UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA
GUÍA COMPONENTE PRÁCTICO
301102 – QUÍMICA ANALITICA E INSTRUMENTAL
DOSQUEBRADAS (RISARALDA) Julio, 2016
1
2. ASPECTOS DE PROPIEDAD INTELECTUAL Y VERSIONAMIENTO
Las presentes Guías de Laboratorio fueron diseñadas en el 2007 por el Qco. MANUEL LOZANO RIGUEROS, docente de la UNAD, adscrito a la Escuela de Ciencias Básicas, Tecnología e Ingeniería en la Sede Nacional JCM y fueron sometidas a dos actualizaciones por su autor hasta el 2009. El Químico Lozano, es egresado de la Universidad Nacional y se ha desempeñado como tutor de la anterior UNISUR desde su creación y de la UNAD en varias ocasiones y desde 2005 es docente de la ECBTI. Adaptada a los últimos lineamientos emitidos por la UNAD, entrega esta nueva actualización, realizada por la Qco LADY JOHANNA ROSERO CARVAJAL con el fin de que pueda ser publicada en los Repositorios autorizados de la Universidad.
El documento tiene como antecedentes, las Guías para Laboratorio, incluidas en el modulo de Química Analítica1 escrito en 1966 para la entonces UNISUR por INÉS BERNAL, LUIS GAVIRIA y ALICIA MORALES, profesores del departamento de Química de la Universidad Nacional, y las incluidas en el modulo2 diseñado en 2006 por el Qco. HUMBERTO GUERRERO RODRÍGUEZ, actualmente adscrito al Sistema Nacional de Evaluación de la Vicerrectoría Académica.
Como novedades de estas Guías, se presentan nuevos apartados didácticos que facilitan la preparación adecuada por parte de los estudiantes de las prácticas de laboratorio a ser efectuadas, así como la estructura y contenidos solicitados por la VIMMEP y la ECBTI.
2
Este documento se puede copiar, distribuir y comunicar públicamente bajo las condiciones siguientes: Reconocimiento. Debe reconocer los créditos de la obra de la manera especificada por el autor o el licenciador (pero no de una manera que sugiera que tiene su apoyo o apoyan el uso que hace de su obra). •
•
No comercial. No puede utilizar esta obra para fines comerciales.
Sin obras derivadas. No se puede alterar, transformar o generar una obra derivada a partir de esta obra.
•
Al reutilizar o distribuir la obra, tiene que dejar bien claro los términos de la licencia de esta obra.
•
Alguna de estas condiciones puede no aplicarse si se obtiene el permiso del titular de los derechos de autor.
•
Nada en esta menoscaba o restringe los derechos morales del autor. •
1 Bernal,
I., Gaviria, L., Young, S., Morales, A. (1966). Química Analítica . Bogotá,
UNISUR. 2 Guerrero, R. Humberto. Módulo de Química Analítica e Instrumental . 2006
3
3. INDICE DE CONTENIDO Pág. ASPECTOS DE PROPIEDAD INTELECTUAL Y VERSIONAMIENTO
2
CARACTERISTICAS GENERALES
7
Práctica No 1: DETERMINACIÓN DE ERRORES EN EL ANÁLISIS
20
QUÍMICO Y TRATAMIENTO ESTADÍSTICO DE LOS DATOS: MEDIDAS DE PESO Y VOLUMEN. Práctica No 2: DETERMINACIÓN DE LA ACIDEZ Y EL pH EN UN ALIMENTO
28
Práctica No 3: DETERMINACIÓN DE CLORUROS
41
Práctica No 4: DETERMINACIÓN DE CENIZAS Y CALCIO EN UN ALIMENTO
51
Práctica No 5: DETERMINACIÓN DE pH Y ÁCIDO ACÉTICO EN UN
62
VINAGRE Práctica No 6: ESPECTROFOTOMETRÍA VISIBLE
76
FUENTES DOCUMENTALES
93
ANEXO
94
4
LISTADO DE TABLAS Tabla 1 Rúbrica, prácticas sin gráficas Tabla 2 Retroalimentación, prácticas sin gráficas Tabla 3 Determinación de cenizas Tabla 4 Neutralización del ácido clorhídrico Tabla 5. Neutralización del vinagre Tabla 6
Rúbrica, prácticas con gráficas
Tabla 7
Retroalimentación, prácticas con gráficas
Tabla 8
Curva espectral Ejemplo de valores xy para cálculo de
Tabla 9
mínimos cuadrados
Tabla 10 Absorbancia ajustada Tabla 11 Preparación de los patrones de lectura Tabla 12 Ajuste por mínimos cuadrados Tabla 13
Absorbancia ajustada
5
LISTADO DE GRÁFICOS Y FIGURAS
Fig. 1
Bloques fundamentales de los espectrofotómetros
Fig. 2
Esquema de un monocromador de prisma
Fig. Diagrama fundamental de la absorción de energía 3
radiante
6
3. CARACTERÍSTICAS GENERALES El curso de Química Analítica Instrumental es Introducción
metodológico; esto implica que requiere de la realización de eventos prácticos supervisados por el tutor que garanticen la posibilidad de que el estudiante adquiera las destrezas, habilidades y competencias necesarias para la realización de trabajo experimental ya sea para su supervisión como jefe de proceso responsable del control de calidad de un producto o para mejorar su capacidad como investigador y dedicarse a este campo que permite conocer y explotar mejor los recursos disponibles de nuestro país de manera sostenible, con una concepción humanista de desarrollo. Con estas actividades que deben ser preparadas por el estudiante con anterioridad, se le brinda la posibilidad de acercarse al concepto de análisis químico y conocer el tipo de prácticas que va a supervisar en la industria, así como la clase de sustancias precauciones
y
equipos
que
recomendadas
se
utilizan,
y
las
las
normas
institucionales para el trabajo de laboratorio. Con 7
ellas se pretende desarrollar capacidades de observación y afianzar las actitudes en el espacio denominado laboratorio, experiencias que deben enriquecerlo, familiarizándolo con el tipo de situaciones que va a vivir en su vida profesional. Si es cuidadoso, y tiene una actitud proactiva, encontrará en el trabajo experimental otra ocasión de construcción y verificación del conocimiento. Entre la Bibliografía, se encontrarán instrucciones para la elaboración de los informes de las experiencias realizadas siguiendo las pautas de la elaboración de artículos científicos que permiten la comunicación
técnica
compartiendo
los
conocimientos adquiridos para la ciencia con su aplicación en estas sesiones prácticas, así como adquirir la destreza para escribir informes de actividades científicas, muy útil en situaciones profesionales, en las cuales se debe ser concreto y describir lo que realmente se hizo, con palabras propias, resaltando lo que se ha aprendido y las conclusiones deducidas. El objetivo de las prácticas es darle al estudiante la oportunidad de realizar la aplicación directa de los 8
Justificación
principales
métodos
analíticos
cuantitativos,
teniendo en mente sus requerimientos, precisión y exactitud y la forma de tratar los datos para la obtención de los resultados, así como la aplicación de criterios para la valoración de los mismos y la deducción de conclusiones apropiadas que le permitan tomar decisiones sobre la calidad de los productos alimenticios analizados. La valoración de los resultados y la formulación de conclusiones son estrategias que ayudarán a desarrollar habilidades superiores del pensamiento tales como el análisis crítico y la evaluación y resolución de problemas, necesarias para la toma de decisiones a partir de la interpretación de resultados analíticos. Adquirir tales competencias implica la estructuración de un pensamiento racional,
lógico
e
integral
que
tenga
en
consideración cada una de las distintas facetas del problema, disponga de criterios para afrontar posibilidades
de
solución
desde
distintas
perspectivas, y diseñe una alternativa real que permita su resolución.
Como el curso se oferta en la modalidad de la 9
educación a distancia, es necesario recalcar en la importancia del trabajo individual. Se deben disponer estrategias propias para procesar la información: resúmenes, mapas conceptuales, uso del resaltador, elaboración de fichas y otros que ayudarán en la comprensión e interpretación de la información. Sin embargo, este trabajo no es completamente individual y aislado, tocando niveles de
solución
desde
distintas
disciplinas,
representadas en las diferentes ocupaciones de los integrantes de los grupos, que ayudan a preparar al estudiante para un trabajo interdisciplinario como el que deberá afrontar en la vida real, en la cual, la holística de los problemas enfrentados implica analizarlo con los ojos de cada una de los campos del conocimiento humano para que la solución formulada realmente sea equilibrada y determine posibilidades de desarrollo humano. El trabajo en el laboratorio analítico comparte muchos de los problemas que genera la aplicación de la química general: conceptos fundamentales que deben ser tenidos en cuenta como la conservación de la materia, y la estequiometría, nomenclatura tanto inorgánica como orgánica y la
10
interacción con soluciones orgánicas o acuosas que pueden ser ácidas, básicas, oxidantes o reductoras que establecen condiciones para cada una de las reacciones químicas implicadas en los métodos analíticos estudiados. Para la elaboración de los informes es imperativo indagar en las industrias del sector o en la literatura, principalmente en las normas de calidad como las del ICONTEC, cómo se usan dichos métodos, con lo cual, la comparación con los resultados obtenidos ayudará a comprender mucho mejor la utilidad de los métodos analíticos en la consolidación de la calidad. Se destaca la importancia que tiene el establecer sistemas para controlar los atributos deseables en un producto, así como el sentido del trabajo ético en la realización de los análisis, en el manejo de los datos, en los resultados reportados y en las recomendaciones realizadas a los mismos. Se pueden obtener resultados analíticos incorrectos al utilizarse materias primas no adecuadas, por descuido durante el análisis o al no seguirse estrictamente los protocolos. Propósitos Intencionalidades Las prácticas de Química Analítica e instrumental formativas 11
están diseñadas para promover en el estudiante:
Su capacidad para decidir el tipo de análisis químico
que
requiere
una
determinada
materia prima, los resultados que debe esperar mediante la aplicación de criterios relacionados con sus propiedades químicas, las técnicas y procedimientos
establecidos
por el método analítico seleccionado y la variabilidad
asignada
a
los
resultados
esperados.
El desarrollo de las capacidades cognitivas superiores al capacitar al estudiante en procedimientos propios de esta disciplina y la generación de criterios que le sirvan como referentes
para
el
resultados
y
la
análisis
de
elaboración
esos de las
recomendaciones más apropiadas para el mejoramiento de los productos analizados, de ser posible. Objetivos Aplicar los fundamentos de:
Los métodos químicos para la cuantificación de propiedades químicas relacionadas con la calidad 12
de las muestras, permitiendo determinar si cumplen, ciertas características definidas, objeto del análisis químico.
La química analítica, como cinética y equilibrio químico, de las reacciones químicas que se pueden
utilizar
para
determinaciones
cuantitativas, las técnicas para preparación de muestras para análisis y los criterios a tener en cuenta para ordenar un análisis químico, realizar el tratamiento y análisis de los datos y el reporte del informe.
Los métodos clásicos de análisis cuantitativo en productos alimenticios o en materias primas, métodos tradicionales de realización de los mismos y aplicarlos a una muestra específica que sea de interés del estudiante.
Los métodos analíticos instrumentales como medición de cromatografía.
pH,
espectrofotometría
y
Metas
Establecer criterios para la selección de los análisis muestra
requeridos de
su
en
una
interés
determinada buscando
el 13
cumplimiento de las características químicas definidas como criterio de calidad.
Establecer un conjunto de criterios que permitan
la
obtención,
procesamiento
y
análisis de datos provenientes de un método químico
teniendo
en
cuenta
conceptos,
métodos y procedimientos recomendados previamente.
analíticos
Dar cuenta de los fundamentos químicos y físicos de los métodos clásicos de análisis y de los métodos instrumentales.
Competencias Una vez terminado el trabajo académico del curso, el estudiante podrá demostrar:
Un amplio conocimiento de los métodos químicos aplicables a la cuantificación de propiedades
químicas
en
muestras
de
productos y materias primas, que le permitan la selección e interpretación de los resultados más apropiados conforme previamente definidos.
a
criterios
14
La capacidad de realizar por su cuenta los análisis químicos de interés y responsabilizarse por el buen manejo de equipos, reactivos y materiales de vidrio en muestras previamente seleccionadas por él.
Que valore apropiadamente los resultados y le da un manejo ético. Práctica 1: Determinación de Errores en el Análisis Denominación de practicas
Químico y Tratamiento Estadístico de los Datos: Medidas de Peso y Volumen. Práctica 2: Determinación de la Acidez y el pH en un Alimento Práctica 3: Determinación de cloruros. Práctica 4: Determinación de cenizas y calcio. Práctica 5: Determinación de pH y Ácido Acético en un vinagre. Práctica 6: Espectrofotometría Visible
Número de horas Porcentaje Curso Evaluado por proyecto Seguridad
18 La rúbrica de evalucion del laboratorio 21% del curso, equivalente a 105 puntos de 500 Totales. SI_X__
NO__
Riesgos con compuestos químicos 15
industrial Aparecen debido a la exposición por el manejo permanente o no de sustancias que es necesario manipular, moler o destapar para medir pequeñas cantidades, pesarlas, agregarlas a otras o disolverlas. La única manera de prevenir y/o disminuir esos riesgos es teniendo un profundo conocimiento de las propiedades particulares que tienen esos compuestos, de los efectos de tales sustancias en el organismo y de los métodos más apropiados para su manipulación. Efectos de las sustancias químicas en el organismo El efecto directo que pueden tener las sustancias químicas es muy variado ya que depende de su estado de agregación y de la vía de acceso al organismo humano. Si son sólidas es fácil su dispersión
como
polvo
o
humo
o
pueden
presentarse como gases si tienen punto de ebullición bajo pudiendo en ambos casos ser inhaladas y si son líquidas pueden: ser ingeridas 16
accidentalmente al tomar alícuotas sin precaución, ser absorbidas a través de la piel, quemar directamente ésta si son cáusticas o corrosivas u ocasionarle dermatosis por ser irritantes o alergénicas. Además, presentan otro tipo de peligros
dependiendo
propiedades
de
su
fisicoquímicas
estructura
y
(volatilidad,
inflamabilidad, temperatura de explosión), al ser afectadas por los cambios de temperatura y presión atmosférica. Inhalación Los humos, soluciones coloidales de partículas generadas durante la volatilización de metales fundidos o de materiales sometidos al fuego, en gases, principalmente aire, y los polvos inhalados a través del aparato respiratorio se alojan en los pulmones y producen un grupo de enfermedades llamadas
neumoconiosis,
que
dejan
secuelas
permanentes. Pueden ser inhalados, afectar los ojos y/u originar enfermedades crónicas. Los gases son los más peligrosos debido a la facilidad de ser inhalados por la gran movilidad que presentan, pudiendo producir somnolencia, asfixia, irritaciones, 17
adormilamiento y envenenamiento. Ingestión Es la vía más directa y el medio más común para desarrollar las intoxicaciones crónicas involuntarias, ocasionadas por hábitos peligrosos como fumar o comer cuando se manipulan los compuestos o se trabaja con ellos, el desconocimiento de la peligrosidad del compuesto que se manipula o la nula aplicación de normas de higiene en el consumo de los alimentos (no lavarse las manos antes de comer). Absorción Se relaciona con la facilidad de ciertas sustancias de ser absorbidas a través de la piel y las mucosas por el contacto directo con ellas, (especialmente las líquidas), atravesándolas, acumulándose en el organismo y desencadenando enfermedades como el cáncer o intoxicaciones crónicas involuntarias. Durante la ejecución de actividades de laboratorio puede presentarse una serie de condiciones que 18
favorecen la absorción de compuestos:
La transpiración continua alcaliniza la piel saponificando la capa arrastrada con el sudor.
