GUÍA DE PRÁCTICAS DE LABORATORIO CARRERAS: Química, Química Farmacéutica, Química de Alimentos, Bioquímica Clínica.
UNIDAD DE ORGANIZACIÓN CURRICULAR: EJE DE FORMACION BÁSICO SUBAREA QUIMICA ANALITICA
QUÍMICA ANALÍTICA CUANTITATIVA II 2018-2019
FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS PROCESO PLAN CURRICULAR GUÍA DE LABORATORIO Código: FCQ-P05-F05; Versión: 01; Fecha: 15 de enero de 2017
Índice Introducción!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! Pág. 3 Práctica 1: COMPLEXOMETRÍA PARTE I. Preparación y estandarización de una solución de EDTA!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! ...Pág. ...Pág. 8 Práctica 2: COMPLEXOMETRÍA PARTE II. Determinación de la dureza total, cálcica y magnésica, en una muestra de agua !!!!!!!!!!!!!!!!!!Pág. 13 Práctica 3: COMPLEXOMETRÍA PARTE III. Determinación de Plomo y Cobre en una muestra!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! Pág. 18 Práctica 4: GRAVIMETRÍA. Determinación porcentual de humedad, cenizas y materia orgánica!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! ..Pág. ..Pág. 24 Práctica 5: ARGENTOMETRÍA PARTE I. Preparación, estandarización y usos de una solución de nitrato de plata !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! ..Pág. ..Pág. 29 Práctica 6: ARGENTOMETRÍA PARTE II. Determinación de halogenuros por el método de Fajans y Volhard !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! Pág. 35 Práctica 7: PERMANGANOMETRÍA PARTE I. Preparación y estandarización de una solución de permanganato de potasio !!!!!!!!!!!!!!!!!...Pág. ...Pág. 41 Práctica 8: PERMANGANOMETRÍA PARTE II. Determinación porcentual de óxido de calcio en una muestra de piedra caliza !!!!!!!!!!!!!!!!!!!.....Pág. .....Pág. 48 Práctica 9: PERMANGANOMETRÍA PARTE III. Determinación porcentual de hierro en una muestra!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! ....Pág. ....Pág. 53 Práctica 10: YODOMETRÍA PARTE I. Preparación y estandarización de una solución de tiosulfato de sodio y determinación de la concentración de hipoclorito de sodio en una muestra de cloro comercial !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! ...Pág. ...Pág. 54 Práctica 11: YODOMETRÍA PARTE II. Determinación de oxígeno disuelto en una muestra de agua. (Método Winkler) !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! .Pág. 68 Práctica 12: YODIMETRÍA. Determinación de dióxido de azufre en una muestra de vino!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! Pág. 74 Página 1 de 62
FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS PROCESO PLAN CURRICULAR GUÍA DE LABORATORIO Código: FCQ-P05-F05; Versión: 01; Fecha: 15 de enero de 2017
INSTRUCTIVO DE LABORATORIO.
Normas Generales: •
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Los informes de laboratorio tendrán un peso de 3 puntos sobre 6 de la nota final. La prueba de laboratorio se llevara a cabo la última semana de cada hemisemestre la cual será acumulativa, con un valor de 2 puntos sobre 6 de la nota final. Se llevará acabo evaluaciones periódicas referentes a la teoría de la práctica de turno y se llevara un control del trabajo en laboratorio todo esto tendrán un valor de 1 punto sobre 6 puntos de la nota final. El informe de laboratorio deberá ser entregado la siguiente semana de haber concluido el ensayo a la misma hora de laboratorio. (Cualquier excepción será aprobada por el ayudante de cátedra por motivos justificables). Las personas que no lleven a cabo la práctica de laboratorio o abandonen el laboratorio de forma injustificada tendrán automáticamente una nota de 0/20. Se receptara la entrega tardía del informe de laboratorio máximo 24 horas después de la fecha indicada con un valor máximo de 10/20. Todos los informes tendrán que ser diseñados de acuerdo a las especificaciones especificac iones indicadas y sujetas a variación dependiendo del experimento. La entrega del informe de laboratorio será en físico el día de la siguiente práctica y el digital enviado al correo electrónico
[email protected] [email protected] durante el mismo día esto contando como una referencia en caso de reclamos en los informes realizados. Toda inasistencia a las prácticas deberá ser justificada y tal sea el caso se programara su recuperación. El estudiante deberá revisar la teoría de la práctica antes del experimento para lo cual se le informara el calendario con los temas de cada ensayo de laboratorio. La guía de la práctica de laboratorio será cargada a un grupo de red social Facebook con mínimo 5 días de anticipación, para que la teoría pueda ser completamente revisada. Se detallarán datos y reacciones relacionadas directamente con la práctica, función de reactivos, y la aplicación de ciertas condiciones con su justificación apropiada (pH, Temperatura, Indicadores, entre otros).
INSTRUCIONES 1. La ejecución de la Práctica corresponderá al 50% de la nota 2. El Informe / reporte de laboratorio se entregarán por equipo, corresponderá al 50% de la nota 3. El Informe / reporte de laboratorio según formato unificado FCQ-P05-F06 a continuacion:
Página 2 de 62
FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS PROCESO PLAN CURRICULAR GUÍA DE LABORATORIO Código: FCQ-P05-F05; Versión: 01; Fecha: 15 de enero de 2017
Página 3 de 62
FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS PROCESO PLAN CURRICULAR GUÍA DE LABORATORIO Código: FCQ-P05-F05; Versión: 01; Fecha: 15 de enero de 2017
PRÁCTICA Nº 1 TEMA: COMPLEXOMETRÍA PARTE I. Preparación y Estandarización de una solución de EDTA. OBJETIVOS •
•
Preparar y estandarizar una solución de EDTA a partir de la sal disódica de esta especie química. Determinar las condiciones, manejo y aplicaciones que tienen las volumetrías complexométricas.
FUNDAMENTO TEÓRICO Valoración complexométrica (o Quelatometría).es una forma de análisis volumétrico basado en la formación de compuestos poco disociados, particularmente útiles para la determinación de una mezcla de diferentes iones metálicos en solución. Generalmente se utiliza un indicador capaz de producir un cambio de color nítido para detectar el punto final de la valoración. (Gary, 2009) Cualquier reacción de formación de complejos se puede utilizar como una técnica volumétrica, siempre que: La reacción alcanza el equilibrio rápidamente después de que se añade cada porción de valorante. No se plantean situaciones interferentes. Por ejemplo, la formación gradual de varios complejos diferentes del ion metálico con el valorante, dando como resultado la presencia de más de un complejo en solución durante el proceso de valoración. Se disponga de un indicador complexométrico capaz de localizar el punto de equivalencia con bastante exactitud. Muchos cationes metálicos reaccionan con especies dadoras de electrones llamadas ligando, para formar compuestos de coordinación o complejos. El ligando debe tener por lo menos un par de electrones sin compartir. El mas empleado de este tipo de compuestos es el EDTA de preferencia la sal disodica del EDTA, por la facilidad de disolución en agua: la solución se prepara por el método directo dado el carácter de reactivo tipo primario de la sal di sódica. El ácido etilendiaminotetraacetico EDTA contiene cuatro hidrógenos ácidos; por esa razón se representa también como H4Y. El EDTA forma complejos estables con la mayoría de los cationes y entra siempre en relación molar 1:1 en la fórmula del complejo, independiente de la carga del catión, como se muestra en las siguientes reacciones. •
•
•
Relación metal-ligando: 1:1 Página 4 de 62
FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS PROCESO PLAN CURRICULAR GUÍA DE LABORATORIO Código: FCQ-P05-F05; Versión: 01; Fecha: 15 de enero de 2017
(Gary, 2009) Los iones formados en las reacciones anteriores son incoloros, de tal manera que para determinar el punto final se emplean indicadores llamados metal crómico. Estos tienen la propiedad de formar complejos con cationes como el Ca+2 y el Mg+2, de distinto color al que presenta el indicador libre. Estos indicadores son ácidos débiles que se representan como Hin. Para que un formador de complejo pueda usarse en Complexometría ha se satisfacerlos siguientes requisitos: Formar solo un compuesto definido. Reaccionar cuantitativamente sin reacciones secundarias. El valorante y el complejo formado han de ser estables. La reacción debe ser rápida. Se ha de disponer un medio definitivamente visible para determinar el punto estequiométrico. • • • • •
Cuestionario: Realizar la curva de titulación complexométrica, para la valoración de 50ml de una disolución de Ca2+ 0,1M, con solución de EDTA 0.1M a pH 10 (pCa en función del volumen de EDTA añadido). Para esto complete la siguiente tabla y considere que los volúmenes añadidos de titulante son los que se muestran en la misma, a continuación
0.0 5.0
40.0 45.0
10.0 15.0
46.0 48.0
20.0
49.8
25.0 30.0 35.0
50.0 55.0 60.0
Página 5 de 62
FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS PROCESO PLAN CURRICULAR GUÍA DE LABORATORIO Código: FCQ-P05-F05; Versión: 01; Fecha: 15 de enero de 2017
PROCEDIMIENTO. Materiales y reactivos
Materiales
Reactivos Bureta Na2H2Y.2H2O Matraz erlenmeyer 250 ml Carbonato de calcio Embudo Negro de Eriocromo T Pinzas para bureta Ácido clorhídrico © Balanza analítica ±0.0001 g Agua destilada Balón aforado Espátula Pipeta volumétrica 25 mL Tela blanca 25x25 Varilla de vidrio Pera de succión Metodología Preparación de una solución 0.01M de EDTA 1. Determinar la masa de Na2H2 Y.2H2O necesario para preparar una solución de 500 mL; 0.01M de EDTA. 2. Pesar dicha masa en balanza analítica 3. Disolver cuidadosamente Na2H2 Y.2H2O pesado en agua destilada 4. Colocar en un balón aforado de 500 mL y aforar
Estandarización de la solución de EDTA 1. Pesar la masa necesaria de CaCO3 para consumir por valoración con solución EDTA 0.01 M aproximadamente 25 mL (Patrón primario; pesar en balanza analítica). 2. Agregar la masa pesada en un matraz erlenmeyer, mezclar con 25 mL de agua destilada y añadir gotas de HCl concentrado hasta su total disolución.( se observará burbujeo en la mezcla ) 3. Añadir 5 mL de solución Tampón pH = 10 4. Agregar Net ( Negro de Eriocromo T ) en el matraz 5. Titular con la solución de EDTA hasta observar un cambio de color (Color de la solución en el punto final de la titulación: Azul) 6. Repetir el procedimiento 4 veces
Página 6 de 62
REVISADO POR:
FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS PROCESO PLAN CURRICULAR GUÍA DE LABORATORIO Código: FCQ-P05-F05; Versión: 01; Fecha: 15 de enero de 2017
LABORATORIO Q.A.CUANTITATIVA II HOJA DE REGISTRO DE RESULTADOS PRÁCTICA N° 1. COMPLEXOMETRÍA PARTE I. Preparación y Estandarización de una solución de EDTA. GRUPO N°:!!! FECHA: !/!! /!!. DÍA Y HORA DE LABORATORIO:!!!!!! ..!/!!!!!. •
Reacciones químicas
•
Cálculos
Tabla de tatos experimentales m CaCO3 (g)
V EDTA NET (ml)
M EDTA (mol/L)
Promedio (M EDTA )
Observaciones
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Firma 1
-------------------------------------Firma 2
Página 7 de 62
FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS PROCESO PLAN CURRICULAR GUÍA DE LABORATORIO Código: FCQ-P05-F05; Versión: 01; Fecha: 15 de enero de 2017
PRÁCTICA Nº 2 TEMA: COMPLEXOMETRÍA PARTE II: Determinación de la Dureza Total, Cálcica y Magnésica en una muestra de agua. OBJETIVOS •
•
Establecer las condiciones adecuadas para el uso de indicadores metalcrómicos en valoraciones complexométricas con EDTA Determinar mediante Complexometría con EDTA la Dureza Total, Cálcica y Magnésica de una muestra de agua de origen natural.
FUNDAMENTO TEÓRICO Dureza del agua.- Capacidad de los cationes presentes en el agua para desplazar a los iones sodio y potasio de los jabones y formar productos insolubles (espuma), que son causantes de las “costras” en los lavabos y tinas de baño. La DUREZA es una característica química del agua que está determinada por el contenido de carbonatos, bicarbonatos, cloruros, sulfatos y ocasionalmente nitratos de calcio y magnesio. La dureza es indeseable en algunos procesos, tales como el lavado doméstico e industrial, provocando que se consuma más jabón, al producirse sales insolubles. En calderas y sistemas enfriados por agua, se producen incrustaciones en las tuberías y una pérdida en la eficiencia de la transferencia de calor. Además le da un sabor indeseable al agua potable. Grandes cantidades de dureza son indeseables por razones antes expuestas y debe ser removida antes de que el agua tenga uso apropiado para las industrias de bebidas, lavanderías, acabados metálicos, teñido y textiles. (Romero, 2012) La mayoría de los suministros de agua potable tienen un promedio de 250 mg/l de dureza. Niveles superiores a 500 mg/l son indeseables para uso doméstico. Existen dos tipos de DUREZA: •
•
Dureza Temporal: Está determinada por el contenido de carbonatos y bicarbonatos de calcio y magnesio. Puede ser eliminada por ebullición del agua y posterior eliminación de precipitados formados por filtración, también se le conoce como "Dureza de Carbonatos". Dureza Permanente: está determinada por todas las sales de calcio y magnesio excepto carbonatos y bicarbonatos. No puede ser eliminada por ebullición del agua y también se le conoce como "Dureza de No carbonatos".
