Universidad Nacional Andrés Bello Laboratorio Química Analítica e Instrumental QUI-141 Profesora: Karina González
LABORATORIO LABORATORIO 4:
“Valoración “Valoración conductométrica de una mezcla de ácido fuerte y ácido débil y de precipitación’’ precipitación’’
Integrantes: Eduardo Valderrama Curso: QUI141 – Sección 03 Fecha de entrega: sábado 14 de Septiembre del 2013
Introducción La conductancia eléctrica es la propiedad de mover o desplazar uno o más electrones de un cuerpo o dicho de otra manera la capacidad de dejar pasar la corriente eléctrica, por lo tanto es la propiedad inversa de la resistencia eléctrica. No debe confundirse con la conductividad que es la conductancia específica de un material. La conductancia en una solución, además de variar con el número, tamaño y carga de los iones y con algunas características del solvente, depende del electrodo (o celda) que se esté utilizando. Por esto existe un constante de celda (Θ), especifica para cada electrodo. Los electrodos más comunes en las medidas de conductividad son los de platino, y para aumentar el área efectiva pueden cubrirse con negro de platino, que no es mas que el deposito de una fina película de platino finamente dividido sobre el electrodo, proceso llamado como platinizacion del platino. Otra tipo de electrodos que se utilizan son los electrodos de grafito. La medida de conductividad puede ser útil en la detección del punto final de una valoración, ya que la variación de concentración de las diferentes especies a lo largo de la valoración se traduce en variación en la conductividad de la disolución. Si en el punto de equivalencia se producen cambios bruscos en la conductividad del medio, esto puede ser aprovechado para detectar el punto final de la valoración graficando: Conductividad vs Volumen de valorante agregado. Es así que para la valoración de un acido fuerte con una base fuerte como HCl con NaOH, se observa el siguiente gráfico:
(1.1) En donde Vc se corresponde al volumen de equivalencia. Para el caso de una valoración de una mezcla de ácidos, acido fuerte (HCl) con acido débil (HAc), con una base fuerte (NaOH), se observa el siguiente gráfico:
(1.2) En el cual se presentan dos puntos de equivalencia Vc y Ve.
El uso de la conductimetría en reacciones de precipitación no son tan útiles como aquellos que involucran procesos de neutralización, porque los cambios en estos tipos de titulaciones raramente son tan grandes como los observados en las neutralizaciones. Para el caso de la titulación de cloruro de potasio con nitrato de plata observamos el siguiente gráfico:
(1.3) Donde el punto en el que se produce el cambio drástico en el grafico es el punto de equivalencia. Finalmente, en las conductimetrias se debe realizar las c orrecciones por la dilución a través de la siguiente fórmula:
Los objetivos del presente practico son, primero, el aprender el uso y cuidado de un conductímetro, segundo, determinar a través de la conductometría el punto final en la valoración de una mezcla de un ácido fuerte y un ácido débil con NaOH y encontrar las molaridades para ambos ácidos, y tercero, determinar conductométricamente el punto final en la valoración por precipitación de cloruro de potasio con nitrato de plata y de este modo encontrar la molaridad del cloruro de potasio. .
Parte Experimental 1. Materiales y reactivos usados : • • • • • • • •
Bureta de 25 mL Pipeta volumétrica de 10 mL Matraz aforado de 50 mL Vaso precipitado de 100 mL Conductímetro Agitador magnético Barra magnética Soporte universal
• • • • • • •
Mariposa (pinza para buretas) Pizeta Propipeta Solución de NaOH 0.09660 M Muestra Problema de HCl-HAc Solución de AgNO3 0.01096 M Solución problema de KCl
2. Métodos y condiciones experimentales El método utilizado en el presente práctico es el método conductimetrico, donde se usa electrodos de platino para medir la conductividad de soluciones, para encontrar los puntos de equivalencia y cuantificar la concentración. La temperatura ambiental fue de 22°C, y la constante del electrodo era de 1,085 cm-1.
3. Descripción de la técnica : Se tomaron 10 mL de una solución problema de KCl y se llevaron a un matraz aforado de 50 mL. Se vertió en un vaso de 100 mL. Luego el vaso se llevó sobre un agitador magnético se colocó la celda de conductividad asegurando que estuviese sumergida totalmente en solución. Se agregó una barra magnética y se ajustó la velocidad del agitador de modo que no hubiese turbulencias. Se seleccionó la escala apropiada en el equipo, luego se anotó la lectura inicial y se comenzó a valorar con una solución de AgNO3 adicionando alícuotas de 0,5 mL, hasta completar 10,6 mL de valorante. Se retiro la celda, se lavo el electrodo y se volvió a titular con incrementos de 0,5 ml hasta los 6 mL agregados, y partir de ahí se hizo con alícuotas de 0,2 mL hasta los 12 ml de titulante agregado, y desde ese momento se agregaron alícuotas de 0,5 mL hasta completar un volumen de 16 mL de titulante. Se tomaron 10 mL de una solución problema compuesto de una mezcla de HCl con ácidos acético y se llevaron a un matraz aforado de 50 mL. Se vertió en un vaso de 100 mL. Luego el vaso se llevó sobre un agitador magnético se colocó la celda de conductividad asegurando que estuviese sumergida totalmente en solución. Se agregó una barra magnética y se ajustó la velocidad del agitador de modo que no hubiese turbulencias. Se seleccionó la escala apropiada en el equipo, luego se anotó la lectura inicial y se comenzó a valorar con una solución de NaOH, adicionando alícuotas de 0,5 mL, hasta completar 7 mL de valorante. Se retiro la celda, se lavó el electrodo y se volvió a titular con incrementos de 0,5 ml hasta los 5 mL agregados, y partir de ahí se hizo con alícuotas de 0,2 mL hasta los 11 ml de titulante agregado, y desde ese momento se agregaron alícuotas de 0,5 mL hasta completar un volumen de 15 mL de titulante. Luego se construyeron tablas con los datos recogidos en las titulaciones, y se hizo el tratamiento adecuado de los datos.