Los
disolventes
y
grasosa
demás
que
es
compuestos
orgánicos se solubilizan relativamente fácil en las grasas de la piel y de allí se difunden hacia el interior del cuerpo a través de las glándulas sebáceas.
La aplicación de ungüentos y cremas grasosas sobre
la
piel
favorecen
el
ingreso
de
sustancias tóxicas orgánicas.
Las heridas, dermatitis y otros traumas que rompan o perforen la piel favorecen la entrada de los tóxicos al organismo.
La falta de limpieza de la piel destruye su protección natural y permite la entrada de sustancias peligrosas.
Reglas para el manejo de los reactivos químicos Existen trece reglas o normas de seguridad para el manejo seguro de los reactivos, que siempre se 19
deben tener en cuenta; No vale la pena aquí exponerlas todas, pero a manera de resumen y para facilitar su memorización, se pueden establecer siete reglas básicas que son: 1.
Conocer previamente el tipo de sustancias que se va a utilizar.
2.
Llevar siempre gafas protectoras y si es posible, guantes.
3.
Realizar todos los trabajos en campana de extracción de gases que tenga buena potencia de succión, con careta respiratoria o en locales bien ventilados.
4.
Evitar el contacto de los reactivos con la piel, ojos y mucosas. Lavar inmediatamente, en forma abundante, con agua fría cualquier salpicadura (excepto en el caso de ácido sulfúrico, el cual primero se debe eliminar al máximo con toallas o trapos limpios y secos antes de lavar con agua, debido a la producción de calor al mezclarse con ésta).
5.
Lavar los ojos bajo el chorro de agua, moviéndolos en todas las direcciones y desplazando ampliamente los párpados, si les ha caído sustancias cáusticas. Visitar lo antes 20
posible al oftalmólogo para su revisión y posible tratamiento. Retirar toda la indumentaria
6.
que
esté
impregnada o lavada con sustancias cáusticas o corrosivas y lavar si alcanzó la piel. 7.
En caso de accidente o de encontrarse mal, buscar atención médica.
Indumentaria de protección Para una mejor protección de la persona que manipula sustancias químicas es recomendable que lleve
puestos
los
siguientes
elementos
de
protección:
Vestimenta fácil de quitar. Blusa amplia, que abotone y desabotone fácil, siempre cerrada para mayor protección del traje que cubre, el cual es casi seguro que se pierda en caso de salpicaduras.
Máscara contra gases y vapores. Con filtros que retienen los vapores peligrosos (tóxicos, sofocantes
o
adormilantes).
Para
total
seguridad se debe determinar el tipo de filtro 21
dependiendo del uso y remplazarlo una vez se haya saturado.
Gafas de seguridad. Obligatorias en toda manipulación de reactivos químicos. Guantes. Seleccionados para cada ocasión dependiendo del material con que fueron elaborados y los reactivos que se van a manejar con el fin de que no sean atacados, disueltos o destruidos en las manos poniendo en peligro su integridad.
Normas de seguridad Con la observación de las siguientes reglas de trabajo en el laboratorio se pueden obtener resultados
en
forma
segura
y
a
un
costo
relativamente económico, sin romper material o dañar equipos: 1.
La presencia del estudiante es obligatoria durante todo el tiempo asignado a la sesión de laboratorio.
2.
Para el trabajo experimental el estudiante 22
debe tener una blusa de laboratorio que le proteja los vestidos, gafas plásticas para protección de los ojos, un paño para la limpieza, detergente, churrusco, un pincel, jabón de tocador, toallas para cocina, un encendedor o una caja de cerillas. 3.
Se debe disponer de: un cuaderno para toma de notas, donde debe estar consignado el preinforme como se indicó anteriormente, bolígrafo, regla y cinta de enmascarar.
4.
Durante la sesión práctica no se deben realizar otras actividades que pueden ser peligrosas o distraer del trabajo como fumar, comer, escuchar radio, jugar o recibir visitas (si es urgente atender a alguien, salir del laboratorio).
5.
No deben estar en el laboratorio personas ajenas a la experiencia, ni niños.
6.
Mantener el sitio de trabajo ordenado, limpio y completamente seco.
7.
Los reactivos sólidos, los papeles y los restos de cerillas ya utilizados deben ser desechados en la caneca de la basura; nunca en el desagüe ni en el piso.
8.
Los ácidos o solventes orgánicos sobrantes 23
deben guardarse en botellones dispuestos especialmente para apropiadamente. 9.
ese
fin,
marcados
Confirmar antes de usar un reactivo, que es el requerido, evitando así equivocaciones peligrosas o mortales.
10.
Utilizar la cantidad de reactivo necesaria. Si es sólido emplear una espátula limpia y seca. Si es
líquido,
verter
aparte
una
pequeña
cantidad en un vaso de precipitados limpio y seco y tomar el volumen requerido utilizando una pipeta limpia o medir directamente en probeta. 11.
Si se requiere diluir un ácido concentrado en agua, verter el ácido sobre el agua con bastante
agitación
y
enfriamiento
(especialmente si es sulfúrico), evitando salpicaduras
y
sobrecalentamientos
peligrosos. 12.
Manejar los líquidos inflamables (alcohol, acetona, éter) lejos de las llamas y en sitios bien ventilados.
13.
Revisar permanentemente el líquido de los baños de maría, para evitar su desecación que puede ser peligrosa. 24
14.
Los tubos de ensayo deben calentarse por la parte superior del líquido, inclinados, con agitación suave, cuidando de no apuntar a ningún compañero; Así se evitarán proyecciones peligrosas provocadas por el sobrecalentamiento del líquido que ocasionan quemaduras.
15.
Si una reacción desprende muchos gases, debe ser realizada en la vitrina.
16.
Al utilizar un recipiente verificar que está vacío y completamente limpio.
17.
No probar los reactivos con la boca; Todos son potencialmente tóxicos por lo que solo se permite hacerlo en casos muy especiales, siguiendo
las
directrices
de
la
práctica
correspondiente Para oler una sustancia (únicamente bajo la supervisión de alguien responsable), se debe dirigir una parte de sus vapores hacia la nariz con la mano y no hacerlo directamente del frasco. 18.
Si salpica ácido, base o cualquier otra sustancia
en
las
manos,
lavarse
con
abundante agua y jabón. Si es en los ojos (por no usar las gafas plásticas) colocarlos bajo el chorro del agua y avisar al profesor. 25
19.
Evitar el pánico cuando ocurra cualquier anomalía. Mantener la puerta y las ventanas del laboratorio siempre abiertas.
20.
Si se desconoce el manejo del equipo de laboratorio, pedir instrucciones y dejarlo completamente limpio y apagado después de su uso.
21.
Una vez terminada la práctica, revisar que las llaves de agua y gas están bien cerradas y los aparatos eléctricos desconectados.
26
DESCRIPCIÓN DE PRÁCTICAS PRACTICA No. 1 – DETERMINACIÓN DE ERRORES EN EL ANÁLISIS QUÍMICO Y TRATAMIENTO ESTADÍSTICO DE LOS DATOS: MEDIDAS DE PESO Y VOLUMEN Tipo de practica
Porcentaje de evaluación Horas de la practica Temáticas de la práctica Intencionalidades formativas
Presencial X Autodirigida Otra ¿Cuál
Remota
3 Determinación de errores en análisis químico
Propósito(s)
Identificación de errores en químcia analitica
Objetivo(s) Medir cantidades de masas Calibrar material de laboratorio para el uso en la aplicación métodos analíticos Interpretar datos estadísticos para la presentación de informes Meta(s)
27
Que el estudiante genere destreza en la interpretación de datos y la información que estos le pueden generar.
Competencia(s) El estudiante relaciona los datos obtenidos con los métodos analíticos Fundamentación Teórica Las medidas de peso y volumen son fundamentales en una ciencia experimental como la química. Por lo tanto es importante aprender a usar con propiedad estas medidas con precisión, ya que en química analítica son fundamentales al momento de reportar resultados. 5.1. La balanza La balanza es un instrumento utilizado en química, que sirve para medir la masa. Existen diferentes tipos de balanzas, algunas son de alta precisión (del orden de 0,00001 g) llamadas balanzas de precisión o analíticas, empleadas en química analítica, en tanto que otras son de baja precisión y pueden registrar la masa de un objeto con una o os cifras decimales. La característica más importante de una balanza analítica es que poseen muy poca incertidumbre, lo que las hace ideales para utilizarse en mediciones muy precisas. Estas balanzas generalmente son
28
digitales, y algunas pueden desplegar la información en distintos sistemas de unidades. Por ejemplo, se puede mostrar la masa de una sustancia en gramos, con una incertidumbre de 0,00001g (0,01 mg). Normas
para
la
utilización
de
las
balanzas
analíticas
monoplato: 1. Limpiar los platillos y los alrededores de la balanza con un pincel antes de empezar a pesar. 2. Comprobar que la balanza esté nivelada mediante el nivel de burbuja, si no lo está, se debe ajustar con los tornillos de los soportes. 3. Enchufar la balanza a la línea eléctrica. 4. Tarar la balanza analítica 5. Colocar el objeto que se va a pesar en el centro del platillo. Se debe tener presente que algunas sustancias químicas pueden ser corrosivas y al colocarlas directamente sobre el platillo puede deteriorarlo. Utilice un papel de filtro, un vidrio de reloj o cualquier otro recipiente para pesar. 6. Los objetos calientes se deben enfriar a Tº ambiente en un desecador antes de colocarles en el platillo, las puertas laterales de la caja de la balanza deben estar cerradas con el fin de evitar errores en la medición. 7. Después de determinar el peso de la muestra se debe limpiar inmediatamente con el pincel el material sólido que caiga en el 29
platillo o en sus alrededores. 8. No se debe tocar directamente con los dedos un objeto que se haya secado previamente con el fin de pesarlo, se debe manipular con pinzas o con un pedazo de papel para evitar que pueda adquirir nuevamente la humedad. 9. Comprobar por lo menos 2 veces la lectura de la balanza. Determinación de errores en el análisis químico y tratamiento estadístico de los datos. Las medidas experimentales están sujetas a errores o incertidumbres en sus valores debido a las imperfecciones del instrumento de medida o a las limitaciones de nuestros sentidos en el caso de que sean ellos los que deben registrar la información. El valor de las magnitudes físicas se obtiene experimentalmente efectuando una medida; ésta puede ser directa sobre la magnitud en cuestión o indirecta, es decir, obtenida por medio de los valores medidos de otras magnitudes ligadas con la magnitud problema mediante una fórmula física. Así pues, resulta imposible llegar a conocer el valor exacto de ninguna magnitud, ya que los medios experimentales de comparación con el patrón correspondiente en las medidas directas viene siempre afectado de imprecisiones inevitables. Descripción de la práctica. Determinación de errores en análisis químico
30
Recursos a utilizar en la práctica (Equipos / instrumentos)
MATERIALES Balanza Analítica
REACTIVOS Agua destilada
Un vidrio de reloj Una piedra pequeña Un picnómetro con tapa Una pipeta aforada de 2, 5 y 10 mL Una caja de petri Un termómetro Un frasco lavador Pera de succión Software a utilizar en la práctica u otro tipo de requerimiento para el desarrollo de la práctica
Ninguno.
Seguridad Industrial
Utilizar los implementos de seguridad requeridos y solicitados por el tutor a cargo, además de informarse adecuadamente sobre los reactivos a utilizar en la práctica y sus fichas de seguridad.
31
Metodología Conocimiento previo para el desarrollo de la práctica.
Reconocimiento del material de laboratorio
Concomiendo en mediciones
Cifras significativas
Estadística
Forma de trabajo: En grupos de trabajo según las consideraciones del tutor a cargo; teniendo en cuenta espacio y material disponible.
Procedimiento: 1. Limpieza del material
Limpiar el material de vidrio y para ello emplear detergente, luego enjuagarlo bien con abundante agua corriente,
después con porciones pequeñas de agua destilada con ayuda del frasco lavador.
32
Si se observa películas de grasa se debe recurrir a la mezcla
crómica y después eliminar con bastante agua. Marcar el material de vidrio con marcadores de acetato permanentes. Para el material de porcelana se emplea cloruro férrico que al secarlo queda fijo.
2. Destreza en el uso de la balanza analítica Determinación de la densidad de un sólido irregular
Tomar una probeta de 25 mL y medir un volumen determinado de agua.
Pesar una piedra pequeña en la balanza analítica, agregarla con cuidado a la probeta y registrar el aumento de volumen.
Determinar el volumen de la piedra por la diferencia de los dos volúmenes
y
calcular
la
densidad
con
su
respectiva
incertidumbre. Este ensayo se debe repetir 5 veces. 3. Determinación de la densidad del agua mediante un picnómetro
Pesar un picnómetro con su respectiva tapa, vacío, limpio y seco en la balanza analítica.
Llenarlo con agua destilada, taparlo, secarlo y pesarlo de nuevo. La diferencia de pesos le dará la masa del agua correspondiente al volumen del picnómetro. 33
Registrar la temperatura del agua y calcular su densidad con su respectiva incertidumbre. Se debe hacer este ensayo por triplicado.
4. Ejercicio estadístico
Pesar la caja petri limpia y seca o un pesa- sustancias.
Medir un volumen de agua de la llave con una pipeta volumétrica de 10 mL y pesarlo.
Repetir este ejercicio seis veces teniendo la precaución de secar muy bien la caja o el pesa-sustancias.
Con la densidad del agua se determina el volumen.
Determinar la incertidumbre de una pipeta aforada de 5 mL y de 2 mL con respecto a la pipeta de 10 mL.
