Universidad del Valle Tecnología Química III Semestre
VOLUMETRIA OXIDO-REDUCCION PERMANGANOMETRIA Determinación de hierro en un suplemento mineral. Universidad del Valle, facultad de ciencias naturales y exactas, Departamento de química, Cali, Colombia.
RESUMEN
En la práctica se determino el porcentaje de hierro expresadas en % (P/P) de una tableta de suplemento mineral, donde para la cuantificación se realizaron reacciones redox utilizando como agente oxidante el permanganato de potasio (KMnO 4), en el que primero primero se prepararon 100.00 mL mL de la solución problema problema mediante la digestión digestión de una tableta por medio medio del acido sulfúrico 1 M , luego se tomaron 4 alícuotas de 10.00 mL , las cuales fueron tituladas con una solución estandarizada de KMnO 4 hasta que la coloración rosa se mantuvo aproximadamente por 15 segundos; de lo cual se obtuvo como resultado promedio promedio : 15.1 % p/p Fe, con un porcentaje porcentaje de error del -3.51 %. y un intervalo de confianza de
_______________________________________ _____________________ ______________________________________ ________________________________________ ______________________________________ ____________________ DATOS, CALCULOS Y RESULTADOS. DATOS.
Inicialmente se preparó 50.00 mL de la solución titulante de KMnO4 0.02 M y se estandarizo con una solución de oxalato de sodio Na 2C2O4, en la tabla Nº 1 se muestra la cantidad de oxalato de sodio y permanganato de potasio consumidos.. Tabla Nº 1 Estandarización del AEDT Gramos de Na2C2O4 ( g ± 0.0001)
Volumen KMnO4 (mL ± 0.01)
0.0204
2.60
En la tabla 2 se muestran los valores específicos de la tableta vitamínica utilizados para hallar el porcentaje de hierro real de esta y su peso después de ser macerada.
Tabla Nº 2. Peso de la muestra de suplemento del hierro. Sulfato ferroso (FeSO4)
Tableta normal (g± 0.0001)
Tableta macerada (g± 0.0001)
Masa de la tableta
0.4885
0.4697
contenido en la tableta
0.2000
En la tabla Nº 3 se reportan los volúmenes tomados de cada alícuota para la determinación cuantitativa de hierro en un suplemento mineral y los volúmenes de KMnO 4 necesarios para la valoración de dichas muestras.
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Tabla Nº 3. Valoración de las muestras. Muestra
Volumen de muestra (mL ± 0.01)
Volumen de KMnO4 (mL ± 0.01)
1
10.00
1.20
2
10.00
1.00
3
10.00
1.10
4
10.00
1.05 CÁLCULOS.
Molaridad experimental del KMnO 4 Según las siguientes reacciones. 2MnO4-
Na2C2O4 + H2SO4 → H2C2O4+Na2SO4 + 5H2C2O4- + 6H+ → 2Mn2+ + 10CO2 + 8H2O
Se realizan los cálculos para conocer la concentración del permanganato de potasio con una relación de 2/5 :
Porcentaje de hierro en el suplemento vitamínico Para la determinación del porcentaje del hierro se trabajo con la reacción siguiente:
MnO4- + 5Fe2+ + 8H+
Mn2+ + 4H2O
Muestra Nº 1.
Muestra Nº 2.
Muestra Nº 3.
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Muestra Nº 4.
Tabla Nº 3. Resultados. Muestra
V de valoración (mL ± 0.01)
% p/p Fe
1
1.20
16.7
2
1.00
13.9
3
1.10
15.3
4
1.05
14.6
1.09
15.1
Contenido de FeSO4 en una tableta mineral 0.2000 g.
El porcentaje promedio de las cuatro alícuotas es 15.1 % Fe por lo tanto el porcentaje de error se reporta por la siguiente ecuación.
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Universidad del Valle Tecnología Química III Semestre RESULTADOS.
Con los contenidos hallados en la determinación de la dureza total y el contenido de en la determinación debida al calcio, con las operaciones básicas se lleva a cavo una diferencia para determinar la dureza debida al magnesio (Mg). En la tabla Nº 4 se reporta la dureza del agua debida al calcio, debida al magnesio y su dureza total. Tabla Nº 4. Resultados Muestra
Dureza debida al calcio mg/L
Debida al magnesio mg/L
Dureza total mg/L
muestra
muestra
muestra
1
32.4
14.3
46.6
2
32.6
14.0
46.6
3
32.4
13.8
46.1
32.5
14.0
46.4
.
Con los datos de las determinaciones a nivel grupal se reportan en la tabla Nº 5 los mg/L de muestra de la dureza del agua debida al calcio, debida al magnesio y total, con sus respectivos promedios para cada una. Tabla Nº5 Mg/L de cada muestra presentes de cada grupo.
