ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DEL LITORAL Departamento de Ciencias Químicas y Ambientales Laboratorio de Química General 1 Informe de Laboratorio Nº 10 1. TEMA: Determinación del peso molecular de un ácido mediante el análisis volumétrico (Titulación). 2. MARCO TEÓRICO: El título de la presente práctica introduce en el creciente léxico académico el uso de nuevos términos. En primero lugar, y para comprender la consigna a la que conlleva la realización del experimento, ¿qué es un análisis volumétrico? Pues, el folleto de la red, Análisis Químico, ofrece el siguiente concepto: Es todo aquel procedimiento basado en la medida de volumen de reactivo con un analito; de este modo, al medir de forma exacta el volumen del reactivo de concentración perfectamente conocida necesario para reaccionar completamente con el analito, podremos calcular su concentración en la muestra. (ocw.um.es, 2011). Un tipo de análisis volumétrico es la titulación. La misma consiste en que, para conocer la concentración de un ácido, se mide cuidadosamente y mediante una bureta, un volumen específico de la solución y se introduce en un matraz; se añaden, además, gotas de un indicador ácido-base al ácido en el matraz. A continuación, se agrega mediante otra bureta, lenta y cuidadosamente, una base de concentración conocida llamada base estándar, hasta que una sola gota adicional de la base cambia el colorante indicador. (Burns, 2011). En la titulación existe una reacción de neutralización. Burns (2011) también señala que si se mezclan las cantidades correctas de ácidos y bases se pierden las propiedades originales de las sustancias y que los productos de una reacción de este tipo son una sal neutra y agua. Como ha sido notorio, en el párrafo anterior se han mencionado la “soluciones”, porque en esta práctica se utilizarán una de hidróxido de sodio (básica) y otra ácida, sea de ácido oxálico o cítrico. Es importante recordar, entonces, el concepto de normalidad que, es una unidad de concentración del soluto en una solución definida con la siguiente ecuación (Chang, 2010): 𝑁=
𝑁ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑒𝑞𝑢𝑖𝑣𝑎𝑙𝑒𝑛𝑡𝑒 (𝑒𝑞 𝑔 𝑑𝑒 𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜) 𝐿𝑖𝑡𝑟𝑜𝑠 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑑𝑖𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖ó𝑛
Por tanto, otra reciente terminología adquirida es la noción de número equivalente, que según Brito (2006) es el número de cationes H+ o iones OH- de un ácido o base, respectivamente, en que se divide una molécula al disociarse en una solución. Finalmente, vale la pena recalcar que el la normalidad y el número equivalente de una disolución lo cual nos ayudará a obtener el peso molecular de un ácido. Entiéndase como peso molecular o formular, respecto a cualquier compuesto, a la suma de las masas atómicas que conforman un mol de dicho compuesto. (Burns, 2011). Nombre: Elizabeth Marilyn González Díaz
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3. OBJETIVO GENERAL: Determinar el peso molecular del ácido cítrico y el ácido oxálico. 4. OBJETIVOS ESPECÍFICOS: Ejercitar el manejo de instrumentos de volumen, efectuando un análisis cuantitativo conocido como titulación. Revisar sobre reacciones de neutralización y conocer un método de análisis tipo valoración volumétrica. Definir de manera acertada a un ácido fuerte y a uno débil. 5. MATERIALES Y EQUIPOS: Tabla 1: Materiales Instrumentos y reactivos de estudio
Gráfico
Pipeta
Pera de succión
Soporte universal
Bureta
Agarradera para bureta
Matraz volumétrico
Matraz Erlenmeyer (Fiola)
Balanza de peso deslizante
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Vaso de precipitación
Agitador
Fenolftaleína
Hidróxido de sodio (NaOH)
Ácido cítrico y ácido oxálico 6. PROCEDIMIENTO: I. Pesar aproximadamente 0.5 g de muestra ácida (pese primero un vaso pequeño limpio y seco, luego vuelva a pesar el vaso con la muestra). II. Añadir al vaso aproximadamente 20 ml de agua y agitar para que se disuelva la muestra sólida. III. Verter la fase líquida a un matraz volumétrico de 100 ml. Agregar más agua al vaso (15 a 20 ml) para disolver los residuos y depositar en el matraz de 100 ml. IV. Enjuagar el agitador y el vaso con pequeñas cantidades de agua adicionales; y agregar el matraz volumétrico, repetir sucesivos enjuagues hasta completar 100 ml de solución y tapar el matraz. V. Agitar para homogenizar la solución invirtiendo algunas veces el matraz volumétrico. VI. Pasar 10 ml de la solución homogenizada con una pipeta graduada a una fiola (matraz Erlenmeyer). VII. Agregar al contenido de la fiola dos gotas de solución de fenolftaleína. VIII. Sitúe la fiola bajo la bureta que contiene solución de hidróxido de sodio, y que está fijada con una agarradera al soporte universal. IX. Intercalar una hoja de papel debajo de la fiola para distinguir el cambio de color a ocurrir. X. Registrar el nivel de hidróxido de sodio que presenta la bureta, y abrir la llave para que caiga gota a gota el hidróxido en la solución ácida contenida en la fiola mientras agita, hasta lograr que con una gota se produzca una cloración rosada permanente. XI. Elaborar la tabla de datos, realizar los cálculos y llenar la tabla de resultados.