Determinar la media, la mediana, los desvíos con respecto a la media y a la mediana, la desviación estándar, la desviación estándar relativa, el coeficiente de variación, la varianza, la desviación estándar de la media, el límite de confianza para una incertidumbre del 95 y del 99 % y con los datos de cada cuatro grupos elaborar el histograma y la curva gaussiana para la calibración de la pipeta de 10 mL. Además calcular la incertidumbre para adiciones repetitivas de un mismo volumen de pipeta hasta completar 10 mL
34
Sistema de Evaluación Los aspectos a evaluar del componente práctico son los siguientes:
Actividades desarrolladas de forma presencial; el estudiante deberá inscribir la práctica de laboratorio en el CEAD donde se encuentra inscrito; esta actividad será evaluada por el tutor que se designa en cada CEAD para orientar las prácticas. La actividad tendrá una calificación de 125 puntos máximos.
Participación y disposición del estudiante durante el desarrollo del componente práctico. Preparación posterior del desarrollo de la práctica de laboratorio; la cual será evaluada mediante un quiz de conocimientos previos para el abordaje de las prácticas de laboratorio.
Entrega de informe de laboratorio tipo articulo (ver anexo)
Informe o productos a entregar
El informe de laboratorio a entregar se encuentra descrito en el anexo.
Rúbrica de evaluación El tutor a cargo de la practica tendrá autonomía en la apreciación en cuanto al desempeño y aspectos a valorar; pero basara las 35
calificaciones en los siguientes aspectos: Forma de
Aspectos a evaluar Es
de
vital
importancia Participación activa del encuentro práctico
Puntaje sobre 5
evaluación
estudiante
que no
1.5
el sólo
asista al encuentro práctico,
sino
también
que
participe
activamente
del
mismo La preparación de las
1.5
prácticas se llevará a cabo
por
cada
estudiante mediante Preparación de las prácticas
el
estudio
de
las
guías de laboratorio, estudio
que
se
evaluará por medio de un quiz antes de empezar el desarrollo de estas. Informe de
El
informe
Laboratorio
laboratorio
de
2
debe
36
contar
con
la
estructura solicitada, una
excelente
redacción y análisis de
los
obtenidos
datos en
el
desarrollo del evento práctico Retroalimentación. A cargo del tutor de laboratorio, según las disposiciones establecida con los estudiantes al principio de la práctica.
37
PRACTICA No. 2 – DETERMINACIÓN DE LA ACIDEZ Y EL PH EN UN ALIMENTO Tipo de practica Presencial X Autodirigida Remota Porcentaje de evaluación Horas de la practica 3 Temáticas de la Acidez, titulaciones ácido-base, peso práctica equivalente, miliequivalentes,
Intencionalidades formativas
punto
final,
indicadores
externos, Concentración de iones hidronio, pH. Propósitos Desarrollar
en
los
estudiantes
su
capacidad para decidir los resultados que debe esperar mediante la aplicación de
criterios
relacionados
con
las
concentraciones de sustancias ácidas que
contienen
los
alimentos,
sus
propiedades químicas, las técnicas y procedimientos
establecidos
medirlas,
método
el
para analítico
seleccionado y la variabilidad asignada a los resultados esperados. El
desarrollo
de
las
capacidades
cognitivas superiores al capacitar al
38
estudiante en procedimientos propios de la medición de la acidez y cálculo del pH y la generación de criterios que le sirvan como referentes para el análisis de esos resultados y la elaboración de las recomendaciones más apropiadas para el
mejoramiento
de
los
productos
analizados, de ser posible. Objetivos
Estandarizar o valorar soluciones usando patrones primarios.
Utilizando
soluciones
estandarizadas,
determinar el índice de acidez de un alimento.
Expresar el índice de acidez obtenido en diferentes unidades de concentración.
A partir de la concentración de acidez, calcular el pH matemáticamente.
Metas
Establecer criterios para la selección de 39
las condiciones requeridas para analizar una determinada muestra de interés del estudiante, buscando el cumplimiento de las características químicas definidas como criterio de calidad.
Establecer el conjunto de criterios que permitan la obtención, procesamiento y análisis de datos provenientes de la determinación de acidez, teniendo en cuenta
conceptos,
métodos
y
procedimientos analíticos recomendados previamente
Competencias
Un amplio conocimiento de los l os métodos químicos aplicables a la cuantificación de acidez en muestras de productos y materias primas, que le permitan la selección e interpretación de los resultados más apropiados conforme a criterios previamente definidos.
La capacidad de realizar por su cuenta los análisis de acidez en muestras previamente 40
seleccionadas por él y de responsabilizarse por el buen manejo de reactivos y materiales de vidrio, demostrando que valora apropiadamente los resultados y les da un manejo ético. Fundamentación Teórica La acidez es una propiedad que presentan los alimentos y que muchas vecesestá relacionada con el metabolismo de los organismos vivos de donde proviene y se utiliza con fines analíticos para determinar propiedades relacionadas con su conservación. En la leche y derivados lácteos puede determinar el grado de frescura, es decir, como han sido obtenidos y si se han observado los procedimientos que se siguen para su conservación. En el caso de la leche cruda, si se deja cierto tiempo en contacto con el aire y a temperatura ambiente, se descompone, detectándose ordinariamente por cambios en el aroma y sabor característicos y si es muy avanzada la descomposición, se presenta separación en dos o más capas. Químicamente, se puede caracterizar un descenso en el pH y un incremento en la acidez correspondiente al ácido láctico. No obstante, existen productos madurados donde se busca, de forma controlada, aumentar su acidez. Otro ejemplo es la carne; cuando el ganado ha sido subalimentado o sometido a intenso ejercicio antes del sacrificio, por procesos normales
41
de metabolismo se disminuye el contenido de glucógeno en el músculo, que impide la disminución del pH y la desnaturalización de las proteínas al alcanzar su punto isoeléctrico, disminuyendo la capacidad de retener agua, propiedad favorable para la textura y la pigmentación de la carne. El pH queda en valores de 6,6 y la cantidad de ácido láctico es muy pequeña, produciendo una carne de baja calidad. En frutas y hortalizas se pueden presentar variaciones en su carácter ácido debido a la presencia o ausencia de ácidos orgánicos provenientes de la degradación de los carbohidratos que producen principalmente ácido cítrico y ácido málico. El contenido de ácido varía con las fases de maduración y senescencia, pero en las frutas tienen un rango de 2,4 (cítricas) hasta 5,0 (banano), mientras que en los vegetales el rango va de 5,0 a 7,0. Los ácidos más abundantes en los tejidos vegetales son el cítrico y el málico; el primero predomina en las frutas cítricas, fresa y piña y en los vegetales en las papas, leguminosas, tomate y hortalizas de hoja. El ácido málico se encuentra en manzanas, ciruelas, albaricoques y en los vegetales en la lechuga, brócoli y coliflor. Otros ácidos importantes son el oxálico que se encuentra en las espinacas y el tartárico en las uvas. En los cereales y derivados, la determinación de la acidez es una prueba utilizada para evaluar la calidad del grano y de la harina
42
puesto que dependiendo del grado de infestación y la humedad pueden ocurrir fermentaciones indeseables, responsables de la aparición de ácidos que normalmente no se encuentran en esos productos. En la determinación analítica de la acidez se suelen expresar los resultados en el ácido más importante. La fórmula y el peso equivalente de los ácidos más comunes son:
Ácido cítrico: (C6H8O7)
CH2 – COOH | HO – C – COOH Eq = P.M./ 3 = 64 g/Eq.
Ka = 8 x 10-4
| CH2 – COOH
Ácido málico: (C4H6O5) HO – CH – COOH
Eq = P.M./2 = 67 g/Eq. CH 2 – COOH
43
Ácido tartárico: (C4H6O6)
COOH | HO – C – H
Eq = P.M./2 = 75 g/Eq. H – C – OH
| COOH
La forma más sencilla de determinar la acidez de un alimento es por titulación ácido-base. Ésta es una reacción química que se puede representar, si es entre el ácido clorhídrico y el hidróxido de sodio, así:
La reacción se considera completa cuando el número de equivalentes de la solución valorante es igual al número de equivalentes de la solución del analito. Dicho de otra forma, cuando los miliequivalentes del ácido han sido igualados con los miliequivalentes de la base.
44
Por otra parte, se sabe que los miliequivalentes en gramos de un ácido o una base son iguales al Peso Molecular dividido por el número de H + o de OH- utilizados por el ácido o la base. En general,
Esto permite calcular también el número de miliequivalentes de las dos sustancias reaccionantes cuando se conocen los volúmenes y las normalidades o calcular la normalidad o concentración de uno de los dos reaccionantes conociendo los miliequivalentes o el peso del otro. Sin embargo ¿en la práctica cómo se puede detectar el punto final? Se debe encontrar un medio que detecte el punto equivalente. En las titulaciones ácido– base hay un cambio brusco del pH al añadir un pequeño exceso del valorante. Por lo tanto, hay dos formas generales de detectar el punto final: con un indicador que detecte el cambio en pH haciéndolo manifiesto mediante la aparición o desaparición de un color o con un aparato que mida directamente el pH y en el que se puedan seguir con detalle sus cambios. En la presente práctica, se va a emplear el primero, dejando lo referente al medidor de pH para una 45
práctica posterior. Un indicador ácido–base es en sí un ácido o una base débil cuyas distintas formas protonadas tienen diferentes colores. Para hallar el indicador más apropiado se debe calcular el pH en el punto de equivalencia o conocer el punto final y seleccionar el más cercano o que coincida con ese cambio. En este caso, se va a emplear la fenolftaleína que tiene un rango de viraje entre 8,0 y 9,6, siendo incolora a pH inferior a 8 y rosada a pH superior a 9,6. Una aplicación inmediata de lo anterior es la titulación de una solución desconocida, utilizando soluciones de concentración conocida. En análisis de alimentos, lo corriente es valorar soluciones de concentración desconocida de ácidos; Esto se hace utilizando soluciones de concentración conocida de bases. Sin embargo, a las soluciones de bases no se les puede conocer directamente la concentración debido a que las más corrientes (hidróxidos de sodio, potasio y amonio) no permiten su pesada o medición con un grado de precisión suficiente. Por ello, es necesario después de preparar sus soluciones, valorarlas con un estándar o patrón primario de tipo ácido. Un estándar o patrón primario es una sustancia altamente ionizable, no volátil ni oxidante, muy estable al aire (no debe ser higroscópica en exceso ni delicuescente), de alto peso molecular perfectamente definido y debe permitir su secado a 100-110°C sin descomponerse.
46
En la práctica actual, se va a emplear como estándar o patrón primario el biftalato de potasio o ftalato ácido de potasio, cuyo P.M. es 204,22 g. Para la valoración del hidróxido de sodio, se parte de una cantidad
conocida debiftalato de potasio, la cual se titula entonces contra la solución desconocida de hidróxido de sodio, utilizando como indicador la fenolftaleína. En el punto final, cuando la solución cambie de incoloro a rosado, se tendrá la siguiente igualdad:
Una vez valorada la solución de hidróxido de sodio, se titula una solución preparada a partir del jugo o alimento. Para ello, se aplica la siguiente reacción:
Se debe recordar que un ácido débil se disocia incompletamente en agua, dando una solución en la cual:
47
De esta ecuación, se puede despejar [H3O+], así:
Por lo tanto, una vez conocida la concentración del ácido en % o cualquier otra unidad, se puede convertir en [Molar ácido] y a partir de la fórmula anterior se puede hallar [H3O+]2 Posteriormente, se puede despejar el pH, utilizando la fórmula:
Descripción de la practica Se toman alícuotas de alimentos líquidos y se valoran con una solución Normal de hidróxido de sodio o potasio, la cual se valora igualmente con un patrón de acidez para conocer exactamente su concentración normal. A partir de los datos de Volumen y Normalidad de la solución alcalina utilizada, se calcula la concentración de ácidos de la muestra, expresándola en diferentes unidades y el pH. Recursos a utilizar en la práctica (Equipos / instrumentos)
MATERIALES
REACTIVOS
Balanza analítica Vidrio de reloj
Biftalato de potasio R.A.
Hidróxido de sodio R.A. 48
Espátula pequeña
Ácido clorhídrico R.A.
Soporte Universal
Solución alcohólica de
Pinzas para bureta
fenolftaleína al 1%.
Bureta de 25 mL con llave de teflón Estufa de laboratorio Desecador Pinzas cortas para crisol Pipetas aforadas de 1, 10 y 25 mL Balones aforados de 100 y 250 mL Erlenmeyer de 250 mL Vasos precipitados de 50 y 250 mL Frasco lavador Software a utilizar en la practica Ninguno. Metodología Conocimiento previo para el desarrollo de la práctica Los estudiantes deben haber estudiado previamente todo lo concerniente con equilibrio ácido – base
49
Forma de trabajo En grupos de trabajo según las consideraciones del tutor a cargo; teniendo en cuenta espacio y material disponible.
Procedimiento Valoración de la solución de Hidróxido de sodio Pesar en balanza analítica, utilizando un vidrio de reloj o un vaso de precipitados de 50 mL, 0,25 g del biftalato de potasio, calidad reactivo analítico, previamente secado a 100 –110°C y conservado dentro del desecador. Registrar el peso exacto en el cuaderno de laboratorio. Pasar el biftalato pesado a un erlenmeyer de 250 mL, ayudándose con un frasco lavador y añadir alrededor de 100 mL de agua destilada, agitando suavemente hasta su disolución. Agregar 2 gotas de solución de fenolftaleína. Purgar y llenar la bureta con la solución recién preparada de hidróxido de sodio, enrasando a cero. Titular la solución de biftalato hasta obtener una coloración rosa que persista 30 segundos. Registrar en el cuaderno el valor obtenido.
50
Valoración de la acidez del alimento Dependiendo de la muestra traída al laboratorio (frutas cítricas, leche, harina, vino, uvas), establecer previamente con el tutor el tratamiento previo por realizar al tipo de muestra o consultar los métodos definidos por los manuales de laboratorio para obtener la solución de los ácidos del alimento. Para
los
alimentos
líquidos,
generalmente
se
puede
tomar
directamente una alícuota de 10 mL, depositarla en un erlenmeyer de 250 mL, agregar 2 gotas de fenolftaleína y alrededor de 100 mL de agua destilada, procediendo a titular con la solución estandarizada de hidróxido de sodio hasta color rosado persistente por 30 segundos. Registrar el volumen utilizado en el cuaderno de laboratorio. En unos pocos casos, habrá necesidad de hacer diluciones previas, tomando 10 mL del alimento, depositándolos en un balón aforado de 100 mL y completando a volumen con agua destilada. De esta solución, se toman alícuotas de 25 mL enerlenmeyers de 250 mL, añadiendo 2 gotas de fenolftaleína, 100 mL de agua destilada y goteando la solución estandarizada de hidróxido de sodio hasta color rosado persistente por 30 segundos. En cualquier caso, se deben calcular las diluciones de tal manera que no se sobrepasen los 25 mL de la escala de la bureta utilizada en la titulación para minimizar errores de procedimiento, sin perder la exactitud del método. Productos a entregar
51
Hacer los cálculos para encontrar la Normalidad de la solución de hidróxido de sodio utilizando el volumen empleado en la titulación. Con el volumen de hidróxido de sodio empleado para titular el alimento y los datos de la dilución si fue necesario realizar alguna, hacer los cálculos para encontrar el porcentaje peso a volumen de acidez, expresada como ácido cítrico. Con el porcentaje de acidez hallado, calcular el pH de la solución. Buscar en fuentes bibliográficas apropiadas el porcentaje y tipo de acidez del alimento utilizado, y comparar los resultados obtenidos. Sistema de Evaluación Los aspectos a evaluar del componente práctico son los siguientes:
Actividades desarrolladas de forma presencial; el estudiante deberá inscribir la práctica de laboratorio en el CEAD donde se encuentra inscrito; esta actividad será evaluada por el tutor que se designa en cada CEAD para orientar las prácticas.