En agua potable !!!!!!. El límite máximo permisible es de 300 mg/l de dureza. En agua para calderas !!!!. El límite es de 0 mg/l de dureza
Página 8 de 62
FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS PROCESO PLAN CURRICULAR GUÍA DE LABORATORIO Código: FCQ-P05-F05; Versión: 01; Fecha: 15 de enero de 2017
Interpretación de la Dureza: Tabla 1. Índices de dureza del agua según la OMS
Denominación Blandas Moderadamente duras Duras Muy duras
ppm (CaCO3) 0 -50 51 - 150 151 - 300 > 300
1.1.- Almacenaje de la muestra.- La muestra puede ser recolectada y almacenada en un recipiente de plástico, bien tapado. 1.2.- Campo de aplicación.- El análisis de la dureza total en muestras de aguas es utilizado en la industria de bebidas, lavandería, fabricación de detergentes, acabados metálicos, teñido y textiles. Además en el agua potable, agua para calderas, etc. La Dureza Total se le expresa como mg CaCO3 /L la cual se la puede calcular a pH10 y NET, la dureza cálcica se la expresa como mg CaCO3 /L la cual se la puede calcular a pH superior a 12 y murexida (o también con calceína, o ácido calcom); la dureza Magnésica se puede determinar de forma indirecta con la diferencia en volumen de titulación de Dureza Total y Dureza Cálcica, será expresada en mg MgCO3 /L. Cuestionario. Realizar una tabla con al menos 12 indicadores metalcrómicos indicando su estructura química, su empleo, su rango de trabajo (concentración mínima de analito), pH de trabajo y las restricciones que se presentan en su empleo. •
•
La valoración del Ca+2 y Mg+2 de una alícuota de 100,0 ml de agua necesitó 44,75 mL. de EDTA 0,01115M. Una segunda alícuota se alcalinizó con NaOH, tras lo cual el líquido sobrenadante se valoró con 31,38 ml de la solución de EDTA. Calcular: a) la dureza total, b) dureza cálcica y c) dureza magnésica en la muestra.
Página 9 de 62
FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS PROCESO PLAN CURRICULAR GUÍA DE LABORATORIO Código: FCQ-P05-F05; Versión: 01; Fecha: 15 de enero de 2017
PROCEDIMIENTO Materiales y reactivos Materiales
Reactivos Bureta Na2H2Y.2H2O " 0.01 M Matraz erlenmeyer 250 ml Murexida Embudo Negro de Eriocromo T Pinzas para bureta Solución buffer pH= 10 Balanza analítica ±0.0001 g Agua destilada Balón aforado Solución de NaOH 1.0 M Espátula Pipeta volumétrica 25 mL Tela blanca 25x25 Varilla de vidrio Pera de succión
Metodología Determinación de la dureza total. 1. 2. 3. 4.
Transferir 50.00 ml de agua (muestra) a un matraz erlenmeyer de 250.00 mL Añadir 2.0 ml de Buffer pH = 10 Añadir indicador NET Titular con la solución de EDTA 0.01M hasta observar una coloración azul.
NOTA: El cambio de color es lento cuando la muestra no contiene Mg2+. Determinación de la dureza cálcica. 1. Transferir 50.00 ml de agua (muestra) a un matraz erlenmeyer de 250.00 mL 2. Añadir 1.0 ml de NaOH 1.0 M (verificar que el pH se encuentre superior a 12 con papel indicador). 3. Añadir el indicador MUREXIDA. 4. Titular con la solución de EDTA 0.01M hasta observar una coloración violeta.
Determinación De La Dureza Magnésica 1. Hallarla mediante diferencia entre los volúmenes con respecto a los dos indicadores.
NOTA: El agua problema no debe ser de la llave, puede provenir de estanques, vertientes, mar, ríos, etc.
Página 10 de 62
FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS REVISADO POR: PROCESO PLAN CURRICULAR GUÍA DE LABORATORIO Código: FCQ-P05-F05; Versión: 01; Fecha: 15 de enero de 2017
LABORATORIO DE Q. A. CUANTITATIVA II HOJA DE REGISTRO DE RESULTADOS PRÁCTICA N° 2. COMPLEXOMETRÍA PARTE II: Determinación de la Dureza Total, Cálcica y Magnésica en una muestra de agua. GRUPO N°:!!! FECHA: !/!! /!!. DÍA Y HORA DE LABORATORIO:!!!!!! ..!/!!!!!. •
Reacciones químicas
•
Cálculos
Tabla de tatos experimentales V Muestra V EDTA V EDTA V EDTA (ml) Murex NET Mg 2+ (ml) (ml) (ml)
Dureza Total mg CaCO3 /V sol(L)
Dureza Cálcica mg CaCO3 /V sol(L)
Dureza Magnésica mg MgCO3 /V sol(L)
X media
Observaciones -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Firma 1
Página 11 de 62
-------------------------------------Firma 2
FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS PROCESO PLAN CURRICULAR GUÍA DE LABORATORIO Código: FCQ-P05-F05; Versión: 01; Fecha: 15 de enero de 2017
PRÁCTICA Nº 3 TEMA: COMPLEXOMETRÍA PARTE III: Determinación de Plomo y Cobre en una Muestra. OBJETIVO •
•
Conocer y aplicar los tipos de valoraciones volumétricas (directas, indirectas, retroceso, enmascaramiento) que existen en los procedimientos de titulación complexométrica. Determinar la cantidad de plomo y cobre en una solución mediante valoración complexométrica por enmascaramiento.
FUNDAMENTO Valoraciones complexométricas En las valoraciones volumétricas se determina el volumen de una disolución de concentración conocida, que se necesita para reaccionar, de forma prácticamente completa con el analito. Las valoraciones volumétricas en función del proceso empleado para determinar la cantidad de analito en la muestra puede ser: La valoración directa, también conocida como titulación es un proceso en el que se determina el volumen de solución estándar que reacciona con el analito. Procedimiento común: Se mide una cantidad de muestra y se deposita en un recipiente contenedor, vaso o matraz, desde una bureta se agrega el titulante hasta el cambio de color de la solución (punto final de la titulación). La valoración indirecta, La especie química que desea valorarse se hace reaccionar con otra de manera espontánea y agregada en exceso, el producto obtenido es titulado con una tercera especie de concentración conocida (desplazamiento). Procedimiento común: Se mide una cantidad de muestra y se deposita en un recipiente contenedor, se le agrega un reactivo en exceso, luego se agrega al titulante desde la bureta, el cual reacciona con un producto de la primera mezcla hasta el cambio de color de la solución Valoración o titulación por retroceso. La especie química que desea valorarse se hace reaccionar con otra de manera espontánea y además agregada en exceso, esta especie reactiva deberá de agregarse en solución valorada, para que el exceso sea titulado con una tercera especie. Procedimiento común: Se mide una cantidad de muestra y se deposita en un recipiente contenedor, se le agrega una cantidad exactamente medida de una solución valorada asegurando que se encuentra en exceso con respecto a la especie titulada, desde la bureta se agrega al titulante que reacciona con el exceso de la primer solución valorada añadida hasta que la solución cambia de color Valoraciones por enmascaramiento. Un agente enmascarante es un reactivo que protege a algún componente que acompaña al analito, para que no reaccione con EDT. Procedimiento común: Por ejemplo una muestra que contiene Mg 2+ y Al3+ se puede enmascarar con F – al Al3+ para permitir que reaccione solo el Mg 2+ frente al EDTA.
Página 12 de 62
FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS PROCESO PLAN CURRICULAR GUÍA DE LABORATORIO Código: FCQ-P05-F05; Versión: 01; Fecha: 15 de enero de 2017
La principal característica para que una volumetría no se realice de forma directa es la no existencia de un indicador adecuado para el analito o conjunto de analitos que se encuentren en la muestra. (Harris, 2009)
Determinación por titulación de enmascaramiento En el caso de una solución que contiene más de un ion metálico, la titulación con un ligando polidentado ocasiona generalmente la formación de todos los complejos metal-ligando, de modo que el volumen de titulante consumido corresponde a la suma de los metales presentes. Resulta posible, en algunas ocasiones, el empleo de un ligando competitivo, a fin de evitar la reacción de todos los iones metálicos, salvo uno, con el ligando polidentado como titulante, permitiendo así la determinación del ion metálico en particular. Este procedimiento recibe el nombre de enmascaramiento, y puede aplicarse, por ejemplo, en la determinación de magnesio en presencia de níquel. En este caso, antes de comenzar la titulación, se agrega ion cianuro formándose complejo tetracianocuprato(II), muy estable. Este ion complejo no reacciona con el EDTA, ya que el complejo cobre-EDTA es mucho menos estable, y se dice que el cianuro enmascara al cobre. Para el análisis; primero se determinan juntos plomo y cobre con m urexida como indicador. Después, en una segunda muestra se enmascara el cobre con cianuro potásico y se determina el plomo solo con negro de eriocromo T como indicador (alta precaución con el pH de la mezcla). El cianuro enmascara a los siguientes cationes : Cd 2+, Zn2+, Hg2+ , Cu2+, Ag+, Co2+, Ni2+,Pd2+, Pt2+, Fe2+ y Fe 3+ pero no enmascara a: Mg 2+, Ca 2+, Pb 2+, y Mn2+ , lo cual es usado para proceder con este tipo de valoración. (Douglas A. Skoog, 2005)
(NOTA: el cianuro puede formar HCN gaseoso que es toxico a pH inferior a 11,las disoluciones deben ser fuertemente básicas y proceder al análisis haciendo uso de una campana de extracción de gases.)
Cuestionario. Una muestra problema de 1L que contiene Co 2+ y Ni2+ se trata con un exceso de 25.00ml de EDTA 0.03872M. La valoración por retroceso con Zn 2+ 0.02127M a pH 5 precisa 23.54ml para alcanzar el punto final utilizando naranja de xilenol. Una muestra de 2L del mismo problema se pasa a través de una columna de intercambio iónico que retiene más al Co 2+ que al Ni2+. El Ni2+, que sale antes de la columna, se trata con otro exceso de 25.00ml de EDTA 0.03872M, el cual requiere 25.63ml de Zn 2+ 0.02127M en su valoración por retroceso. El Co 2+ sale de la columna más tarde y se trata también con 25.00ml de EDTA 0.03872M. ¿Cuántos mililitros de la disolución de cinc 0.02127M se requerirán en la valoración por retroceso?
Página 13 de 62
FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS PROCESO PLAN CURRICULAR GUÍA DE LABORATORIO Código: FCQ-P05-F05; Versión: 01; Fecha: 15 de enero de 2017
PROCEDIMIENTO Materiales y reactivos Materiales Bureta Matraz erlenmeyer 250 ml Embudo Pinzas para bureta Balanza analítica ±0.0001 g Balón aforado Espátula Pipeta volumétrica 25 mL Tela blanca 25x25 Varilla de vidrio Pera de succión
Reactivos Na2H2Y.2H2O " 0.01 M Murexida Negro de Eriocromo T Solución buffer pH= 10 Agua destilada Ácido tartárico o ácido cítrico Solución amoniaco © Cianuro de potasio al 5%
Metodología Determinación de plomo y cobre 1. Agregar 0.3 g de ácido tartárico a la muestra que contiene los 2 cationes y agitar. 2. Tomar una alícuota de 25 mL 3. Poner gota a gota solución de amoníaco a la muestra, hasta observar una coloración azul (evitando exceso). 4. Aforar a 250 ml con agua destilada. 5. De la solución diluida, medir 25 ml y trasvasar a una matraz 6. Agregar cantidad suficiente de indicador Murexida. 7. Titular con la solución de EDTA
0.01M hasta observar una coloración violeta.
Determinación de plomo 1. 2. 3. 4. 5.
Medir una alícuota de 25 ml de la solución preparada en el paso 4. Trasvasar a un matraz la alícuota. Agregar a la solución 10 ml de solución amortiguadora pH 10. Añadir poco a poco cianuro de potasio hasta observar la decoloración de la solución. Agregar un poco de indicador de NET.
6. Titular con la solución de EDTA 0.01M hasta observar una coloración azul. 7. Repetir cada pasó hasta completar 4 determinaciones.
