UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR FACULTAD DE CIENCIAS NATURALES Y MATEMÁTICA LICENCIATURA EN ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS NATURALES CÁTEDRA DE QUIMICA ANALÍTICA
TAREA 4: Análisis cuantitativo. Métodos químicos
NOMBRE DE ESTUDIANTE: Saul Herrera CARNET: HF16020
ASIGNATURA: Química Analítica
TUTOR: Licdo. Nestor Alcides Alfaro.
COORDINADOR DE CATEDRA : Lic. Carlos Ernesto Acosta García.
CICLO: I/ 2018
Ahuachapán, 25 de mayo del 2018
1. Defina los siguientes términos.
a) Análisis Gravimétrico: Consiste en determinar la cantidad proporcionada de un elemento, radical o compuesto presente en una muestra, eliminando todas las sustancias que interfieren y convirtiendo el constituyente o componente deseado en un compuesto de composición definida, que sea susceptible de pesarse. La gravimetría es un método analítico cuantitativo, es decir, que determina la cantidad de sustancia, midiendo el peso de la misma con una balanza analítica y sin llevar a cabo el análisis por volatilización. El análisis gravimétrico es uno de los métodos más exacto y preciso.
b) Análisis volumétrico: Es un proceso en el cual un reactivo en solución de concentración conocida (valorante), es adicionado desde una bureta, a otro reactivo de concentración desconocida (valorado); hasta que la reacción total se complete. La técnica se conoce también como titulación. c)
Ácido: Es considerado tradicionalmente como cualquier compuesto químico que, cuando se disuelve en agua, produce una solución con una actividad de catión hidronio mayor que el agua pura, esto es, un pH menor que 7.
d)
Base: Las bases son sustancias químicas que tienen sabor amargo y reaccionan con los ácidos dando sales y agua. Tienen un tacto resbaloso y olor a lejía. Son bases muy conocidas la lejía (hidróxido de sodio), el polvo para hornear ( bicarbonato de sodio) y el amoníaco.
e)
Reacción de neutralización: Se efectúa una reacción de neutralización en la cual un ácido reacciona con una cantidad químicamente equivalente de base. El valorante es siempre un ácido o una base fuerte, siendo el analíto una base o ácido fuerte o débil.
f)
Reacción de precipitación: Valoraciones de precipitación. Están basadas en reacciones en las que se forman compuestos de baja solubilidad. La mayoría de los precipitados se forman lentamente lo que hace que se disponga de pocos agentes precipitantes para su aplicación en valoraciones. El nitrato de plata es el reactivo precipitante más importante y uno de los más utilizados en la determinación de halogenuros, SCN-, CN- y CNO- , po r lo que se les llama métodos argentométricos.
g)
Reacción redox: Una reacción redox (o de oxidación-reducción) es un tipo de reacción química en donde se transfieren electrones entre dos especies. ... Una especie química es un término que se usa para referirse a un conjunto de átomos, moléculas o iones con la misma fórmula química.
h)
Valoraciones de oxidación-reducción.
entre los potenciales normales de los dos sistemas, para que vire cerca del punto de equivalencia de la valoración i)
Oxidación: Indica la acción y efecto de oxidar u oxidarse. La oxidación es un fenómeno en el cual un elemento o compuesto se une con el oxígeno, aunque rigurosamente hablando, la oxidación como tal se refiere al proceso químico que implica la pérdida de electrones por parte de una molécula, átomo o ion
j)
Reducción: Es el proceso electroquímico por el cual un átomo o un ion gana electrones. Implica la disminución de su estado de oxidación. Este proceso es contrario al de oxidación.
k)
Agente oxidante: s un compuesto químico que oxida a otra sustancia en reacciones electroquímicas o de reducción-oxidación. En estas reacciones, el compuesto oxidante se reduce. Básicamente: El oxidante se reduce, gana electrones.
l)
Agente reductor: Es aquel que cede electrones a un agente oxidante. Existe una reacción química conocida como reacción de reducción-oxidación, en la que se da una transferencia de electrones.
m)
Fuerza electro motriz: Es toda causa capaz de mantener una diferencia de potencial entre dos puntos de un circuito abierto o de producir una corriente eléctrica en un circuito cerrado. Es una característica de cada generador eléctrico
n)
Potencial estándar de reducción: Es la diferencia de potencial que le corresponde a una celda o semipila construida con un electrodo de ese elemento y un electrodo estándar de hidrógeno, cuando la concentración efectiva o actividad de los iones que intervienen en el proceso es 1 mol/L (1 M), la presión de las sustancias gaseosas es 1 atmósfera, y la temperatura es 298 K (25 °C). Es la medida de un potencial de electrodo reversible individual, en condiciones estándar.
o)
Ecuación de Nernst:
p) La ecuación de Nernst se utiliza para calcular el potencial de reducción de un electrodo fuera de las condiciones estándar (concentración 1 M, presión de 1 atm, temperatura de 298 K o 25 °C). Se llama así en honor al científico alemán WaltherNernst, que fue quien la formuló en 1889.
