DETERMINACIÓN DEL CONTENIDO DE CALCIO Y MAGNESIO EN UNA MUESTRA PROBLEMA David Colorado 10120042, Laura María Vivas 10220030 Universidad Icesi Facultad de Ciencias Naturales Laboratorio de Análisis Químico Santiago de Cali, Colombia Marzo 30de 2011
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Resumen: en la práctica de la determinación del contenido de calcio y magnesio en una muestra problema se aprendió como realizar una valoración por formación de complejos utilizando un ligando hexadentado en este caso el ácido etilendiaminotetraacético (EDTA) y diferentes diferentes indicadores indicadores orgánicos orgánicos que indica en el punto final de la 2+ valoración. Durante la práctica se obtuvo una concentración promedio de iones Ca en una muestra problema de ; y una concentración promedio de iones 2+ Mg en la misma muestra problema de .
Introducción: Las valoraciones por formación de complejos o quelatometría es una forma de análisis volumétrico, y se emplea la formación de un complejo coloreado para indicar el punto final de la valoración. Estas valoraciones son muy útiles al momento de determinar una mezcla de diferentes iones metálicos en solución. Valoración con EDTA: El ácido etilendiaminotetraacético (EDTA), tiene cuatro grupos carboxilo y dos grupos amino que pueden actuar como donantes de pares de electrones. El EDTA es un ligando hexadentado, ya que su gran capacidad para donar hasta sus seis pares de electrones libres, para la formación de enlaces covalentes coordinados, a los cationes metálicos.
Para llevar a cabo las valoraciones de cationes metálicos utilizando EDTA, casi siempre es necesario utilizar un indicador complexométrico para
determinar cuándo se ha alcanzado el punto final. Los indicadores más comunes son colorantes orgánicos como el Negro sulfónico, Negro eriocromo T, 1 Rojo eriocromo B o Murexida.
Datos, cálculos y resultados: Estandarización de EDTA
Tabla 1. Datos de la estandarización de EDTA. Vol. Vol. EDTA [EDTA] CaCO3 gastado mol/L (mL) (mL) 25 25 25
8.2 8.0 8.3 ̅
0.030 0.031 0.030 0.030
Para determinar la concentración de EDTA, es necesario conocer la concentración concentración del CaCO3 (0.01M) y la relación estequiometrica con el EDTA que es de 1:1.
0.030M
Determinación de Ca problema
2+
en una muestra
Tabla 2. Datos de la determinación de Ca2+ en una muestra problema Vol. EDTA Concentración de gastado CaCl2 (g/L de (mL) CaCl2.2H2O) 20.6 20.7 20.8 ̅
1.82 1.82 1.83 1.82
Tabla 4. Datos de la determinación de Mg2+ en una muestra problema Vol. EDTA Concentración de gastado MgCl2 (g/L de (mL) MgCl2.6H2O) 8.4 7.9 8.1 ̅
1.025 0.964 0.988 0.992
Determinación de Mg problema
2+
en una muestra
Análisis de resultados
Para la determinación de magnesio es necesario realizar la diferencia entre los volúmenes de EDTA durante la determinación de calcio y durante la determinación total de calcio y magnesio:
Tabla 3. Volúmenes determinación de Mg 2+ Vol. EDTA Vol. EDTA en determ. determ. 2+ Ca (mL) Total (Ca2+ y Mg2+) (mL) 29.0 28.6 28.9
20.6 20.7 20.8
Ahora, para determinar la concentración de magnesio se realiza un tratamiento similar de la determinación de calcio a los datos obtenidos pero para el magnesio:
para
la
Vol. EDTA para determ. De Mg2+ (mL) 8.4 7.9 8.1
Las valoraciones complexometricas deben su nombre a la formación de un complejo entre el analito y la sustancia valorante. A la sustancia valorante suele llamársele ligando y existen dos tipos característicos de ligando: los ligandos quelantes o multidentados y los ligandos monodentados; en donde los quelantes forman compuestos mas estables con el analito que si lo hiciera con el ligando monodentado porque la entropía de la formación del complejo favorece este comportamiento. Como se trata de una valoración, tal cual sucede en las valoraciones acidobase, es necesario el uso de un indicador
que determine el punto final de la titulación; los indicadores usados usualmente en un valoración complexométrica son indicadores de iones metálicos que también suelen ser son colorantes orgánicos, estos indicadores viran de un color a otro dependiendo de si están “libres” o unidos al analito en la solución. Durante una valoración complexométrica deben preverse las características del indicador frente al analito (ion metálico) y al ligando debido a que, para que la valoración se realice satisfactoriamente, la constante de formación condicional f ’) metal-ligando debe ser mas grande (K en comparación de la K f ’ metalindicador; para lograr este cometido se fija un pH que preste las condiciones adecuadas para que el comportamiento de las K f ’ sea el apropiado, por lo que se tampona la solución; de lo contrario, la formación del complejo nunca se dará y por lo tanto nunca se percibirá un viraje por parte del indicador que indique el 1 punto final de la titulación . También se puede usar indicadores que no sean reactivos, como un electrodo de mercurios, un electrodo selectivo de iones ó un electrodo de pH siempre y cuando la solución no haya sido + tamponada porque el ligando libera H al formar el complejo con el ion metálico o analito. Hay distintas formas de llevar a cabo una valoración complexométrica según sean las características del analito. Se puede realizar una valoración directa, una valoración por retroceso, una valoración por desplazamiento y una 1 valoración indirecta ; siendo estas las más utilizadas a nivel investigativo e industrial. Durante la práctica, para la determinación de la concentración de 2+ 2+ iones Mg y Ca en una muestra problema, se opto por el uso de una
valoración directa. Básicamente, una valoración complexométrica directa consiste en el uso de un ligando, una solución tamponada donde se encuentra el metal y un indicador; aunque existen ocasiones en donde el ion metálico se precipita aun en ausencia del ligando y deberá usarse de un “agente complejante auxiliar” que evite esta precipitación, procurando que el complejo ligando-auxiliar sea menos 1 estable que el complejo ligando-metal .
