UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL FRANCISCO DE MIRANDA AREA TECNOLOGIA COMPLEJO ACADEMICO EL SABINO DEPARTAMENTO DE QUIMICA UNIDAD CURRICULAR: LABORATORIO DE QUIMICA ANALITICA
INDUCCIÓN AL LABORATORIO DE QUÍMICA ANALÍTICA
Realizado por: Ing. Débora Duno Ing. Edgar Loaiza
Última Revisión: Ing. Danibett Ramírez
Punto Fijo, Octubre de 2011
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INDUCCIÓN AL LABORATORIO DE QUÍMICA ANALÍTICA
INTRODUCCIÓN El Ingeniero Químico es un profesional capacitado para concebir, mejorar e integrar procesos en la industria química con el propósito de optimizar los mismos. Efectivamente, su función se hace cada día más importante, ya que la industria en todos sus matices y para el logro de sus fines, ha intensificado sus esfuerzos para mejorar los procesos y rediseñar sus plantas a fin de reducir los costos de producción. El área de Química Analítica suministra a al estudiante una serie de conocimientos, habilidades y técnicas que le permitirán enfrentarse a la realidad industrial durante la optimización de los procesos y plantas industriales, permitiendo el diagnóstico del problema y su posible solución a través de la correcta interpretación de los análisis de laboratorio practicados a las corrientes de entrada y salida del proceso. Dichos conocimientos, habilidades y técnicas son adquiridas a través de la realización de prácticas en el laboratorio de Química Analítica. I.Trabajo de laboratorio Las sesiones de laboratorio se desarrollarán comenzando con una presentación. Esta presentación consiste en una exposición oral y escrita de los fundamentos teóricos, objetivos y procedimiento de la práctica, así mismo se explicarán las reacciones químicas que tengan lugar durante el trabajo práctico, las precauciones que deben tenerse durante el trabajo de laboratorio y la forma en que se debe realizar los cálculos para obtener los resultados de cada experimento. Esta presentación será realizada por un integrante de cada equipo de trabajo quien debe aportar los conocimientos encontrados durante la investigación realizada como parte de su preparación a la sesión de laboratorio. Una vez finalizada la presentación por cada equipo de laboratorio, el docente reforzara la información suministrada y luego se comienza el desarrollo del trabajo experimental siguiendo las instrucciones de la guía práctica y en grupos conformados en proporción a la cantidad de estudiantes que asisten al laboratorio. El material o equipo de laboratorio que sea dañado parcial o totalmente durante el desarrollo de una práctica debe ser repuesto por el estudiante responsable del daño.
II. PROGRAMACIÓN DE PRÁCTICAS. MÉTODO GENERAL
MÉTODO ESPECIFICO
NOMBRE DE LA PRACTICA
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Introducción al laboratorio. Plan evaluación. Evaluación de datos analíticos. Formación grupos de laboratorio.
GRAVIMÉTRICO
MÉTODO DIRECTO
1. Determinación de sulfatos por gravimetría.
VOLUMÉTRICO
SEMANA 2 Toda la sección 3-4 3. (GA) 4. (GB) 5-6 5. (GA). 6. (GB)
MÉTODO DE VALORACIÓN DE NEUTRALIZACIÓN
2. Determinación de Acidez acética
MÉTODO DE VALORACIÓN DE PRECIPITACIÓN
3. Determinación de cloruros por el método de Mohr.
7-8 7. (GA) 8. (GB)
MÉTODO DE VALORACIÓN COMPLEXONOMETRICA
4. Determinación de dureza en aguas.
9-10 9. (GA) 10. (GB)
MÉTODO DE VALORACIÓN OXIDO REDUCCIÓN
5. Determinación de cloro activo
11-12 11. (GA) 12. (GB)
III. PLAN DE EVALUACIÓN 1. 2. 3. 4.
Presentación Prueba corta (Post – Laboratorio). Informe o Reporte. Apreciación
20% 35% 35% 10%
Presentación Esta presentación consiste en una exposición oral y escrita de: Los fundamentos teóricos. Objetivos y procedimiento de la práctica. Reacciones químicas que tengan lugar durante el trabajo práctico y las precauciones que deben tenerse durante el trabajo de laboratorio. La forma en que se debe realizar los cálculos para obtener los resultados de cada experimento. Cada equipo de laboratorio debe preparar todos los puntos antes mencionados, debido a que solo el día de la práctica conocerá cual punto le corresponde explicar, así como, cual de los integrantes deberá realizar la presentación. La calificación del equipo dependerá de la preparación que tenga el correspondiente integrante.
Prueba corta. Post – laboratorio. Son pruebas cortas individuales que se realizarán una vez finalizada la sesión práctica. Tendrán un tiempo de duración máximo de 15 minutos.