La dureza del agua se define como la suma de las concentraciones de calcio y magnesio, expresadas como CaCO 3en mg/L. El rango de dureza varía entre 0 y cientos de mg/L, dependiendo de la fuente de agua y el tratamiento a que haya sido sometida, en la tabla Nº 6 se reportan los niveles de dureza del agua según la OMS (organización mundial de la salud). Tabla Nº 6. Dureza del agua como CaCO3. Interpretación
Tipo
0-75 75-150 150-300
agua suave agua poco dura agua dura agua muy dura
> 300
Coeficiente de variación % RSD =
x 100
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Universidad del Valle Tecnología Química III Semestre % RSD Ca =
x 100 = 3.17
% RSD Mg =
x 100 = 27.2
% RSD total=
x 100 = 9.25
Intervalo de confianza. T crítica al 95 % equivale a 4.30.
√
√ √
√
Calculo de t para la dureza:
(̅ ) Valores reales o aceptados [4] ( DCa= 40 ,DMg=20,Dureza total =60)
( ) || = 14.92
Ho= difiere significativamente ANALISIS Y DISUSION DE LOS RESULTADOS Esta práctica tiene como propósito la preparación y estandarización de una solución de la sal disódica del acido etilendiaminotetracético, Na2-AEDT, aplicando con esta la volumetría con AEDT en la cuantificación del Ca y Mg en cada una de las muestras, determinando la dureza del agua natural, la dureza debida al calcio y al magnesio por lo que se debe aclarar que al agua utilizada no se le realizo tratamiento ya que esta provenía del acueducto de la universidad; la cual es previamente tratada para el consumo humano. Para la determinación de la dureza total del agua se tomaron tres alícuotas de agua de 200.0 mL cada una, donde se adicionaron 5.00 mL de solución tampón y un poco de indicador de eriocromo T, por consiguiente se valoraron estas soluciones con AEDT (agente antagonista ampliamente usado en la química analítica porque se puede determinar prácticamente todos los elementos de la tabla periódica, ya sea por medio de titulaciones directas o indirectas de reacciones). [1] De manera símil se realizo la dureza debida al calcio pero esta vez se tomo 10.00 mL de NaOH 2M, con un poco de indicador murexida y se procedió a valorar con AEDT.
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Universidad del Valle Tecnología Química III Semestre Para la determinación de la dureza debida al magnesio se llevo a cabo La diferencia entre la dureza total y la dureza cálcica (expresada ambas como mg/L de CaCO3), lo que nos da directamente la dureza magnésica. Al analizar la dureza del agua obtenida en la práctica, con la ayuda de los estándares registrados, Se tiene que para nuestro laboratorio el agua de la universidad se clasifica como agua suave por encontrarse en el intervalo 0-75mg/L, reportando una dureza total del 46.4 mg/L, con unos índices de Ca del 32.5 mg/L y Mg de 14.0 mg/L, encontrando de esta forma un error aleatorio que fue el no comprobar el viraje del indicador agregando un exceso de una o dos gotas del valorante como lo indicaba la guía, lo cual condujo a que los volúmenes consumidos de AEDT fueran menores en las estandarizaciones, otro error que tuvimos fue la preparación de la solución de NaOH de la que se debía pesar 8.0 g para 100.00 mL 2M y se pesaron tan solo 0.8 g del mismo quedando asi una solución muy diluida, clasificando este como un error aleatorio. da una buena descripción del asunto, e inversamente a la OMS, da algunas recomendaciones para los niveles máximos y mínimos el calcio (40-80 mg/L) y el magnesio (20-30 mg/L) en agua potable, por lo cual tenemos que el contenido de Ca y del Mg fueron menores que los rangos recomendados. Una revisión posterior por František Kožíšek, M.D., Ph.D. Instituto nacional de la salud pública
[4],
Para los datos estadísticos grupales tenemos que la dureza total promedio registrada fue 50.8 mg/L clasificándose esta como un tipo de agua suave, con un contenido de Ca de 31.4 mg/L y de igual manera 19.4 mg/L de contenido en Mg, para la t de studen del Ca se tiene que difiere significativamente de los valores teóricos, al igual que la dureza total del agua rechazando por completo la hipótesis nula evidenciando así errores sistemáticos de los cuales se encuentra que hubo un exceso en la concentración del AEDT por lo cual las cantidades encontradas fueron menores a las esperadas debido a que entre mas alto el volumen que se gasta de dicha solución es menor la cantidad calculada de CaCO3, mientras que el contenido determinado para el Mg no difiere significativamente es decir se acepta la hipótesis nula, proporcionando que el método usado fue muy preciso del que no se obtuvieron errores sistemáticos y errores aleatorios muy insignificantes.
CONCLUSIONES
La dureza del agua se caracteriza por el contenido de calcio y de magnesio Para determinar calcio o magnesio de esta forma se debe trabajar en un PH ligeramente básico. El contenido de magnesio no se puede calcular directamente para esto primero se procede a calcular el contenido total y se le resta el contenido de calcio. Las soluciones AEDT son validas para la determinación de los metales calcio y magnesio ya que reacciona con todos ellos. Se denomina dureza de agua a la cantidad de sales de calcio y magnesio disueltas en una muestra de agua, expresadas en p.p.m. (partes por millón), expresadas mg/L de CaCO3. la muestra de agua es levemente dura (suave).