Participación y disposición del estudiante durante el desarrollo del componente práctico. Preparación posterior del desarrollo de la práctica de laboratorio; la cual será evaluada mediante un quiz de conocimientos previos para el abordaje de las prácticas de laboratorio.
52
Entrega de informe de laboratorio tipo articulo (ver anexo)
Informe o productos a entregar El informe de laboratorio a entregar se encuentra descrito en el anexo. Rúbrica de evaluación del Informe
El tutor a cargo de la practica tendrá autonomía en la apreciación en cuanto al desempeño y aspectos a valorar; pero basara las calificaciones en los siguientes aspectos:
Aspectos a evaluar
Forma de
Puntaje sobre 5
evaluación Participación activa Es de del encuentro importancia práctico
estudiante
vital que el no
1.5
sólo
asista al encuentro práctico, también
sino que participe
activamente
del
mismo Preparación de las
La preparación de las
prácticas
prácticas se llevará a
1.5
53
cabo
por
cada
estudiante mediante el
estudio
de
las
guías de laboratorio, estudio
que
se
evaluará por medio de un quiz antes de empezar el desarrollo de estas. Informe de
El
informe
Laboratorio
laboratorio contar
de
2
debe con
la
estructura solicitada, una
excelente
redacción y análisis de
los
obtenidos
datos en
el
desarrollo del evento práctico RetroalimentaciónA cargo del tutor de laboratorio, según las disposiciones establecida con los estudiantes al principio de la practica.
54
PRACTICA No. 3 – DETERMINACIÓN DE CLORUROS Tipo de practica Presencial X Autodirigida Otra ¿Cuál Porcentaje de evaluación Horas de la practica Temáticas de la Volumetrías práctica cloruros,
de
Remota
3 precipitación,
halógenos,
reacciones de los halógenos, precipitación, técnica de Mohr de análisis de cloruros, técnica de
Intencionalidades formativas
Volhard, Titulaciones indirectas o por retroceso. Propósitos Desarrollar en los estudiantes su
capacidad para decidir los resultados que debe esperar mediante la aplicación de
criterios
relacionados
concentraciones contienen
los
de
con
cloruros alimentos,
las que sus
propiedades químicas, las técnicas y procedimientos
establecidos
medirlas,
método
el
para analítico
55
seleccionado y la variabilidad asignada a los resultados esperados.
El
desarrollo
de
las
capacidades
cognitivas superiores al capacitar al estudiante en procedimientos propios de la medición de las concentraciones de cloruros y la generación de criterios que le sirvan como referentes para el análisis
de
esos
resultados
y
la
elaboración de las recomendaciones más apropiadas para el mejoramiento de los productos analizados, de ser posible.
Objetivos Aplicar los fundamentos de la técnica analítica volumetría de precipitación. Describir los cambios que ocurren durante una titulación argentimétrica. Conocer
los
fundamentos
de
los
métodos de Mohr y de Volhard para la determinación de cloruros. Determinar
cuantitativamente
los 56
cloruros presentes en una muestra, utilizando el método de Volhard. Expresar el contenido de cloruros en diferentes unidades.
Metas
Establecer criterios para la selección de las condiciones requeridas para analizar una determinada muestra de interés del estudiante, buscando el cumplimiento de las características químicas definidas como criterio de calidad.
Establecer el conjunto de criterios que permitan la obtención, procesamiento y análisis de datos provenientes de la determinación de cloruros, teniendo en cuenta
conceptos,
métodos
y
procedimientos analíticos recomendados previamente.
Competencias
Un amplio conocimiento de los métodos
57
químicos aplicables a la cuantificación de cloruros en muestras de productos y materias primas, que le permitan la selección
e
interpretación
de
los
resultados más apropiados conforme a criterios previamente definidos. La capacidad de realizar por su cuenta los análisis de cloruros en muestras previamente seleccionadas por él y de responsabilizarse por el buen manejo de reactivos y materiales de vidrio, demostrando que valora apropiadamente los resultados y les da un manejo ético. Fundamentación Teórica Tal como se conoce desde hace muchos años, al agregar nitrato de plata a una solución neutra o débilmente ácida de un haluro (cloruro, yoduro, bromuro), se precipita cuantitativamente haluro de plata, de acuerdo a las reacciones:
58
Con base en estas reacciones, numerosos químicos establecieron métodos para la determinación cuantitativa de haluros, utilizando soluciones de nitrato de plata de concentración conocida ya que aunque los haluros de plata formados sonsensibles a la luz directa o a la artificial semejante a la diurna, presentándose un oscurecimiento (fundamento de la fotografía), este fenómeno no afecta el resultado final. Técnica de Mohr . Utiliza un método directo, añadiendo desde una
bureta lasolución de nitrato de plata y como indicador, un cromato alcalino, el cual reacciona con la primera gota en exceso de plata, según la reacción:
Dando un color rojo a la solución. En este punto, de acuerdo a la teoría general de volumetría, puede decirse que:
Siendo
La ventaja que tiene este método es que se pueden valorar 59
rápidamente las soluciones de nitrato de plata empleando como patrón primario cloruro de sodio R.A. A pesar de la sencillez del método, es poco utilizado sin embargo en el análisis rutinario, porque el cromato de plata es más insoluble que el cloruro y en el punto final, el cloruro ya precipitado tiende a transformarse en aquel, lo cual da una cierta imprecisión.
Técnica de Volhard , emplea un método indirecto, por el cual,
primero loscloruros de la muestra son precipitados utilizando una solución en exceso de nitrato de plata. A continuación, el cloruro de plata formado es retirado de la solución por filtración o se aísla utilizando ciertos compuestos orgánicos que se adsorben fuertemente eliminándolo de la solución. Luego, se valora el nitrato de plata que quedó sin reaccionar en la reacción anterior, utilizando una solución valorada de tiocianato (sulfocianuro) de amonio, empleando como indicador una solución de alumbre férrico amónico, el cual suministra iones Fe+3 que reaccionan con la primera gota en exceso de tiocianato dando a la solución un color rojo, según las reacciones:
60
El punto final de esta técnica es más preciso. Sin embargo, el tiocianato de sodio, potasio o amonio no son patrones primarios o estándar, siendo necesario valorarlos contra soluciones de nitrato de plata las que a su vez se valoran con cloruro de sodio R.A. Se tiene entonces que:
De donde
Y además,
Siendo
61
Un factor de interferencia para cualquiera de las dos técnicas es la presencia de aniones bromuro, yoduro, tiocianato, cianuro y sulfuro, y otros, todos los cuales precipitan en las condiciones de la determinación analítica, o la presencia de agentes reductores del catión plata como el estaño (II), hipofosfitos, formaldehído, hidroquinona y celulosa. Para evitar estas interferencias, cuando se trabaja con sustancias de origen orgánico se debe calcinar la muestra antes de realizar el análisis, ya que las altas temperaturas descomponen todos estos compuestos, volatilizando el bromo y el yodo formados. Descripción de la practica
Las muestras que pueden ser de sal de cocina (cloruro de sodio), o las soluciones de las cenizas de algún alimento, son pesadas o medidas, se disuelven en agua, completando a un determinado volumen en un balón aforado; de allí se toman alícuotas, a las cuales se les añade un volumen exactamente conocido de solución de normalidad también conocida de nitrato de plata, el cual se ha calculado de antemano, de tal manera que una parte de la plata se precipita con los cloruros originales de la muestra y otra parte, permanece sin reaccionar. La 62
parte de plata que ha reaccionado como cloruro, se separa de la solución ya sea por filtración o por adsorción sobre ciertos compuestos orgánicos (benceno o nitrobenceno) y en la solución remanente se determina la plata sobrante mediante su titulación con una solución de normalidad conocida de tiocianato de sodio o potasio. A partir del volumen y la normalidad de las soluciones de nitrato de plata y de tiocianato, se calculan las concentraciones de cloruro que contenían las muestras originales.
Recursos a utilizar en la práctica (Equipos / instrumentos)
MATERIALES
REACTIVOS
Balanza analítica
Cloruro de sodio R.A.
Soporte universal
Solución de nitrato de plata
Pinzas para bureta
0,1N
Espátula
Solución
de
sulfocianuro
de
Bureta de 25 ml con llave de amonio, de sodio o de potasio teflón
0,1N
Solución
saturada
de
Pesasustancias de 30 ml
alumbre férrico amónico
Vidrio de reloj
Solución de ácido nítrico 6N
Vaso de precipitados de 50 ml
Solución de cromato de potasio
Balón aforado de 250 ml
al 5% Benceno o nitrobenceno.
Balón aforado de 100 ml
63
Pipeta aforada de 25 ml Pipeta aforada de 10 ml Pipeta graduada de 5 ml Erlenmeyer de 250 ml Frasco lavador Probeta de 100 ml Software a utilizar en la práctica u otro tipo de requerimiento para el desarrollo de la práctica Ninguno. Metodología Metodología: Conocimiento previo para el desarrollo de la práctica Los estudiantes deben haber estudiado previamente los conceptos de gravimetría.
Forma de trabajo En grupos de trabajo según las consideraciones del tutor a cargo; teniendo en cuenta espacio y material disponible.
Procedimiento
64
Preparación de la muestra Pesar 0,2 g de sal de cocina utilizando una balanza analítica, en un vidrio de reloj, pesa sustancias o vaso de precipitados de 50 mL, diluir con agua y transferir cuantitativamente a un balón aforado de 100 mL, ayudándose con un embudo si es necesario. Completar a volumen y homogenizar. Determinación de cloruros en la muestra De la muestra preparada en el apartado anterior, tomar una alícuota de 10 mL con una pipeta aforada y trasvasarlos a un erlenmeyer de 250 mL. Agregar 1.0 mL de ácido nítrico 6 M, 50 mL de agua destilada y utilizando pipeta aforada añadir 25 mL de la solución de nitrato de plata previamente estandarizada y 1 mL de benceno o nitrobenceno. Agitar muy bien y añadir 5 mL del indicador alumbre férrico amónico. Purgar, llenar y llevar a cero la bureta con la solución de tiocianato recién preparada y estandarizada y agregarla lentamente sobre el nitrato de plata sobrante, con mucha agitación, hasta obtener un color rojo. Anotar el volumen utilizado en el cuaderno de laboratorio.
Productos a entregar Calcular las normalidades de las soluciones de nitrato de plata y de tiocianato (sulfocianuro) de potasio, si se han preparado recientemente. De lo contrario, con las concentraciones conocidas 65
para estas soluciones y los datos del peso de muestra y teniendo en cuenta la dilución realizada y las relaciones expuestas, calcular la concentración en cloruro de sodio de la muestra de sal de cocina en % peso a peso. Elaborar el informe correspondiente conforme a las indicaciones dadas a continuación.
Sistema de Evaluación Los aspectos a evaluar del componente práctico son los siguientes:
Actividades desarrolladas de forma presencial; el estudiante deberá inscribir la práctica de laboratorio en el CEAD donde se encuentra inscrito; esta actividad será evaluada por el tutor que se designa en cada CEAD para orientar las prácticas. La actividad tendrá una calificación de 125 puntos máximos.
Participación y disposición del estudiante durante el desarrollo del componente práctico. Preparación posterior del desarrollo de la práctica de laboratorio; la cual será evaluada mediante un quiz de conocimientos previos para el abordaje de las prácticas de laboratorio.
Entrega de informe de laboratorio tipo articulo (ver anexo)
66
Informe o productos a entregar
El informe de laboratorio a entregar se encuentra descrito en el anexo. Rúbrica de evaluación del Informe
El tutor a cargo de la practica tendrá autonomía en la apreciación en cuanto al desempeño y aspectos a valorar; pero basara las calificaciones en los siguientes aspectos:
Aspectos a evaluar
Forma de
Puntaje sobre 5
evaluación Participación activa Es
de
vital
del encuentro
importancia
práctico
estudiante
que no
1.5
el sólo
asista al encuentro práctico,
sino
también activamente
que
participe del
mismo Preparación de las
La preparación de las
prácticas
prácticas se llevará a
1.5
67
cabo
por
cada
estudiante mediante el
estudio
de
las
guías de laboratorio, estudio
que
se
evaluará por medio de un quiz antes de empezar el desarrollo de estas. Informe de
El
informe
Laboratorio
laboratorio contar
de
2
debe con
la
estructura solicitada, una
excelente
redacción y análisis de
los
obtenidos
datos en
el
desarrollo del evento práctico Retroalimentación: A cargo del tutor de laboratorio, según las disposiciones establecida con los estudiantes al principio de la practica.
68
PRACTICA No. 4 DETERMINACIÓN DE CENIZAS Y CALCIO EN UN ALIMENTO Tipo de practica Presencial X Autodirigida Otra ¿Cuál
Remota
Porcentaje de evaluación Horas de la 3 practica Temáticas de la Gravimetría, humedad, cenizas, contenido de práctica minerales, reacciones de oxidación-reducción, permanganimetría, precipitación. Propósitos Desarrollar
en
los
estudiantes
su
capacidad para decidir los resultados que debe esperar mediante la aplicación de criterios
relacionados
con
las
concentraciones de elementos metálicos o no metálicos alimentos, las
que
contienen
los
sus propiedades químicas, técnicas
y
procedimientos
establecidos para medirlas, el método
69
analítico seleccionado y la variabilidad asignada a los resultados esperados. El
desarrollo
de
cognitivas superiores
las al
capacidades capacitar
al
estudiante en procedimientos propios de la medición de las concentraciones de calcio y la generación de criterios que le sirvan como referentes para el análisis de esos resultados y la elaboración de las recomendaciones más apropiadas para el mejoramiento de los productos analizados, de ser posible. Objetivos
.
