Comparación de métodos de volumetría de precipitación para análisis de cloruro en muestra comercial de suero Valentina Lozano Betancur1, Natalia León Patiño2 1
Estudiante Estudiante de ingenie ingeniería ría química química.. Facultad Facultad de Ingenie Ingeniería, ría, Departa Departamento mento de Ingenie Ingeniería ría Química Química,, Universida Universidad d Nacional Nacional de Colombia, Colombia, Avenid Avenida a Cra. 30 N° 45-03, 45-03, Ciudad Ciudad Universit Universitaria, aria, Bogotá, Bogotá, Colombi Colombia. a.
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Estudiante Estudiante de ingenie ingeniería ría química. química. Facultad Facultad de de Ingenier Ingeniería, ía, Departa Departamento mento de Ingenie Ingeniería ría Química Química,, Universida Universidad d Nacional Nacional de Colombia, Colombia, Avenid Avenida a Cra. 30 N° 45-03, 45-03, Ciudad Ciudad Universit Universitaria, aria, Bogotá, Bogotá, Colombi Colombia. a.
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4 de noviembre de 2014
Resumen En este estudio se comparó la eficiencia de los tres métodos de volumetría de precipitación, Mohr, Volhard y Fajans; métodos utilizados en el estudio de ciertos analitos como halogenuros. Se realizaron titulaciones para determinar la cantidad de cloruros, expresados como g de NaCl por 100 mL de solución, en una muestra comercial de suero inyectable; de acuerdo con las especificaciones de cada método se tomaron alícuotas de la siguiente manera: 10 mL de solución de suero 10:100 para el método Mohr, 10 mL de solución de suero 5:100 para Volhard y 5 ml 10:100 para Fajans. Los indicadores utilizados fueron cromato de potasio, Hierro (III) y Fluoresceína respectivamente. La concentración obtenida varío considerablemente de la expresada en el empaque. El método más acertado fue el método Mohr, seguido por Volhard y en último lugar Fajans. Estos resultados indican que el método con el cual se obtiene una mejor apreciación de la cantidad de cloruros es el método Mohr.
Palabras clave: Volumetría de precipitación, Mohr, Volhard, Fajans. Abstract In this work was compared efficiency of three methods of volumetry of precipitation, Mohr, Volhard and Fajans; methods used in the study of certain analyses as halide. Titrations were performed to determine the amount of chloride, expressed as g NaCl per 100 ml of solution, in a commercial sample of serum injection; according to the specifics of each method aliquots were taken as follows: 10 ml solution of serum 10: 100 for method Mohr, serum solution 10mL of 5: 100 to Volhard and 5ml 10: 100 for Fajans. The indicators used were potassium chromate, iron (III) and fluorescein respectively. The concentration of I vary materially from that expressed in the package. The most successful method was the Mohr method, followed by Volhard and Fajans last place. These results indicate that the method with which a better appreciation appreciation of of the chlorides chlorides gets is the Mohr method. method.
Keywords: Titration of precipitation, Mohr, Volhard, Fajans.
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INTRODUCCIÓN
Dado que la concentración de sodio y cloruro es la misma, basta con determinar la concentración de uno de los dos iones.
El cloruro de sodio es una sustancia encontrada en el cuerpo humano. Está compuesto por 2 electrolitos, es decir, compuestos que al estar disociados transportan cargas eléctricas; esto con el fin de mantener un equilibrio entre los fluidos corporales y mantener el equilibrio ácido-básico del cuerpo. En sangre es de gran importancia para procesos vitales tales como el transporte de anhídrido carbónico a los pulmones, defensa del organismo contra ataque de ácidos, además del efecto anteriormente mencionado.
Para determinar haluros, se utilizan las volumetrías de precipitación, que son aquellas titulaciones en las cuales el valorante actúa sobre el analito para formar un precipitado de composición conocida y baja solubilidad. Existen 3 métodos de este tipo para determinar cloruros: Mohr, Volhard y Fajans. El método Mohr utiliza nitrato de plata (AgNO 3) como valorante y como indicador se usa cromato de potasio (K 2CrO4). Al entrar en contacto el nitrato de plata con la solución de cloruro de sodio, como se muestra en la reacción 1, se forma una sal bastante insoluble, cloruro de plata.