Resultados
a)
Tabla de Titulación de muestra problema de KCl con AgNO3:
Volumen (mL)
Conductancia Leída (µS)
Conductancia corregida (µS)
0,0
270
270,00
0,5
267
269,67
1,0
265
267,62
1,5
262
264,57
2,0
259
261,51
2,5
255
257,45
3,0
253
255,41
3,5
251
253,36
4,0
246
248,30
4,5
245
247,27
5,0
243
245,23
5,5
241
243,19
6,0
238
240,14
6,2
234
234,83
6,4
233
233,83
6,6
232
232,82
6,8
231
231,82
7,0
230
230,81
7,2
229
229,80
7,4
229
229,80
7,6
228
228,79
7,8
228
228,79
8,0
227
227,78
8,2
226
226,78
8,4
225
225,77
8,6
224
224,77
8,8
223
223,76
9,0
223
223,76
9,2
222
222,75
9,4
221
221,75
9,6
221
221,74
9,8
221
221,74
10,0
222
222,74
10,2
226
222,75
10,4
230
230,76
-
10,6
234
234,77
10,8
238
238,78
11,0
243
243,80
11,2
245
245,80
11,4
250
250,82
11,6
252
252,82
11,8
256
256,83
12,0
259
259,84
12,5
262
264,11
13,0
275
277,20
13,5
283
285,23
14,0
289
291,28
14,5
298
300,33
15,0
305
307,36
15,5
311
313,39
16,0
318
320,43
Gráfico de conductancia corregida vs Volumen de AgNO3:
Donde el punto de equivalencia en el gráfico se presenta a los 10,2 ml de AgNo3 agregado.
b)
Tabla de Titulación de muestra de HCl+HAc con NaOH:
Volumen (mL)
Conductancia Leída (µS)
Conductancia corregida (µS)
0,0
382,0
385,82
0,5
360,0
363,60
1,0
334,0
337,31
1,5
289,0
291,83
2,0
268,0
270,60
2,5
247,0
249,38
3,0
223,0
225,12
3,5
202,0
203,91
4,0
181,2
182,89
4,5
160,5
161,99
5,0
141,8
143,10
5,2
132,7
133,18
5,4
126,0
126,46
5,6
119,2
119,63
5,8
114,8
115,21
6,0
111,2
111,60
6,2
110,1
110,49
6,4
110,1
110,49
6,6
110,5
110,89
6,8
111,4
111,79
7,0
112,7
113,10
7,2
114,4
114,80
7,4
116,1
116,51
7,6
117,4
117,81
7,8
119,1
119,51
8,0
121,0
121,42
8,2
122,6
123,02
8,4
124,1
124,53
8,6
125,8
126,23
8,8
127,8
128,24
9,0
129,1
129,54
9,2
131,2
131,64
9,4
133,1
133,55
9,6
134,2
134,65
9,8
138,3
138,76
10,0
142,2
142,68
10,2
147,5
148,00
10,4
152,6
153,11
10,6
157,0
157,52
10,8
162,0
162,53
11,0
166,5
167,05
11,5
180,1
181,58
12,0
191,3
192,86
12,5
204,0
205,64
13,0
216,0
217,73
13,5
228,0
229,81
14,0
238,0
239,87
14,5
250,0
251,95
15,0
262,0
264,03
- Gráfico de conductancia corregida vs Volumen de NaOH:
Donde los puntos de equivalencia según el gráfico son en 6,4 y 9,6 mL.