Página 14 de 62
REVISADO POR:
FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS PROCESO PLAN CURRICULAR GUÍA DE LABORATORIO Código: FCQ-P05-F05; Versión: 01; Fecha: 15 de enero de 2017
LABORATORIO DE Q. A. CUANTITATIVA II HOJA DE REGISTRO DE RESULTADOS PRÁCTICA N° 3: COMPLEXOMETRÍA PARTE III: Determinación de Plomo y Cobre en una Muestra. GRUPO N°:!!!! FECHA: !/!! /!!. DÍA Y HORA DE LABORATORIO:!!!!!! ..!/!!!!!. •
Reacciones químicas
•
Cálculos
Tabla de datos experimentales Vol. Vol. Muestra Alícuota (ml) (ml)
Vol. EDTA NET (ml)
FD
Vol.EDTA MUREX (ml)
ppm Cu (mg/L)
pppPb (mg/L)
X media
Observaciones -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Firma 1
Página 15 de 62
-------------------------------------Firma 2
FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS PROCESO PLAN CURRICULAR GUÍA DE LABORATORIO Código: FCQ-P05-F05; Versión: 01; Fecha: 15 de enero de 2017
PRÁCTICA Nº 4 TEMA: GRAVIMETRÍA. Determinación Porcentual de Humedad, Cenizas y Materia Orgánica. OBJETIVOS Conocer el fundamento básico y los distintos métodos de análisis gravimétrico. Aplicar el análisis gravimétrico a una muestra determinando su porcentaje de humedad, Cenizas y Materia orgánica •
•
FUNDAMENTO Análisis Gravimétrico Los procedimientos de análisis gravimétrico se basan en la determinación de un constituyente mediante algún método de pesada. Esto puede requerir el pesado del constituyente puro o en forma de algún compuesto de composición conocida. En la mayoría de los casos, el constituyente se separa por precipitación de la solución de algún compuesto poco soluble que incluya al mismo. En otros casos, el compuesto poco soluble que se separa puede estar relacionado en forma indirecta con el constituyente. En cuales quiera de los casos, el método finaliza con la determinación de la masa del compuesto separado o de aquél que se obtiene a partir del mismo. (Clavijo, 2002)
Determinación De Agua El agua, o los elementos que la forman, pueden encontrarse en una amplia variedad de materiales. La importancia del agua y el método a utilizar en cada caso viene condicionada en cierto modo por el estado del agua en la muestra. Agua No Esencial El agua retenida mediante fuerzas no químicas, llamada también ‘‘humedad’’ de la muestra. Agua Higroscópica.- esta agua está adsorbida sobre la superficie de las partículas; usualmente se determina por desecación en estufa a unos 110ºC. Agua Incluida (Agua Ocluida).- es un componente habitual de los minerales y de los principios que se forman por cristalización en disolución acuosa. •
•
•
Agua Esencial El agua que existe como parte de la composición estequiométrica de los compuestos. Agua de Hidratación.- el agua está unida mediante fuerzas coordinadas covalentes que normalmente son más débiles que las fuerzas electrovalentes o covalentes primarias; por consiguiente, el agua de hidratación es relativamente fácil de eliminar por la acción del calor. Agua de constitución.- el hidrógeno y el oxígeno(o el hidroxilo) unidos dentro de los componentes por fuerzas de valencia primaria, se pueden convertir con frecuencia en agua por descomposición. •
•
•
El agua total (no esencial y esencial) puede determinarse conjuntamente por expulsión a temperatura elevada. El que el agua no esencial /humedad) pueda o no ser determinada separadamente, Página 16 de 62
FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS PROCESO PLAN CURRICULAR GUÍA DE LABORATORIO Código: FCQ-P05-F05; Versión: 01; Fecha: 15 de enero de 2017
depende de si se trata de agua absorbida u ocluida, y de la estabilidad al calor de la sustancia que contiene agua esencial. (Clavijo, 2002)
Métodos Para Determinar Agua Método Indirecto.-Se determina por la pérdida de peso que sufre la muestra cuando se somete a las condiciones que separan el tipo de agua que se determina (esencial, no esencial o ambas). El método es adecuado solo en el caso de la pérdida de peso sea debido exclusivamente a la eliminación de agua. Calor.- la temperatura apropiada a la naturaleza de la muestra se consigue en una estufa eléctrica, con un baño de aire o por calentamiento con una llama. Calor y Presión Reducida.- La muestra se calienta en una estufa al vacío a una presión de 50 a 100 mmHg y a unos 100ºC, o a una temperatura más baja, si la muestra es inestable a 100ºC. Utilización de desecadores.- Las muestras en contacto con el aire seco de un desecador puede perder agua no esencial y en algunos casos también agua esencial. Desecación al vacío.- La desecación sobre ácido sulfúrico concentrado a presión reducida, por ejemplo 10 mmHg, es útil para determinar el agua en las muestras que se descomponen o se volatilizan por la acción del calor. •
•
•
•
Método Directo.-El agua expulsada de la muestra puede ser recogida y determinada por su peso o su volumen, mediante alguna propiedad química del agua. En algunos casos no es preciso llegar a la separación del agua, bastante para medir su cantidad conocer la alteración de alguna propiedad física de la muestra. (Douglas A. Skoog, 2005) Absorción. Método de Destilación (de Bidwell-Sterling). Método del Carburo Cálcico.- Se funde en la reacción del agua con el carburo de calcio, dando gas acetileno. 2H 2O+CaC2 # Ca(OH)2+ C2H2 •
•
•
La cantidad de acetileno puede determinarse (a) por pérdida de peso, (b) recogiéndolo y midiendo su volumen o (c) midiendo el aumento de presión que provoca en un sistema cerrado. Métodos eléctricos. Otros métodos físicos.- El índice refracción y la densidad, como medida del contenido en agua son otra magnitudes aplicables en algunos materiales. Método tritimétrico de (Karl Fisher) •
•
•
Cuestionario: Consultar sobre el fundamento, el uso y procedimiento del que conlleva el método tritimétrico de (Karl Fisher)
Página 17 de 62
FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS PROCESO PLAN CURRICULAR GUÍA DE LABORATORIO Código: FCQ-P05-F05; Versión: 01; Fecha: 15 de enero de 2017
PROCEDIMIENTO Materiales y reactivos Materiales Crisoles de porcelana Papel aluminio Mortero Vidrio reloj Balanza analítica ±0.0001 g Varilla de vidrio Espátula Estufa Mufla
Reactivos Muestra de alimento
Metodología Análisis de humedad 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.
Lavar los 2 crisoles de porcelana con etanol. Secar los crisoles por 2 horas en una mufla a 110°C. Sacar los crisoles de la mufla y enfriarlos en un desecador durante 30 a 60 minutos. Pesar los crisoles. Añadir a los crisoles muestra previamente pulverizada, y volver a pesar. Secar a 110°C en una mufla por 90 minutos. Sacar de la mufla y enfriar en el desecador durante 30 a 60 minutos. Pesar nuevamente.
Análisis de cenizas 1. Calcinar a 800°C durante 1 hora o el tiempo necesario (Nota 1). 2. Enfriar en un desecador durante 1 hora. 3. Pesar los crisoles con las cenizas.
Nota 1.- Antes de meter a la mufla es necesario eliminar la mayor parte de la materia orgánica de la muestra, sometiendo el crisol a un mechero, hasta que deje de salir humo de color negro.
Página 18 de 62
: FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS PROCESO PLAN CURRICULAR GUÍA DE LABORATORIO Código: FCQ-P05-F05; Versión: 01; Fecha: 15 de enero de 2017
LABORATORIO DE Q. A. CUANTITATIVA II HOJA DE REGISTRO DE RESULTADOS PRÁCTICA N° 4: GRAVIMETRÍA. Determinación Porcentual de Humedad, Cenizas y Materia Orgánica. GRUPO N°:!!!! FECHA: !/!! /!!. DÍA Y HORA DE LABORATORIO:!!!!!! ..!/!!!!!. •
Reacciones. Q
•
Cálculos
Tabla de datos experimentales Peso.Crisol vacío g
Peso. (Crisol+Muestra), g
Peso.(Crisol +Muestra seca), g
Peso.(Crisol+ Cenizas), g
Observaciones ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Firma 1
Página 19 de 62
-------------------------------------Firma 2
FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS PROCESO PLAN CURRICULAR GUÍA DE LABORATORIO Código: FCQ-P05-F05; Versión: 01; Fecha: 15 de enero de 2017
PRÁCTICA Nº 5 TEMA: ARGENTOMETRÍA PARTE I. Preparación, estandarización y Uso de una Solución de Nitrato de Plata. OBJETIVOS Conocer una de las técnicas de análisis gravimétrico; Argentometría Determinar las características, condiciones y aplicaciones de las volumetrías con formación de precipitados Preparación y Estandarizar una solución 0.05 M de nitrato de plata. •
•
•
FUNDAMENTO Titulaciones de precipitación Las titulaciones de precipitación pueden describirse como aquellas en las que la reacción de titulación produce un precipitado o sal poco soluble. En teoría, cualquier reacción de precipitación podría adaptarse a una técnica volumétrica, siempre que: 1. La reacción de precipitación alcance velozmente el equilibrio, luego de cada adición de titulante. 2. No se produzcan situaciones de interferencia (coprecipitación, oclusión le iones extraños, adsorción, etc.). 3. Se disponga de un indicador capaz de localizar el punto de equivalencia estequiométrico con exactitud razonable. En general, existen pocos métodos de precipitación empleados en análisis volumétrico, en comparación con la diversidad de métodos basados en neutralización, oxidorreducción y procesos de formación de complejos. Sin embargo, algunos de estos métodos se encuentran entre los más antiguos y más frecuentemente aplicados de las técnicas volumétricas, y de éstos, los métodos referidos a la titulación de los haluros Cl -, Br -y I- mediante plata (I), denominados métodos argentométricos, son posiblemente los más importantes. (Douglas A. Skoog, Fundamentos de Química Analítica, 2001) Ejemplos de estos y otros métodos de precipitación son: a) b) c) d) e) f)
Página 20 de 62
FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS PROCESO PLAN CURRICULAR GUÍA DE LABORATORIO Código: FCQ-P05-F05; Versión: 01; Fecha: 15 de enero de 2017
En cada caso, la segunda substancia del miembro izquierdo de las ecuaciones es la sal titulante. Los indicadores empleados para localizar el punto de equivalencia en las titulaciones de precipitación no pertenecen a una clase general de substancias, como ocurre con los indicadores de titulación de neutralización. Los indicadores de titulación de precipitación incluyen: Aquellos que forman un segundo precipitado con la substancia titulante cerca o en el punto de equivalencia de la titulación; este precipitado se detecta claramente por su color, etc.; tales técnicas implican una forma de precipitación diferencial. Aquellos que se hallan involucrados de un modo u otro, en procesos de adsorción sobre la superficie del precipitado, y que proporcionan un viraje de color en el punto de equivalencia o cerca del mismo, como resultado de estos procesos. Aquellos que forman con la substancia titulante un complejo soluble de color claramente detectable cerca o en el punto de equivalencia. Aquellos que experimentan experimenta n un viraje de color asociado con un cambio en el potencial de la solución cerca o en el punto de equivalencia (indicadores de oxidorreducción) (Douglas A. Skoog, Fundamentos de Química Analítica, 2001) •
•
•
•
Técnicas de indicador por precipitación diferencial Método de Mohr. Comenzamos con una solución neutra o ligeramente básica qué contiene cloruro(o bromuro, yoduro o tiocianato), Se añade a la mezcla alrededor 1-2 ml de una solución de cromato de potasio al 5%, y se titula con otra de nitrato de plata, hasta que el precipitado blanco de AgCl se tiñe con el color rojonaranja del cromato de plata AgCrO 4. En las primeras etapas de la titulación, la única reacción corresponde a la precipitación de cloruro de plata:
A medida que se aproxima el punto de equivalencia, la concentración del ion cloruro en exceso disminuye, por lo que la concentración de equilibrio de Ag + aumenta constantemente. En el punto de equivalencia exacto, la solución contendrá concentraciones iguales (ambas aproximadamente 10 -5M) de iones cloruro y plata. Si hay la cantidad recomendada de cromato de potasio, la próxima adición de algo de nitrato de plata es suficiente para causar una precipitación perceptible de cromato de plata:
Página 21 de 62
FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS PROCESO PLAN CURRICULAR GUÍA DE LABORATORIO Código: FCQ-P05-F05; Versión: 01; Fecha: 15 de enero de 2017
Así, la l a titulación titu lación depende del hecho he cho que qu e el cromato de plata pl ata es más soluble que el cloruro, de modo m odo que este último es precipitado completamente antes que ocurra el cambio de color. Se ha determinado que la concentración en exceso de ion plata que se precisa para que se haga visible el cromato de plata, corresponde a unos 0.004 mmol de Ag+, o sea, hay un ligero error positivo de titulación, pero se puede introducir una corrección por este efecto en los cálculos. Debido a que el ion cromato tiene una tendencia a captar protones.
Es necesario realizar la titulación de Mohr en soluciones neutras o ligeramente básicas. La presencia de cantidades apreciables de ácido aumenta la solubilidad del cromato de plata, lo que ocasiona un retraso la formación del precipitado rojo. Por otra parte, la solución no debe quedar demasiado básica, pues hay una tendencia del ión plata a precipitar en forma del hidróxido. El rango de pH que resulta apropiado se halla entre 6.5 y 10.5, lo que se puede lograr (si la muestra inicialmente es ácida, en vez de neutra), añadiendo bórax o bicarbonato de sodio, o un exceso de carbonato de calcio sólido, para formar tampones. La titulación de Mohr debe llevarse a cabo a temperatura ambiente, pues a temperaturas elevadas se hace demasiado grande la solubilidad del cromato de plata. (Harris, 2009)
Cuestionario Considerando la valoración de 25.ml de una solución de cloruro de sodio (NaCl) 0.1M con una disolución de Nitrato de plata AgNO 3 0.05M. Realizar la curva de titulación por precipitación (pAg en función de los ml de Ag + añadidos), para los siguientes volúmenes de titulante añadidos y completar la tabla a continuación ml Ag + [Ag + ] [Cl ]- 0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 30.0 35.0
ml EDTA [Ag + ] [Cl ]- 40.0 45.0 46.0 48.0 49.8 50.0 55.0 60.0
Página 22 de 62
FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS PROCESO PLAN CURRICULAR GUÍA DE LABORATORIO Código: FCQ-P05-F05; Versión: 01; Fecha: 15 de enero de 2017
PROCEDIMIENTO Materiales y Reactivos Materiales Equipo para volumetrías Embudo Balanza analítica ±0.0001 g Balón aforado 500 mL Espátula Pipeta volumétrica 25 mL Tela blanca 25x25 Pera de succión
Reactivos AgNO 3 Dicromato de potasio Muestra Agua destilada KCl
Metodología Preparación de solución de nitrato de plata: 1. 2. 3. 4. 5.