El sodio es el principal catión extracelular y es el responsable de mantener la presión osmótica del espacio [1] extra celular ; si el nivel de sodio es más bajo de lo normal, el cuerpo expulsará agua para mantener la presión osmótica y colocará a las persona en un estado de hipotensión con fallas circulatorias periféricas y finalmente falla renal. A este efecto se le conoce como hiponatremia. Por otro lado, La pérdida de cloruro (Cl ) ocurre como resultado de un incremento en las pérdidas netas de electrolitos por gastroenteropatías. Este fenómeno se conoce como hipocloremia.
Reacción 1. Nitrato de plata con cloruro de sodio. Cuando ya no hay mas cloruro con el que pueda reaccionar la plata, esta comenzara a formar precipitado con el ion cromato, como se muestra en la reacción 2, y el producto de ésta reacción es un precipitado de color rojizo; es por este motivo que se usa como indicador. El valorante no reaccionara primero con el cromato, dado que la constante de solubilidad de AgCl es mayor que la constante de solubilidad de Ag2CrO4.
El suero fisiológico es una solución de cloruro de sodio y agua, utilizado para tratar deshidratación, depleción de sodio o cloruro, o para suministrar o diluir otros medicamentos y posteriormente ser inyectados en el cuerpo [2] . Cuando una persona no puede comer o beber, debido a una enfermedad o a tras una intervención quirúrgica, suda excesivamente por causa de fiebre alta o pierde extensivamente piel, como ocurre en quemaduras graves, es necesario aplicar suero para reponer la cantidad de agua o de cloruro de sodio que ha pedido. La cantidad de esta sustancia debe mantenerse constante y claramente hay un límite en el que esta sustancia debe estar. Por esta razón es importante tener claro la cantidad exacta de cloruro de sodio que contiene el suero, ya que si es menor de la expresada, no suplirá la cantidad que el cuerpo necesita y continuarán los síntomas anteriormente descritos; y si es más de la expresada puede dar lugar a hiperhidratación extracelular, hipertensión, edemas agudos pulmonares, cerebrales o subcutáneos.
Reacción 2. Nitrato de plata con cromato de potasio. Esta reacción ocurre a un pH alrededor de 8, ya que si es menor, el ion cromato se puede encontrar en una forma ácida (HCrO4 ) lo que implicaría más plata para formar el precipitado; por otra parte, si el pH es mayor, la plata podría precipitarse en forma de AgOH ya que la constante de solubilidad de éste precipitado es mayor que la constante de solubilidad de AgCl. El método Fajans es bastante similar al método Mohr, con la diferencia de que utiliza un indicador de adsorción llamado fluoresceína. Es esencial que está titulación se realice en lugares oscuros, ya que el precipitado tiene a foto [3] descomponerse y el indicador acelera esta reacción . Al 2
MATERIALES Y MÉTODOS
comenzar a reaccionar el ión plata con el indicador, se obtiene un color salmón que indica que el punto final de la titulación. Esta titulación debe llevarse a cabo a pH entre 7 y 8 dado que a un pH mayor la fluoresceína desplazará al Cl y las lecturas de nitrato de plata gastado serán bajas pues la solución desde antes del punto de equivalencia tendrá el color salmón característico del precipitado de plata y el indicador.
Suero. Se usó una muestra de suero comercial obtenida de un local de la localidad de Teusaquillo. Esta muestra especifica claramente en su empaque que su contenido de cloruros de de 0, 9% . Para realizar los análisis, fue necesario hacer diluciones de 10:100 (A) y de 5:100 (B).
Valorantes. Se utilizaron como valorantes nitrato de El método Volhard es utilizado para cuantificar cualquier anión que precipite con plata. Es una titulación indirecta, es decir, a la solución de cloruro de sodio se le agrega nitrato de plata en exceso, por lo que obtendremos una solución con los producto de la reacción 1 y con nitrato de plata demás. Esa solución se titula con tiocianato de potasio que reacciona con el nitrato de plata en exceso, como se muestra en la reacción 3, formando un precipitado, AgSNC.
potasio para los métodos Mohr y Fajans; y tiocianato de potasio para el método Volhard. La solución de nitrato de plata fue estandarizada usando como patrón primario una solución de NaCl, la cual fue preparada a partir de cloruro de sodio sólido y diluyendo en agua. La concentración obtenida de la solución de nitrato de plata después de la titulación fue de 0,0092M. La solución de tiocianato de potasio fue estandarizada con la solución de nitrato de plata 0,0092 M anteriormente estandarizada. La concentración obtenida después de la titulación fue de 0,0109M.
Reacción 3. Nitrato de plata en exceso con tiocianato de potasio.