Apreciación
La apreciación es una evaluación de la actitud del estudiante durante el desarrollo de las actividades dentro del laboratorio en la sesión práctica y comprende la puntualidad y disponibilidad para el trabajo, habilidades y destrezas en el uso de técnicas e instrumentos, cumplimiento con normas e implementos de seguridad, seguimiento de instrucciones y procedimientos, orden y limpieza en el área de trabajo. Tiene carácter colectivo y el estudiante puede perder esta nota si daña irreversiblemente el experimento durante el desarrollo de una práctica. Informe o Reporte Los informes son trabajos desarrollados con el fin de presentar los resultados y conclusiones de cada práctica. No se debe considerar como un documento presentado con el solo fin de que el profesor juzgue un trabajo, sino como un texto que muestre que se ha ganado la habilidad de comunicar por escrito ideas y resultados de un trabajo, por lo que a este nivel son un buen entrenamiento para mejorar la capacidad de redactar documentos científicos. Se debe entregar de 3 a 4 días máximo a la ejecución de las prácticas, uno por cada equipo de trabajo. Para garantizar la claridad y precisión del contenido de los informes se deberán tener en cuenta los siguientes criterios: a) Deben ser concisos sin perjudicar la claridad de la información presentada. Se debe redactar de forma organizada y comprensible por cualquier persona familiarizada con el tema. b) Se presentaran por escrito procurando la mejor redacción y ortografía, los manuscritos deberán cuidar la calidad de la caligrafía y la limpieza del trabajo. c) Todos los datos y resultados deben ir acompañados de las unidades. d) Las expresiones matemáticas deben ir acompañadas del significado de los símbolos en ellas contenidos. e) Se debe indicar el origen o fuente de los datos y la información presentada (diferente a los obtenidos en el laboratorio). f) Las tablas, gráficos y figuras deben ser enumerados e identificados con un titulo. g) La evaluación se hará de acuerdo a los siguientes criterios:
INDICADOR
1. Presentación: puntualidad en la entrega y calidad del trabajo (secuencia lógica, ortografía, uso adecuado de citas y referencias) 2. Resumen e introducción: síntesis y redacción clara. 3. Presentación y procesamiento de datos experimentales: orden y coherencia, precisión de los datos 4. Presentación y procesamiento de resultados experimentales: orden y coherencia, precisión de los datos 5. Análisis e interpretación de resultados: claridad y pertinencia, profundidad de análisis 6. Conclusiones: concreción y coherencia 7. Apéndice: Precisión de cálculos y anexos.
PONDERACIÓN 2 2 2 2 6 2 4 Total 20 ₧
Ver guía para la elaboración de informes IV. REGLAS DE HIGIENE Y SEGURIDAD EN LABORATORIOS QUÍMICOS. Las Reglas Generales de Higiene y Seguridad en Laboratorios Químicos son un conjunto de medidas preventivas frente a los riesgos inherentes a las actividades que en estos espacios se realizan para proteger la salud del personal, evitar accidentes y contaminación tanto del área de trabajo como en el medio ambiente. Estas medidas son prácticas de sentido común que deben incorporarse a la rutina diaria, donde el elemento clave es, la actitud proactiva hacia la seguridad y la información que permita reconocer y combatir los riesgos presentes en el laboratorio, combinada con la realización metódica de cada técnica pues, ninguna medida puede sustituir el orden y el cuidado con el que se trabaja. 1. Se deberá conocer la ubicación de los elementos de seguridad en el laboratorio, tales como: Salidas de emergencia, extintores de incendio, lavaojos, ducha de emergencia, accionamiento de alarmas, etc. 2. No se permitirá comer, beber, fumar o maquillarse. 3. No se deberán guardar alimentos en el laboratorio, ni en neveras que contengan reactivos químicos puros o sus soluciones. 4. Se deberá utilizar vestimenta apropiada para realizar trabajos de laboratorios y cabello recogido, es decir, se debe usar ropas que cubran la mayor parte de su piel preferentemente algodón y de mangas largas, zapatos cerrados evitando el uso de accesorios colgantes. 5. Es imprescindible mantener el orden y la limpieza. Cada persona es responsable directa de la zona que le ha sido asignada y de todos los lugares comunes. 6. Las manos deben lavarse cuidadosamente después de cualquier manipulación de reactivos químicos y antes de retirarse del laboratorio.
7. Se deberán utilizar guantes apropiados para evitar el contacto con sustancias químicas. Toda persona cuyos guantes se encuentren contaminados no deberá tocar objetos ni superficies tales como: teléfono, lápices, cuadernos, manijas de puertas o gavetas, archivos, etc. 8. No se permitirá pipetear con la boca. 9. No se permitirá correr en los laboratorios. 10. Siempre que sea necesario proteger los ojos y la cara de salpicaduras se utilizara lentes de seguridad y se trabajara bajo campana extractora de gases con el vidrio guillotina bajo. Cuando se utilicen reactivos químicos que desprendan vapores, gases o provoquen proyecciones se debe evitar el uso de lentes de contacto. 11. No se debe bloquear las rutas de escape o pasillos con equipos u otros elementos que restrinjan la libre circulación. 12. Todo material corrosivo, toxico, inflamable, oxidante, explosivo o nocivo deberá estar etiquetado. 13. No se permitirá instalaciones eléctricas precarias o provisorias. Se dará aviso inmediato al Responsable de Laboratorio en caso de filtraciones o goteras que puedan afectar las instalaciones, equipos o provocar incendios por cortocircuitos. 14. Se requerirá el uso de mascarillas descartables cuando exista riesgo de producción de aerosoles (sólidos suspendidos en el aire) o polvos durante las operaciones de pesada de sustancias toxicas. 15. Las practicas que produzcan vapores, gases o humos riesgosos por inhalación deben llevarse a cabo bajo campana y utilizar mascara de gases con filtro de carbón activado. 16. Se deberá verificar la ausencia de gases inflamables antes de encender una fuente de ignición. No se operara con materiales inflamables o solventes sobre llamas directas o cerca de las mismas. Para calentamiento, solo se utilizaran resistencias eléctricas o planchas calentamiento blindadas. Se prestara especial atención al punto de inflamación y autoignición de la sustancia química. 17. El material de laboratorio roto no se depositara con los residuos comunes. Será conveniente ubicarlo en cajas resistentes, envuelto en papel y dentro de bolsas plásticas. El que sea posible reparar se limpiara y guardara para enviar al taller. 18. Será necesario que, cualquier recipiente que hubiera contenido material inflamable y deba ser descartado, sea vaciado totalmente, escurrido, enjuagado con un solvente apropiado y luego con agua varias veces. 19. Esta prohibido descartar líquidos inflamables, tóxicos o corrosivos por los desagües de mesones o piletas. En cualquier caso se deberá seguir los procedimientos establecidos para la gestión de residuos. 20. Al almacenar sustancias químicas se deben clasificaran según sus características de peligrosidad. No se almacenaran juntas aquellas que puedan generar reacciones peligrosas.