Aprender la técnica de determinación de cenizas en un alimento por calcinación en mufla eléctrica. Realizar la preparación de una muestra de alimento a partir de sus cenizas con el fin de determinar cuantitativamente componentes minerales.
sus
Determinar cuantitativamente el calcio de un alimento por permanganimetría y expresar los resultados en diferentes
70
bases y unidades Aprender a buscar información en fuentes bibliográficas, comparándola con la obtenida en circunstancias reales. Metas
Establecer criterios para la selección de las condiciones requeridas para analizar una determinada
muestra
de
interés
del
estudiante, buscando el cumplimiento de las características químicas definidas como criterio de calidad.
Establecer el conjunto de criterios que permitan la obtención, procesamiento y análisis de datos provenientes de la determinación de calcio, teniendo en cuenta
conceptos,
métodos
y
procedimientos analíticos recomendados previamente. Competencias
Un amplio conocimiento de los métodos químicos aplicables a la cuantificación de calcio en muestras de productos y
71
materias primas, que le permitan la selección e interpretación de los resultados más apropiados conforme previamente definidos.
a
criterios
La capacidad de realizar por su cuenta los análisis de calcio en muestras previamente seleccionadas por él y de responsabilizarse por el buen manejo de reactivos y materiales de vidrio, demostrando que valora apropiadamente los resultados y les da un manejo ético.
Fundamentación Teórica Las cenizas corresponden al residuo inorgánico proveniente de la incineración de la materia orgánica. En los alimentos, su composición y cantidad depende de la naturaleza del alimento calcinado y del método correspondiente. Los derivados lácteos líquidos tienen del 0,5 al 1 %, mientras que las grasas y los aceites prácticamente no contienen cenizas, las margarinas, mayonesas y aceites para ensaladas contienen principalmente cloruro de sodio; En las frutas, depende del contenido de humedad, frescas pueden contener entre 0,2 y 0,8 % mientras que secas pueden alcanzar el 3,5 %. Las nueces van del 1,5 al 2,5 %. En el pescado del 1 al 2 %, en carnes, especialmente las procesadas, puede llegar al 12 %. Dos de los elementos minerales que generalmente se determinan en 72
las cenizas de la mayoría de alimentos son el calcio y el fósforo (harinas, leches y sus derivados). En esta práctica se utilizarán los fundamentos de la permanganimetría con el fin de determinar el contenido de calcio presente en algunas de estas muestras que seleccionará el estudiante según su interés. En el método más corriente para obtener las cenizas, la muestra se somete a calefacción hasta peso constante en una mufla eléctrica a 550-600°C.
El
residuo
en
estas
condiciones
está
formado
principalmente por los carbonatos de los metales alcalinos y alcalino térreos o los óxidos de los demás metales. Así, p.ej., el calcio se tendrá como carbonato. Al tratar las cenizas con ácido clorhídrico, el carbonato sufre una reacción ya conocida:
Al agregar ion oxalato a la solución que contiene el calcio, precipita oxalato de calcio en un estado cristalino que depende del medio y la temperatura. Así, si el medio es alcalino con presencia de amoniaco y cloruro de amonio, a 50-60°C y se permite la precipitación lenta, se obtienen cuantitativamente cristales grandes que permiten su filtración.
73
El precipitado obtenido se deja madurar manteniendo la temperatura a 50-60°C por lo menos ½ hora para que adquiera un tamaño adecuado facilitando la filtración y posterior lavado del exceso de oxalatos, que más adelante puede interferir en la determinación cuantitativa. Una vez filtrado y lavado el oxalato de calcio (o el de sodio en el caso de la valoración del permanganato) se hace reaccionar con ácido sulfúrico para poner en libertad el ácido oxálico, según las reacciones:
y
El cual se valora con una solución estandarizada de permanganto de potasio, en caliente, para que sea rápida y cuantitativa:
De donde,
74
y
Un mol de oxalato reacciona con un mol de calcio y los pesos equivalentes dependen del número de electrones transferidos por la molécula durante la reacción, así el oxalato libera dos electrones luego su peso equivalente será la mitad del peso molecular; mientras que para el calcio será la mitad del peso atómico. Por consiguiente,
Se pueden presentar algunas interferencias en el método; todos los metales, excepto los alcalinos forman oxalatos insolubles, sin embargo el magnesio no precipita cuando se tiene el buffer de amoniaco – cloruro de amonio. Aunque el permanganato de potasio es un estándar primario, sus soluciones se van reduciendo muy rápidamente, cambiando su concentración, debido a las partículas de polvo y trazas de sales
75
amoniacales en el agua destilada. Por eso es necesario estandarizarlas en el momento de su uso, lo cual se hace corrientemente con oxalato de sodio que también es un estándar primario.
Descripción de la practica
Las muestras que pueden ser de cualquier alimento (preferible con alto contenido de calcio, como queso o leche en polvo), son pesadas con cuidado en balanza analítica; se someten a calcinación en una mufa eléctrica a 550°C durante tres horas (en la industria, hasta peso constante); se dejan enfriar y se pesan sus cenizas, que con cuidado se disuelven en un ácido mineral, preferiblemente clorhídrico, completando a volumen en balón aforado. De la solución obtenida, se toma alícuota que se somete a reacción con oxalato de amonio en condiciones analíticas controladas; el precipitado obtenido, que contiene
el
calcio,
se
deja
madurar
para
poderlo
filtrar
cuantitativamente, y se disuelve con ácido sulfúrico para dejar en libertad el ión oxalato, el cual por ser reductor se valora por reacción cuantitativa con permanganato de potasio de concentración conocida. A partir de los pesos de muestra original y de cenizas, se calcula el % de cenizas de la muestra y teniendo en cuenta el volumen y la
76
normalidad de la solución de permanganato de potasio empleado para la valoración y el peso de muestra original y sus cenizas, así como las diluciones efectuadas, se calculan las concentraciones de calcio que contenían las muestras originales, tanto en % normal, como en % de cenizas, utilizando las relaciones matemáticas expuestas en la parte teórica.
Recursos a utilizar en la práctica (Equipos / instrumentos)
MATERIALES
REACTIVOS
Balanza Analítica
Permanganato de potasio
Soporte universal
R.A
Trípode de hierro
Agua destilada
Malla de asbesto
Ácido sulfúrico R.A. Oxalato
Mechero bunsen
de sodio R.A. Ácido
Mufla eléctrica de laboratorio
sulfúrico solución 1:1
Desecador
Ácido sulfúrico, solución al
Pinzas largas para crisol
5% Vol/Vol Nitrato de
Guantes de carnaza
plata, solución al 0,5%
Mortero y mano
Oxalato de amonio,
Baño maría de anillos concéntricos
solución saturada Solución
Crisol o cápsula de porcelana de
fenolftaleína al 1%
30 ml
Ácido clorhídrico solución
77
Frasco lavador
1:1 Hidróxido de amonio
Balón aforado de 100 ml
solución 1:1
Pipeta graduada de 5 ml Embudo pequeño Papel de filtro cuantitativo Vaso de precipitados de 50 ml Vaso de precipitados de 400 ml Erlenmeyer de 250 ml Balón aforado de 250 ml Pipeta aforada de 25 ml Pipeta aforada de 10 ml Agitador de vidrio Software a utilizar en la práctica u otro tipo de requerimiento para el desarrollo de la práctica Ninguno. Metodología Conocimiento previo para el desarrollo de la práctica. Los estudiantes deben haber estudiado previamente las temáticas dispuestas en las unidades temáticas del curso y reacciones de oxido reducción Forma de trabajo: En grupos de trabajo según las consideraciones del tutor a cargo;
78
teniendo en cuenta espacio y material disponible. Procedimiento: Determinación de las cenizas En un crisol de porcelana previamente tarado a 500 – 550 ºC en la mufla, pesar utilizando una balanza analítica, 7 g de una muestra homogenizada de queso. Registrar los datos en el cuaderno de laboratorio. Calcinar directamente las muestras en la mufla, instalada en una vitrina de extracción, dejándolas allí unas tres horas a 500-550°C, verificando que se han logrado cenizas blancas o grises o hasta obtener un peso constante. Para los cálculos se utiliza el último dato registrado. Diligenciar el cuadro siguiente con los datos obtenidos: Tabla 3 Determinación de cenizas
Peso Peso
crisol
Peso Peso de
+
crisol
% Peso de cenizas
+
crisol muestra Muestra cenizas cenizas e x 100 vacío
b-a
d-a
/c
79
a
b
c
d
e
Solubilización de las cenizas Una vez determinado y registrado el peso de las cenizas, se añade 5 mL de ácido clorhídrico (1:1) y se evaporan en la vitrina utilizando un baño de maría. Repetir el tratamiento dos veces más, trasladando cuantitativamente la última solución formada, a un balón aforado de 100 mL, lavando muy bien el crisol con agua caliente. Completar a volumen con agua destilada. Si se observa algún depósito en el fondo del balón, filtrar una porción de unos 50 mL. Si la solución está transparente, omitir el filtrado. Determinación del calcio Tomar con pipeta aforada de 50 mL, una alícuota de la solución resultante de la solubilización de las cenizas y pasarla a un vaso de precipitados de 250 mL; añadir aprox 50 mL de agua destilada, calentar a ebullición, adicionar lentamente 10 mL de la solución saturada de oxalato de amonio, tres gotas de fenolftaleína al 1 %, y lentamente solución de hidróxido de amonio (1:1) hasta reacción alcalina agitando con una varilla de vidrio. Mantener la ebullición por 5 minutos agitando permanentemente y dejar en reposo el precipitado de oxalato de calcio formado durante una hora en un sitio tibio.
80
Finalmente filtrar por decantación con papel de filtro cuantitativo y lavar con agua caliente hasta fin de cloruros, pasar el papel con el precipitado a un erlenmeyer de 250 mL, añadir 100 mL de agua destilada y 10 mL de solución de ácido sulfúrico (1:1), triturar con una varilla de vidrio para destrozar el papel de filtro y disolver el precipitado,
calentar
a
ebullición.
y
titular
con
la
solución
estandarizada de permanganato de potasio 0,1N hasta obtener la coloración rosada persistente por 30 segundos. Registrar el volumen consumido en el cuaderno de laboratorio. Productos a entregar Determinar el % de cenizas, diligenciando el cuadro 1. A partir del peso de oxalato de calcio y el volumen de permanganato de potasio utilizado, calcular la concentración de éste en Normalidad, utilizando las relaciones matemáticas expuestas en la parte teórica. A partir del peso de muestra y de cenizas (cuadro 1.), de la alícuota de la solución de cenizas y el volumen de permanganato utilizado en su valoración calcular el % de calcio en mg Ca por 100 g de cenizas y mg de Calcio por 100 g de muestra. Comparar con los valores dados en los manuales de laboratorio, tablas de composición de alimentos y otros, determinando el % de error.
81
Elaborar el informe correspondiente conforme a las indicaciones dadas. Sistema de Evaluación
Los aspectos a evaluar del componente práctico son los siguientes:
Actividades desarrolladas de forma presencial; el estudiante deberá inscribir la práctica de laboratorio en el CEAD donde se encuentra inscrito; esta actividad será evaluada por el tutor que se designa en cada CEAD para orientar las prácticas. La actividad tendrá una calificación de 125 puntos máximos
Participación y disposición del estudiante durante el desarrollo del componente práctico. Preparación posterior del desarrollo de la práctica de laboratorio; la cual será evaluada mediante un quiz de conocimientos previos para el abordaje de las prácticas de laboratorio.
Entrega de informe de laboratorio tipo articulo (ver anexo)
Informe o productos a entregar
82
El informe de laboratorio a entregar se encuentra descrito en el anexo. Rúbrica de evaluación del Informe
El tutor a cargo de la practica tendrá autonomía en la apreciación en cuanto al desempeño y aspectos a valorar; pero basara las calificaciones en los siguientes aspectos: Aspectos a evaluar
Forma de
Puntaje sobre 5
evaluación Participación activa Es del encuentro práctico
de
vital
importancia
que
1.5
el
estudiante no sólo asista al encuentro práctico,
sino
que
también participe activamente del mismo Preparación de las
La preparación de las
prácticas
prácticas se llevará a cabo
por
1.5
cada
estudiante mediante el
estudio
de
las
guías de laboratorio,
83
estudio
que
se
evaluará por medio de un quiz antes de empezar el desarrollo de estas. Informe de
El
informe
Laboratorio
laboratorio contar
de
2
debe con
la
estructura solicitada, una
excelente
redacción y análisis de
los
obtenidos
datos en
el
desarrollo del evento práctico
RETROALIMENTACIÓN
A cargo del tutor de laboratorio, según las disposiciones establecida con los estudiantes al principio de la práctica.
84
PRACTICA No. 5 DETERMINACIÓN DE PH Y ÁCIDO ACÉTICO EN UN VINAGRE Tipo de practica Presencial X Autodirigida Remota Otra ¿Cuál Porcentaje de evaluación Horas de la practica Temáticas de la práctica
3 Volumetrías ácido-base, ácidos fuertes y débiles, constante de equilibrio, punto de equilibrio, volumen de neutralización, pH de neutralización, medidores de pH.
Intencionalidades formativas
Propósitos Desarrollar en los estudiantes su capacidad para decidir los resultados que
debe
esperar
mediante
la
aplicación de criterios relacionados con las
concentraciones
orgánicos
que
alimentos, sus químicas, procedimientos
de contienen
ácidos los
propiedades las
técnicas establecidos
y para 85
medirlas,
el
método
analítico
seleccionado y la variabilidad asignada a los resultados esperados El
desarrollo
de
las
capacidades
cognitivas superiores al capacitar al estudiante en procedimientos propios de la medición de las concentraciones de ácidos y pH y la generación de criterios que le sirvan como referentes para el análisis de esos resultados y la elaboración de las recomendaciones más apropiadas para el mejoramiento de los productos analizados, de ser posible. Objetivos
Identificar los componentes de un medidor potenciométrico de pH. Aprender a calibrar y utilizar un medidor de pH. Determinar el pH de un alimento vinagre. Determinar el contenido de ácido acético en un vinagre.
86
Elaborar las gráficas de neutralización de un ácido débil y un ácido fuerte y compararlas. A
partir
de
las
gráficas
de
neutralización del ácido acético y del ácido clorhídrico, hallar los volúmenes y pH de neutralización. A partir del volumen de neutralización del vinagre, hallar el % de ácido acético. A partir del pH del vinagre, utilizando las relaciones pertinentes, calcular la concentración de ácido acético y compararla con la obtenida a partir del volumen de neutralización. Aprender a buscar información en fuentes bibliográficas, comparándola con la obtenida en circunstancias reales
Metas
Establecer criterios para la selección
87
de las condiciones requeridas para analizar una determinada muestra de interés del estudiante, buscando el cumplimiento de las características químicas definidas como criterio de calidad.