- Concentración de KCl:
CAgNO3 x VAgNO3 = Valicuota x CKCl 0,01096M X 10,2mL = 10,0mL x CKCl CKCl = 0,01118M
- Concentración de HCl y HAc:
El primer punto de equivalencia corresponde a la valoración de la mezcla de ácidos y el segundo punto de equivalencia corresponde solamente a la valoración del ácido débil. Por lo tanto el volumen gastado en la valoración de HAc es de: 9,6 - 6,4 = 3,2 + 3,2 = 6,4 mL de NaOH Y el volumen gastado en la valoración de HCl es de:
6,4 - 3,2= 3,2 mL de NaOH
C NaOH x V NaOH = Valicuota x CHCl 0,09960M X 3,2mL = 10,0mL x CHCl CHCl = 0,03187M
C NaOH x V NaOH = Valicuota x CHAc 0,09960M X 6,4mL = 10,0mL x CHAc CHAc = 0,06374M
Discusión
Cuando se comenzó a valorar se observó que la medición del electrodo era muy sensible a la temperatura porque notamos que si esta subía 1 grado, el valor de la conductividad, y esto se debe a que la temperatura presenta un doble efecto sobre los electrolitos, influye sobre la disolución y en la movilidad iónica, por ello es necesario compensar la temperatura cuando se realizan. Así que se tuvo mucho cuidado de anotar la conductividad a una misma temperatura, la cual fue de 22°C, y para obtener los valores a la temperatura estándar (25°C), habría que realizar los cálculos correspondientes ocupando el coeficiente de temperatura (CT) el cual es cercano a un 2%/°C. Es de indicar que la temperatura tiene un alto impacto en el punto de equivalencia encontrado y por lo tanto en las concentraciones calculadas, ya que modifica el grafico en el eje X, no así si hubiese que buscar los valores absolutos de conductividad ya que estos solo modificarían el eje Y sin afectar el Eje X, pero si se tuvo que hacer la corrección por las diluciones ya que este factor afecta la actividad de los iones en solución.
La medida de conductividad es una forma rápida y sencilla de determinar la fuerza iónica de una disolución. Su principal inconveniente es que es una técnica no específica, por lo tanto si las muestras presentaban impurezas, es decir iones no deseados en solución, las concentraciones calculadas de las especies requeridas podrían no ser las reales. A pesar de esto se obtuvieron un os gráficos característicos al tipo de titulación realizada, para el caso de la neutralización y la precipitación.
En la precipitación la pendiente de la porción inicial de la curva, fue negativa, y esto es porque depende de la conductancia relativa del ion que está siendo determinado y el ion de igual carga del reactivo que lo sustituye. Así es porque la conductancia iónica del ion-reactivo es menor q ue el ion que se titula, es
decir que en los volúmenes agregados iniciales de nitrato de plata se produce una sustitución de iones cloruro por los iones nitrato del reactivo, resultando de ello una leve disminución de la conductancia. Lo que ocurre después del punto de equivalencia, es que se produce un rápido aumento debido al volumen agregado en exceso de nitrato de plata. De esta manera fue mucho más fácil apreciar el punto de equivalencia en este tipo de gráfico que fue a los 10,2 mL para la muestra problema de KCl cuya concentración calculada fue de 0,01118M.
En la neutralización de la muestra que contenía una mezcla de ácidos, fuerte y débil (HCl y HAc), con NaOH, en el grafico se observa que en el primer tramo se está remplazando un ion H+ por un ion Na+, de menos movilidad, por lo que se observa una disminución drástica de la conductividad, hasta el primer punto de equivalencia a los 6,2 mL de base agregada. En el segundo tramo, la conductividad aumenta de a poco, ya que aparece en la disolución el anión acetato, Ac− (que proviene del acido acético), además del catión Na+, que se está agregando hasta el segundo punto de equivalencia, a los 9,6mL, que a partir de ahí, o sea en el tramo final, la conductividad aumenta con una pendiente mayor, lo que se debe a la presencia, en exceso, de los iones Na+ y OH−. Es de suma importancia indicar que los milimoles de Cl− no varían. Así que al trazar un línea recta sobre la curva en el gráfico se pudieron determinar los dos puntos de equivalencia y encontrar lo volúmenes gastadas en la titulación para ambas especies HCl y HAc cuyas concentraciones fueron de 0,03187M y 0,06374M respectivamente.
Algo que nos da una mayor se confiabilidad de las concentraciones encontradas de las especies para ambas muestras, es que en la titulaciones gruesas se identifico claramente el rango donde se encontraban los puntos de equivalencia, que al realizar las titulaciones finas coincidían claramente, entre 9,5 y 10,5 ml para la titulación gruesa en la muestra de KCl, y para el caso de la titulación gruesa de la mezcla de ácidos en el primer tramo entre 5,5mL y 6,5 mL y en el segundo tramo entre 9,5 mL y 10 mL.
Conclusión Se cumplieron los objetivos del práctico ya que se aprendió el uso y cuidado de un conductímetro, y gracias a un buen trabajo de laboratorio se obtuvieron datos que se plasmaron en graficas características de una neutralización y de precipitación, donde se pudo encontrar los puntos de equivalencia en ambas muestras analizadas y este modo calcular las con centraciones de las especies requeridas, KCl, HCl y HAc cuyas concentraciones fueron de 0,01118M, 0,03187M y 0,06374M respectivamente.
Bibliografía
D. Skoog, F, Holler, T. Nieman. “Principios de Análisis Instrumental”; 5ª Edición, Editorial Mc Graw-Hill. Pp 680-740.
http://www.ual.es/grupodocente/quimfis2009/Guiones/Ana/conductimetro/Conductimetro-crison.pdf fecha y hora de visita: miércoles 11 de septiembre a las 14:35