Figura 1. Incompatibilidades de almacenamiento de algunos productos químicos peligrosos 21. Los envases deberán colocar de manera segura evitando que puedan caer sobre las personas. Los envases de mayor capacidad deberán estar más cerca del piso. 22. Los cilindros de gases comprimidos o licuados deben asegurarse en posición vertical con pinzas, correas o cadenas a la pared y en sitios de poca circulación, protegidos de la humedad, fuentes de calor y de ser posible en el exterior. 23. Los laboratorios contaran con un botiquín de primeros auxilios con los elementos indispensables para atender casos de emergencia. MANIPULACIÓN DE LOS PRODUCTOS QUÍMICOS Cualquier operación del laboratorio en la que se manipulen productos químicos presenta siempre unos riesgos. Para eliminarlos o reducirlos de manera importante es conveniente, antes de efectuar cualquier operación: • Manipular siempre la cantidad mínima de producto químico • Consultar las etiquetas y las fichas de seguridad de los productos. • Etiquetar adecuadamente los reactivos distribuidos, incluso los trasvasados fuera de sus recipientes, en los que deben reproducirse las etiquetas originales de los productos e indicar la fecha de preparación y a quién pertenece. • Hacer una lectura crítica del procedimiento a seguir. Eliminar los procedimientos inseguros, por ejemplo: trabajo sin campana de gases o manejo manual de recipientes calientes. • Asegurarse de disponer del material adecuado. • No utilizar nunca un equipo o aparato sin conocer perfectamente su funcionamiento. Establecer los procedimientos adecuados para el uso y mantenimiento de los equipos, instalaciones y materiales a utilizar, al menos de los que pueden llevar asociado algún tipo de peligro. • Determinar, a partir de la información obtenida de las fichas de seguridad, la necesidad de utilizar protección colectiva (por ejemplo campana extractora de gases) o individual (por ejemplo guantes o gafas), o disponer de equipos de protección colectiva o de emergencia (duchas y lavaojos de emergencia) y verificar si están disponibles.
• Eliminación de fuentes de ignición con llama en trabajos con líquidos inflamables o disolventes orgánicos. • Antes de comenzar un experimento asegurarse de que los montajes y aparatos están en perfectas condiciones de uso. • Planificar las prácticas con objeto de eliminar o disminuir los posibles riesgos. • Especificar las normas, precauciones, prohibiciones o protecciones necesarias para eliminar o controlar los riesgos. Incluirlas en los guiones de prácticas, indicando la obligatoriedad de seguirlas. CAMPANAS EXTRACTORAS Las campanas extractoras capturan las emisiones generadas por las sustancias químicas peligrosas. En general, es aconsejable realizar todos los experimentos químicos de laboratorio en una campana extractora, ya que aunque se pueda predecir la emisión, siempre se pueden producir sorpresas. Antes de utilizarla, hay que asegurarse de que está conectada y funciona correctamente. Se debe trabajar siempre al menos a 15 cm de la campana. La superficie de trabajo se debe mantener limpia y no se debe utilizar la campana como almacén de productos químicos. MANTENIMIENTO: Comprobar periódicamente el funcionamiento del ventilador, el cumplimiento de los caudales mínimos de aspiración, la velocidad de captación en fachada y su estado general. LAVAOJOS Los lavaojos proporcionan un tratamiento efectivo en el caso de que un producto químico entre en contacto con los ojos. Deben estar claramente señalizados y se debe poder acceder con facilidad. Se deben situar próximos a las duchas ya que los accidentes oculares suelen ir acompañados de lesiones cutáneas. Utilización: El agua no debe aplicarse directamente sobre el globo ocular, sino a la base de la nariz lo que hace más efectivo el lavado de los ojos. Hay que asegurarse de lavar desde la nariz hacia las orejas. Se debe forzar la apertura de los párpados para asegurar el lavado detrás de ellos. Deben lavarse los ojos y párpados durante al menos 15 minutos. MANTENIMIENTO: Las duchas de ojos deben inspeccionarse cada seis meses. Las duchas oculares fijas deben tener cubiertas protectoras. DUCHAS DE SEGURIDAD Las duchas de seguridad proporcionan un tratamiento efectivo cuando se producen salpicaduras o derrames de sustancias químicas sobre la piel o la ropa. Deben estar señalizadas y fácilmente disponibles para todo el personal. Las duchas deben operarse asiendo un anillo o una varilla triangular sujeta a una cadena. Se deben quitar la ropa y zapatos mientras se está debajo de la ducha. Debe proporcionar un flujo de agua continuo que cubra todo el cuerpo. MANTENIMIENTO: Deben inspeccionarse cada seis meses para controlar el caudal, la calidad del agua y el correcto funcionamiento del sistema. DERRAMES DE PRODUCTOS QUÍMICOS PELIGROSOS ACTUACIÓN EN CASO DE VERTIDOS. PROCEDIMIENTOS GENERALES En caso de vertidos de productos líquidos en el laboratorio debe actuarse rápidamente para su neutralización, absorción y eliminación. En función de la actividad del laboratorio y de los productos utilizados se debe disponer de agentes específicos de neutralización para ácidos, bases y disolventes orgánicos. La utilización de los equipos de protección personal se llevará a cabo en función de las características de peligrosidad del producto vertido (consultar con la ficha de datos de seguridad). De manera general se recomienda la utilización de guantes impermeables al producto y gafas de seguridad. Líquidos inflamables