2. Mencione las características de una reacción para su empleo en el análisis volumétrico: - Estequiométrica. La reacción debe ocurrir de acuerdo a una ecuación química definida. Los productos
hasta completarse. - Rápida. Es fundamental que la reacción sea completa antes de cada nueva adición de reactivo. - Disponer de indicador adecuado para detectar cuando se ha completado la reacción. Un indicador es, generalmente, un compuesto que posee una propiedad física (normalmente el color) que cambia bruscamente en las proximidades del punto de equivalencia. El cambio se debe a la desaparición del analito o aparición del exceso de reactivo valorante. El punto de equivalencia es aquél en el que la cantidad de reactivo valorante añadido es igual a la cantidad exactamente requerida para que el analito reaccione estequiométricamente. Encontrar este punto es el ideal del análisis volumétrico, porque, en realidad, lo que se determina es el punto final, esto es, el punto en el que se observa experimentalmente un cambio brusco en una propiedad física o química de la disolución. La diferencia entre las cantidades de reactivo valorante correspondientes al punto final y al punto de equivalencia representa el error de valoración que, evidentemente, se debe pretender que sea lo más pequeño posible. La necesidad de disponer de un indicador adecuado es un requisito indispensable, y antiguamente era el factor limitante para la utilización de muchas reacciones en análisis volumétrico. En la actualidad, el empleo de métodos instrumentales con esta finalidad ha posibilitado la ampliación del número de reacciones utilizables en volumetrías. - Interferencias. El resto de las sustancias presentes en la disolución no deben reaccionar ni interferir con la reacción principal. Además, debe considerarse siempre la interferencia potencial de los componentes de la atmósfera, pues hay que tener en cuenta que vivimos en un ambiente ácido (CO2) y oxidante (O2).
3. Para llevar a cabo una volumetría se necesita tomar en cuenta algunos aspectos. Mencione 3 de ellos. a) La reacción debe ocurrir de acuerdo a una ecuación química definida. No deben existir reacciones colaterales. b) La reacción debe terminar por completo en el Punto de equivalencia, esto implica que la constante de equilibrio debe tener un valor muy grande. c)
Debe contarse con un método para determinar cuándo se alcanza el punto de equivalencia; un sistema indicador que señale cuando se ha añadido la cantidad de reactivo equivalente a la cantidad de analito.
4. ¿Cuáles son los tipos de valoraciones en el análisis volumétrico? Describa cada uno de ellos. Valoración de neutralización: Se efectúa una reacción de neutralización en la cual un ácido reacciona con una cantidad químicamente equivalente de base. El valorante es siempre un ácido o una base fuerte, siendo el analíto una base o ácido fuerte o d ébil.
Valoración de precipitación Valoraciones de precipitación: Están basadas en reacciones en las que se forman compuestos de baja solubilidad. La mayoría de los precipitados se forman lentamente lo que hace que se disponga de pocos agentes precipitantes para su aplicación en valoraciones. El nitrato de plata es el reactivo precipitante más importante y uno de los más utilizados en la
Valoración con formación de complejos La volumetría de formación de complejos: (también conocida como complejometría) se basa en la formación de un complejo soluble mediante la reacción de la especie que se valora. (generalmente un ion metálico) y la solución valorante que constituye el agente acomplejante. Así, la aplicación fundamental de esta técnica está dirigida a la cuantificación de elementos metálicos por medición volumétrica del complejo soluble formado. Valoración Oxidación-reducción : En este tipo de valoraciones se produce una reacción de transferencia de electrones entre el analíto y el agente valorante. Los indicadores a utilizar en volumetría redox, pueden ser de muy diversos tipos, pero por lo general, son sustancias con características redox, cuya forma oxidada y reducida tienen colores diferentes. El valor del potencial normal del indicador tiene que estar entre los potenciales normales de los dos sistemas, para que vire cerca del punto de equivalencia de la valoración
5. Describa cada uno de los siguientes términos. a) Valoración: Proceso en el cual un reactivo de solución de concentración conocida (valorante) es adicionado desde una bureta a otro reactivo de concentración desconocida (valorado) hasta que la reacción se complete. b) Punto final: Punto en el cual se aprecia un cambio brusco de alguna propiedad del sistema reaccionante, estimado mediante un indicador. c) Punto de equivalencia: Punto en el cual reaccionan cantidades estequiométricas de solución valorante y solución valorada. Se alcanza en la valoración cuando la cantidad de titulante añadido es químicamente equivalente a la cantidad de analito de la muestra; el punto de equivalencia de una titulación es un punto teórico que no puede determinarse experimentalmente. 6. Que es un patrón primario y un patrón secundario; para que se usan: Sustancia adecuada para preparar disoluciones de concentración conocida por pe sada directa (patrón primario). Es un compuesto cuya pureza se ha determinado por medio de un análisis químico y sirve de referencia para un método de análisis por titulación. (patrón secundario) 7. ¿Cuáles deben ser las características que debe cumplir un patrón primario y un patrón secundario?
