,1, mediante la expresión: %Si02 = P2 – P1/P P2= peso en g del crisol con el residuo después de calcinación P1 =peso en g del crisol vacío P =peso en g de la muestra. Si P= 1 g ± 0,0001, Si01 91J = 100(P1- P1). 2. Análisis de Fe2O3 y Al2O3. El filtrado obtenido en la determinación de SiO2 en un vaso de precipitados de 600 mL, agregue 3 gotas de rojo de metilo al 0.1 % P/V en etanol y agite; adicione 10 mL de NH4Cl al 30 % y caliente suavemente a ebullición, agregue NH3 concentrado gota a gota hasta que la solución tome color amarillo. Filtre la solución al vacío rápidamente, y lave el precipitado con 40 mL de solución de NH4NO3 al 2.0 % y luego con agua destilada caliente hasta que el filtrado no tenga cloruros, compruébelo con AgNO3 (0.1M). Lave y seque un crisol de porcelana sobre un triángulo de porcelana y llévelo a la máxima temperatura del mechero durante 5 min; déjelo enfriar en un desecador y péselo. Una vez finalizada la filtración, saque el papel de filtro del embudo, doble los extremos del papel para cubrir el precipitado y colóquelo en el crisol de porcelana. Caliente sobre un triángulo de porcelana hasta carbonizar el papel evitando la formación de la llama. Después de carbonizar el papel, coloque el crisol en la mufla, y suba progresivamente la temperatura. Caliente durante 1h a 900 °C. Terminado el proceso apague la mufla, espere que la temperatura baje hasta 200 °C, saque el crisol, colóquelo en un desecador, tápelo, déjelo enfriar y péselo. Calcule el porcentaje de Óxidos de la muestra de Cemento PREGUNTAS: 1. Porque se debe realizar primero el análisis de SiO2 en la muestra de Cemento 2. Que se puede decir acerca del porcentaje de SiO2 en la muestra de Cemento 3. Porque se debe usar rojo de metilo, NH4Cl y NH3 concentrado para el tratamiento de la muestra 4. Es importante emplear NH4NO3? Cuál es su función? 5. Escriba todas las reacciones que se llevan durante el tratamiento de la muestra para el análisis gravimétrico de los óxidos de silicio, hierro y aluminio. 6. Cómo se puede lograr la coagulación de coloides? 7. En qué consiste el fenómeno de peptización y cómo se logra? 8. Explique los fenómenos de Inclusión y Oclusión. En qué tipo de precipitados ocurre? BIBLIOGRAFIA API Specification 10. Specification for Materials and testing for Well Cements. 5 Ed. American Petroleum Institute. Washington. 1990. Pág. 4-8. Taylor, H.F.W. La química de los cementos. Ediciones Urmo. Bilbao. 1967. Pág. 16-22. Skoog, D.; West, D. Química Analítica. 4 Ed. Mc Graw-Hill. México. 1990. Pág. 82-87, 675.