Determinación de Ca 2+ y Mg2+ total: Para la realización de esta valoración se uso al EDTA como ligando y por tanto como valorante, al negro de eriocromo como indicador y una solución tampón de amonio – cloruro de amonio.
(Figura No1: Estructura del negro de eriocromo)
Se investigo que el negro de eriocromo 2+ (2) forma complejo con el Ca y con el 2+ (3) Mg y que al hacerlo torno la solución de color rojo vino, en contraste, vira a color azul cuando esta “libre” y no forma complejo alguno con iones de metal, siempre y cuando el pH se mantuvo alrededor de 7. Se dedujo que al agregársele EDTA a la solución 2+ este formo complejo con el Ca más estable que el complejo que también 2+ (3) formo con el Mg . Así pues, el EDTA formo complejo primero con el 2+ Ca , desplazando parte del negro de eriocromo, por lo que luego formo 2+ complejo con el Mg y desplazo la cantidad de negro eriocormo faltante, lo
que permitió observar el viraje de rojo a azul permitiendo deducir que el indicador fue desplazado en su totalidad y solo se encontraba en su forma “libre” ó que no se encontró formando complejo con ninguno de los metales. Este suceso se apoyo en que haya sido necesario mas volumen de EDTA en la 2+ 2+ determinación de iones Mg y Ca total que el la determinación de iones 2+ Ca únicamente, pues el EDTA tuvo que formar complejo no solo con el 2+ 2+ Ca sino también con el Mg para que fuera posible el viraje del indicador.
Determinación de Ca 2+: Para la correcta determinación de la concentración de calcio se opto por en uso de una valoración directa. Se empleo EDTA como ligando o valorante, murexida como indicador que cambia en medio básico de un color rosa a un color purpura y una solución de hidróxido de sodio 2M.
(Figura No2: Estructura de la Murexida)
Se dedujo que para la determinación de 2+ Ca se uso la misma muestra problema 2+ 2+ que en la determinación de Mg y Ca pues se busco relación entre estos resultados para hallar la concentración 2+ de Mg . Se investigo que es por ello que se uso la solución de NaOH 2M y la murexida como indicador; en primer lugar, la solución NaOH 2M elevo el pH a condiciones básicas, un pH entre 12 y 13, propicio para la acción selectiva de la murexida por los iones calcio; pero fue mas importante porque gracias al NaOH se logro que los iones 2+ Mg se precipitaran en forma de Mg(OH)2 y por lo tanto no formaron
complejo con el EDTA posteriormente 4 añadido . En segundo lugar, se infirió que también hubo formación de Ca(OH)2 pero que la K f ’ del complejo EDTA-calcio fue suficientemente grande, con lo que el EDTA desplazo al grupo hidroxilo de los iones de calcio permitiendo que se liberara toda la murexida y que por lo tanto ocurriera el viraje del color. Este hecho se apoyo en que al agregársele la solución de NaOH 2M a la solución problema se observo la formación de un precipitado blanco debido a que este presto características de enmascarante, los cuales son compuestos que interaccionan con un analito y no dejan que se forme complejo analito-ligando.