ANEXOS
¿qué es un indicador metalocromico? Es un colorante orgánico utilizado en las valoraciones de acomplejacion, para determinar o establecer el punto final de titulaciones de iones metálicos con AEDT debido a que ese indicador puede ser una base o un acido se caracteriza por formar complejos estables con cationes como el calcio y el magnesio de distinto color que presenta el indicador libre. [2]
¿Cuál es la estructura del complejo de Mg-AEDT?
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Las estructuras de los indicadores y del complejo Mg-AEDT se muestran en las figuras 1,2 y 3.
Figura1. Estructura molecular del complejo Mg-AEDT
¿Por qué se adiciona MgCl 2 – 6H2O en la preparación del AEDT? La solución de AEDT se le adiciona MgCl 2.6H2O para formar un complejo Mg-AEDT de pH neutro desde el punto complexo métrico y así crear la acción indicadora de los iones de calcio y magnesio presentes en la solución AEDT.
¿Por qué se debe emplear la solución reguladora de pH 10 durante la determinación de la dureza del agua? Para mantener la estabilidad de los complejos formados, para poder precipitar el CaCO3 o el Mg (OH)2, además Porque el indicador cambia de color a pH elevado, obteniéndose In -³ de color naranja. [6],
¿Porque se deben cambiar los pH de las soluciones patrón y problema mediante el empleo de solución de NaOH 2.0 M durante los procesos de estandarización de la solución de AEDT y de la determinación de la dureza del calcio debidamente? Se deben establecer o cambiar los pH en un punto específico (mayor o igual a 10) con una solución amortiguadora, para que no interfieran iones diferentes a los del estudio al titular con EDTA. El calcio y el magnesio son ambos acomplejados por el EDTA a pH 10; la determinación de la dureza debida únicamente al calcio se hace a pH elevado (12-13), en este rango de pH, el magnesio precipita como Mg (OH)2 y no interviene en la reacción; además el indicador utilizado para esta determinación solo se combina con el calcio. Ácido Etilen Diamino Tetracético ( E.D.T.A. ), también llamado Ácido Etilen Di nitrilo Tetracético, o simplemente E.D.T.A, es el titulante complejométrico más versátil. En su forma completamente protonada tiene la siguiente estructura: HOOC-CH2 CH2 -COOH N -CH2 - CH2-N HOOC-CH2 CH2 –COOH La molécula de E.D.T.A. tiene seis sitios potenciales para formar un enlace con un ion metálico: los cuatro grupos carboxilo y los dos grupos amino, cada uno de estos últimos con un par de electrones no compartidos.
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Universidad del Valle Tecnología Química III Semestre Las soluciones de E.D.T.A. son especialmente valiosas como titulantes porque este reactivo se combina con los iones metálicos en una proporción 1: 1 independiente de la carga del catión. El negro de ericromo T, también conocido como NET, es un indicador de iones metálicos, muy utilizado para titular diversos cationes comunes, comportándose como un ácido débil. Los complejos metálicos del NET frecuentemente son rojos en un rango de PH entre 4 a 12, cuando está libre en solución en un rango de PH menor a 10 su color es rosado, a PH igual a 10 es de color azul.
¿ilustrar las estructuras de los indicadores murexida, y de eriocromo e indicar de que manera interactúan con las soluciones de la práctica para ejercer su acción como indicadores?
Estructura molecular del Negro de Eriocromo T
[3] Este colorante es triprótico y existe inicialmente como anión divalente de color azul HIn -2 a pH 10. A la muestra se le adiciona solución buffer de pH 10 +0.1, para mantener la estabilidad de los complejos formados; no puede incrementarse el pH de este valor, por cuanto precipitan el CaCO3 o el Mg(OH)2, además porque el indicador cambia de color a pH elevado, obteniéndose In -³ de color naranja. +2 +2 +2 La reacción del indicador con los iones M (Ca + Mg ) presentes en la solución que se valora es del siguiente tipo: M+2 + HIn-2
Metal * indicador -1 + H+
Color azul
Color rojo
Estructura molecular del indicador Murexida
[3] El indicador murexida se emplea para determinar la dureza debida al Ca+2, vira de rojo claro (cuando forma el complejo con el Ca+2) a violeta (cuando está libre).
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BIBLIOGRAFÍA O REFERENCIAS [1]Harris D. Análisis Químico Cuantitativo. Quinta edición. Grupo Editorial Americano 1999. Pág. 259-277 [2] http://www.uam.es/personal_pdi/ciencias/lhh345a/Valoracionescomplejos2.pdf [3] http://www.uv.es/fqlabo/quimicos/GRADO/LQII/Practicas%20castellano%20LQII/Sesion9_DUREZA_AGUA.pdf [4] http://es.wikipedia.org/wiki/Dureza_del_agua. [5] http://arturobola.tripod.com/dureza.htm [6] http://www.fisicanet.com.ar/quimica/aguas/lb01_agua_dureza.php
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