Realizar la prueba de calidad de agua destilada. Pesar 4.5 g de nitrato de plata Diluir con agua destilada Aforar a 500 mL, evitando la presencia de la luz. Trasvasar a un frasco ámbar
Valoración 1. Pesar aproximadamente aproximadam ente 0,07 g de KCl. 2. Disolver con 25 ml de agua destilada. 3. Agregar 5 mL de K 2CrO4 al 5%. 4. Titular con AgNO3 0.05M hasta observar que el precitado blanco se tiña rojizo.
Determinación Determinación de cloruros (método de Mohr) 1. 2. 3. 4.
Pesar aproximadamente aproximadam ente 0,1 g de muestra. Disolver y aforar a 250 mL de agua destilada. Tomar alícuotas de 25 mL Añadir 5 mL de K2CrO4 K2CrO4 al 5%.
5. Titular con AgNO3 0.05N hasta observar que el precitado blanco se tiña rojizo.
(NOTA: PRUEBA DE CALIDAD DE AGUA DESTILADA.- tomar un pequeño cristal de nitrato de plata y disolver diso lver en 10 mL de su s u agua agu a destilada; des tilada; observar: si se forma un precipitado p recipitado de color co lor blanco, el agua destilada no sirve para elaborar la solución de nitrato de plata; si no se observa cambio continuar con la práctica)
Página 23 de 62
REVISADO POR: FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS PROCESO PLAN CURRICULAR GUÍA DE LABORATORIO Código: FCQ-P05-F05; Versión: 01; Fecha: 15 de enero de 2017
LABORATORIO DE Q. A. CUANTITATIVA II HOJA DE REGISTRO DE RESULTADOS PRÁCTICA N° 5: ARGENTOMETRÍA PARTE I. Preparación, estandarización y Uso de una Solución de Nitrato de Plata. GRUPO N°:!!!! FECHA: !/!! /!!. DÍA Y HORA DE LABORATORIO:!!!!!! ..!/!!!!!. •
Reacciones químicas
•
Cálculos
Tabla de datos experimentales Peso KCl (g)
Vol. AgNO3, ml
Molaridad AgNO 3 (mol/L)
Peso Muestra, g
Vol. AgNO3, ml
X media
Observaciones ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Firma 1 PRÁCTICA Nº 6 PRÁCTICA Nª 6
Página 24 de 62
-------------------------------------Firma 2
FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS PROCESO PLAN CURRICULAR GUÍA DE LABORATORIO Código: FCQ-P05-F05; Versión: 01; Fecha: 15 de enero de 2017
PRACTICA Nº 6 TEMA: ARGENTOMETRÍA PARTE II: Determinación de Halogenuros por el Método; Fajans y Volhard OBJETIVOS Conocer las distintas técnicas de volumetría con formación de precipitados Argentometría: método de Fajans y Volhard Determinar mediante el método y Volhard y Fajans la cantidad de analito presente en distintas muestras. •
•
FUNDAMENTO TÉCNICA DE INDICADOR POR ADSORCIÓN Método de Fajans Un indicador de adsorción es un compuesto orgánico con tendencia a ser adsorbido en la superficie de un sólido formado en una titulación por precipitación. La adsorción o desorción ocurre cerca del punto de equivalencia y produce no solo un cambio de color sino también sino también una trasferencia de color de la disolución al solido o viceversa. (Douglas A. Skoog, 2005) Una comprensión de este método de titulación depende fuertemente de las discusiones referentes a las capas primarias adsorbidas a las superficies de los precipitados. Cuando se titula un cloruro (o bromuro, yoduros, tiocianato) con nitrato de plata, se produce un cambio en la capa primaria, en el instante que se sobrepasa el punto de equivalencia. Previo a la equivalencia:
Después de la equivalencia:
Si esta titulación se lleva a cabo en ausencia de un indicador, no hay diferencia visible en el precipitado de cloruro de plata antes y después del punto de equivalencia; pero si la solución contiene una pequeña concentración de fluoresceína o diclorofluoresceína, hay un cambio de color
Página 25 de 62
FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS PROCESO PLAN CURRICULAR GUÍA DE LABORATORIO Código: FCQ-P05-F05; Versión: 01; Fecha: 15 de enero de 2017
espectacular en el momento en que el precipitado hace su transición de una de una forma negativa a una positiva. En solución neutra o muy débilmente ácida, el indicador se encuentra en forma de su anión amarillo, con una fluorescencia verde. Mientras el precipitado argéntico tiene una capa primaria negativa, es repelido el anión de la superficie de las partículas, manteniendo así su color normal. Cuando el ión plata se hace excesivo, sin embargo, trasformando la superficie del precipitado en positivo, el se adsorbe fuertemente en la capa secundaria de adsorción, formando efectivamente un precipitado rojo AgD sobre la superficie: Antes de la equivalencia:
Después de la equivalencia:
Se prepara una solución indicadora adecuada, disolviendo 0.1 gramos de diclorofluoresceína en 100 mL de alcohol. Solamente se necesitan dos o tres gotas para la titulación. Igual que la titulación de Mohr, la de Fajans no se puede efectuar en soluciones ácidas: en este caso es importante que el indicador se encuentre al estado de anión y no en su forma protonada, neutra. (Gary, 2009) La titulación debe realizarse bajó luz difusa, porque el precipitado es fotosensible, especialmente en presencia del indicador. En las titulaciones de halogenuros de plata, el precipitado tiende a coagular y separarse. Esto corresponde, desde luego, a la condición de partículas de precipitado casi neutras, cuando no hay exceso ni de iones cloruro, ni de plata. Con la titulación de Fajans en particular, es mejor mantener el precipitado en suspensión coloidal, de modo que sea más obvio el cambio de color. Se puede lograr este objetivo, agregando 5mL de dextrina al 2%, la que sirve de coloide protector.
TÉCNICA DE INDICADOR POR FORMACIÓN DE COMPLEJOS Método de Volhard Al contrario de las titulaciones de Mohr y Fajans, la de Volhard no utiliza una solución estándar de ion plata como titulante. La reacción de titulación es, en cambio, la precipitación de tiocianato de plata mediante el agregado de una solución normalizada de tiocianato de potasio KSCN como titulante:
Como indicador de punto final, se agrega 1-2 ml de una solución saturada (alrededor del 40%) de sulfato férrico-amónico, la que proporciona iones férricos que reaccionan con el primer exceso de tiocianato, para generar el ion complejo rojo- naranja:
Página 26 de 62
FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS PROCESO PLAN CURRICULAR GUÍA DE LABORATORIO Código: FCQ-P05-F05; Versión: 01; Fecha: 15 de enero de 2017
Esta titulación debe ser llevada a cabo en solución bastante acida , lo que también contrasta con las de Mohr y Fajans, para reducir a un mínimo la formación de hidróxido férrico, lo que disminuiría la capacidad del ion férrico para combinarse con el ion tiocianato. El color del complejo tiene un tinte muy ligeramente canela sí la titulación se realiza correctamente, lo que indica que se añade sólo un mínimo de KSCN en exceso: sólo se requiere de unos 0.001 mmol adicional de tiocianato, para lograr un color perceptible. Efectivamente es mayor el problema de subtitulación pues a medida que se va formando el precipitado de tiocianato de plata, en presencia del exceso (aún no titulado) de ion plata, hay una adsorción de algo de éste en la capa primaria. Para asegurar que todo el ion plata esté disponible para el tiocianato, es preciso agitar vigorosamente la suspensión a medida que se acerca el punto final, y esperar hasta que el tinte canela se haga permanente, en lugar de palidecer lentamente. •
Aun cuando ciertamente es posible utilizar esta titulación para determinarla cantidad de plata en una muestra, se la emplea más comúnmente para la determinación indirecta de cloruro, bromuro o yoduro, mediante la aplicación del método de la retrotitulación; es esto lo que corrientemente se interpreta como el método de Volhard, y opera como sigue: A una solución ácida del halogenuro desconocido agregamos un exceso de solución normalizada de nitrato de plata, con respecto a lo requerido para precipitar el halogenuro de plata. Se ha transformado así la muestra de una cantidad desconocida de halogenuro en otra de plata equivalente, y la titulación del exceso de plata se lleva a cabo con tiocianato de potasio. (Douglas A. Skoog, 2005)
NOTA: o
o
Este método no da grandes problemas con bromuros o yoduros, porque las solubilidades de bromuro y yoduro de plata son mucho menores que la del tiocianato de plata. Con cloruros, sin embargo, hay una tendencia de desplazar al ion cloruro del precipitado de cloruro de plata, por el primer exceso de tiocianato: (Harris, 2009)
Esto significa que hay que agregar un exceso mayor de tiocianato, antes de que se haga visible el color del complejo tiocianato-Ion férrico. Se puede manejar este problema de dos maneras: se puede digerir el precipitado de cloruro de plata, hirviéndolo por espacio de algunos minutos, y luego filtrar el sólido coagulado antes de efectuar la titulación de Volhard. Una alternativa es la de agregar 1 ml de nitrobenceno, el cual es inmiscible con agua; éste cubre las partículas de cloruro de plata y reduce la rapidez con que pueden reaccionar con el tiocianato.
Página 27 de 62
FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS PROCESO PLAN CURRICULAR GUÍA DE LABORATORIO Código: FCQ-P05-F05; Versión: 01; Fecha: 15 de enero de 2017
Cuestionario Una muestra de 0.2386g que contiene solo NaCl y KBr se disuelve en agua y consume 48.40ml de AgNO 3 0.04837M para su completa valoración (produciendo AgCl (s) y AgBr (s) ). Calcular el porcentaje en peso de bromuro en la muestra sólida.
PROCEDIMIENTO Materiales y Reactivos Materiales Equipo para volumetrías Matraz erlenmeyer 250 ml Embudo Balanza analítica ±0.0001 g Balón aforado 500 mL Espátula Pipeta volumétrica 25 mL Tela blanca 25x25 Varilla de vidrio Pera de succión Papel aluminio
Reactivos AgNO 3 " 0.05 M Fluoresceína KSCN " 0.1 M Muestra Agua destilada Muestra de bebida hidratante Solución de Fe 3+ HNO 3 6 M
Metodología Método de: Fajans 1. 2. 3. 4.
Pesar aproximadamente 75 mg de la muestra. Disolver en 25 mL de agua destilada Añadir 4 a 6 gotas de fluoresceína. Titular con AgNO3, hasta observa cambio de verde fluorescente a rosado.
Método de: Volhard (valoración por retroceso) 1. 2. 3. 4. 5. 6.
Tomar una alícuota de 25 mL de muestra (bebida hidratante) Añadir 6 mL HNO3 6 M. Añadir 25 mL AgNO3 (cantidad en exceso para precipitar todos los cloruros). Calentar ligeramente y con agitación la mezcla Dejar reposar la mezcla por 3 minutos y filtrar. Al filtrado; añadir 1 mL de Alumbre Férrico (Sulfato de amonio férrico)
7. Titular con KSCN
0,10 M hasta coloración débil rojiza (canela).
Nota: Las bebidas hidratantes tienen distinta concentración de cloruros debido a sus formulaciones (diferentes marcas y productos), por lo cual en algunos casos será necesario hacer diluciones para ajustar el consumo de titulante a valores eficientes.
Página 28 de 62
REVISADO POR: FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS PROCESO PLAN CURRICULAR GUÍA DE LABORATORIO Código: FCQ-P05-F05; Versión: 01; Fecha: 15 de enero de 2017
LABORATORIO DE Q. A. CUANTITATIVA II HOJA DE REGISTRO DE RESULTADOS PRÁCTICA N° 6: ARGENTOMETRÍA PARTE II: Determinación de Halogenuros por el Método; Fajans y Volhard GRUPO N°:!!!! FECHA: !/!! /!!. DÍA Y HORA DE LABORATORIO:!!!!!! ..!/!!!!!. •
Reacciones químicas
•
Cálculos
Tabla de datos experimentales M. AgNo3 (mol/L)
m.muestra (Fajans) FD g
Vol. AgNO3,
ml
% cloruros
Vol. (Volhard) Vol. añadido AgNO 3, bebida hidratante ml ml
Vol. KSCN,
ml
ppm Cl (mg/L)
Observaciones -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Firma 1
-------------------------------------Firma 2
PRÁCTICA Nº 7
Página 29 de 62
FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS PROCESO PLAN CURRICULAR GUÍA DE LABORATORIO Código: FCQ-P05-F05; Versión: 01; Fecha: 15 de enero de 2017
PRACTICA Nº7 TEMA: PERMANGANOMETRÍA PARTE I: Preparación y Valoración de una Solución de Permanganato de Potasio. OBJETIVOS Conocer las el fundamento básico de las valoraciones o titulaciones de Óxido-Reducción. Entender el manejo de las relaciones estequiométricas en reacciones químicas de óxidoreducción. Preparar una solución de Permanganato de Potasio 0.01 M •
•
•
FUNDAMENTO Titulaciones redox Son métodos del análisis volumétrico los cuales basan su aplicación en las reacciones de oxidaciónreducción. Los átomos o los iones de una substancia (reductora) en las reacciones de oxidaciónreducción entregan electrones a los átomos, (o iones) de otra substancia (oxidante). Por lo tanto cambia el grado de oxidación de los elementos de algunas substancias participantes en esta reacción. Los átomos oxidantes en estas reacciones de oxidación-reducción adquieren electrones, disminuyendo su número de oxidación, o sea, se reducen; los átomos reductores, por el contrario, entregan los electrones a los oxidantes, elevando su número de oxidación, o sea se oxidan.