Determinación de Mg 2+: 2+
Para la determinación de iones Mg no se uso una valoración complexométrica como tal, sino que se opto por determinar su concentración a partir de los datos obtenidos en la determinación 2+ 2+ de Mg y Ca total y la determinación 2+ de Ca . Se considero que si la primera determinación realizada contenía a los dos iones y la segunda determinación solo los iones calcio (pues los de magnesio estaban “enmascarados”) a través de una diferencia entre estas concentraciones (concentración total menos concentración de iones calcio) se obtuvo la concentración de iones magnesio. Los errores durante la práctica se le atribuyeron a aquellos que afectaron la capacidad de los indicadores para virar de color, pues la correcta identificación del punto final de la valoración fue fundamental para la correcta determinación de las concentraciones de cada ion analizado; entre los mas notables de estos errores sistemáticos personales se consideraron: la capacidad del experimentador para identificar el
viraje adecuado y las condiciones de pH de las soluciones analizadas que permitieron un buen comportamiento del indicador en la solución.
Conclusiones: La utilización de ligandos multidentados, como el EDTA, permite que los procesos de valoración complexométrica sean más viables y confiables pues estos poseen la tendencia de formar complejos fácilmente con distintas clases de iones metálicos gracias a la presencia de numerosos pares de electrones libres. En una valoración complexométrica es de relevante importancia tener en cuenta que la K f ’ del complejo analito-ligando debe ser mayor ó mas fuerte que entre cualquier otro complejo o molécula que pudiese formarse en la solución y durante la valoración. Los agentes enmascarantes funcionan como tales porque su K f ’ del complejo analito-enmascarante es mas mayor que la K f ’ del complejo analito-ligando.
Preguntas: 1. ¿Qué es metalocrómico?
un
¿Qué es un complejo de coordinación?
Un complejo es una estructura molecular que se encuentra generalmente formada por un átomo (o grupo) central que posee orbitales de valencia no ocupados; rodeado por un cierto número de moléculas o iones que poseen pares de electrones no compartidos que pueden ser inyectados en los orbitales vacíos del grupo central para formar enlaces coordinados. El grupo central puede ser un átomo único, ya sea metálico o no, y puede poseer carga positiva, negativa o carecer por completo de carga. En algunos casos el grupo central puede ser una molécula. A los iones o moléculas capaces de inyectar su par de electrones no compartidos se les denomina genéricamente ligandos, al aducto grupo central-ligando se le denomina complejo y a los compuestos que contienen complejos en su constitución se les denomina compuestos de coordinación. Un ligando enlazado a un átomo central se dice que está coordinado a ese átomo. El número de pares de electrones que es capaz de aceptar el átomo central se denomina número de coordinación. ¿Qué es un ligando mono y poli dentado?
indicador
Un indicador metalocrómico es un colorante orgánico utilizado en las valoraciones de complejacion para determinar o establecer el punto final de ese tipo de reacciones debido a que ese indicador puede ser una base o un acido se caracteriza por formar complejos estables con cationes como el calcio y el magnesio de distinto color que presenta 2 el indicador libre.
Los iones metálicos son ácidos de Lewis; es decir, aceptan pares de electrones de ligandos donadoras de electrones que, a su vez, son bases de Lewis. Se dice que el cianuro es un ligando Monodentado porque se enlaza a un ion metálico a través de un solo átomo: el átomo de carbono. La mayoría de los iones de los metales de transición se enlazan a 6 átomos de ligando. Un ligando que se une a un ion metálico a través de más de un átomo
del mismo se llama multidentado (de muchos dientes) o ligando quelante. 2. ¿Cuál es la estructura del complejo Ca-EDTA?
Referencias: 1.http://es.wikipedia.org/wiki/ValValor %C3%B3n_Complexom%C3%A9trica | Visitada el lunes 28 de marzo de 2011 a las 10am. 2.http://es.scribd.com/doc/515247/VOL UMETRIA-CON-FORMACION-DECOMPLEJOS | Visitada el lunes 28 de marzo de 2011 a las 10:10am. 3. D. C. Harris, “Análisis químico cuantitativo”, 3ra Edición, Editorial Reverte, New York, 2003, pp. 268 – 278.
Figura 1. Estructura del complejo Ca-EDTA 3. ¿Por qué se adiciona MgCl 2.6H 2O en la preparación de EDTA?
La adición de MgCl2. 6H2O sirve como material de relleno, ya que EDTA como acido débil presenta 6 sitios con pares de electrones no compartidos, a demás de que tiene una baja solubilidad y la sal debe ser hidratada para formar un complejo estable al reaccionar con el calcio.
4. P. S. Batanero, A. S. Medel, “Química analítica básica: introducción a los métodos de separación”, Ediciones Simancas, España, 1985, pp. 100 – 104. 5. S. Aldabe, C. Bonazzola, P. Aramendía, L. Lacreu, “Química 2: química en acción” Ediciones Colihue, Buenos Aires, 2004, pp. 298. 6. APHA, AWWA, WPCF, “Métodos normalizados para el análisis de aguas potables y residuales”, 17ma Edición, Editorial Díaz de Santos, España, 1992, pp. 96 – 97.
