LABORATORIO LABORATOR IO DE QUIMICA ANALITICA - UNIVERSIDAD UNIVERSID AD DEL VALLE
DETERMINACIÓN DEL CONTENIDO DE NITRÓGENO POR EL MÉTODO DE MICROKJELDAHL. Andrés Chinguad Chinguad (1532565 (1532565), ), Oscar David David Gutiérrez Nopia (1626872). (1626872).
[email protected],
[email protected] 4 de abril del 2017. Departamento de Química, Universidad del Valle. Palabras claves: proteína, nitrógeno, kjeldahl
Abstract. La presente práctica consistió en la determinación del contenido de nitrógeno en un alimento, mediante la utilización del método de Kjeldahl, para ello se tomó una muestra, la cual se digesto en medio acido, después la muestra se dejó enfriar, y se le agrego una solución alcalina, formando amoniaco. El amoniaco formado se destila hacia una solución de ácido bórico con indicador mixto, formándose el el ion borato. Seguidamente la solución formada se titula con ácido clorhídrico estandarizado, obteniendo 1.90% de y 11.88% de proteína en la muestra.
Introducción. En la tierra se encuentran una diversa
Metodología. Se pesaron 0.08 gramos de muestra
cantidad de elementos químicos que en diversas formas conforman toda la materia que que conocemos. El nitrógeno ( ), es uno de los elementos más abundantes presentes en la tierra solo superado por el oxígeno y es el elemento libre más abundante en la tierra, siendo el constituyente principal de la atmosfera. El nitrógeno se encuentra en su estado libre como molécula de dinitrógeno ( ) en estado gaseoso y se extrae de la atmosfera por destilación del aire liquido [1]. Aunque el nitrógeno se encuentra presente dentro de muchos compuestos, se considera uno uno de los elementos más inertes en la tierra, ya que su reacción con otros elementos es nula debido a la fortalece del enlace ( ) [1].
aproximadamente y se depositaron en un matraz microkjeldahl, seguidamente a la muestra se le adiciono 0.1 g de una mezcla 3:1 de y y 2.0 g de . Posteriormente a la muestra se le agrego 2.5 ml de y se colocó en el digestor a un ángulo de 45 grados dentro de la campana de extracción. Se calienta la muestra hasta que hierva, vigilando que la muestra no se suba al cuello del matraz y se pierda.
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La asimilación del nitrógeno por parte de los seres humanos es un proceso muy largo, ya que como se había mencionado antes el N es un compuesto muy poco reactivo, aun así existen ciertas formas de asimilarlo, bien sea por la ingesta de carne o por la ingesta de plantas, los cuales tiene presente el N en forma de proteína, y estas proteínas son fundamentales para la vida de las personas [2]. Uno de los métodos más usados para la cuantificación de nitrógeno en una proteína fue el método creado por el señor Johan Kjheldahl , el cual propuso realizar una digestión acida a la muestra para después, poder cuantificar el nitrógeno presente en ella, mediante el uso de diversas reacciones[3].
Se calienta suavemente la muestra (30 min a 2 horas), hasta que adquiera un color incoloro o verde claro y no se observen partículas en suspensión. Se deja enfriar la muestra y se deposita dentro del equipo de microdestilación, realizando lavados al matraz que contenía la muestra, con un valor máximo de 10 ml de agua destilada y depositando los lavados en el equipo de microdestilación. Se conecta el equipo de destilación a la llave y se habré la llave, suministrando agua al condensador. La manguera que se desprende del condensador se sumerge en un erlenmeyer con 10 ml de al 4% y 5 gotas de indicador mixto.
A la muestra, se le adiciona 15 ml de solución alcalina y se tapa inmediatamente. Se procede con el proceso de destilación, calentando suavemente y aumentando la temperatura gradualmente. Se espera el cambio del indicador, con lo cual se sigue destilando durante 10 min más. Después se retira el erlenmeyer y el borato
formado se titula con realiza un blanco.
estandarizado. Por último se
Resultados. Como primera parte de la práctica se procedió a la preparación de una solución 0.02 M de , a partir de al 37%, para ello es necesario conocer la densidad del reactivo y saber cuántos mililitro se va a preparar. Como la solución es para todo el grupo se prepararon 100 ml de solución. Los cálculos utilizados para preparar la solución son:
∗ 36.458 ∗ 100 ∗ 0.021000 1 100 ∗ 1 37 1.184 = 0.17 Se requieren 0.17 ml del reactivo concentrado para preparar 100 ml de una solución 0.02 M de .