Requisitos Para Una Titulación Redox Desde un punto de vista operacional, las titulaciones redox no difieren de otros tipos, como las titulaciones ácido-base, por ejemplo. Cuando se añade un titulante desde una bureta a la solución problema, es esencial cumplir con los criterios siguientes: 1. La reacción de titulación debe ser rápida, pues de otro modo el analista no sería capaz de observar el acercamiento del punto final. 2. La reacción de titulación debe proceder con una estequiometría muy nítida, de acuerdo con la ecuación balanceada de la reacción, si no se cumple, no podríamos utilizar una relación precisa entre la cantidad de titulante añadido, y la del constituyente que se está determinando (analito). 3. Finalmente, para que una reacción sea útil para propósitos de titulación, es necesario poder hallar el punto final con gran precisión y en estrecha concordancia con el punto de equivalencia teórico. En algunos casos puede ser tan intensamente coloreado el titulante, o el constituyente, que puede servir como su propio indicador.
Teoría Básica Para Titulaciones Redox Un buen número de reacciones de oxidación-reducción exhibe una estequiometría muy precisa, y son también suficientemente rápidas, como para ser utilizadas para titulaciones. En algunos casos el
Página 30 de 62
FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS PROCESO PLAN CURRICULAR GUÍA DE LABORATORIO Código: FCQ-P05-F05; Versión: 01; Fecha: 15 de enero de 2017
constituyente a ser determinado es oxidado por el titulante, como en la titulación del arsénico (III) con una solución estándar de permanganato de potasio:
Cuando se ha agregado suficiente permanganato para oxidar todo el As(III), el ligero exceso siguiente da a la solución un color rosa débil, lo que significa que se ha alcanzado el punto final. En otros casos el titulante es un agente reductor, de modo que el constituyente que se está determinando sufre una disminución en su estado de oxidación. Un ejemplo es la titulación de cromo (VI) con una solución valorada de sulfato ferroso amónico:
Se puede señalizar el punto final de esta titulación mediante un indicador redox, que es una sustancia que sufre un cambio de color espectacular, debido a una variación de estado de oxidación en la cercanía inmediata del punto de equivalencia de la titulación. Aunque las diversas titulaciones redox difieren en cuanto a estequiometría, a detalles de orden práctico, y métodos de detección del punto final, todas ellas comparten un principio teórico sencillo. Antes de alcanzar el punto final, el potencial de reducción del sistema redox es controlado por el par redox que se está titulando, y después de rebasarlo, lo es por el exceso de titulante y sus especies conjugadas. Antes del punto final, lo controla el par conjugado del constituyente, y después, por el par conjugado del titulante. La variable maestra que se controla en las titulaciones redox es el potencial de reducción E .
Permanganato De Potasio En su estado de oxidación más elevado (+7), el manganeso es un agente oxidante poderoso y existe en forma del ion permanganato . En soluciones ácidas, este ion es reducido por muchas sustancias diferentes a ion manganoso:
Aunque las soluciones de
son capaces de oxidar el agua. (Harris, 2009)
En solución neutra es tan lenta esta reacción, que el permanganato disuelto mantiene una molaridad estable por un período de meses. Para preparar una solución que no se deteriore apreciablemente por varias semanas, es preciso eliminar el dióxido de manganeso que generalmente se encuentra en el reactivo comercial como impureza. También es necesario ocuparse de impurezas diversas, en especial materia orgánica, que se pueden encontrar en cantidades pequeñas en el agua destilada.
Página 31 de 62
FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS PROCESO PLAN CURRICULAR GUÍA DE LABORATORIO Código: FCQ-P05-F05; Versión: 01; Fecha: 15 de enero de 2017
•
La estandarización de permanganato de potasio en solución generalmente se la realiza usando oxalato de sodio como patrón primario
Determinación De Peróxido De Hidrógeno El peróxido de hidrógeno se expende en el comercio en solución, bajo la denominación de agua oxigenada de 10, 20, 40 y 100 volúmenes. El agua oxigenada de, por ejemplo, "10 volúmenes", corresponde a una solución que cuando se descompone totalmente, produce 10 veces su volumen de oxígeno medido, a 0 °C y 760 mmHg.
En condiciones normales de presión y temperatura. El agua oxigenada de "10 volúmenes'' contiene aproximadamente 3% de H 2O2. Cuando se agrega una solución de permanganato de potasio a una solución de peróxido de hidrógeno acidificada con ácido sulfúrico, se produce la siguiente reacción: •
NOTA: INESTABILIDAD DE LOS REACTIVOS Las soluciones de permanganato son inestables si se calientan, si no se guardan de la acción de la luz o si se hallan en presencia de MnO 2 , descomponiéndose de esta manera:
El oxalato no es estable en ácido sulfúrico concentrado y caliente. El ácido oxálico formado puede llegar a descomponerse de la siguiente manera:
El ácido oxálico también se descompone en CO + CO 2 + H 2O , si las paredes del recipiente que lo contienen se calientan a más de 120°C.
Página 32 de 62
FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS PROCESO PLAN CURRICULAR GUÍA DE LABORATORIO Código: FCQ-P05-F05; Versión: 01; Fecha: 15 de enero de 2017
Cuestionario Describir el proceso, en la determinación y preparación de 500ml de una solución de agua oxigenada (H 2 O2 ). Si se sabe que el frasco comprado contiene 200ml de muestra y es de 50V (cincuenta volúmenes), además que de la solución, en una valoración con solución de KMnO 4 0.2N, el volumen consumido para alcanzar el punto de equivalencia de la reacción fue de 20.0ml aproximadamente. (Considere V alícuota= 25ml y que el experimento se realiza a condiciones normales de T y P)
PROCEDIMIENTO Materiales y Reactivos Materiales Equipo para volumetrías Matraz erlenmeyer 250 ml Embudo Balanza analítica ±0.0001 g Balón aforado 500 mL Espátula Pipeta volumétrica 25 mL Tela blanca 25x25 Varilla de vidrio Pera de succión Papel aluminio Lana de vidrio Vidrio reloj Vaso de precipitación 1 L Cocineta
Reactivos KMnO 4 Oxalato de sodio Muestra de agua oxigenada Agua destilada
Metodología Preparación de solución de permanganato de potasio 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
Pesar aproximadamente 1 g de KMnO 4. Disolver y aforar a un volumen de 500 ml aproximadamente con agua destilada. Trasvasar a vaso de precipitados y envolver con papel aluminio. Tapar con un vidrio reloj y dejar hervir durante 20 minutos a una temperatura media. Dejar que repose por lo menos 24 horas. Filtrar en lana de vidrio, evitando la agitación del matraz o vaso. Trasvasar a un frasco ámbar.
Página 33 de 62
FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS PROCESO PLAN CURRICULAR GUÍA DE LABORATORIO Código: FCQ-P05-F05; Versión: 01; Fecha: 15 de enero de 2017
Valoración (estandarización) 1. 2. 3. 4.
Pesar aproximadamente 70 mg de Na 2C2O4 Disolver en un matraz con 8 mL de H 2SO4 al 10% Calentar casi a ebullición (Temperatura 60°C a 80°C). Titular con KMnO4 hasta la primera tonalidad rosada que debe perdurar por lo menos 30 segundos.
Determinación del Porcentaje (%) de H 2 O2 : 1. 2. 3. 4.
Preparar 250 mL de una solución de H 2O2 a partir de la muestra comercial. Tomar una alícuota de 25 mL de la solución anterior. Anadir 10 mL de H 2SO4 al 10%. Titular con KMnO4 hasta la primera tonalidad rosada que debe perdurar por lo menos 30 segundos.
Nota: Se preparara una solución de agua oxigenada dependiendo la concentración descrita en la muestra comercial para ajustar el consumo de titulante a valores eficientes; con esto se aprenderá a determinar el factor de dilución para muestras reales.
Página 34 de 62
:
FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS PROCESO PLAN CURRICULAR GUÍA DE LABORATORIO Código: FCQ-P05-F05; Versión: 01; Fecha: 15 de enero de 2017
LABORATORIO DE Q. A. CUANTITATIVA II HOJA DE REGISTRO DE RESULTADOS PRÁCTICA N° 7: PERMANGANOMETRÍA PARTE I: Preparación y Valoración de una Solución de Permanganato de Potasio. GRUPO N°:!!!! FECHA: !/!! /!!. DÍA Y HORA DE LABORATORIO:!!!!!! ..!/!!!!!. •
Reacciones químicas
•
Cálculos
Tabla de datos experimentales Peso Vol. Na2C2O4
KMnO4
g
ml
Vol.alícuota H 2 O2 ml
FD
Vol. KMnO4 ml
% H 2O 2
Observaciones ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Firma 1
Página 35 de 62
-------------------------------------Firma 2
FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS PROCESO PLAN CURRICULAR GUÍA DE LABORATORIO Código: FCQ-P05-F05; Versión: 01; Fecha: 15 de enero de 2017
PRÁCTICA Nº 8 TEMA: PERMANGANOMETRÍA PARTE II: Determinación Porcentual de Oxido de Calcio en una muestra de Piedra Caliza. OBJETIVOS Conocer una de las tantas aplicaciones de valoraciones o titulaciones de Óxido-Reducción. Determinar la cantidad de porcentual de calcio y óxido de calcio en una muestra de piedra caliza mediante Permanganometría. •
•
FUNDAMENTO Los cationes, como el calcio, cobre, plomo y cinc, cuyos oxalatos son escasamente solubles, se pueden determinar precipitándolos como oxalato, separando el precipitado, disolviéndolo en ácido sulfúrico diluido y titulando el ion oxalato con solución valorada de permanganato.
Separación y análisis del calcio. La muestra debe secarse, pesarse e incinerarse para expulsar el C02, y el residuo se disolverá en una solución caliente de ácido clorhídrico. Esta solución se diluye, se añade oxalato, se agrega urea y se deja hidrolizar, permitiendo así que precipite el . Se filtra, se lava y se disuelve en ácido sulfúrico diluido. La solución de ácido oxálico así obtenida se valora con la solución valorada de permanganato. (Gary, 2009) Ecuaciones para las reacciones 1. Incineración de la muestra: 2. Disolución en HCl: 3. Hidrólisis de la urea: 4. Precipitación del calcio en forma de oxalato: 5. Disolución del precipitado en H2SO4 diluido: 6. Valoración con permanganato
ERRORES: !
COPRECIPITACIÓN. El oxalato de calcio tiene poca tendencia a precipitar iones solubles. Es posible que el principal contaminante sea el MgC 2O4, el cual precipita sobre el oxalato de calcio, si la filtración no se termina en menos de una hora después de la precipitación. Esta precipitación homogénea del CaC 2O4 da cristales grandes y bastante puros. Se preparan mezclando los iones Ca 2+ y en una solución fuertemente ácida, hidrolizando luego la urea a dióxido de carbono y amoniaco, por ebullición. El amoníaco formado por la hidrólisis de la urea, neutraliza el ácido y disminuye la solubilidad del CaC 2O4 (Romero, 2012) Página 36 de 62
FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS PROCESO PLAN CURRICULAR GUÍA DE LABORATORIO Código: FCQ-P05-F05; Versión: 01; Fecha: 15 de enero de 2017
Cuestionario: El óxido de arsénico (III), As 2O3, puro es un estándar primario, útil para valorar agentes oxidantes, como KMnO 4. Se disuelve el As 2O3 con una base y luego se valora con KMnO 4 en medio acido. Se usa una pequeña cantidad de yoduro (I -) o yodato (IO 3-) para catalizar la reacción entre H 3 AsO3 y MnO4-
a) Una alícuota de 3.214g de KMnO4 se disuelve en 1L de agua, se calienta para que reaccionen las posibles impurezas presentes, se enfría y se filtra. ¿Cuál es la molaridad teórica de esta solución, si no se consumió nada de KMnO 4 por impurezas? b) ¿Qué masa de As2O3 sería suficiente para reaccionar con 25.00ml de disolución de KMnO 4 del apartado anterior? c) 0.1468g de As2O3 reaccionan con 29,98ml de una disolución de KMnO 4 hasta la aparición de una tenue coloración, debida al permanganato puesto en exceso. En una valoración de blanco son necesarios 0.03ml de KMnO 4 para producir esa coloración. Calcular la molaridad de la disolución de permanganato.
PROCEDIMIENTO Materiales y Reactivos Materiales Equipo para volumetrías Matraz erlenmeyer 250 ml Embudo Balanza analítica ±0.0001 g Balón aforado 500 mL Espátula Pipeta volumétrica 25 mL Tela blanca 25x25 Varilla de vidrio Pera de succión Papel aluminio Cocineta Papel filtro
Reactivos KMnO 4 " 0.01 M Oxalato de sodio muestra de piedra caliza Agua destilada Amoniaco © Ácido sulfúrico © Rojo de metilo Ácido clorhídrico © Oxalato de amonio
Página 37 de 62
FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS PROCESO PLAN CURRICULAR GUÍA DE LABORATORIO Código: FCQ-P05-F05; Versión: 01; Fecha: 15 de enero de 2017
Metodología Preparación de la muestra •
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Pesar una muestra 0.25 g Añadir 10 ml de H20 y 6 ml de HCl concentrado. Calentar para hasta disolver todas las sales de calcio. Preparar una solución de Na 2C204/NH3 al 5 % añadiendo los gramos necesarios de Na 2C204 en un matraz erlenmeyer, y si es necesario calentar la mezcla hasta disolver el oxalato de sodio, agregar 5 ml de NH 3 concentrado y llevar la solución al aforo de 100 ml A la muestra añadir 50 mL de solución de Na 2C204/NH3 al 5 %, Agregar 2 gotas de indicador rojo de metilo. Calentar hasta ebullición y dejar hervir durante unos minutos Agregar NH3 concentrado hasta el cambio de coloración; el color del indicador vire al amarillo. Filtrar el precipitado. Lavar el precipitado con una solución diluida de oxalato de amonio. El precipitado es sólo ligeramente soluble en el oxalato de amonio diluido. Finalmente, el precipitado se lava hasta 4 veces con agua destilada fría. Hasta probar con nitrato de plata que en el agua de lavado que la precipitación por presciencia de cloruros ya no se produce. Pasar el papel filtro con el precipitado a un vaso de 250 ml. Añadir unos 25 ml de agua destilada, y luego se adicionan 5 a 8 ml de H 2SO4 concentrado. Agitar la mezcla durante dos minutos cubriendo todo el papel filtro con la solución acuosa Finalmente asegurar un volumen de 100 mL aproximadamente agregando más agua y agitando vigorosamente Filtrar la solución, llevar el filtrado a un balón de 250 ml y aforar Tomar alícuotas de 25 ml de solución, agregar 5 ml de H 2SO4 al 10 % Calentar la mezcla a 70 oC aproximadamente, titular en caliente. Titular con KMnO4 hasta la primera tonalidad rosada que debe perdurar por lo menos 30 segundos.