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7. RESULTADOS: 1) Obtención de datos brutos Tabla 2: Tabla de Datos Descripción Masa del ácido Volumen total de la solución ácida preparada Volumen de ácido utilizado para la titulación Volumen de la base requerida para la neutralización Número de hidrógenos ionizables del ácido empleado Normalidad de la solución básica Fórmula o ecuación que se emplea para cálculos de neutralización
Valores 0.5 g ± 0.1 g 100 ml = 0.1 L 10 ml = 0.01 L 7.5 ml = 0.0075 L 3H+ 0.1004 N Nácido*Vácido=Nbase*Vbase
2) Procesamiento de datos Tabla 3: Cálculos para obtener el peso molecular del ácido y determinar si es ácido oxálico o ácido cítrico Descripción Cálculos 𝑁𝑎 ∗ 𝑉𝑎 = 𝑁𝑏 ∗ 𝑉𝑏 𝑁𝑏 ∗ 𝑉𝑏 𝑁𝐴 = ; 𝑉 𝑒𝑠𝑡á 𝑑𝑎𝑑𝑜 𝑒𝑛 𝑙𝑖𝑡𝑟𝑜𝑠 Para obtener la normalidad de la 𝑉𝑎 solución ácida 0.1004 𝑁 ∗ 0.0075 𝐿 𝑁𝑎 = 0.01 𝐿 𝑁𝑎 = 0.0753 𝑁 #𝑒𝑞 𝑆𝑒𝑎: 𝑁𝑎 = 𝑉 𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖ó𝑛 Para determinar el número equivalente #𝑒𝑞 = 𝑁𝑎 ∗ 𝑉 de solución ácida #𝑒𝑞 = 0.0753 ∗ 0.1 #𝑒𝑞 = 0.00753 𝑔 𝑑𝑒 á𝑐𝑖𝑑𝑜 𝑆𝑒𝑎: #𝑒𝑞á𝑐𝑖𝑑𝑜 = 1 𝑒𝑞𝑔 á𝑐𝑖𝑑𝑜 𝑔 𝑑𝑒 á𝑐𝑖𝑑𝑜 Para establecer el valor de un 1𝑒𝑞𝑔á𝑐𝑖𝑑𝑜 = #𝑒𝑞á𝑐𝑖𝑑𝑜 equivalente-gramo del ácido 0.5 1𝑒𝑞𝑔á𝑐𝑖𝑑𝑜 = 0.00753 1𝑒𝑞𝑔á𝑐𝑖𝑑𝑜 = 66.401 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑐𝑢𝑙𝑎𝑟 𝑆𝑒𝑎: 1𝑒𝑞𝑔á𝑐𝑖𝑑𝑜 = #𝐻 + Pare determinar el peso molecular del 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑐𝑢𝑙𝑎𝑟 = 1𝑒𝑞𝑔á𝑐𝑖𝑑𝑜 ∗ #𝐻 + ácido 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑐𝑢𝑙𝑎𝑟 = 66.401 ∗ 3 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑐𝑢𝑙𝑎𝑟 = 199.203 𝑔/𝑚𝑜𝑙
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3) Presentación de datos Tabla 4: Tabla de Resultados Descripción Normalidad del ácido Número equivalente del ácido Equivalente gramo del ácido Peso molecular del ácido
Valores 0.0753 N 0.00753 66.401 199.203 g/mol (ácido cítrico)
8. ANÁLISIS DE RESULTADOS: En la Tabla 3, en la cual se presentan los cálculos, se llega a que el ácido objeto de estudio fue el ácido cítrico, cuya fórmula es C6H8O7 y cuyo peso molecular, genéricamente, es 192 g/mol. Al hacer uso de la fórmula de error relativo, aprendida en cursos anteriores, podemos notar lo siguiente: 𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑝𝑟á𝑐𝑡𝑖𝑐𝑜 − 𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜 𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 𝑟𝑒𝑙𝑎𝑡𝑖𝑣𝑜 = | | ∗ 100% 𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜 199 − 192 𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 𝑟𝑒𝑙𝑎𝑡𝑖𝑣𝑜 = | | ∗ 100% 192 𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 𝑟𝑒𝑙𝑎𝑡𝑖𝑣𝑜 = 3.6% Este porcentaje de error asevera que el resultado de la práctica es bastante aceptable, además, los valores obtenidos solo podían pertenecer al ácido cítrico, pues el ácido oxálico posee un peso molecular de 90 g/mol. 9. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES: Conclusiones: El proceso de titulación ofrece obtener una amplia gama de datos acerca de un compuesto, sea la normalidad del ácido, el número equivalente, el equivalente gramo o el peso molecular, obviamente, si se realiza el análisis volumétrico correctamente, sin dejar que el estado de neutralización se pierda y la solución en la fiola se torne de un color fucsia intenso. Además, se ha podido observar claramente que el paso de diluir la muestra de ácido sólida en el agua destilada es crucial, porque si se puede una cantidad aparentemente nimia del precipitado, los datos y los cálculos póstumos se verían afectados. Recomendaciones: Diluir bien la masa del ácido en el agua destilada cuando se encuentra en estado sólido. Cuando el hidróxido de sodio salga de la bureta, cerrar la llave con cada gota para poder observar si el espectro de color del indicador de fenolftaleína ya cambia o no de color de manera perenne. Probar en una próxima ocasión con soluciones de hidróxido de sodio, pero con distintas concentraciones de normalidad.
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10. BIBLIOGRAFÍA: Análisis Químico. (2011). “Introducción al análisis volumétrico”. Recuperado de: http://ocw.um.es/ciencias/analisis-quimico/material-de-clase-1/tema-4.pdf Brito, F. (2006). “Apuntes sobre el concepto de equivalente químico”. Recuperado de: https://dialnet.unirioja.es/descarga/articulo/2082912.pdf Burns, R. (2011). “Fundamentos de Química”. ISBN: 978-607-32-0683-9. Págs. 105, 479, 499. Chang, R. (2010). “Química”. ISBN: 978-607-15-0307-7. Pág. 737.
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