Método Mohr. Se tomaron 10 mL de la disolución A y se Cuando ya no hay más plata con la que pueda reaccionar el tiocianato, comienza a formar precipitado con el hierro (III), como lo muestra la reacción 4, que se agregó como indicador. Este precipitado es de color rojo.
llevaron a un erlenmeyer de 250 mL para su valoración. Dado que es necesario un pH aproximado de 8 y que el pH de la solución de suero es de aproximadamente 5,6, se agregó aproximadamente 1mg de carbonato de sodio y se verificó el pH con papel indicador universal.
Al la solución se le adicionó 2 mL de cromato de potasio que nos indica el punto final de la titulación. Esta solución tenía un color amarillo pálido. Se llenó la bureta de 25 mL con la solución de nitrato de plata 0,092M, y se agrego del valorante, formándose el precipitado de cloruro de plata y se detuvo la titulación cuando se llegó a un color salmón. Se tomaron los volúmenes obtenidos.
Reacción 4. Tiocianato de potasio con hierro (III). En este caso no es necesario separar el precipitado del la solución, dado que la constante de solubilidad de AgCl es mayor que la constante de solubilidad de AgSCN, que a su vez es mayor que la constante de solubilidad de Fe(SCN) 3. Esta titulación debe realizarse a pH ácido, dado que la formación del precipitado con el indicador es a pH ácido, además que el hierro podría precipitarse con OH a pH elevado.
Método Fajans. Se tomaron 5 mL de la solución A y se
Dentro de este contexto, se compara la eficiencia de los 3 métodos para la determinación de la cantidad de cloruro presente en una muestra de suero comercial. Cada método se realiza por – equipos de experimentadores y así también corroborar la reproducibilidad de los resultados.
Con la bureta de 25 mL llena de la solución de nitrato de plata, se comenzó a agregar el valorante en baja presencia de luz, formándose el precipitado de cloruro de plata y se detuvo el suministro de nitrato de plata cuando se obtuvo un rosa claro. Se tomaron los volúmenes obtenidos.
transfirieron a un erlenmeyer de 250 mL para su valoración. Se adicionó 1 mL de fluoresceína, la cual torna la solución de un color verde fluorescente.
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Método Volhard. Se tomaron 10 mL de la solución B y
El método de Volhard, es un método indirecto por lo cual se valora la cantidad de AgNO 3 con KSCN, los mililitros gastados en dicha titulación se muestran en la Tabla 2.
éstos fueron transferidos a un erlenmeyer de 250 mL. Con una pipeta aforada de 25 mL, se agregó nitrato de plata de la concentración anteriormente descrita. Se formó rápidamente el precipitado de nitrato de plata.
Tabla 2. Mililitros de KSCN gastados en la valoración de suero fisiológico.
Dado que la reacción ocurre a pH ácido, se agregaron 5 mL de ácido nítrico 6 M y se midió el pH que era de 2. Con la solución de tiocianato de potasio en la bureta de 25 mL, se +3 agregó al erlenmeyer 3 gotas de Fe como indicador y se procedió a titular. Cuando se obtuvo un color rojo característico del tiocianato de hierro se detuvo la valoración. Se anotaron los volúmenes obtenidos.
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Concentración de cloruros en el suero. Se realizaron los cálculos de la concentración de cloruros en el suero con los datos recolectados en la experimentación; tal como se muestra en el anexo.
Volhard KSCN (mL) 14.60 14.85 14.90 14.80 14.45 14.70 14.20
Los mililitros de AgNO3 gastados en la titulación de suero por el método de Fajans se muestran en la tabla 3.
Análisis estadístico. Se realizó un análisis de varianza a los datos obtenidos de concentración de cloruros para cada método con la herramienta Análisis de datos de
Tabla 3. Mililitros de AgNO3 gastados en la valoración de suero fisiológico.
Microsoft Excel® con un nivel de significancia del 5%.
RESULTADOS Y DISCUCIÓN
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En la tabla 1. Aparecen los resultados de los mL de AgNO 3 gastados en la valoración de la muestra de suero fisiológico por el método de Mohr. Tabla 1. Mililitros de AgNO 3 gastados en la valoración de suero fisiológico
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Mohr AgNO3 (mL)
Fajans AgNO3(mL) 8.00 8.05 8.40 8.30 7.80 7.80 8.35
Luego de hacer una serie de cálculos (ver anexo) a partir de los mililitros de agente titulante, utilizado en cada método volumetría de precipitación y sus concentraciones conocidas mediante estandarización, se obtienen los siguientes valores (Tabla 4.) para la concentración de NaCl en la muestra de suero fisiológico; dicha concentración se expresa en gramos de NaCl por 100 mL de suero (% p/v).