Los vertidos de líquidos inflamables deben absorberse con carbón activo u otros absorbentes específicos que se pueden encontrar comercializados. No emplear nunca aserrín, a causa de su inflamabilidad. Ácidos Los vertidos de ácidos deben absorberse con la máxima rapidez ya que tanto el contacto directo, como los vapores que se generen, pueden causar daño a las personas, instalaciones y equipos. Para su neutralización lo mejor es emplear los absorbentesneutralizadores que se hallan comercializados y que realizan ambas funciones. Caso de no disponer de ellos, se puede neutralizar con bicarbonato sódico. Una vez realizada la neutralización debe lavarse la superficie con abundante agua y detergente. Bases Se emplearán para su neutralización y absorción los productos específicos comercializados. Caso de no disponer de ellos, se neutralizarán con abundante agua a pH ligeramente ácido. Una vez realizada la neutralización debe lavarse la superficie con abundante agua y detergente. Otros líquidos no inflamables ni tóxicos ni corrosivos Los vertidos de otros líquidos no inflamables ni tóxicos ni corrosivos se pueden absorber con aserrín. Actuación en caso de otro tipo de vertidos. De manera general, previa consulta con la ficha de datos de seguridad y no disponiendo de un método específico, se recomienda su absorción con un adsorbente o absorbente de probada eficacia (carbón activo, vermiculita, soluciones acuosas u orgánicas, etc.) y a continuación aplicarle el procedimiento de destrucción recomendado. Proceder a su neutralización directa en aquellos casos en que existan garantías de su efectividad, valorando siempre la posibilidad de generación de gases y vapores tóxicos o inflamables. ELIMINACIÓN. En aquellos casos en que se recoge el producto por absorción, debe procederse a continuación a su eliminación según el procedimiento específico recomendad para ello o bien tratarlo como un residuo a eliminar según el plan establecido en el laboratorio. INVENTARIO DE SUSTANCIAS QUÍMICAS. Se considera necesario que cada laboratorio realice un inventario de las sustancias químicas que utiliza y se recomienda actualizar los inventarios periódicamente, por ejemplo, cada seis meses, para controlar sus existencias y caducidad y mantener las cantidades mínimas imprescindibles. Conviene también realizar un inventario de las sustancias químicas que no se utilizan, indicando la cantidad, para valorar la posibilidad de retirarlas o eliminarlas y evaluar los riesgos asociados a su almacenamiento.
UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL FRANCISCO DE MIRANDA AREA TECNOLOGIA COMPLEJO ACADEMICO EL SABINO DEPARTAMENTO DE QUIMICA QUIMICA ANALITICA
TRATAMIENTO ESTADISTICO DE LOS RESULTADOS
Realizado por: Ing. Yusmery Velásquez Revisado por: Ing. Danibett Ramírez Ing. Mitchell Toyo
PUNTO FIJO, ABRIL 2008
La química analítica se divide en dos ramas principales: - Cualitativa → ¿Qué hay? - Cuantitativa → ¿En qué cantidad? El análisis cualitativo determina que tipo de elementos o grupos químicos se encuentran en la muestra analítica. El análisis cuantitativo se refiere a la determinación de las cantidades de los mismos en la muestra. La sustancia determinada comúnmente se denomina analito, y puede constituir una pequeña o gran parte de la muestra analizada. Si el analito es más del 1% de la muestra, se considera que es un componente principal. Si es del 0.01 al 1% de la muestra, se considera que un componente menor. Por debajo del 0.01% se considera un componente vestigial. 1. Etapas de un análisis químico El Análisis Químico consta de una serie de procedimientos o etapas realizados para solucionar un determinado problema analítico. En la figura se esquematiza este proceso:
Figura Nº1. Etapas del Análisis químico.
En ciertos casos se pueden omitir una o varias de estas etapas. A continuación se describen detalladamente cada una de ellas.
a. Definición del problema Un primer paso que debe preceder al método analítico, es una definición clara del problema analítico, de manera que, el método de trabajo seleccionado dependa de la respuesta a las siguientes cuestiones: a) Intervalo de concentración de trabajo: Puede limitar el número de métodos posibles. A menor concentración más sensible ha de ser el método empleado. b) ¿Qué grado de exactitud se requiere? Es preciso tener en cuenta que el tiempo necesario para llevar a cabo un trabajo, aumenta de forma exponencial con la exigencia de mayor exactitud, así, para mejorar la fiabilidad de un resultado desde, por ejemplo (un 2 % hasta un 0,2 %), el tiempo consumido por el analista puede aumentar en un factor de 100 o más, lo que implica que, el nivel de exactitud exigido, con frecuencia, determina el proceso analítico a seguir. c) ¿Qué otros componentes hay en la muestra? Para elegir un método de determinación de una ó más especies, es necesario saber, que otros compuestos lo acompañan, a fin de identificar ciertas interferencias, es posible que tengamos una muestra a parte de preguntar A y B, es necesario C. d) ¿Qué propiedades físico-químicas tiene la muestra? Se debe considerar el estado físico de la muestra ha determinar. Sí debe homogeneizarse, o si puede alterarse su composición en las condiciones de laboratorio, así como, el tratamiento más adecuado para su disolución sin pérdida de analito. e) ¿Cuántas muestras se analizan? Es un importante criterio en la selección de un método, ya que: - Para un gran número de muestras se puede emplear un tiempo considerable. El costo de estas operaciones se repartirá entre todas las muestras. - Para un número reducido de muestras, será menos costoso un procedimiento más largo y tedioso, que suponga un mínimo de estas operaciones. b. Toma de la muestra para el análisis Muestra: porción pequeña seleccionada para su examen, de una cantidad de material que es mucho mayor. A la hora de recoger la muestra es de especial atención que esta sea representativa de una mucho mayor. Su composición debe reflejar lo mejor posible una porción representativa de todo el material.