Seguidamente se procedió a realizar la estandarización de la solución preparada anteriormente, utilizando para ello seco. Se tomaron 0.05 g de y se disolvieron en 10 ml de agua, de ahí se tomaron 2.5 ml y se tituló con la solución de , consumiéndose 10 ml, la concentración real se halla de la siguiente manera:
1 ∗ 2 0.05 ∗ 105.99 ! ∗ 1 ∗ 1 ∗ 0.0025 ∗ 11 1 0.010 0.010 = 0.0236
Posteriormente se tomó 0.0871 g de la muestra y se le realizo una digestión mediante calentamiento y con la adición de , descomponiendo la proteína en diversos compuestos, la reacción que ocurre está dada por la siguiente ecuación:
→ El N en la muestra de proteína se encuentra presenta en forma de sulfato acido de amonio ( ). Después la muestra se transfiere a un balón, con destilador, y se le adiciona una solución alcalina de y tiosulfato de sodio, observándose la formación
de amoniaco ( ), la reacción ocurrida aparece en la siguiente ecuación:
→ El amoniaco formado se lleva a calentamiento, para después condensarlo, y depositarlo dentro de una solución de ácido bórico con indicador mixto ( ) dando la formación del ion amonio y el ion borato. La reacción ocurrida se describe de la siguiente forma.
→ + −
El ion borato formado se titula con la solución de estandarizada, consumiéndose 5 ml de para la valoración, la reacción ocurrida se describe a continuación.
− → Con los 5 ml de , se procede a calcular el porcentaje de en la muestra, así como el porcentaje de proteína presente en la muestra. Hay que tener en cuenta que la relación entre el y − es 1:1, así mismo la relación entre el y el , es 1:1, y la relación del , con el N proveniente de la muestra es 1:1, con estas relaciones se procede a hallar la cantidad de nitrógeno en la muestra de la siguiente manera:
∗ 1 − 5.0 ∗ 0.0236 1000 1 + ∗ 1 ∗ 1 ∗ 11 − 1 + 1 =1.65318×10− g de N ∗ 14.01 1 Con los gramos de nitrógeno, se procede a hallar el porcentaje de nitrógeno en la muestra cómo % p/p, el cálculo se realiza de la siguiente manera.
− %() = 1.65318×10 0.0871 ∗ 100 = 1.90 % Obteniéndose 1.90 % de N en la muestra. Para hallar el porcentaje de proteína en la muestra, se hace
necesario la utilización del factor proteico. Este factor proteico es singular para cada alimento, aun así se ha establecido un valor genérico del factor proteico, el cual es de 6.25 y sirve para hallar el porcentaje de proteína en una muestra. Multiplicando el factor proteico y el porcentaje de N en la muestra, se obtiene el porcentaje de proteína en la muestra.
%=%∗6.25 = 1.90 ∗ 6.25 = 11.88 % El porcentaje de proteína reportado en la muestra es del 10% por cada 5 g de muestra, observando este valor, se evidencia que se obtuvo más proteína que la reportada en la etiqueta del producto, realizando el cálculo del error relativo se obtiene.
%.= 10.0011.88 10.00 ∗100=18.8% Discusión. La cuantificación de nitrógeno en una muestra se realiza, para hallar la relación entre el nitrógeno y la proteína presente en la muestra. Aunque hay varias maneras de determinar los contenidos mencionados anteriormente cabe resaltar que uno de los métodos más utilizados en la antigüedad y aún vigente, es el método Johan Kjheldahl planteado en 1883, el cual por medio de una digestión acida logra descomponer, los componentes de la proteína y a su vez transforma el nitrógeno de la proteína en sulfato acido de amonio el cual puede ser cuantificado mediante la utilización de diversos reactivos y reacciones [3]. Hay que tener en cuenta que aunque el método era eficiente respecto a una buena cuantificación del nitrógeno y de la proteína, este método era demasiado lento, tardándose horas para realizar la cuantificación. En el año de 1889 el señor Harry Gunning, descubrió que el sulfato de potasio elevaba el punto de ebullición del ácido sulfúrico, ocasionando que la digestión se realizara más rápido y por ende que la cuantificación se demorara menos. Así mismo observo que el sulfato de potasio no intervenía en la reacción sino que simplemente actuaba como espectador [3].
Aunque en ese tiempo, no se sabía el porqué del comportamiento del sulfato de potasio con el tiempo se descubrió que esta sustancia era un catalizador. Un catalizador es una sustancia que se agrega a una reacción, para que esta se efectué más rápido, sin que la sustancia agregada reaccione con las sustancias presentes en la reacción [4]. En este sentido cuando agregamos el sulfato de potasio y la solución 3:1 de , a la muestra y adicionamos el ácido y sulfúrico, el sulfato de potasio, actuaron y simplemente como catalizadores, aumenta la ebullición del ácido sulfúrico y sin intervenir en la reacción del ácido con la muestra.
Una vez digestada y reposada la muestra, se traspasa a un balón con destilador, observándose que la muestra se encuentra en un estado muy denso, resistiéndose a deslizarse por las paredes del balón, esto se debe a que la muestra está concentrada y esta concentración, ayudo que la viscosidad de la muestra aumentara, al puto de casi no deslizarse. En la adición de la solución alcalina a la muestra, se observa la formación de un gas, el cual es el amoniaco en forma gaseosa, este gas es de olor desagradable. El gas pasa a través del condensador y llega hasta la solución de ácido bórico formando el ion borato, en esta reacción hay que resaltar el hecho de que no se presenta transferencia completa del protón del al , esto se debe a que el es una base débil, la cual solo reacciona parcialmente, con el ácido, obteniendo concentración de y concentración del + en la solución [5].