Nota: la velocidad en el de manejo de la precipitación y pH, asegurará la formación selectiva del oxalato de calcio sobre el oxalato de magnesio y otros oxalatos que puedan formarse por presencia de metales solubles de la muestra de piedra caliza
Página 38 de 62
FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS REVISADO POR: PROCESO PLAN CURRICULAR GUÍA DE LABORATORIO Código: FCQ-P05-F05; Versión: 01; Fecha: 15 de enero de 2017
LABORATORIO DE Q. A. CUANTITATIVA II HOJA DE REGISTRO DE RESULTADOS PRÁCTICA N° 8: PERMANGANOMETRÍA PARTE II: Determinación Porcentual de Oxido de Calcio en una muestra de Piedra Caliza.
GRUPO N°:!!!! FECHA: !/!! /!!. DÍA Y HORA DE LABORATORIO:!!!!!! ..!/!!!!!. •
Reacciones químicas
•
Cálculos
Tabla de datos experimentales Masa muestra (g)
M KMnO4 (mol/L)
FD
Vol. KMnO4 (ml)
% Ca
% CaO
Observaciones -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Firma 1
Página 39 de 62
-------------------------------------Firma 2
FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS PROCESO PLAN CURRICULAR GUÍA DE LABORATORIO Código: FCQ-P05-F05; Versión: 01; Fecha: 15 de enero de 2017
PRÁCTICA Nº 9 TEMA: PERMANGANOMETRÍA PARTE III: Determinación Porcentual de Hierro en una Muestra. OBJETIVOS Aplicar el método volumétrico de Permanganometría en el análisis de una muestra real Conocer el tratamiento que se da a muestras donde se analiza hierro mediante Permanganometría, sus reacciones y la finalidad de cada reactivo empleado en el proceso Determinar la cantidad de analito en una muestra de aleación de hierro •
•
•
FUNDAMENTO El hierro metálico y cualquier compuesto de hierro puede transformarse con facilidad en hierro (II) como fase previa a su valoración; otros reductores fuertes pueden determinarse indirectamente mediante reacción con un exceso de sal férrica y valoración consiguiente del ion ferroso formado.
Análisis de hierro por el método de Zimmermann-Reinhardt.- especialmente en lo que se refiere al papel de los componentes de la disolución valorante de Zimmermann-Reinhardt y a sus relaciones con los sistemas implicados en la reacción. (Ospina, 2010) 1. Disolución.- el mejor disolvente de los minerales de hierro es el ácido clorhídrico concentrado; la disolución de los óxidos se favorece por adición de cloruro estaño (II). 2. Reducción.- aunque para reducir hierro (III) a hierro (II) pueden utilizarse varios métodos; el método de Zimmermann-Reinhardt recomienda cloruro de estaño (ll). La disolución a reducir debe ocupar pequeño volumen y estar concentrada en ácido clorhídrico y además caliente. El cloruro de estaño (II) se añade gota a gota. Hasta desaparición del color amarillento del hierro (III) No deben utilizarse más de dos o tres gotas de cloruro de estaño (ll) en exceso. Después se enfría y se diluye la mezcla. 3. Eliminación del reductor en exceso.- el pequeño exceso de cloruro de estaño (ll) se elimina mediante adición rápida de un exceso de cloruro de mercurio (II):
El cloruro mercurio (I) insoluble no se oxida fácilmente con permanganato y no se precisa su separación. Normalmente, el Hg2Cl2 aparece en forma de precipitado sedoso.
Página 40 de 62
FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS PROCESO PLAN CURRICULAR GUÍA DE LABORATORIO Código: FCQ-P05-F05; Versión: 01; Fecha: 15 de enero de 2017
Si no se forma precipitado ni turbidez, es indicio de que fue insuficiente la cantidad de cloruro estannoso añadida en la etapa de reducción, y el análisis debe realizarse de nuevo. Si se utilizó demasiado cloruro estannoso, parte del cloruro mercurioso se habrá reducido a mercurio metálico, que actuará como reductor en la valoración, consumiendo permanganato. Si al añadir cloruro mercúrico aparece un precipitado gris o negro (mercurio libre), debe desecharse la muestra.
4. Valoración.- se añade a la disolución precedente de la etapa 3 la disolución valorante formada por conocida como Reactivo de Zimmermann-Reinhardt y la mezcla obtenida se valora con permanganato de potasio hasta la aparición de una tonalidad rosa persistente.
Características del reactivo de Zimmermann-Reinhardt: El ácido sulfúrico proporciona el ion hidrógeno necesario para asegurar la reducción del permanganato a manganeso (II); si la acidez es demasiado baja, tiene lugar una reducción parcial a MnO 2; si es demasiado elevada, aumenta la posibilidad de oxidación del ión cloruro y el punto final puede no ser neto. •
•
•
El ácido fosfórico acompleja al hierro (III), originando , lo cual permite la 3+ observación del punto final. La eliminación de Fe formando un complejo convierte al ión ferroso en un reductor más fuerte, facilitando su oxidación completa por el permanganato. El hierro en disolución induce la oxidación del ion cloruro, pero esta reacción queda bloqueada por la presencia de una elevada concentración de sulfato manganoso en la disolución. El mecanismo de la acción del Mn 2+ es muy complejo: en las oxidaciones con permanganato están implicados los estados de oxidación intermedios del manganeso (VI, IV, II). El potencial del sistema Mn 3+, Mn2+ está marcadamente influenciado por la presencia de iones (como fosfato y sulfato) que forman complejos con uno o con los dos estados de oxidación. Además de su efecto directo sobre el potencial de este sistema, una elevada concentración manganeso (II) puede actuar transformando los estados de oxidación más elevados del manganeso (III), que oxida al hierro (II) con preferencia sobre el ion cloruro. (Gary, 2009)
El hierro, una vez transformado cuantitativamente en Fe 2+, puede valorarse con KMnO4:
El Punto Final viene marcado nuevamente por el primer exceso de KMnO 4 que teñirá de rosa la disolución.
Página 41 de 62
FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS PROCESO PLAN CURRICULAR GUÍA DE LABORATORIO Código: FCQ-P05-F05; Versión: 01; Fecha: 15 de enero de 2017
La disolución a valorar debe estar fría para hacer disminuir el peligro de oxidación atmosférica del hierro (II) y también la posibilidad de oxidación del ion cloruro por permanganato. El permanganato debe añadirse poco a poco y con agitación intensa. Debe realizar siempre una determinación en blanco a lo largo de todas las etapas descritas y con las mismas cantidades de reactivos.
Cuestionario Realizar la curva de valoración redox, en la que se valoran 400ml de una disolución 7.75mM que contiene Fe2+ con una solución de KMnO 4 20.0mM a un pH fijo 0.00, en H 2 SO4 1.0M. Calcular el potencial después de añadir los siguientes volúmenes de titulante que se muestran a continuación en la tabla (completar tabla)
ml Ag + E (V) [Fe2+ ] [MnO 4 ]- [Fe3+ ] [Mn2+ ] 0.0 1.0 7.0 15.0 29.0 30.0 31.0 35.0 40.0 PROCEDIMIENTO Materiales y Reactivos Materiales y Equipos Equipo para volumetrías Vaso de precipitación de 250 mL Embudo Balanza analítica ±0.0001 g Balón aforado 250 mL Espátula Pipeta volumétrica 25 mL Campana de gases Varilla de vidrio Pera de succión Plancha de calentamiento
Reactivos KMnO 4 " 0.01 M Muestra de aleación de Hierro Cloruro de mercurio(II) Agua destilada Reactivo de ZimmermannÁcido clorhídrico © Cloruro de estaño(II)
Página 42 de 62
FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS PROCESO PLAN CURRICULAR GUÍA DE LABORATORIO Código: FCQ-P05-F05; Versión: 01; Fecha: 15 de enero de 2017
Metodología Preparación de la muestra de aleación de hierro Pesar en un vaso de precipitación de 250 mL 0,5 g de aleación. Añadir 5 mL de agua destilada, añadir lentamente 10 mL de HCl concentrado En la campana de vapores (los vapores de HCl son tóxicos) Calentar en un una plancha de calentamiento a temperatura moderada hasta disolver evitando que se seque. (controlar cuidadosamente la temperatura). Filtrar en caliente, realizar 3 lavados con agua destilada recoger todo el filtrado y los lavados; dejar enfriar. Transferir cuantitativamente el filtrado a un balón aforado de 250 mL y aforar con agua destilada. Tomar una alícuota de 25 mL, añadir 1.0ml de HCl ©, calentar hasta hervir (¡en la campana!) y añadir (en caliente) cloruro de estaño (II) gota a gota hasta cambio de color de la solución de ligeramente amarillo a incolora. Dejar enfriar añadir Cloruro de mercurio (II) gota a gota, agitando constantemente, hasta que aparezca una ligera turbidez (precipitado blanco). Si la turbidez o ligera coloración amarillenta no aparece vuelva a repetir el proceso de preparación de muestra. Si aparece una turbidez obscura repetir el proceso cuidando la cantidad de cloruro de estaño (ll) agregado) Dejar reposar durante un periodo de 5 minutos Agregar 25 ml de reactivo de Zimmermann-Reinhard Titular con permanganato de potasio hasta una COLORACIÓN ROSADA •
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Página 43 de 62
FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS REVISADO POR: PROCESO PLAN CURRICULAR GUÍA DE LABORATORIO Código: FCQ-P05-F05; Versión: 01; Fecha: 15 de enero de 2017
LABORATORIO DE Q. A. CUANTITATIVA II HOJA DE REGISTRO DE RESULTADOS PRÁCTICA N° 9: PERMANGANOMETRÍA PARTE III: Determinación Porcentual de Hierro en una Muestra. GRUPO N°:!!!! FECHA: !/!! /!!. DÍA Y HORA DE LABORATORIO:!!!!!! ..!/!!!!!. •
Reacciones químicas
•
Cálculos
Tabla de datos experimentales Molaridad Peso Muestra, KMnO 4,(mol/L) (g)
Volumen alícuota (mL)
FD
Vol. KMnO4, (mL)
Observaciones -----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Firma 1
Página 44 de 62
-------------------------------------Firma 2
FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS PROCESO PLAN CURRICULAR GUÍA DE LABORATORIO Código: FCQ-P05-F05; Versión: 01; Fecha: 15 de enero de 2017
PRÁCTICA Nº 10 TEMA: YODOMETRÍA PARTE I. Preparación y Estandarización de una Solución de Tiosulfato de Sodio y Determinación de la Concentración de Hipoclorito de Sodio en una muestra de Cloro Comercial. OBJETIVOS Conocer el fundamento de la volumetría de óxido-reducción en el método yodométrico Determinar conceptos claros y preciso de para el empleo de las relaciones equivalentes, mili equivalentes, y Normalidad para cálculos en volumetrías de oxido-reducción. Preparar y estandarizar una solución de Tiosulfato de Sodio de concentración aproximada de 0.05 N •
•
•
FUNDAMENTO La Yodometría se utiliza comúnmente para analizar la concentración de agentes oxidantes en muestras de agua, tales como la saturación de oxígeno en los estudios ecológicos o de cloro activo en el análisis del agua de piscina, aguas con tratamientos de potabilización entre otros. Características del método: 1. Es una titulación indirecta, ya que se produce yodo (I 2 que por concentración y estabilidad 2. 3. 4.
5.
pasa a ) que luego es titulado con solución estandarizada de tiosulfato de sodio. El tiosulfato de sodio se usa como patrón de referencia (Titulante), aunque se descompone y debe utilizarse recién preparado. La Titulación es indirecta: Se añade exceso de KI para que el analito reaccione y produzca yodo libre, el cual es titulado posteriormente con tiosulfato de sodio. Indicador: Se usa almidón como indicador. Se debe añadir cerca del punto final, pues si se añade al principio de la titulación, el almidón puede atrapar parte del yodo que no será liberado, dando errores. La solución de almidón debe prepararse el mismo día que se va a utilizar. Se recomienda utilizar "almidón soluble", o en su defecto, se puede utilizar almidón comercial, pero debe hervirse durante su preparación. Debido a que el yodo libre puede sublimarse, hay que tener cuidado de no perder el yodo formado. Realizar el proceso de valoración inmediatamente luego apreciar la formación del I 3(coloración parda obscura).