La cantidad disponible de un constituyente para un procedimiento analítico elegido, depende tanto del nivel del constituyente como del tamaño de la muestra. Así, según el tamaño
de
la
muestra
sea
macroscópica,
semimacroscópica,
microscópica,
submicroscópica o ultramacroscópica, las cantidades del constituyente se hacen cada vez menores se utilizan técnicas analíticas cada vez más sofisticadas. Método
Peso de muestra (mg)
Volumen de muestra (ml)
Macroanálisis
> 100
> 10
Semimicroanálisis
10 – 100
1 – 10
Microanálisis
1 – 10
0’1 – 1
Ultramicroanálisis
<1
< 0’1
Muestreo: proceso por el cual se obtiene una fracción representativa siendo a menudo esta etapa la más difícil de todo el procedimiento analítico, y la que limita la exactitud de todo el procedimiento. c. Preparación de Materiales. La palabra reactivo se refiere a la sustancia o mezcla química usada para un propósito determinado en un procedimiento de análisis. En la mayoría de laboratorios lo normal es emplear reactivos de grado analítico, reactivos de gran pureza en los que el nivel de -2
-4
impureza es muy bajo, variando entre (10 - 10 )%, ya que la presencia de impurezas puede tener efectos serios en el análisis. Sin embargo, es más importante preocuparse del ingrediente activo utilizado, es decir, la riqueza de un patrón determinado en la sustancia activa. d. Tratamiento de la Muestra Antes de llevar a cabo el análisis es necesario homogeneizar la muestra bruta1 si se trata de un líquido, un polvo fino o una suspensión puede ser suficientemente homogénea para obtener de ella una muestra de laboratorio. En el caso de los sólidos, deben pulverizarse, calcinarse para eliminar el agua absorbida y disolverse en reactivos adecuados, por lo general ácidos inorgánicos tales como: HNO3, HCl, etc. 1
Muestra Bruta: se obtiene del lote para análisis o almacenamiento. Suele seleccionarse de modo que sea representativa del lote y su elección es crítica para realizar un análisis válido. De la muestra bruta se toma una muestra de laboratorio.
Los metales presentes deben eliminarse disolviéndose con amoníaco y calor y, la materia orgánica en ocasiones debe destruirse para liberar los elementos inorgánicos y analizarlos, mediante la mineralización. e. Eliminación de Interferencias
En el análisis químico, la muestra muchas veces contiene especies que pueden interferir en la determinación de los analitos de interés, bien porque producen una señal indistinguible del analito o bien porque la atenúan, siendo preciso eliminarlas. Pocas técnicas analíticas están libres de interferencias, por lo que, una etapa importante en la mayoría de estos análisis es su eliminación. La eliminación de interferencias, puede llevarse a cabo de dos maneras: Químicamente: usando agentes enmascarantes (sustancia que reacciona con el interferente para formar una especie que ya no intensifica la señal del analito). Se consigue mediante un ajuste pH, un cambio en el estado de oxidación. Físicamente: separándolas previamente a la determinación. Se realiza mediante precipitación, extracción, cromatografía o destilación.
f. Adquisición de los datos o medida.
La parte de la medida en general significa la determinación propiamente dicha. La medida dará lugar a la cantidad precisa del constituyente buscado en la muestra. Por ello constituye el núcleo fundamental de un análisis. La elección del método se hace entre una amplia variedad de técnicas posibles. Las categorías principales de determinaciones analíticas son las siguientes:
1.) Determinación gravimétrica: Se convierte el constituyente en una forma que se puede pesar con precisión.
2.) Determinación volumétrica: Se hace reaccionar el constituyente en una razón estequiométrica conocida y precisa, con un reactivo estandarizado.
3.) Determinación espectroscópica: Se somete el constituyente a la absorción o emisión de radiación electromagnética.
4.) Determinación electroquímica: El constituyente afecta al equilibrio redox en un electrodo adecuado, aquí se realizan medidas de magnitudes eléctricas como Voltios, Amperios, Capacidades, Resistencias, etc. 5.) Determinación cromatográfica: Se separa el constituyente mediante el paso a través de una columna y se caracteriza mediante un detector.
De todos estos métodos, tenemos métodos volumétricos y gravimétricos entre los clásicos, y espectroscópicos, electroquímicos y cromatográficos entre los instrumentales.
g. Interpretación y Conclusiones En la interpretación de datos analíticos, debemos distinguir dos aspectos:
El primero se refiere a la confiabilidad de las mediciones, y por tanto al nivel de confianza en los resultados, es decir, como de bien se produjo todo el proceso cualitativo. El segundo es la aplicación de los datos confiables a la resolución del problema, por ejemplo, podemos deducir valores confiables de los resultados obtenidos para los niveles de cloruros de agua. Sin una interpretación y unas conclusiones, el análisis químico no debería realizarse, pues solo constituiría una mera recolección de datos y una pérdida de tiempo valioso. Por otro lado, la interpretación de los resultados obtenidos en los métodos analíticos no siempre es sencilla. Debido a que se pueden cometer errores en cualquier medición, el químico analítico debe considerar esta posibilidad al interpretar los resultados. Los métodos estadísticos se emplean comúnmente y son muy útiles para expresar el significado de los datos analíticos.