Establecer el conjunto de criterios que permitan la obtención, procesamiento y análisis de datos provenientes de la determinación de ácidos débiles y pH, teniendo
en
cuenta
conceptos,
métodos y procedimientos analíticos recomendados previamente.
Competencias
Un
amplio
conocimiento
de
los
métodos químicos aplicables a la cuantificación de ácidos débiles con medidores de pH en muestras de productos y materias primas, que le permitan la selección e interpretación de los resultados más apropiados conforme
a
criterios
previamente
88
definidos. La capacidad de realizar por su cuenta los análisis de ácidos débiles y pH en muestras previamente seleccionadas por él y de responsabilizarse por el buen manejo de reactivos y materiales de vidrio, demostrando que valora apropiadamente los resultados y les da un manejo ético. Fundamentación Teórica
El índice de acidez de un alimento es la propiedad química cuantitativa que puede utilizarse como un parámetro de calidad al estar en estrecha relación con el pH, factor que permite controlar el efecto perjudicial de algunos microorganismos que son tóxicos por sí mismos o por las toxinas que producen. Se puede definir como la cantidad en gramos o en miligramos presentes en 100 gramos de un alimento. Según la cantidad presente y considerada como normal, se puede establecer el grado de conservación del alimento. En esta práctica se tendrá la oportunidad de aplicar los principios teóricos y metodológicos de la potenciometría en el registro del pH y su variación en función del titulante en la determinación de la concentración de un ácido débil - ácido acético - en una muestra comercial de vinagre o de un alimento que ha sido procesado y conservado en esa sustancia y a partir de estas características, 89
calcular el índice de acidez del alimento analizado, comparándolos con los obtenidos en las mismas condiciones de trabajo para un ácido fuerte.
Potenciometría ácido base La potenciometría es la medida de una f.e.m. producida en una celda galvánica a través de la cual la corriente que pasa es virtualmente cero, por lo que no tienen lugar cambios importantes en la concentración de las especies electroactivas y la variable que interesa es la modificación del potencial de un electrodo sencillo (semicelda) en que tiene lugar la variación de la concentración de uno o de ambos componentes. Como el potencial de un electrodo sencillo se puede medir directamente, el par de electrodos de la celda consiste en un electrodo de referencia que mantiene el potencial constante y un electrodo indicador cuyo potencial depende de la composición de la solución electrolítica que en nuestro caso tiene iones hidronio e hidroxilo. No vale la pena repetir aquí todos los conceptos concernientes a las celdas galvánicas y potenciométricas, pero el estudiante, debe revisar los capítulos correspondientes del módulo de química analítica. Igualmente, debe tener presente que el medidor de pH desarrollado a partir de los conceptos ya estudiados, es un potenciómetro que mide diferencias de potencial muy pequeñas a través de una celda
90
potenciométrica muy refinada formada por electrodos, siendo el más corriente de éstos, el combinado, que incluye el electrodo de referencia y el indicador. La potenciometría ácido- base permite la elaboración de las curvas de titulación al poder registrar la variación del pH (o de la f.e.m.) en función del volumen del titulante. El comportamiento del sistema que se está midiendo es exactamente el mismo que se discutió en la práctica de volumetría ácido-base, sólo que la detección del punto de equivalencia se hace mediante la utilización del medidor de pH. Concentración de hidronios y pH
Una de las propiedades más importantes del agua, que le ha valido su título como solvente universal es la posibilidad de establecer enlaces de hidrógeno ya sea con sustancias orgánicas o inorgánicas. La interacción con algunas sustancias de carácter iónico le permiten modificar su conductividad eléctrica y la reacción consigo misma u autoprotólisis le confiere la capacidad ambivalente de ser ácido o base, lo cual se expresa mediante la reacción:
Para esta reacción puede expresar la constante de equilibrio de la
91
siguiente manera:
Teniendo en cuenta que en general se trabaja con un litro de solución, al hallar su molaridad, se encuentra que el denominador es muy grande y casi constante:
por lo que reemplazando en la ecuación anterior y despejando, se tiene la siguiente relación:
Esta expresión de equilibrio se denomina constante del producto iónico del agua KW, que a temperatura ambiente tiene un valor de 1X10 - 14, de donde se deduce que en el agua pura la concentración molar de los iones hidronio y de los iones hidroxilo es de 1X10 - 7:
92
Para no trabajar con potencias negativas, se comenzó a trabajar con el concepto de pK, por el cual pK = log 1/ K y por extensión se tienen el pH y el pOH, así:
de tal manera que reemplazando en (5),
Ácidos y bases débiles y fuertes Un protón no existe solo en solución sino que trata de asociarse a una base, en nuestro caso al agua para formar el hidronio (H 3O+); La mayor o menor facilidad de ceder o recibir protones determina la fuerza de los ácidos y las bases. Así, los ácidos y las bases fuertes los 93
ceden o reciben fácilmente, mientras que los considerados débiles lo hacen muy lento y hasta cierto límite estableciendo un equilibrio químico donde se identifica un par de ácidos conjugados y de bases conjugadas. La disociación de los ácidos y las bases débiles es una reacción reversible que se puede representar así:
Su ecuación de equilibrio químico
Donde el símbolo [ ] significa moles/L. Los ácidos y bases monopróticas débiles son sustancias que al disolverse en agua pierden o ganan un protón, hasta alcanzar un equilibrio químico de poca extensión, como ocurre con los ácidos fórmico, acético y láctico o con el amoniaco:
La constante es
94
Descripción de la practica
Se hacen dos titulaciones: la primera con una alícuota de ácido clorhídrico (un ácido fuerte) y la segunda con una alícuota del vinagre que puede ser cualquier vinagre comercial. Se van tomando los datos para cada titulación por aparte, del volumen de NaOH empleado, midiendo el pH con un medidor de pH y elaborando una tabla con los resultados para cada titulación, las cuales se llevan a cabo hasta llegar a un pH aproximado de 11. Una vez terminadas las titulaciones, a partir de los datos, se calculan ∆Vol, ∆pHy ∆pH/∆Vol
para cada uno de los datos tomados.
Finalmente, con estos últimos,se elaboran dos gráficas para cada ácido: la primera en la cual en el eje de las X se tiene el volumen de titulante y en el eje de las Y la ∆pH/∆Vol correspondiente, a partir de
la cual se halla el punto de inflexión correspondiente al volumen de neutralización. La segunda, con el volumen del titulante en el eje de las X y en el eje de las Y el pH, en la cual, se señala una vez elaborada, el volumen de neutralización hallado antes y se interpola 95
para hallar el pH de neutralización. Con estos datos básicos, y utilizando las relaciones expuestas en la parte teórica, se calculan el resto de valores que se piden en los objetivos.
Recursos a utilizar en la práctica (Equipos / instrumentos)
MATERIALES
REACTIVOS
Medidor de pH
Solución
buffer
pH
7,0
Electrodo combinado
Solución
Buffer
pH
4,0
Vaso de precipitados de 250
Hidróxido de sodio 0,1N
ml
Ácido clorhídrico 0,1N
Vaso de precipitados de 100 ml Soporte universal Pinzas para bureta Agitador magnético Imanes recubiertos en teflón Bureta de 25 ml llave de teflón Pipeta aforada de 10 ml Pipeta aforada de 25 ml Balón aforado de 250 ml
96
Frasco lavador Software a utilizar en la práctica u otro tipo de requerimiento para el desarrollo de la práctica Ninguno. Metodología Conocimiento previo para el desarrollo de la práctica. Los estudiantes deben haber estudiado previamente las temáticas disponibles en el curso, en especial todo lo concerniente a volumetrías
Forma de trabajo: En grupos de trabajo según las consideraciones del tutor a cargo; teniendo en cuenta espacio y material disponible.
Procedimiento: Calibración y operación del medidor de pH Puesto que cada marca y modelo de medidor de pH tiene sus controles propios y su manera particular de calibrarlo y manejarlo, esas etapas se omitirán en este texto, en el entendido de que el estudiante debe seguir las instrucciones que le dará el tutor sobre el manejo del equipo 97
en el laboratorio. Lectura del pH de la muestra Tomar en un vaso de precipitados de 100 mL unos 50 mL del vinagre, retirar el electrodo del agua destilada, secarlo suavemente con papel de filtro y sumergirlo en el vinagre. Mover el control correspondiente a la posición de medición de pH y esperar a que se estabilice la lectura. Anotarla en el cuaderno de laboratorio. Neutralización del ácido clorhídrico Hacer un montaje con el soporte universal, un agitador magnético, las pinzas para bureta, una bureta de 25 mL y el electrodo de manera que al colocar un vaso de precipitados de 250 mL, la bureta queda aproximadamente en la mitad del vaso. Tomar con pipeta aforada una alícuota de 25 mL de solución de ácido clorhídrico 0,1N y depositarla en un vaso de precipitados de 250 mL, añadir 50 mL de agua destilada y colocar el vaso en el montaje descrito de manera que la bureta quede aproximadamente en la mitad del vaso y el electrodo quede sumergido sin tocar las paredes ni el fondo del vaso. Agregar un imán recubierto de teflón. Purgar, llenar y llevar a cero la bureta con solución de hidróxido de sodio 0,1N, Colocarla en el montaje anterior con las pinzas para bureta. Retirar el electrodo del agua destilada, secarlo suavemente con papel de filtro y sumergirlo en el vaso de precipitados. Encender el
98
agitador magnético y graduarlo en una velocidad apropiada. Mover el control correspondiente a la posición de medición de pH, esperar a que se estabilice la lectura y comenzar a agregar el hidróxido de sodio, en porciones de 0,5 mL al comienzo, anotando los volúmenes agregados y los pH leídos en el cuaderno de laboratorio. En la medida en que se vayan viendo las variaciones en el pH, ir disminuyendo los volúmenes de NaOH agregados, de tal manera que habrá una parte en que se deberán añadir volúmenes de 0,1 mL. Con los datos tomados, elaborar una tabla como la siguiente: Tabla 4 Neutralización del ácido clorhídrico Vol. NaOH
∆Vol
pH
∆pH
∆pH / ∆Vol
0
0
Lectura1
0
0
Lectura1 –
Lectura1 – Lectura2 /
Lectura2
0,5
Lectura2 –
Lectura2 – Lectura3 /
Lectura3
05
Lectura3 –
Lectura3 – Lectura4 /
Lectura4
0,5
etc.
etc.
0,5 1
- 0,5 Lectura2
- 0,5 Lectura3
1,5
- 0,5 Lectura4
etc.
etc.
etc.
Continuar agregando hidróxido de sodio y anotando las lecturas hasta que se alcance un pH entre 10 y 11. Al terminar, detener el agitador magnético, mover el control correspondiente a la posición de cero o
99
stand by, retirar el electrodo, enjuagarlo y sumergirlo en agua destilada. Neutralización del vinagre Tomar con pipeta aforada 25 mL del vinagre y llevarlos a un balón aforado de 250 mL, completando a volumen con agua destilada Utilizar el mismo montaje del apartado anterior. Tomar con pipeta aforada una alícuota de 25 mL de solución preparada anterior y depositarla en un vaso de precipitados de 250 mL, añadir 50 mL de agua destilada y colocar el vaso en el montaje de manera que la bureta quede aproximadamente en la mitad del vaso y el electrodo quede sumergido sin tocar las paredes ni el fondo del vaso. Agregar un imán recubierto de teflón. Llenar y llevar a cero la bureta con la solución de hidróxido de sodio 0,1N, Colocarla en el montaje anterior con las pinzas para bureta. Retirar el electrodo del agua destilada, secarlo suavemente con papel de filtro y sumergirlo en el vaso de precipitados. Encender el agitador magnético y graduarlo en una velocidad apropiada. Mover el control correspondiente a la posición de medición de pH, esperar a que se estabilice la lectura y comenzar a agregar el hidróxido de sodio, en porciones de 0,5 mL inicialmente, anotando los volúmenes agregados y los pH leídos en el cuaderno de laboratorio. En la medida en que se vayan viendo las variaciones en el pH, ir disminuyendo los volúmenes de NaOH agregados, de tal manera que habrá una parte en que se
100
deberán añadir volúmenes de 0,1 mL. Con los datos tomados, elaborar una tabla como la siguiente: Tabla 5. Neutralización del vinagre Vol NaOH
∆Vol
pH
∆pH
∆pH / ∆Vol
0
0
Lectura1
0
0
Lectura1 –
Lectura1 – Lectura2 /
Lectura2
0,5
Lectura2 –
Lectura2 – Lectura3 /
Lectura3
0,5
Lectura3 –
Lectura3 – Lectura4 /
0,5
1
- 0,5
- 0,5
Lectura2
Lectura3
1,5
- 0,5
Lectura4
Lectura4
0,5
etc.
etc.
etc.
et.
etc.
Continuar agregando hidróxido de sodio y anotando las lecturas hasta que se alcance un pH entre 10 y 11. Al terminar, detener el agitador magnético, mover el control correspondiente a la posición de cero o stand by, retirar el electrodo, enjuagarlo y sumergirlo en agua destilada. Productos a entregar A partir de los valores de pH hallados para el vinagre y el ácido clorhídrico, calcular las [H3O+] y las [Ácido], utilizando las relaciones
101
de la sección de aspectos teóricos. Expresarlas como % peso a volumen. Comparar con los datos obtenidos en manuales, tablas de composición, etc. Con los datos de la tabla 4.1 elaborar una gráfica en papel milimetrado, de tal manera que en el eje X se tenga el volumen de NaOH y en el eje Y ∆pH / ∆vol. A partir de ella, visualmente hallar el
volumen de neutralización del ácido clorhídrico, expresándolo con una cifra decimal. Con los datos de la tabla 4.1 elaborar una gráfica en papel milimetrado, de tal manera que en el eje X se tenga el volumen de NaOH y en el eje Y el pH. A partir de ella, interpolando el valor hallado en la gráfica anterior para el volumen de neutralización, hallar visualmente el pH de neutralización del ácido clorhídrico, expresándolo con una cifra decimal. Con este pH, calcular la [H 3O+] para el ácido clorhídrico. Compararla con la obtenida por lectura directa del pH. Con los datos de la tabla 4.2 elaborar una gráfica en papel milimetrado, de tal manera que en el eje X se tenga el volumen de NaOH y en el eje Y ∆pH / ∆vol. A partir de ella, hallar visualmente el
volumen de neutralización del ácido acético, expresándolo con una cifra decimal. Con los datos de la tabla 4.2 elaborar una gráfica en papel milimetrado, de tal manera que en el eje X se tenga el volumen de NaOH y en el eje Y el pH. A partir de ella, interpolando el valor hallado
102
en la gráfica anterior para el volumen de neutralización, hallar el pH de neutralización para el ácido acético, expresándolo con una cifra decimal. Con este pH, calcular la [H3O+] para el ácido acético. Compararla con la obtenida por lectura directa del pH. Comparar las gráficas de volumen de neutralización Vs pH obtenidas para los dos ácidos. ¿Qué diferencias y semejanzas se encuentran? ¿Cómo se explican? Elaborar el informe correspondiente conforme a las indicaciones dadas SISTEMA DE EVALUACIÓN Los aspectos a evaluar del componente práctico son los siguientes:
Actividades desarrolladas de forma presencial; el estudiante deberá inscribir la práctica de laboratorio en el CEAD donde se encuentra inscrito; esta actividad será evaluada por el tutor que se designa en cada CEAD para orientar las prácticas. La actividad tendrá una calificación de 125 puntos máximos.