Página 45 de 62
FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS PROCESO PLAN CURRICULAR GUÍA DE LABORATORIO Código: FCQ-P05-F05; Versión: 01; Fecha: 15 de enero de 2017
Tiosulfato sódico La disolución de tiosulfato sólo puede utilizarse como reactivo valorante frente a yodo (triyoduro), por lo que su utilidad está limitada a las yodometrías; el tiosulfato de sodio puede conseguirse fácilmente de gran pureza, pero el sólido esflorece fácilmente y además sus disoluciones se descomponen con facilidad. Por ello, se preparan disoluciones de concentración aproximada que se normalizan frente a yodo (o triyoduro) y deben renormalizarse frecuentemente. Ocupa una posición casi en el centro de la tabla de potenciales normales. Una solución de yodo ( ) previamente valorada sirve para titular una solución de tiosulfato además, agentes oxidantes fuertes como dicromato de potasio, yodato de potasio, biyodato de potasio y peryodato de potasio ; pueden servir como estándares primarios para la valoración de soluciones de tiosulfato por el método indirecto con yodo. Todos estos métodos implican en último término la reacción entre yodo (I3-) y tiosulfato.
Condiciones de uso Para el análisis de yodatos, cloratos, agentes oxidantes en muestras la valoración debe hacerse en medio ácido con un exceso de yoduro, para que en esta solo sean valorados estas especies de forma indirecta, se utiliza ácido acético (CH3COOH) para acidificar el medio y el indicador que se debe utilizar es el almidón. PH: En medio ácido muy diluido como el que podría ocurrir por saturación de la solución con CO2, el tiosulfato se descompone lentamente con formación de azufre elemental e ión hidrogeno sulfito: •
La velocidad de descomposición aumenta a medida que aumenta la concentración de acido. Por ejemplo: en medio ácido 1 M; de HCl la formación de azufre ocurre en solo uno a dos m inutos. Si existen estas especies mezcladas con el tiosulfato por descomposición, en una valoración yodométrica tendríamos el siguiente problema: El
•
reduce doble contidad de yodo ( ) que la reducida por el
Velocidad de titulación: Aunque el
es inestable en medio ácido, nada impide su uso
como valorante de ( ) incluso en concentraciones ácidas como 2 M o 3 M siempre que la valoración se efectúe de manera que en ningún momento haya un exceso local apreciable de tiosulfato.
Página 46 de 62
FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS PROCESO PLAN CURRICULAR GUÍA DE LABORATORIO Código: FCQ-P05-F05; Versión: 01; Fecha: 15 de enero de 2017
•
Metales pesados: Las trazas de metales pesados causan oxidación gradual de S 2O32- a S4O62-. Por ejemplo el Cu (casi siempre presente en el agua destilada): 2 Cu2+ + 2 S 2O32- ! 2 Cu + + S4O62-
Y luego el oxigeno del aire re oxida al Cu + y se forma un ciclo de reacciones de descomposición del tiosulfato. 4 Cu+ + O2 + 2 H 2O ! 4 Cu 2+ + 4 OH •
Bacterias que consumen azufre: La causa más insidiosa de la inestabilidad de las soluciones de S 2O32- es la presencia de bacterias que consumen azufre, transformándolo en S, SO32- y SO 42-. Por esto se suele hervir el agua destilada para destruir las bacterias.
Otros recomiendan agregar mercurio II o cloroformo como agentes antibacterianos. Además es práctica común agregar de 50 a 100 mg de NaHCO 3 por litro de S 2O32- porque de este modo se logra un pH entre 9 – 10 donde la acción bacteriana es mínima.
Determinación del punto final La aparición o la desaparición del color del yodo ( ) es de por sí una manera muy sensible para localizar el punto final, siempre que el yodo sea la única sustancia coloreada en el sistema. Para mejorar la percepción de este punto final se usa solución de almidón Almidón.- En los métodos analíticos en que interviene yodo no son necesarios los indicadores redox normales, porque se dispone de almidón, un indicador interno sensible que experimenta una interacción enormemente específica con yodo. El yodo libre forma un color azul muy intenso con almidón disperso coloidalmente y esta coloración sirve de indicación de la presencia de yodo. •
Una cantidad tan pequeña como 2 x 10-7 M de yodo da con almidón un color azul perceptible. Como puede apreciarse el método del almidón – yodo no es más sensible que la coloración propia de yodo pero el color azul del almidón – yodo es más distintivo en particular en soluciones coloreadas. El almidón no ha de estar presente en la solución que se valora hasta que la concentración de •
•
•
•
libre no es bastante baja, pues grandes cantidades de yodo causan coagulación de la suspensión de almidón y promueven además la descomposición de esta sustancia. Por esto la solución de almidón no habrá de agregarse hasta las proximidades del punto final. Las suspensiones de almidón deben protegerse de la exposición indebida al aire y toda fuente de bacterias debido a la descomposición bacteriana. Algunos preservadores que se usan son yoduro mercúrico, timol y glicerol.(largos periodos de uso) Es preferible el uso de suspensiones de preparación reciente. La descomposición se advierte por la formación de un color pardo y si la descomposición es muy extensa puede no aparecer color azul.
Página 47 de 62
FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS PROCESO PLAN CURRICULAR GUÍA DE LABORATORIO Código: FCQ-P05-F05; Versión: 01; Fecha: 15 de enero de 2017
•
•
•
•
•
•
Este indicador debe usarse a temperatura ambiente pues la sensibilidad disminuye señaladamente a temperaturas más altas. Los ácidos descomponen el almidón por una reacción de hidrólisis y por ello el almidón no habrá de usarse en medios fuertemente ácidos ni se dejara demasiado tiempo en soluciones de acidez, incluso moderada. Actualmente se postula que dicha coloración es debida a la formación de un "Clatrato" o compuesto de inclusión, en el cual los átomos de quedan atrapados en una red o jaula constituida por los anillos de Maltosa que componen la Amilasa. Las soluciones de almidón se emplean en concentraciones comprendidas entre el 0,2 y 1 %. Se preparan dispersando el producto desleído en muy poco agua fría en un mortero y agregando luego agua hirviente. Las soluciones de almidón son susceptibles de descomposición bacteriana, su mejor conservación se asegura con unos miligramos de yoduro mercúrico, ácido salicílico, timol, cloroformo o tolueno. El almidón en presencia de grandes cantidades de yodo forma compuestos insolubles, por lo que el indicador ha de agregarse recién en las proximidades del punto final en el caso de titulaciones indirectas (yodométricas) guiándose por el empalidecimiento del color amarillo del yodo residual a medida que progresa la titulación con tiosulfato.
Proceso: Para un volumen conocido de la muestra, se añade una cantidad en exceso de yoduro, pero conocido, en la que los agentes oxidantes de la muestra oxidan al yoduro agregado a yodo. El yodo se disuelve en la solución que contiene yoduro para dar iones triyoduro, que tienen un color marrón oscuro. La solución de ión triyoduro se valora a continuación, frente a una solución de tiosulfato estándar para dar yoduro de nuevo utilizando indicador de almidón. Reacciones: proceso con peryodato de potasio como patrón primario NaIO 4
______________________________ ( •
•
Simplificando Más exceso de yoduro _______________________________
Valoración: con tiosulfato
Página 48 de 62
)1/2
FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS PROCESO PLAN CURRICULAR GUÍA DE LABORATORIO Código: FCQ-P05-F05; Versión: 01; Fecha: 15 de enero de 2017
Cuestionario Se tomó una alícuota de 5.0 ml de un frasco que contenía cloro comercial y se diluyo en un balón de 250 ml, luego se tomó un volumen de 25 ml al que se le añadió cierta cantidad conocida y en exceso de KI y ácido acético concentrado y se valoró con solución de tiosulfato de sodio (Na2 S2 O3; PM=158), la cual se preparó tomando una alícuota de 50 ml y aforando a 100 ml, de otra solución preparada pesando 24.79 g de Na 2 S2 O3.5H 2 O y diluyendo a 1.0 L con agua previamente hervida. Si el volumen de consumo total de titulante para alcanzar el punto final de la valoración fue de 18.0 ml. Determine la concentración de hipoclorito de sodio (NaClO; PM=74.45) en %p/v y los grados clorométricos, sabiendo que 1° clorométrico =3.17 g Cl 2 por litro de solución.
PROCEDIMIENTO Materiales y Reactivos Materiales y Equipos Equipo para volumetrías Vaso de precipitación de 250 mL Embudo Balanza analítica ±0.0001 g Balón aforado 250 mL Espátula Pipeta volumétrica 25 mL Campana de gases Varilla de vidrio Pera de succión Plancha de calentamiento
Reactivos Na 2S2O3 " 0.05 N Muestra de cloro comercial Yoduro de potasio Per yodato de potasio (KIO 4) Ácido acético concentrado Almidón Na2CO3
Metodología Preparación de una solución de Na 2 S 2 O 4 (0.05N). 1. Hervir 800 mL de agua destilada por 10 minutos (para eliminar CO 2, O2 disuelto; además eliminar bacterias que consumen S) dejar enfriar. 2. Pesar 4.0 g de Na2S2O3, diluir en un poco de agua destilada previamente hervida y que se encuentra a temperatura ambiente. 3. Agregar 0.1 g de Na 2CO3 y aforar a 500 mL 4. Trasvasar la solución a un frasco ámbar.
Página 49 de 62
FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS PROCESO PLAN CURRICULAR GUÍA DE LABORATORIO Código: FCQ-P05-F05; Versión: 01; Fecha: 15 de enero de 2017
Estandarización de la solución de Na2 S 2O 4. 1. Pesar aproximadamente 15 mg de KIO 4 disolver totalmente con 25 mL de agua destilada, añada 0.5 g de yoduro de potasio y agite. 2. Añada 6 mL de ácido acético 3. Titule con la solución de tiosulfato hasta que la solución adquiera una coloración amarillo pálido. 4. Añada 1 o 2 mL de la solución de almidón. La solución debe tornarse azul oscuro. Continúe titulando hasta que desaparezca el color azul. Realice tres determinaciones adicionales.
Determinación de la concentración de hipoclorito de sodio en el cloro comercial. 1. Cure un matraz pequeño y una pipeta volumétrica de 25 mL con la muestra de cloro comercial. 2. Tome una alícuota de 5.0 mL de la muestra de cloro comercial y transfiérala a un balón volumétrico de 250 mL. Lleve a volumen con agua destilada, teniendo cuidado de no pasarse de la marca del aforo. 3. Tome una alícuota de 25 mL (con pipeta volumétrica) de la disolución preparada de cloro comercial, añada 2 gramos de KI, luego añada 7 mL de ácido acético concentrado y 5 gotas de molibdato de amonio al 3%.(de ser necesario) 4. Agite para homogeneizar. 5. Titule con la solución de tiosulfato de sodio hasta que la solución se decolore y adquiera una coloración amarillo pálido. 6. Añada 3 mL de la solución de almidón. La solución debe tornarse azul oscuro. Continúe titulando hasta que desaparezca el color azul. Si la solución no se torna azul oscuro, esto indica que se sobrepasó el punto final, En este caso debe repetirse la titulación con una nueva alícuota de la solución diluída.
Página 50 de 62
REVISADO POR: FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS PROCESO PLAN CURRICULAR GUÍA DE LABORATORIO Código: FCQ-P05-F05; Versión: 01; Fecha: 15 de enero de 2017
LABORATORIO DE Q. A. CUANTITATIVA II HOJA DE REGISTRO DE RESULTADOS PRÁCTICA N° 10: Preparación y Estandarización de una Solución de Tiosulfato de Sodio y Determinación de la Concentración de Hipoclorito de Sodio en una muestra de Cloro Comercial. GRUPO N°:!!!! FECHA: !/!! /!!. DÍA Y HORA DE LABORATORIO:!!!!!! ..!/!!!!!. •
Reacciones químicas
•
Cálculos
Tabla de datos experimentales Masa.KIO4 V Na2S2O4. (g) (mL)
N.
Vol. Alícuota muestra, (mL)
Na2S2O4.
(eq/L)
F.D
V Na2S2O4 (mL)
%p/v NaClO
Observaciones -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Firma 1
Página 51 de 62
-------------------------------------Firma 2
FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS PROCESO PLAN CURRICULAR GUÍA DE LABORATORIO Código: FCQ-P05-F05; Versión: 01; Fecha: 15 de enero de 2017
PRÁCTICA Nº 11 TEMA: YODOMETRÍA PARTE II: Determinación de Oxígeno Disuelto en una muestra de agua. (Método Winkler) OBJETIVOS Determinar las condiciones apropiadas para el manejo y tratamiento de una muestra en el análisis de oxígeno disuelto mediante el método Wlinkler Establecer el método yodométrico para determinar el contenido de oxígeno disuelto en el agua. •
•
FUNDAMENTO El oxígeno disuelto, OD. En el agua el oxigeno procede del aire. Por absorción, se mantiene el oxígeno necesario para la vida acuática, pero es muy sensible el equilibrio, debido a un suministro menguado y, por lo tanto, si hay demanda (demanda bioquímica de oxígeno) (DBO), anormal, el contenido disminuye a un punto crítico para la vida acuática, principalmente por el aumento de materia orgánica, que es aprovechada como fuente de nutrientes por los organismos aerobios que utilizan el oxígeno libre en su metabolismo. La concentración de oxígeno disuelto, OD, puede asociarse con la corrosividad, actividad fotosintética y grado de contaminación del agua. El contenido de oxígeno disuelto en el agua se usa en la determinación de la demanda bioquímica de oxígeno (DBO) (INEN, 1984) Se describen dos métodos para el análisis de OD: el de Winkler o yodométrico y sus modificaciones, y el electrométrico. El método yodométrico es un procedimiento titulométrico basado en la propiedad oxidante del OD, mientras que el método del electrodo de membrana se basa en la tasa de difusión del oxígeno molecular a través de una membrana. La elección del método depende de las interferencias presentes, la precisión deseada y, en algunos casos, de la comodidad o conveniencia (MINISTERIO DEL AMBIENTE , 2015)
PROCESO: El análisis se basa en la adición de una solución manganeso divalente seguida de una fuerte alcalinización de la muestra de agua en una botella de vidrio tapada. El oxígeno disuelto, OD, presente en la muestra, reacciona con una cantidad equivalente del hidróxido manganoso inicial Mn (OH)2, y forma un precipitado café de hidróxido mangánico, MnO(OH)2. Con la acidificación, el hidróxido mangánico se transforma a sulfato mangánico que actúa como agente oxidante que, en presencia de iones yoduro el manganeso oxidado se reduce a la forma original divalente. El ion yoduro es oxidado a yodo y su contenido es estequiométricamente equivalente al oxígeno disuelto en la muestra. La cantidad de yodo es titulado entonces con una solución valorada de tiosulfato.