2. Errores en el análisis químico. En el análisis químico influyen dos tipos de errores: A.- Error aleatorio (o indeterminado): ocasiona que los datos se distribuyan más o menos con simetría alrededor de un valor
Los errores aleatorios, son aquellos que afectan la precisión de una medición.
promedio.
Figura Nº2. Error absoluto en la micro determinación de nitrógeno por el método de Kjeldahl
Se deben a numerosas variables no controlables que son parte inevitable de toda medición física o química. Muchos factores contribuyen al error aleatorio, pero ninguno puede identificarse o medirse con certeza ya que individualmente son tan pequeños que no pueden detectarse. Sin embargo, el efecto acumulativo de cada uno ocasiona que los datos de una serie de mediciones repetidas fluctúen al azar alrededor de la media. En la figura Nº2 se puede observar que la dispersión de los datos de los analistas 1 y 3 y por tanto, el error aleatorio, es sustancialmente menor que en los datos de los analistas 2 y 4. De tal forma, que el error aleatorio en una medición en general se refleja por su grado de precisión.
B.- Error Sistemático (o determinado): Ocasiona que la media de una serie de datos sea distinta del valor aceptado.
Existen tres tipos de errores sistemáticos:
Los que se deben al instrumento de medida: Pueden ser porque tengan pequeños
defectos o por inestabilidad de sus componentes. Todos los aparatos para medir son una fuente potencial de errores sistemáticos. Por ejemplo, las diferencias, en el caso de pipetas, buretas y matraces volumétricos pueden deberse a que el material se use a una temperatura significativamente distinta a la temperatura de calibración, o bien, a una deformación de las paredes de los recipientes por el calentamiento excesivo para secarlos. También pueden haber errores al usar recipientes sucios o mal calibrados por defectos de calibración. Casi todos estos errores se pueden eliminar al calibrar este material.
Los errores del método: El comportamiento físico o químico no ideal de los
reactivos y de las reacciones que se emplean en un análisis con frecuencia introducen errores sistemáticos del método. Este comportamiento no ideal puede deberse a que algunas reacciones sean lentas o que no se completen, a la inestabilidad de algunas especies, a la baja especificidad de gran parte de los reactivos y a las reacciones secundarias que interfiere con el proceso de medición. Por ejemplo, un error muy frecuente en los métodos volumétricos se atribuye a un pequeño exceso de reactivo necesario para el cambio de color del indicador que evidencia el punto final de la reacción.
Los errores personales: En muchas mediciones es necesaria la apreciación
personal. Por ejemplo, al estimar la posición de la aguja entre dos divisiones de la escala, al percibir el color de una solución en el punto final de una titulación o al medir el nivel de un liquido respecto a la graduación de una pipeta o una bureta.
Una fuente universal de error personal es el prejuicio. La mayoría de las persona, independientemente de que tan honestas sean, tienen una tendencia natural de estimar las lecturas de una escala en un sentido tal que se tienda a mejorar la precisión en un conjunto de datos, o bien, se puede retener una idea preconcebida del verdadero valor de la medición, por lo que inconscientemente se hace que los resultados caigan muy cerca de ese valor.
Un tercer tipo de error es el error grueso. A diferencia de los errores determinados e indeterminados, los errores gruesos son esporádicos, suelen ser grandes y pueden hacer que un resultado sea alto o bajo. Estos errores llevan a obtener resultados disparatados, muy distintos de los demás datos del conjunto de mediciones repetidas. Simbología estadística para los datos. Xn (Resultado individual) → Una alicuota X (Media de n resultados) → n alícuotas (n < 30) μ (Media de ∞ resultados) → ∞ alícuotas (n > 30)
3. Parámetros estadísticos: 3.1 Media (X ) Los químicos suelen llevar a cabo un procedimiento analítico completo de dos a cinco porciones de la muestra. Cada uno de los resultados del conjunto de mediciones rara vez son idénticos y se hace necesario tomar “el mejor” valor central del conjunto. El esfuerzo adicional que demanda analizar varias muestras se justifica de dos maneras: primero, el valor central de un conjunto debería ser mas confiable que cualquiera de los resultados individuales y segundo, la dispersión de los datos deberla proporcionar una medida de la incertidumbre asociada al parámetro.
La media o mediana pueden servir como valor central de un conjunto de mediciones requeridas
La media, media aritmética o promedio
son sinónimos para el valor que se obtiene al
dividir la suma de las mediciones repetidas entre el número de mediciones del conjunto.
X
N i 1
Xi
N
Donde Xi= representa los valores individuales de x que integran el conjunto de N mediciones repetidas.
3.2 Mediana La mediana es el valor alrededor del cual se distribuyen los datos repetidos; la mitad de los datos tienen un valor mayor que la media y la otra mitad un valor menor que esta. La mediana de un conjunto impar de datos de puede evaluar directamente. Para un conjunto par de datos se toma el promedio del par central. EJEMPLO Nº1. Calcular la media y la mediana para los siguientes resultados de 6 determinaciones repetidas de hierro en muestras de una solución acuosa de un patrón que contiene 20.00ppm de hierro(II)
19.4 ppm de hierro (II) 19.5 ppm de hierro (II) 19.6 ppm de hierro (II) 19.8 ppm de hierro (II) 20.1 ppm de hierro (II) 20.3 ppm de hierro (II) Solución.