Características del patrón primario
Características del patrón secundario
Pureza alta
. Ser suficientemente estable para que solo sea necesario determinar una vez su concentración.
Inalterable por el ambiente
Reaccionar rápido con el analito para reducir al mínimo el tiempo requerido entre las adiciones del
invariable.
que esta reacción pueda describirse por una simple ecuación balanceada.
Deben ser solubles en el solvente (medio de titulación). Que posea una masa molar razonablemente grande para disminuir los errores asociados con la operación de pesada. Detección fácil de impurezas. No deben ser tóxicos. Que sea de fácil adquisición y bajo precio.
8-¿Qué se entiende por estandarización? Es el proceso por el cual se determina la concentración de una solución midiendo con exactitud el volumen necesario de la misma para reaccionar con una cantidad perfectamente conocida de un estándar primario. La solución estandarizada recibe el nombre de estándar secundario y se emplea para analizar problemas.
9-¿Qué es un indicador del punto final de una valoración y cómo funciona? El punto final de una valoración se detecta mediante un cambio brusco de alg una propiedad de la mezcla reaccionante o de alguna sustancia relacionada. Se resumen a continuación los métodos principales de indicación del punto final. Los indicadores químicos son sustancias añadidas en el curso de la valoración y en el punto final responden al cambio brusco de concentración de alguna especie mediante la variación de alguna propiedad física susceptible de ser observada: color, turbidez, fluorescencia, etc 1. En un experimento de titulación, un estudiante encuentra que se necesitan 0.5450 g de KHP para neutralizar completamente 24.2 mL de una disolución de NaOH ¿Cuál es la concentración molar de la disolución de NaOH? Masa molar del KHP 204.2g/mol. Moles de KHP = 0.5450 g KHP x 1mol KHP = 2.668 x 10-3 moles de KHP moles de KHP 204.2 g KHP Como 1 mol de KHP es equivalente a 1 mol de NaOH, debe haber 2.678 x 10-3 moles de NaOH en 24.2 mL de la disolución de NaOH. Por último, se calcula la concentración molar de esta disolución: M NaOH = 2.668 x 10-3 moles de NaOH
______________________________ 24.2 Ml
x
1000 mL = 0.1102M
___________ 1 L dSin
n = 2.668 x 10-3 moles de KHP M NaOH = n
= 2.678 x 10-3 moles de KHP = 0.114 M
_ V
______________________ 0.0234 L de NaOH
2. ¿Qué es una curva de valoración de un ácido-base? Una valoración ácido-base (también llamada volumetría ácido-base, titulación ácido-base o valoración
y/o equivalente de neutralización ) es una técnica o método de análisis cuantitativo muy usada, que permite conocer la concentración desconocida en una disolución de una sustancia que pueda actuar como ácido, neutralizada por medio de una base de concentración conocida, o bien sea una concentración de base desconocida neutralizada por una solución de ácido conocido
3. La siguiente grafica representa la curva de valoracion de 25 ml de ácido acético 0.100M con hidróxido de sodio 0.100M. Ademas contiene el pH por cada volumen adicionado de NaOH. Realice los calculosnecesarios para comprobar los valores de pH ciando se han adicionado a) 15ml de NaOH; b) 25ml de NaOH y c) 30 ml de NaOH.