Participación y disposición del estudiante durante el desarrollo del componente práctico.
Preparación posterior del desarrollo de la práctica de laboratorio; la cual será evaluada mediante un quiz de conocimientos previos para el abordaje de las prácticas de laboratorio.
103
Entrega de informe de laboratorio tipo articulo (ver anexo)
INFORME O PRODUCTOS A ENTREGAR El informe de laboratorio a entregar se encuentra descrito en el anexo. RÚBRICA DE EVALUACIÓN El tutor a cargo de la practica tendrá autonomía en la apreciación en cuanto al desempeño y aspectos a valorar; pero basara las calificaciones en los siguientes aspectos: Forma de
Aspectos a evaluar Es
Participación activa del encuentro práctico
Puntaje sobre 5
evaluación de
vital
importancia que el estudiante no sólo asista al encuentro práctico, también
sino que participe
activamente
1.5
del
mismo La preparación de las Preparación de las prácticas
prácticas se llevará a cabo
por
cada
1.5
estudiante mediante el
estudio
de
las
104
guías de laboratorio, estudio
que
se
evaluará por medio de un quiz antes de empezar el desarrollo de estas. El
informe
laboratorio contar
de debe
con
la
estructura solicitada, Informe de
una
Laboratorio
redacción y análisis de
excelente los
obtenidos
2
datos en
el
desarrollo del evento práctico RETROALIMENTACIÓN A cargo del tutor de laboratorio, según las disposiciones establecida con los estudiantes al principio de la práctica.
105
PRACTICA No. 6 ESPECTROFOTOMETRÍA VISIBLE
Tipo de practica Presencial X Autodirigida Otra ¿Cuál Porcentaje de evaluación Horas de la practica Temáticas de la práctica
Remota
3 Espectrofotometría, absorción,
Visible.
Ultravioleta, bloques instrumentales, fuentes, monocromador, celda, detector, espectros de absorción, %
Intencionalidades formativas
de Transmitancia, Absorbancia. Propósitos
Desarrollar
en
los
estudiantes
su
capacidad para decidir los resultados que debe esperar mediante la aplicación de
criterios
relacionados
con
la
elaboración de curvas de absorción, las técnicas y procedimientos establecidos para medirlas, el método analítico seleccionado y la variabilidad asignada a
106
los resultados esperados.
El
desarrollo
de
las
capacidades
cognitivas superiores al capacitar al estudiante en procedimientos propios de la elaboración de curvas de absorción y la generación de criterios que le sirvan como referentes para el análisis de esos resultados. Objetivos Aprender a preparar patrones para elaborar una curva de absorción. Identificar los componentes espectrofotómetro Uv/Vis.
de
un
Elaborar la curva de absorción característica de un compuesto químico. Determinar la longitud de onda óptima para un análisis espectrofotométrico. Metas
Establecer criterios para la selección de las condiciones requeridas para elaborar la
curva
de
absorción
para
una
107
determinada permita
práctica
analizar
una
analítica,
que
determinada
muestra de interés del estudiante, buscando
el
cumplimiento
de
las
características químicas definidas como criterio de calidad.
Establecer el conjunto de criterios que permitan la obtención, de una curva de absorción,
teniendo
en
cuenta
conceptos, métodos y procedimientos analíticos recomendados previamente. Competencias
Un amplio conocimiento de los métodos químicos aplicables a la elaboración de curvas de absorción, que le permitan la selección
e
interpretación
de
los
resultados más apropiados conforme a criterios previamente definidos. La capacidad de realizar por su cuenta las curvas de absorción en métodos analíticos y de responsabilizarse por el buen manejo de equipos, reactivos y materiales de vidrio, demostrando que valora apropiadamente los resultados y les da un manejo ético.
108
Fundamentación Teórica Espectrofotometría Se
da
el
nombre
general
de
espectrofotometría
o
métodos
espectrofotométricos a los métodos de análisis químico basados en la absorción de energía radiante de cualquier región del espectro electromagnético, en particular Infrarrojo, Visible, Ultravioleta y Rayos X. Prácticamente toda sustancia que al solubilizarse produce una solución que absorba radiación en los intervalos mencionados, es susceptible de ser usada en estos métodos. De ahí la importancia de esta metodología para el análisis de sustancias tanto orgánicas como inorgánicas.
Bloques instrumentales Los equipos usados para esta técnica son los colorímetros, fotómetros y espectrofotómetros, los cuales se diferencian básicamente en sus componentes, que les confieren mayor o menor sensibilidad para detectar y registrar pequeñas diferencias de intensidad de energía, de una longitud de onda determinada, entre la emitida por una fuente y la absorbida por pequeñas cantidades de la sustancia absorbente, en orden creciente de sensibilidad y complejidad desde los colorímetros, más sencillos y menos sensibles, pasando por los fotómetros, hasta los 109
espectrofotómetros.
En
esta
práctica
se
va
a
emplear
un
espectrofotómetro Visible, por lo que la descripción general se refiere a estos equipos. En la Figura 5.1. se esquematiza un diagrama de bloques que ilustra los componentes básicos de los equipos utilizados en estas técnicas: Fuente de energía radiante
Monocromador
Celda para la muestra
Detector
Fuentes de energía radiante Deben cumplir ciertos requisitos básicos para poderse emplear en análisis químico. La más utilizada es una lámpara de wolframio, accionada por una fuente de energía eléctrica de voltaje regulado. Produce radiación principalmente en el rango visible, con un porcentaje importante en el cercano infrarrojo el cual sin embargo, no se puede utilizar para análisis debido a la temperatura tan baja y al material del bulbo que evita su transmisión adecuada. Monocromadores Tienen como función seleccionar los fotones de una longitud de energía determinada. Su eficiencia aumenta desde los monocromadores de filtro hasta los de rejilla pasando por los de prisma. Los equipos más sencillos como los colorímetros emplean monocromadores de filtro, en tanto que los fotómetros usan de prisma o de rejilla y los 110
espectrofotómetros, rejilla, complementada con lentes y espejos. Los monocromadores de prisma, dependiendo de su composición, dispersan la energía incidente en rayos de diferente longitud de onda, que siguen diferente camino dentro del prisma y al emerger del monocromador, tal como esquematiza la Figura 2. Utilizando un mecanismo manual o automático que permite hacer girar el prisma sobre su eje, se puede seleccionar la radiación de la longitud de onda requerida para el análisis de tal manera que a la muestra y al detector solamente llega la radiación seleccionada. Figura 2 Esquema de un monocromador de prisma
Luz blanca incidente
Energía emergente (radiaciones de diferente λ)
prisma
Para el rango visible, los prismas se elaboran de vidrio y para el UV de cuarzo fundido. Celdas para la muestra En espectrofotometría Visible y Ultravioleta que son las más comunes, se emplean celdas de vidrio y cuarzo, respectivamente, cilíndricas o 111
rectangulares para soluciones acuosas o de solventes orgánicos, construidas de tal manera que la distancia entre sus paredes se conoce con precisión, generalmente de 1 cm y corresponde al paso de luz. Detectores Los más usados son células fotoeléctricas, con diferentes modelos dependiendo del rango de longitud de onda y de la casa fabricante. Generalmente se diseñan para que comuniquen su respuesta a un registrador o actualmente para que tengan una salida que se puede conectar a un computador. Espectros de absorción Son las gráficas obtenidas al localizar en papel milimetrado los pares de coordenadas longitud de onda λ en el eje de las X vs Absorción en % de Transmitancia en el eje de las Y . En ellas se aprecian las fluctuaciones de máximos y mínimos obtenidas para la muestra al ir variando la λ y registrar la Transmitancia obtenida. En compuestos orgánicos, los espectros obtenidos son muy complejos con varios máximos y mínimos, en tanto que en compuestos inorgánicos, generalmente se obtienen dos máximos, siendo, en cualquier caso, el mayor de ellos el que define la longitud de onda de máxima absorción, que es una característica del compuesto en el solvente usado. Ley de Beer Lambert A partir de investigaciones, se ha determinado que el número de
112
fotones absorbidos es directamente proporcional al número de átomos o moléculas absorbentes presentes en la muestra. Entonces, si sobre la muestra contenida en un recipiente transparente (celda) se hace incidir una radiación, al otro lado del recipiente se obtendrá una radiación de menor intensidad. Esto se puede representar esquemáticamente en la Figura 3 siguiente: Figura 3 Diagrama fundamental de la absorción de energía radiante
I0Radiación incidenteλ
Solución en
I Radiación transmitidaλ
análisis Concentración c
b
I < I0
En la cual, se denomina intensidad de radiación (I) el número de fotones por unidad de tiempo y de volumen, siendo I0 la radiación incidente de longitud de onda λ, b el camino que recorre la radiación
dentro de la muestra con una concentración de la especie absorbente en unidades de peso/volumen c e I la radiación transmitida de longitud de onda λ.
Los investigadores Beer y Lambert, descubrieron la ley combinada de 113
su nombre que establece que:
Dónde: a = Constante denominada Absortividad b = Camino recorrido c = Concentración de la especie absorbente en unidades de peso/volumen. y A = Absorbancia Además, el término I0 / I se denomina Transmitancia, siendo su símbolo Ty
Igualmente, se puede establecer que la Absorbancia es igual al logaritmo de la diferencia del porcentaje de la luz incidente y el porcentaje de luz transmitida; Puesto que la luz incidente es el 100%, se puede escribir que:
Operación del espectrofotómetro Para la operación del espectrofotómetro, referirse a las instrucciones suministradas por el tutor.
Ajuste por mínimos cuadrados
114
En la obtención de datos experimentales, como los obtenidos en los métodos espectrofotométricos, en los que un conjunto de ellos son función de otro conjunto, se obtiene con frecuencia una dispersión de puntos por los que supuestamente pasa una línea recta. Se debe determinar entonces por donde pasa la recta
donde a = pendiente de la recta y b = corte con el eje x De tal manera que ligue lo más cercanamente posible a la mayor cantidad de dichos puntos. La forma más sencilla de hacerlo es emplear una calculadora que tenga la función correspondiente, con lo cual solamente se deben ir entrando las parejas de datos xy y al terminar, arroja como resultados los valores de los parámetros a y b y el coeficiente de linealidad r. Si no se dispone de una calculadora con esta función, se pueden hallar a y b en la siguiente forma, tomando como modelo el ejemplo de la Tabla 6.1. Tabla 9. Ejemplo de valores xy para cálculo de mínimos cuadrados
Concentraci Absorbanc ón ia N1 ppm (X1)
2 3 4 5
10 15 20 25
Σ
75 Σ(X1 )2= 5625
(y1) , 0,145 0,210 0,285 0,335
1,046
(X1) (y1)
, 1,450 3,150 5,700 8,375
(X1) 2
100 225 400 625
137 19,030 5
115
Reemplazando estos valores en las ecuaciones para hallar los parámetros a y b, se tiene:
El valor de b se hace igual a cero, porque cualquier curva de calibración sencilla debe pasar por el origen. Por consiguiente, la ecuación de la gráfica que se ajusta a los puntos de la Tabla N°9.1.será: A = 13,26 x 10 –3c Con esta ecuación, se vuelven a calcular los valores de Absorbancia para cada concentración, obteniéndose los de la Tabla 6.2 Tabla 10. Absorbancia ajustada Concentraci ón Absorbancia ppm (X1) ajustada 5 0,067 10 0,134 15 0,200 20 0,267 25 0,334
Con los datos de la Tabla N° 6.2. se traza la recta que sirve como curva de calibración de trabajo.
116
Descripción de la practica Una muestra de la solución final a ser analizada, se pone en una de las celdas del espectrofotómetro; otra celda se llena con el blanco de reactivos. Utilizando las dos soluciones, se toman sistemáticamente los datos de la absorción en % de transmitancia o en Absorbancia, para distintas longitudes de onda (el tutor explicará el procedimiento detallado a seguir, de acuerdo con el equipo suministrado). Con los datos tomados, posteriormente los estudiantes elaboran en papel milimetrado la gráfica correspondiente que debe ser anexada al informe. Recursos a utilizar en la práctica (Equipos / instrumentos)
MATERIALES
REACTIVOS
Espectrofotómetro Vis
Agua destilada
Celdas de lectura
Solución patrón de KmnO 4
Gradilla para tubos de ensayo
0,02N
12 tubos de ensayo Soporte universal Pinzas para bureta Bureta de 25 o 50 ml con llave de teflón Pipeta aforada de 25 mL Balones aforados de 100 mL, 50 mL Papel celofán
117
Software a utilizar en la práctica u otro tipo de requerimiento para el desarrollo de la práctica Ninguno Metodología Conocimiento previo para el desarrollo de la práctica. Los estudiantes deben haber estudiado previamente las temáticas del curso, en especial con los métodos instrumentales Forma de trabajo: En grupos de trabajo según las consideraciones del tutor a cargo; teniendo en cuenta espacio y material disponible.
Procedimiento: Preparación de la solución de trabajo De la solución patrón de permanganato de potasio suministrada, (0,02N), tomar una alícuota de 25 mL con pipeta aforada y llevar a un balón aforado de 100 mL, completando a volumen con agua destilada. Preparación del patrón de lectura
118
Colocar la solución de trabajo en la bureta. Tomar un tubo de ensayo y agregar 5 mL de la solución de trabajo preparada en el apartado anterior, con otra bureta, llena con agua destilada, agregar 10 mL de agua destilada, completando el volumen del tubo hasta 15 mL. Tapar el tubo con un cuadrito de papel celofán y agitarlo suavemente, sin introducir aire, para homogenizar la solución. Conservar al abrigo de la luz, hasta el momento de su uso en las gavetas de cada grupo. Elaboración de la gráfica de absorción Para el manejo del espectrofotómetro, referirse a las instrucciones suministradas por el tutor. Preparación del instrumento Conectar el instrumento a 110 voltios, encenderlo con el control correspondiente y dejar que se estabilice durante diez minutos. Lectura de la curva espectral Elaborar en el cuaderno de laboratorio una tabla como la N° 8
119
Tabla 8. Curva spectral
Longitud de onda
Porcentaje de Transmitancia
λ
%T
380
Leer
390
Leer
etc.
etc.