19.4 19.5 19.6 19.8 20.1 20.3 19.78 19.8 ppmFe 6 X= Como el conjunto tiene un número par de mediciones, la mediana es el promedio del par central
Mediana =
19.6 19.8 19.7 ppm 2
En un caso ideal, la media y mediana tienen el mismo valor; pero esto es lo menos frecuente, sobre todo si el número de mediciones del conjunto es pequeño.
3.3 Dispersión o Rango (w) Se define como la diferencia del valor más grande menos el más pequeño.
3.4 Desviación estándar (s) La desviación estándar de la muestra s, esta dada por la ecuación: N
N
( xi x)2 s=
i 1
N 1
di =
2
i 1
N 1
N-1 = numero de grados de libertad. La ecuación se aplica a pequeñas series de datos.
EJEMPLO Nº2. En la determinación repetida del contenido de plomo en una muestra de sangre se obtuvieron los siguientes resultados: 0.752, 0.756, 0.752, 0.751, 0.760 ppm de Pb. Calcular la media y la desviación estándar para esta serie de datos.
Solución: Muestra
Xi
(xi- x )2
1
0.752
4*10-6
2
0.756
4*10-6
3
0.752
4*10-6
4
0.751
9*10-6
5
0.760
3.6*10-5
xi 3.771
x
3.771 0.7542 0.754 ppmPb 5
(xi- x )2 =5.7*10-5
N
( xi x) S=
i 1
N 1
2
=
5.7 *105 0.00377 0.004 ppmPb 4
3.5 Varianza s2 La varianza, es simplemente el cuadrado de la desviación estándar: N
N
( xi x) (di) 2
s2
i 1
N 1
2
i 1
N 1
Obsérvese que la desviación estándar tiene las mismas unidades que los datos, mientras que la varianza tiene las unidades de los datos al cuadrado. 3.6 Coeficiente de variación (CV) Con frecuencia los químicos se refieren a la desviación estándar en términos relativos más que en términos absolutos. La desviación estándar relativa se calcula al dividir la desviación estándar entre la media de la serie de datos. A la desviación estándar relativa multiplicada por 100% se le conoce como coeficiente de variación (CV) CV=
s * 100% x
EJEMPLO Nº3: Para la serie de datos del ejemplo Nº2 calcular a.- la varianza b.- el coeficiente de variación c.- la dispersión o rango Solución: Del ejercicio 2 se tiene
x 0.754ppm de Pb
a.-la varianza
s= 0.0038ppm de Pb
s2= (0.0038)2=1.4*10-5 b.- el coeficiente de variación CV=
0.0038 *100% 0.50% 7.54
c.- Dispersión o rango w= 0.760-0.751= 0.009 3.7 Límites de confianza. En la practica se trabaja con un numero finito de observaciones, y no se conoce µ (media de la población infinita) ni (desviación estándar de la población) , pero si x y s las cuales son solo un estimado de µ y . Ya que estos estimados están sujetos a incertidumbre, lo que se tiene en realidad es una especie de curva de distribución confusa en la cual hay que basarse para hacer cualquier predicción que se desee. Con frecuencia, las limitaciones de tiempo o de cantidad de muestra disponible son barreras que impiden estimar con exactitud. En estos casos con solo una serie de mediciones repetidas debe obtenerse no solo la media, sino también un estimado de la precisión. La desviación s, calculada a partir de un conjunto pequeño de datos puede ser incierta, razón por la cual necesariamente los limites de confianza son mas amplios cuando no se tienen un buen estimado de . Para justificar la variabilidad de s, se utiliza un parámetro estadístico importante, el valor de t t=
x s
t depende del nivel de confianza deseado, pero también depende del numero de grados de libertad con que se calculo s. La tabla Nº1 proporciona valores de t para algunos grados de libertad.
Tabla Nº1. Valores de t para varios niveles de probabilidad Nivel de Probabilidad
Grados de Libertad 80% 90% 95% 99% 99.8% 1
3.08 6.31 12.7 63.7
318
2
1.89 2.92 4.30 9.92
22.3
3
1.64 2.35 3.18 5.84
10.2
4
1.53 2.13 2.78 4.60
7.17
5
1.48 2.02 2.57 4.03
5.89
6
1.44 1.94 2.45 3.71
5.21
7
1.42 1.90 2.36 3.50
4.78
8
1.40 1.86 2.31 3.36
4.50
9
1.38 1.83 2.26 3.25
4.30
10
1.37 1.81 2.23 3.17
4.14
15
1.34 1.75 2.13 2.95
3.73
20
1.32 1.72 2.09 2.84
3.55
30
1.31 1.70 2.04 2.75
3.38
60
1.30 1.67 2.00 2.66
3.23
∞
1.29 1.64 1.96 2.58
3.09
Fuente: Skoog West (2003) Los límites de confianza para la x de N mediciones repetidas se pueden obtener a partir de t por medio de la ecuación
ts LC para µ= x
N
EJEMPLO Nº4 Un químico determino el porcentaje de hierro en un mineral y obtuvo los siguientes resultados
x =15.30; s= 0.10; N= 4 Calcule el 90% de intervalo de confianza de la media De la tabla 1
t= 2.13 para N= 4 µ= 15.30
2.13 * 0.10 4
µ= 15.30 0.11 4. ¿QUÉ ES PRECISION? Este término se utiliza para describir que tan reproducibles son las mediciones, es decir, que tan semejantes son los resultados que se han obtenido exactamente de la misma manera. Por lo general, la precisión de una medición se puede determinar simplemente repitiendo la medición en porciones semejantes de la muestra. Para describir la precisión de un conjunto de datos repetidos se utilizan tres términos la desviación estándar, la varianza, y el coeficiente de variación. Estos términos son una funciona de la desviación de la media, di, o simplemente la desviación, que se define como di = |xi- x | 5. ¿QUE ES EXACTITUD? El termino exactitud indica que tan cercana esta una medición de su valor verdadero o aceptado, y se expresa como error.