Página 52 de 62
FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS PROCESO PLAN CURRICULAR GUÍA DE LABORATORIO Código: FCQ-P05-F05; Versión: 01; Fecha: 15 de enero de 2017
Interferencias. Antes del análisis, debe considerarse el efecto de las interferencias para definir las modificaciones al método básico para corregir esas interferencias. •
•
•
Las sustancias oxidantes liberan yodo a partir de los yoduros, aumentando su concentración y produciendo un error positivo. Los agentes reductores reducen el yodo a yoduro produciendo un error negativo. Ciertos compuestos orgánicos interfieren en el análisis, impidiendo la sedimentación del precipitado del manganeso oxidado y obscureciendo parcialmente el punto final de la titulación yodométrica.
Modificaciones al método yodométrico y su utilización para reducir el efecto de las interferencias •
•
Modificación azida de sodio NaN3. Se usa para la mayoría de aguas servidas, efluentes y aguas de corrientes; es recomendada especialmente si la muestra contiene más de 50 $g/l de nitrógeno de nitrito, pues el procedimiento remueve efectivamente las interferencias causadas por el nitrito, que es la interferencia más común en las aguas tratadas biológicamente y en las muestras incubadas de DBO. Es aplicable a aguas que no contienen más de 1 mg/l de hierro férrico, pero si se añade 1 cm3 de solución de floruro de potasio de la acidificación y no se demora la titulación, también es aplicable en presencia de 100 - 200 mg/l de hierro férrico. Modificación de floculación con alumbre. Las muestras con alto contenido de sólidos en suspensión pueden absorber cantidades apreciables de yodo en solución ácida, lo cual puede ser eliminado por floculación con alumbre.(tratamiento para muestras con alto contenidos de sólidos dispersos)
Recolección de las muestras. La toma de las muestras para el análisis de OD depende de la fuente que va a muestrearse y del método del análisis. La muestra no debe permanecer en contacto con el aire o ser agitada, puesto que estas condiciones pueden cambiar su contenido gaseoso. Hay que evitar cambios de presión y temperatura en muestras tomadas a cualquier profundidad en corrientes, lagos, reservorios o calderos. Las aguas superficiales deben recolectarse en botellas, para determinación del DBO de boca estrecha y tapa de vidrio esmerilado de 250 a 300 cm3 de capacidad. (INEN, 1984) •
•
•
Nota: La alícuota tomada pora la titulación debe corresponder exactamente a 200 cm 3 de la muestra original, después de las correcciones por pérdida de la muestra por desplazamiento provocado por los reactivos. Por ejemplo: cuando en un frasco de 300 mL se agregan 4 mL (2 de cada reactivo) de los reactivos de sulfáto de manganeso y de álcali - yoduro - azida, el volumen que se tome para la titulación debe ser:
Página 53 de 62
FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS PROCESO PLAN CURRICULAR GUÍA DE LABORATORIO Código: FCQ-P05-F05; Versión: 01; Fecha: 15 de enero de 2017
Diagrama de flujo Wlinkler
para la determinación de oxigeno disuelto por el método
Cuestionario 1. Se sabe que un proceso en la determinación de oxígeno disuelto (OD) en una muestra de agua, esta descrito por las siguientes reacciones químicas:
Si el método usado describe que la cantidad de OD es estequiométricamente igual a la cantidad de yodo ( ) generado, usando número de moles, demuestre que los ppm de se pueden calcular por la siguiente ecuación:
Página 54 de 62
FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS PROCESO PLAN CURRICULAR GUÍA DE LABORATORIO Código: FCQ-P05-F05; Versión: 01; Fecha: 15 de enero de 2017
2. En una empresa , donde se analizan y preparan ciertos productos químicos, se le ha pedido a un laboratorista, determinar oxígeno disuelto en una muestra de agua, para lo cual, el investigador empleo el Método de Winkler, tomando todas las consideraciones que este método exige en el tratamiento de la muestra, el decidió tomar una alícuota de 100ml de la muestra preparada en un frasco Winkler de 150ml y titular con una disolución de tiosulfato de sodio (Na2 S2 O3; PM=158), la cual se preparó tomando una alícuota de 50ml y aforando a 100ml, de otra solución preparada pesando 24.80g de Na 2 S2 O3.5H 2O y diluyendo a 1L con agua. Si el volumen de consumo total de titulante para alcanzar el punto final de la valoración fue de 2.6ml. Determine la concentración de oxígeno disuelto (en ppm) en la muestra de agua.
PROCEDIMIENTO Materiales y Reactivos Materiales y Equipos Equipo para volumetrías Vaso de precipitación de 250 mL Embudo Frasco Wlinkler Balón aforado 250 mL Probeta 100 mL Pipeta volumétrica 25 mL Pera de succión
Reactivos Na 2S2O3 " 0.05 M Muestra de Agua Yoduro de potasio álcali - yoduro - azida Ácido sulfúrico © Almidón 2% Solución de sulfato
de
Metodología Método Winkler 1. Tomar un volumen de muestra en función del volumen de frasco Winkler 2. Añadir 2 mL de solución de MnSO4 y 2 mL de reactivo álcali-yoduro-azida. 3. Tapar cuidadosamente para excluir las burbujas de aire y mezclar por inversión varias veces (VÉASE DIAGRAMA DE FLUJO). 4. Dejar reposar la mezcla tras la formación de un precipitado pardo 5. Una vez que el precipitado se ha depositado suficientemente se añade 2,0 mL de H2SO4 concentrado para dejar un sobrenadante claro por encima del hidróxido de manganeso floculado. 6. Volver a tapar y mezclar invirtiendo varias veces hasta la disolución completa. 7. Titular un volumen correspondiente a 200 mL de la solución anterior (corrección de volumen pertinente). 8. Titular con solución 0,05 M de Na2S2O3 hasta color amarillo pálido. Añadir gotas de solución de almidón y continuar valorando hasta la primera desaparición del color azul. 9. Repetir el proceso en dos ocasiones
Página 55 de 62
REVISADO POR:DE CIENCIAS QUÍMICAS FACULTAD PROCESO PLAN CURRICULAR GUÍA DE LABORATORIO Código: FCQ-P05-F05; Versión: 01; Fecha: 15 de enero de 2017
LABORATORIO DE Q. A. CUANTITATIVA II HOJA DE REGISTRO DE RESULTADOS PRÁCTICA N° 11: YODOMETRÍA PARTE II: Determinación de Oxígeno Disuelto en una muestra de agua. (Método Winkler) GRUPO N°:!!!! FECHA: !/!! /!!. DÍA Y HORA DE LABORATORIO:!!!!!! ..!/!!!!!. •
Reacciones químicas
•
Cálculos
Tabla de datos experimentales Normalidad Na2 S2 O3 (eq/L)
V muestra alícuota (mL)
V muestra alícuota Corregida (ml)
V Na2S2O3. (mL)
ppm O 2 (mg/L)
Observaciones ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
-----------------------------------Firma 1
Página 56 de 62
-------------------------------------Firma 2
FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS PROCESO PLAN CURRICULAR GUÍA DE LABORATORIO Código: FCQ-P05-F05; Versión: 01; Fecha: 15 de enero de 2017
PRÁCTICA Nº 12 TEMA: YODIMETRÍA. Determinación de Dióxido de Azufre en una Muestra de Vino OBJETIVOS Conocer las características principales de método yodimétrico en una valoración de óxidoreducción. Determinar la cantidad de SO 2 presente en una muestra de vino mediante el método yodimétrico. •
•
FUNDAMENTO Yodimetría Se denominan yodimetrías a aquellas volumetrías en la que el reactivo valorante es una disolución de yodo (en realidad triyoduro I 3-) que actúa como oxidante, permitiendo valorar especies reducidas. El yodo es un agente oxidante débil:
Que tendría poca utilidad, ya que es poco soluble en agua, si no fuese por su facilidad para formar complejos con yoduro, dando triyoduro:
•
•
•
Además hay que destacar la volatilidad del soluto es muy alta afectando su estabilidad (el recipiente contenedor debe estar en todo momento tapado y asegurado). El aire provoca también la oxidación del ion yoduro que compone las soluciones de triyoduro. (esta reacción origina que la molaridad del triyoduro aumente.
Su aplicación es relativamente limitada en comparación con la de otras especies oxidantes, debido a que su potencial de electrodo tiene un valor muy pequeño. Sin embargo este bajo potencial es una ventaja puesto que proporciona un grado de selectividad que hace posible la determinación de agentes reductores fuertes en presencia de otros débiles.
Página 57 de 62
FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS PROCESO PLAN CURRICULAR GUÍA DE LABORATORIO Código: FCQ-P05-F05; Versión: 01; Fecha: 15 de enero de 2017
Algunas aplicaciones de las soluciones de yodo (Douglas A. Skoog, 2005)
•
•
Su principal ventaja es la disponibilidad de un indicador sumamente sensible. Las soluciones de yodo carecen de estabilidad y por ello deben ser normalizadas periódicamente como por ejemplo con una solución de tiosulfato previamente estandarizada. (Douglas A. Skoog, 2005)
Dióxido de azufre en vinos El SO2 es usado como antiséptico en los vinos, mostos y en la desinfección de toneles y barricas de madera. Actualmente la manera de agregar SO 2 es en forma de metabisulfito de potasio, como gas comprimido, o en solución de gas en agua. La importancia que tiene saber la cantidad de SO 2 que se agrega a un vino, es desde el punto de vista legal, ya que cada país establece un límite máximo permitido y al mismo tiempo un índice de control en cuanto a su función antiséptica y antioxidante para la estabilidad y buena conservación del producto. Todos los vinos se elaboran en presencia de SO 2 libre para el control de microorganismos, se destaca también que dependiendo del tipo de vino se tendrá mayor o menor cantidad de SO 2 pero generalmente la concentración objetivo está entre los 20 a 30 mg/L de dióxido de azufre libre. (Jacques Blouin,Émile Peynaud, 2003)
Cuestionario Se estandarizo una disolución de triyoduro I 3- por valoración con una disolución reciente de óxido arsenioso As 4O6 . La valoración de 25.00ml de una disolución preparada disolviendo 0.3663g de As 4O6 en un volumen de 100.0ml consumió 31.77ml de I 3-. a) Calcular la concentración molar de la disolución de I 3-, b) Indique, ¿si tiene importancia añadir el indicador de almidón al principio o cerca del punto final en esta valoración?
Página 58 de 62
FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS PROCESO PLAN CURRICULAR GUÍA DE LABORATORIO Código: FCQ-P05-F05; Versión: 01; Fecha: 15 de enero de 2017
PROCEDIMIENTO Materiales y Reactivos Materiales y Equipos Equipo para volumetrías Vaso de precipitación de 250 mL Embudo Pipeta volumétrica 25 mL Pera de succión Balón aforado de 250 mL
Reactivos Na 2S2O3 " 0.05 M Muestra de Vino Yoduro de potasio Ácido acético © Almidón 2% Solución de yodo " 1N preparado Ácido sulfúrico
Metodología Estandarización de la solución de 1. Tomar una alícuota de 50 ml de solución 0.1 N de preparado 2. Aforar a 250 mL 3. Tomar una alícuota de 25 mL 4. Titule con la solución de tiosulfato hasta que la solución adquiera una coloración amarillo pálido. 5. Añada 1 o 2 mL de la solución de almidón. La solución debe tornarse azul oscuro. 6. Continúe titulando hasta que desaparezca el color azul. Realice tres determinaciones adicionales. 7. Realice el proceso 2 veces mas Nota: determinar el factor de dilución en el paso 1 dependiendo de la concentración de se tenga disponible. Determinación de SO 2 1. 2. 3. 4. 5. 6.
Tomar una alícuota de 50 ml de muestra de vino Colocarlos inmediatamente en el matraz erlenmeyer de 250 mL Adicional 4 mL de H 2SO4 concentrado Homogenizar la muestra agitando suavemente Agregar 2 mL de solución de almidón Titular con la solución de yodo preparada hasta obtener una coloración azul intensa.
Página 59 de 62
que
REVISADO POR: FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS PROCESO PLAN CURRICULAR GUÍA DE LABORATORIO Código: FCQ-P05-F05; Versión: 01; Fecha: 15 de enero de 2017
LABORATORIO DE Q. A. CUANTITATIVA II HOJA DE REGISTRO DE RESULTADOS PRÁCTICA N° 12: YODIMETRÍA. Determinación de Dióxido de Azufre en una Muestra de Vino. GRUPO N°:!!!! FECHA: !/!! /!!. DÍA Y HORA DE LABORATORIO:!!!!!! ..!/!!!!!. •
Reacciones químicas
•
Cálculos
Tabla de datos experimentales N.Na2S2O3 V. Na2S2O3 (eq/L) (mL)
N. (eq/L)
V.alicuota muestra (mL)
V. (mL)
ppm SO 2 (mg/L)
Observaciones -----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Firma 1
Página 60 de 62
-------------------------------------Firma 2