En la titulación del ion borato con el hay que tener en cuenta, que se utiliza un indicador mixto. Este indicador se prepara de la combinación del indicador rojo de metilo y verde de bromocresol, se dice mixto porque este indicador reacciona tanto a pH alcalino como a pH acido, en un intervalo no tan alejado de pH. También hay que resaltar el hecho de que los blancos en la práctica se dañaron, ocasionando que no se pueda saber cuánto volumen de titúlante consume el indicador.
En la práctica se obtuvo un error por manipulación de los reactivos por parte de los practicantes, ya que en el momento de adicionar la solución alcalina a la muestra, parte de la solución se traspasó por medio del condensador hacia la solución de , ocasionando que esta solución se tornara azul, por la presencia de la solución alcalina. Después se cambió de solución de , y se burbujeo el amoniaco hasta el cambio del indicador. En esta parte se obtuvo bastante error ya que en el momento del cambio de una solución a otra, la manguera que provee el amoniaco no estuvo sumergida en ninguna solución y por ende el amoniaco formado se escapó al ambiente. En esta parte también hay que tener en cuenta que como parte de la solución alcalina había pasado a través del condensador, parte de esta solución se quedó dentro de la manguera de desprendimiento lateral, ocasionando que cuando se destilaba el amoniaco, parte de la solución alcalina se pasó nuevamente a la solución de , esta situación se ve reflejada en el hecho de que cuando se tituló la solución de , con , esta solución nunca cambio de color, habiendo agregado más de 25 ml de , lo que confirma que la solución se encontraba alcalina.
Por ultimo cabe aclarar que los cálculos realizados son erróneos ya que como, se mencionó anteriormente la valoración no se dio, y por lo tanto se utilizaron los datos de otro compañero para realizar los cálculos. Por tanto se puede afirmar que el error en el cálculo se debe a que la muestra del grupo no era en peso, la misma que habían tomado los compañeros y por eso el error que nos da es por exceso de muestra. También este error se puede a atribuir al hecho que dentro de la muestra se podría encontrar nitrógeno no proteico, el cual no tiene ningún valor nutricional. Siendo así se podría encontrar un exceso en la cuantificación de nitrógeno, por parte de la cuantificación del nitrógeno de la proteína más el nitrógeno no proteico que podría contaminar la muestra.
Preguntas. 1// R: se tiene que la solución obtenida, luego de “burbujear” amoniaco gaseoso en ácido bórico es una solución que contiene ion amonio ( + y el ion
borato ( −), la fuerza ácida del ion amonio es despreciable, ya que es el ácido conjugado de una base débil el amoniaco, razón por la cual en solución este no tiende a ceder protones por otro lado, se encuentra el ion borato es la base conjugada del ácido bórico, un ácido débil, que es más fuerte que el ácido conjugado del + , lo cual significa que su base conjugada posee una fuerza básica suficiente para reaccionar con el ácido clorhídrico completamente, gracias a esto, es que principalmente se debe utilizar en vez de [5].
2// R
∗ 1 1.50 ∗ 1008.5 14.01 ∗ 1 ∗ 1000 ∗ 11 1 0.1 = 91.00
Conclusiones. Se debe tener extrema precaución, en el momento de transvasar la muestra al balón, ya que si se deja enfriar mucho, la muestra se coloca muy densa, haciendo caso imposible el traslado cuantitativo de un instrumento al otro. Con el equilibrio acido-base se puede encontrar las −, siendo estas de concentraciones de iones + gran utilidad para definir el equilibrio del sistema, aun así en esta caso también se pudo definir la concentración de N, con lo cual se estable que si se conoce la estequiometria de las diversas reacciones en un proceso, se puede hallar la concentración de la especie de interés.
Se debe tener cuidado en el momento de adicionar la solución alcalina a la muestra, ya que una pequeña traza de solución que pase al condensador y a la solución de ácido bórico, ocasionaría que la solución se volviera alcalina y por ende que la valoración no se dé adecuadamente.
Bibliografía. [1] SHRIVER, D.F. ATKINS, P.W. Química inorgánica. 2Ed. Editorial Reverte, S.A. pág. 517 a 521. [2] la guía química. Monica Gonzales. http://quimica.laguia2000.com/conceptosbasicos/importancia-del-nitrogeno visitada el 03 de abril del 2017. [3] depósito de documentos de la FAO. Departamento de agricultura.
http://www.fao.org/docrep/010/ah833s/ah833s17.htm . Visitada el 03 de abril del 2017. [4] la guía química, Angeles Mendes. http://quimica.laguia2000.com/ecuacionesquimicas/catalizadores visitada el 3 de abril del 2017 [5] HARRIS, D.C. Análisis químico cuantitativo 3Ed. Reverte S.A. Pág. 189 a 193