a) 15ml de NaOH CH3OOH
CH3OO-
2.5 mol
2.5 mol
15 mL NaOH
Na+
0.0015 mol
0.0015 mol
+
+
H+ 2.5 mol
OH0.0015 mol
Para NaOH 15mL ( 1L/1000 mL)= 0.015 L Para el CH3COOH 0.025 L = 25mL CH3COOH = 0.025L (0.1 mol/L) = 0.0025 mol de CH3COOH
b) 25ml de NaOH CH3OOH
CH3OO-
2.5 mol
2.5 mol
25 mL NaOH
Na+
+
+
H+ 2.5 mol
OH-
Para NaOH 25mL ( 1L/1000 mL)= 0.025 L Para el CH3COOH 0.025 L = 25mL CH3COOH = 0.025L (0.1 mol/L) = 0.0025 mol de CH3COOH H+
+
OH
nH2O =
H2O 0.0025 mol OH
x 1 mol H2O/ 1mol OH
= 2.5 x10-3 mol H2O
c) 30 ml de NaOH. CH3OOH
CH3OO-
2.5 mol
2.5 mol
30 mL NaOH
Na+
0.0030 mol
0.0015 mol
+
+
H+ 2.5 mol
OH0.0015 mol
Para NaOH 30 mL ( 1L/1000 mL)= 0.030 L Para el CH3COOH 0.025 L = 25mL CH3COOH = 0.025L (0.1 mol/L) = 0.0025 mol de CH3COOH H+
+
OH
nH2O =
H2O 0.0030 mol OH
x 1 mol H2O/ 1mol OH
= 3 x10-3 mol H2O
4. Balancee la siguiente ecuación química, usando el método del ion electrón,
F e 3 +
+
1
e -
)
Suma:
8 H+ + MnO4- + 5 Fe 2+ Mn2+ + 5 Fe3+ + 4 H 2O
5. Mencione las distintas técnicas usadas en las valoraciones redox. Y en que consiste cada una de ellas: Permanganometria: El permanganato de potasio, poderoso agente de oxidante, es quizás el más utilizado de todos los reactivos oxidantes patrones. El color de la solución de permanganato es tan intenso que puede servir de indicador en la mayoría de las valoraciones. Se puede disponer del reactivo a un precio moderado. Los inconvenientes del uso de soluciones de permanganato se refieren a su tendencia a oxidar al ion cloruro lo que puede excluir su uso con solución de ácido clorhídrico y a su relativamente limitada estabilidad. Cerimetria. Las soluciones de cerio (IV) en medio ácido sulfúrico son oxidantes casi tan efectivos como las de permanganato de potasio y pueden sustituirse a estas en muchas aplicaciones. Las soluciones de cerio (IV) ofrecen ventajas tales como la estabilidad indefinida, la falta de reactividad frente al ion cloruro que permite su uso con ácido clorhídrico y la simplicidad de su semireacción, pues el cerio (III) es el único producto que puede formarse. Dicromatometria: En sus aplicaciones analíticas el ion dicromato se reduce a cromato (III): Cr2O7 2− + 14H+ + 6e− ↔ 2Cr3+ + 7H2O E o = 1.33 V Las soluciones de dicromato
de potasio son estables indefinidamente, pueden someterse a ebullición sin descomponerse y no reaccionan con el ácido clorhídrico. Además, se puede disponer del producto con un elevado grado de pureza y bajo costo. Las desventajas del dicromato de potasio comparado con el cerio (IV) y el ion permanganato son, su menor potencial de electrodo y la lentitud de su reacción con ciertos agentes reductores. Lodimetria: Muchos métodos volumétricos se basan en la siguiente semireacción: I3 − + 2e− ↔ 3I− E o = 0.536 V Tales métodos se agrupan en dos categorías. La primera implica
el uso de una solución patrón de triyoduro para valorar los analitos fácilmente oxidables. Estos métodos directos o yodimétricos tienen un campo de aplicación limitado porque el yodo es un agente oxidante relativamente débil. No obstante, en ocasiones, su bajo potencial de electrodo puede resultar ventajoso por que confiere un grado de selectividad frente a los agentes reductores fuertes. Otra ventaja es la disponibilidad de un indicador sensible y reversible para estas valoraciones. Lamentablemente las soluciones de triyoduro carecen de estabilidad y deben normalizarse periódicamente. Lodometria: Los métodos indirectos o yodométricos utilizan una solución patrón de tiosulfato de sodio para valorar el yodo liberado en la reacción de un analito oxidante con un exceso de yoduro de potasio. El ion yoduro que es un agente reductor moderado, se
usa mucho en el análisis de oxidantes. En estos casos el yodo liberado en la reacción entre el analito y el exceso de yoduro de potasio se valora generalmente con solución patrón de tiosulfato de sodio.