16.60 17.25 17.20 17.30 16.70 16.50 17.22
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Tabla 4. % p/v de NaCl en la muestra de suero fisiológico
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Mohr %NaCl
Volhard %NaCl
Fajans %NaCl
0.8934
0.8291
0.8611
0.9284
0.7972
0.8665
0.9257
0.7908
0.9042
0.9311
0.8036
0.8934
0.8988
0.8482
0.8396
0.8880
0.8163
0.8396
0.9268
0.8801
0.8988
Para conocer la exactitud de cada método se acude al cálculo de los errores: error absoluto y error relativo. El error absoluto nos permite conocer que tanto se alejó el valor de la concentración de NaCl obtenida a partir de las titulaciones del valor real reportado por el fabricante del suero fisiológico utilizado.
Como se parecía en la tabla 5. El cálculo del promedio y la desviación estándar permite obtener un valor único para la concentración de NaCl en la muestra de suero según cada método utilizado.
Calculo 2. Error absoluto de cada método. A partir de cálculo del error relativo se conoce en porcentaje de exactitud de cada método.
Tabla 5. Concentración de NaCl según cada método de volumetría de precipitación aplicado.
Método Mohr Volhard Fajans
% NaCl
Desviación
0.9132
0.0188
0.8236
0.0318
0.8719
0.0273
Es necesario conocer que tan precisos y reproducibles son los resultados obtenidos, por ende se calcula la desviación estándar promedio (Sm) mostrada a continuación.
Calculo 3. %error relativo de cada método.
Según los resultados obtenidos el método de Mohr proporciona los datos más exactos y precisos, el método de Volhard es el menos preciso pero más exacto que el método de Fajans; finalmente, el método de Fajans es el menos exacto, sin embargo es más preciso que Volhard. El método de Mohr consiste en una valoración directa, además no tiene muchas interferencias en su realización, siempre y cuando el pH se mantenga entre 7 y 10 no hay factores que afecten el adecuado desarrollo de la técnica.
Calculo 1. Desviación estándar promedio de cada método. La muestra de suero fisiológico utilizada para la aplicación de los tres método de volumetría de precipitación cuenta un con registro de la concentración de NaCl equivalente al 0.9% p/v lo cual permite identificar cuál de los tres método fue el más exacto.
El método de Volhard consiste en la realización de una titulación por retroceso, es decir, no se determina + directamente el ion Cl sino el ion Ag que hay en exceso 5
después de adicionar AgNO3 el cual reacciona estequiométricamente con el Cl del suero y luego queda una parte sin reaccionar (el exceso titulado); continuando, la cantidad de NaCl es determinada por diferencia de volúmenes entre el exceso titulado y el exceso volumen total de AgNO3 adicionado; así pues, el hecho de que la titulación sea indirecta y se deban medir dos volúmenes, hace que el error aumente.
[4] Gutiérrez Rojas I. S., Godoy Silva R.D., Granados J. M., Poutou Piñales R. A. Comparación cinética y bioquímica de tres cepas de clostridium tetani, para la producción de toxina tetánica. Revista Universitas scientiarum. Vol. 13, número 2, 2008. pp. 109-117.
Finalmente el método de Fajans, a pesar de ser un método de titulación directa, requiere un cuidado especial ya que utiliza fluoresceína como indicador la cual se ve afectada directamente por: la concentración de la sustancia, el pH de la solución, la presencia de otras sustancias y mayormente por la longitud de onda de la luz. Las condiciones del laboratorio no favorecen el uso de la fluoresceína ya que éste cuenta con grande fuentes de luz que no se pueden controlar en su totalidad.
CONCLUSIONES
El método de Mohr permite obtener los resultados más precisos y exactos frente a los otros métodos de volumetría de precipitación.
En la aplicación de cualquiera de los métodos de volumetría de precipitación es importante tener en cuenta las condiciones que afectan el buen desarrollo de la técnica con el fin de obtener buenos resultados.
BIBLIOGRAFÍA [1] Gutiérrez Chávez A.J., Bouda J. Alteraciones de los líquidos corporales, electrolitos y estado acido base. [2] Agencia española de medicamentos y productos sanitarios, Ministerio de sanidad, política social e igualdad. Prospecto: información para el usuario suero fisiológico Baxter. [3] Christian G.D. Química analítica. Sexta edición. Editorial McGraw-Hill. Washington D.C. USA. pp. 351.
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