Operar el control de longitud de onda hasta el valor de 380 nm. Con el control correspondiente, seleccionar las lecturas en %T. Con el portaceldas vacío, operar el control apropiado hasta que la escala en la pantalla señale 0%T. Abrir el portaceldas y colocar una celda con agua destilada (blanco de reactivos). Operar el control correspondiente hasta que la escala señale 100%T. Llenar otra celda con el patrón de lectura y sin mover ninguno de los controles del aparato, leer en la pantalla el valor de %T y anotarlo en la tabla 8. Retirar la celda del patrón; Con el portaceldas vacío cambiar la longitud de onda a 390 nm y con el control correspondiente, rectificar el 0%. 120
Colocar en el portaceldas el tubo con agua destilada y ajustar el 100%T. Retirar el blanco del portaceldas, colocar en su lugar el patrón de lectura y sin mover ningún control, observar la lectura en la pantalla y anotarla en la Tabla 8. en el cuaderno de laboratorio. Continuar cambiando λ y registrando los valores de %T obtenidos hasta el límite de longitud de onda del equipo o hasta 760 nm, haciendo las lecturas en los alrededores de las menores transmitancias con la mínima división de la escala que permita el aparato. Preparación de la solución de trabajo De la solución patrón de permanganato de potasio suministrada, (0,02N), tomar una alícuota de 25 mL con pipeta aforada y llevar a un balón aforado de 100 mL, completando a volumen con agua destilada. Preparación de los patrones de lectura Colocar la solución de trabajo en la bureta. Marcar 10 tubos de ensayo e ir agregando solución de trabajo, según la Tabla 11. Con otra bureta, llena con agua destilada, ir completando el volumen de cada tubo hasta 15 mL. Tapar los tubos con cuadritos de papel celofán y agitarlos suavemente, sin introducir aire, para homogenizar las soluciones. 121
Conservar al abrigo de la luz, en las gavetas de cada grupo. Tabla 11. 11.Preparación de los patrones de lectura
KMn
Volume N°
Alícuota
n
KMnO4 O4
Mn
mg/ mg/litr tubo Solución de agua mg/ 15 mL de
destilad
trabajo
a
o
mL
mL 1
1
14
2
2
13
3
3
12
4
4
11
5
5
10
6
6
9
7
7
8
8
8
7
9
9
6
10
10
5
Elaboración de la curva de calibración Preparación del instrumento
122
Conectar el instrumento a 110 voltios, encenderlo con el control adecuado y dejar que se estabilice durante diez minutos. Lectura de los patrones y la solución problema Elaborar en el cuaderno de laboratorio una tabla como la l a 12. Tabla 12. Ajuste por mínimos mínimos cuadrados cuadrados N1
Mn
Absorbancia
mg/litro (X1)
(y1)
(X1) (y1) (X1)2
1
2 3 4
5 6
7 8
9
123
10
Σ Σ(X1)2=
P* P(dil )
P = Problema suministrado por el Tutor. Donde los valores de la columna 2 (Mn mg/litro) son los calculados para la última columna de la Tabla 11. Operar el control de longitud de onda hasta el valor de λ de máxima absorción obtenido en la Práctica 5. Seleccionar las lecturas en A. Con el portaceldas vacío, operar el control apropiado hasta que la escala en la pantalla señale 0%T. Abrir el portaceldas y colocar una celda con agua destilada (blanco de reactivos). Operar el control adecuados hasta que la escala señale 100%T.
124
Llenar otra celda con el patrón del tubo N°1 y sin mover ninguno de los controles del aparato, leer en la pantalla el valor de A y anotarlo en la tabla elaborada. Retirar la celda del patrón, colocar en su lugar el patrón N° 2 y sin mover ningún control, observar la lectura en la pantalla y anotarla en la Tabla 12 en el cuaderno de laboratorio. Continuar cambiando los patrones en el portaceldas, sin mover los controles del aparato y registrando los valores de A obtenidos hasta leerlos todos. Finalmente leer la muestra problema (P). Anotar todos los datos obtenidos en la Tabla 12 en el cuaderno de laboratorio. Si el valor leído para la muestra problema, está por encima del mayor obtenido para los patrones, hacer una dilución, tomando 25 mL con una pipeta aforada, llevándolos a un balón aforado de 50 mL y completando a volumen con agua destilada, leyendo esta solución y registrando el valor de A obtenido en la Tabla 12 en el cuaderno de laboratorio. Ajuste por mínimos cuadrados Con una calculadora corriente, calcular y completar la Tabla 12 y a partir de los datos hallados, calcular a y b de acuerdo a lo expuesto en un apartado anterior
125
Con los valores hallados para a y b, reemplazar en A= bx +c Y haciendo c= 0, calcular los diferentes valores de A, llenando la Tabla 13. Tabla 13. Absorbancia ajustada Absorbanci Mn
a
mg/litro (X1)
ajustada
Con los datos de 13 trazar en una hoja de papel milimetrado la gráfica, cuidando de tomar en el eje de las X los valores de concentración y en el eje de las Y los de Absorbancia. Trazar la recta correspondiente y utilizando el valor de Absorbancia 126
leída para la muestra (o su dilución), interpolar en la recta obtenida para calcular el valor de la concentración de la muestra. Productos a entregar Teniendo en cuenta la dilución de la solución patrón, de KmnO 4 0,02N y las diluciones efectuadas, hacer los cálculos y completar la tabla N° 8. Con los datos de la Tabla N° 5.1, elaborar en papel milimetrado una gráfica de tal manera que en el eje X se sitúen los valores de longitud de onda y en el eje Y los valores correspondientes de %T. A partir de la gráfica anterior, determine visualmente la longitud de onda a la cual se obtuvo la menor lectura de %T y reportarla como longitud de onda de máxima absorción. Diligenciar completamente las tablas pedidas, realizando los cálculos necesarios; a partir de ellas, elaborar la gráfica solicitada en papel milimetrado y finalmente hallar la concentración de la solución problema. Con toda esta información, elaborar el informe correspondiente.
Sistema de Evaluación 127
Los aspectos a evaluar del componente práctico son los siguientes:
Actividades desarrolladas de forma presencial; el estudiante deberá inscribir la práctica de laboratorio en el CEAD donde se encuentra inscrito; esta actividad será evaluada por el tutor que se designa en cada CEAD para orientar las prácticas. La actividad tendrá una calificación de 125 puntos máximos
Participación y disposición del estudiante durante el desarrollo del componente práctico. Preparación posterior del desarrollo de la práctica de laboratorio; la cual será evaluada mediante un quiz de conocimientos previos para el abordaje de las prácticas de laboratorio.
Entrega de informe de laboratorio tipo articulo (ver anexo)
Informe o productos a entregar
El informe de laboratorio a entregar se encuentra descrito en el anexo.
128
Rúbrica de evaluación del Informe
El tutor a cargo de la practica tendrá autonomía en la apreciación en cuanto al desempeño y aspectos a valorar; pero basara las calificaciones en los siguientes aspectos: Aspectos a evaluar
Forma de
Puntaje sobre 5
evaluación Participación activa Es de vital importancia del encuentro
que el estudiante no
práctico
sólo asista al encuentro práctico, sino
que
1.5
también
participe activamente del mismo Preparación de las
La preparación de las
prácticas
prácticas se llevará a cabo
por
1.5
cada
estudiante mediante el estudio de las guías de laboratorio,
estudio
que se evaluará por medio
de
un
quiz
antes de empezar el desarrollo de estas. 129
Informe de
El
informe
Laboratorio
laboratorio contar
de
2
debe con
la
estructura
solicitada,
una
excelente
redacción y análisis de los datos obtenidos en el
desarrollo
del
evento práctico Retroalimentación
A cargo del tutor de laboratorio, según las disposiciones establecida con los estudiantes al principio de la practica.
130
FUENTES DOCUMENTALES
Ayres, G.H. Análisis Químico Cuantitativo. Harper & Row Publisher Co. NE. York 1970.
Ayres, Gilbert H. Análisis Cuantitativo. México, Harla, 1970.
Bernal de Ramírez, y otros, Química Analítica, UNAD, Bogotá, D.C., 2001. Curtman, L.J. Análisis químico cualitativo. Barcelona, Provenza, 1940. Dick, J. G., Química Analítica, El Manual Moderno, México, 1979.
Dyer, J.R. Aplicaciones de Espectroscopia de Absorción en Compuestos Orgánicos, Prentice Hall. New York. Ewing. G.W. Métodos Instrumentales de Análisis Químico. McGraw Hill, 1978. Fisher, R.B. y otro. Compendio de análisis químico cuantitativo. México, Interamericana, 1971. Gander, G y otros, Hispanoamericana, 1961.
Análisis
volumétrico.
México,
Gaviria. L.E. y Bravo, J. Química Analítica Básica. Universidad Nacional de Colombia. Bogotá, 1983. Guerrero, R., H, y Lozano, R. M., Química Analítica. 131
Hamilton, L.F. y otros. Cálculos de química analítica. México, 2Ed, McGraw-Hill, 1981. Maier H.G., Métodos Modernos de Análisis de Alimentos. Volumen 2, Acribia, Zaragoza, España.
132
ANEXO 1
Para la entrega del informe de laboratorio, el estudiante debe realizarlo en forma de artículo científico; a continuación se describen los pasos a seguir:
1. Titulo de la práctica. 2. Participantes del desarrollo de la práctica de laboratorio. 3. Universidad, escuela, programa, curso, grupo virtual y tutor virtual de cada integrante del grupo de laboratorio. 4. Incluir un RESUMEN estructurado que entre 150 y 300 palabras identifique el contenido básico del artículo; es decir, que describa básicamente el desarrollo de la práctica y los resultados obtenidos. 5. Incluir entre 3 y cinco PALABRAS CALVES que sean relevantes del artículo y que estén incluidas en el resumen. 6. INTRODUCCION
explicar
el
problema
general,
el
de
investigación, lo que otros escribieron sobre el mismo y los objetivos e hipótesis del estudio. 7. MATERIALES y METODOS describir el diseño de la investigación y explicar cómo se llevó a la práctica, justificando la elección de
133
métodos y técnicas de forma tal que un lector competente pueda repetir el estudio. 8. Presentar
los
RESULTADOS
de
las
pruebas
estadísticas
realizadas, mencionando los hallazgos relevantes, incluyendo detalles suficientes para justificar las conclusiones. 9. DISCUSION mostrar las relaciones entre los hechos observados. 10.
Establecer CONCLUSIONES infiriendo o deduciendo una
verdad, respondiendo a la pregunta de investigación planteada en la introducción. 11. Enumerar las referencias BIBLIOGRAFICAS según orden de mención en el texto. 12.
Incluir en forma de APENDICES la información relevante
que por su extensión o configuración no encuadra dentro del escrito.
ESTRUCTURA: Resumen:Su
extensión aproximada será de 200 palabras. Se caracterizará por: a. poder ser comprendido sin necesidad de leer parcial o totalmente el artículo
134
b. estar redactado en términos concretos, desarrollando los puntos esenciales del artículo c. su ordenación observará el esquema general del articulo en miniatura, y d. no incluirá material o datos no citados en el texto. Palabras clave: Debajo del resumen especificar e identificar de tres a
diez palabras clave o frases cortas. Introducción: Será lo más breve posible y su regla básica consistirá en
proporcionar sólo la explicación necesaria para que el lector pueda comprender el texto que sigue a continuación. Material y método: En él se indican el centro donde se ha realizado el
experimento
o
investigación,
el
tiempo
que
ha
durado,
las
características de la serie estudiada, el criterio de selección empleado, las técnicas utilizadas, proporcionando los detalles suficientes para que una experiencia determinada pueda repetirse sobre la base de esta información. Resultados: Relatan, no interpretan, las observaciones efectuadas con
el material y método empelados. Estos datos pueden publicarse en detalle en el texto o bien en forma de tablas y figuras. Discusión:El autor o autores intentarán ofrecer sus propias opiniones
sobre el tema. Destacan aquí: a. el significado y la aplicación práctica de los resultados; 135
b. las consideraciones sobre una posible inconsistencia de la metodología y las razones por las cuales pueden ser válidos los resultados. Conclusiones: se concluye sobre los resultados obtenidos. Bibliografía: Se presentará según el orden de aparición en el texto con
la correspondiente numeración correlativa. En el texto constará siempre la numeración de la cita en números volados, vaya o no acompañada del nombre de los autores; cuando se mencionen éstos, si se trata de un trabajo realizado por dos, se mencionarán ambos y, si se trata de varios, se citará el primero seguido de la expresión "et al". En lo posible se evitará el use de frases imprecisas como citas bibliográficas; no pueden emplearse como tales "observaciones no publicadas" ni “comunicación personal”, pero si pueden citarse entre
paréntesis dentro del texto. Los originales aceptados, pero aún no publicados, se incluyen en las citas bibliográficas como "en prensa", especificando el nombre de la revista, seguido por "en prensa" (entre paréntesis). A continuación se dan unos ejemplos de formatos de citas bibliográficas.
DE REVISTAS: a. Artículos de revista estándar. (relacionar todos los autores si son seis o menos; si son siete o más, relacionar sólo los tres primeros seguidos de la expresión et al.). Suter PM, Farieley HB, Schlobohm 136
RM: Dptimum end-expiratory airway pressure inpatients with acute pulmonary failure. N Engl J Med 7975; 292; 284-289. b. Trabajo publicado por una corporación (autor no especificado). The Committee on Enzymes o tehe Scandinavian Society for Clinical Chemistry and Clinical Psychology. Recommendedmethod for the determination o gammaglutamyl transierase in bínod. Scand. Clin Lab lnvest- 1976; 23:119-725.
DE LIBROS Y OTRAS MONOGRAFÍAS:
1) Autores personales. West )B. Ventilatiorubínod flowand gas exchange. Blacwell Scientific Publications, Dxford 7977. 2) Autor corporativo. American Medical Association Department of Drugs. AMA Drug evaluations, 3~ ed. Litteton: Publishing Sciencies Group 1977. 3) Editor compilador director o autor. Hedley-Whyte J, Burgess GE, freely TW Miller MG. Applied phisiology of respiratory care, 7" ed. Boston: Litte, Brown el Company 1976. 4) Capítulo de un libro. Weinstein L. Swartz MN. Pathogenetic properties of invading microorganisms, En: Sodeman WA ir, Sodeman WA, ed. Pathologic Phisiologic: Mechanisms of dísease. Philadelphia, WA Saunders 1974; 457-472. 137