Error absoluto (E) El error absoluto de una medición es la diferencia entre el valor medido y el valor verdadero. El signo del error absoluto indica si el valor en cuestión es alto o bajo. Si el resultado de una medición es bajo, su signo es negativo; si el resultado de la medición es alto, el signo es positivo.
El error absoluto E en la medición de una cantidad xi dado por la ecuación E = xi - xt Donde Xt : valor verdadero o aceptado de la cantidad.
EJEMPLO Nº5 Si un analista encuentra 20.44% de hierro en una muestra que en realidad contiene 20.34%. El error absoluto es 20.44 – 20.34 = 0.10% Error Relativo (Er) El error relativo de una medición es el error absoluto dividido entre el valor verdadero. El error relativo se puede expresar en porcentaje, partes por mil o partes por millón, dependiendo de la magnitud del resultado. El error relativo se expresa como
Er=
xi xt *100% xt
6. DIFERENCIA ENTRE PRECISION Y EXACTITUD La exactitud mide la concordancia entre un resultado y su valor verdadero; la precisión mide la concordancia entre varios resultados que se han obtenido de la misma manera. En la siguiente figura se ilustran los términos exactitud y precisión. A veces se pueden tener resultados muy precisos pero poco exactos en otros casos se obtienen resultados exactos pero poco precisos.
Figura Nº3. Diferencia entre Precisión y Exactitud 5. Criterios para rechazar resultados divergentes: 5.1 prueba del cociente Q. Algunas veces, cuando una persona esta realizando una serie de mediciones repetidas, se enfrenta con un resultado que parece estar fuera de grupo, y entonces debe decidir si descarta este resultado para una consideración posterior. Para ello existen varios procedimientos:
El ensayo Q: Es muy fácil de aplicar. La serie debe tener 3 o más resultados La prueba Q se aplica como sigue:
Calcular el rango de los resultados
Encontrar la diferencia entre el resultado sospechoso y su valor mas
Dividir la diferencia obtenida en el paso 2 entre el rango calculado para
cercano
obtener el coeficiente de descartación Q
Consultar una tabla de valores Q. (ver tabla Nº 2)
Si el valor calculado Q es mayor que el valor de la tabla, el resultado se
puede descartar con un 90% de confianza de que en realidad estuvo sujeto a algún factor que no actuó sobre los otros resultados.
Qexp=
xq xn w
Xq = resultado dudoso. Xn= resultado mas próximo al valor dudoso. Tabla Nº 2 Valores Críticos para el cociente de rechazo Q Qcrit (Rechazo si Qexp Qcrit) Número de
90% de
95% de
99 % de
observaciones
confianza
confianza
confianza
3
0.941
0.970
0.994
4
0.765
0.829
0.926
5
0.642
0.710
0.821
6
0.560
0.625
0.740
7
0.507
0.568
0.680
8
0.468
0.526
0.634
9
0.437
0.493
0.598
10
0.412
0.466
0.568
Fuente: Skoog West (2003)
EJEMPLO Nº6 En el análisis de una muestra de calcita se obtienen porcentajes de CaO de 55.95 56.00 56.04 56.08 56.23 El ultimo resultado parece dudoso ¿Debiera retenerse o descartarse? Solución La diferencia entre 56.23 y 56.08 es 0.15 La dispersión es igual a 56.23-55.95= 0.28
Por tanto Qexp=
0.15 0.54 0.28
Para 5 determinaciones Qcrit al 90% de confianza es de 0.64, como 0.54<0.64 Se debe retener este resultado con este nivel de confianza.
REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL “FRANCISCO DE MIRANDA” ÁREA DE TECNOLOGÍA DEPARTAMENTO DE QUÍMICA UNIDAD CURRICULAR: LABORATORIO DE QUÍMICA ANALÍTICA COMPLEJO ACADÉMICO “EL SABINO”
GUIAS PRÁCTICAS DEL LABORATORIO DE QUÍMICA ANALÍTICA I
Realizado por: Ing. Yusmery Velásquez Revisado por: Ing. Danibett Ramírez Ing. Mitchell Toyo
Actualizado por Coordinación Química Analítica Octubre de 2011
CONTENIDO Introducción 1. Seguridad en el Laboratorio 2. Métodos Gravimétricos de Análisis A.- Fundamentos Teóricos B.- Determinación de Sulfatos por Gravimetría 3. Métodos Volumétricos de Análisis A.- Fundamentos Teóricos B.- Determinación de la Acidez Acética en Vinagre C.- Determinación de Cloruros por el Método de Mohr D.- Determinación de Durezas en Aguas E.- Determinación del Contenido de Cloro Activo 4. Bibliografía Consultada
INTRODUCCIÓN
Química Analítica es una unidad curricular del programa de Ingeniería Química de la UNEFM, que se dicta en el quinto semestre de la carrera. Esta asignatura esta integrada por un componente teórico cuya evaluación representa el 75 % de la nota definitiva del alumno y un componente práctico en el que se evalúa el restante 25 %. El componente práctico de la materia se lleva a cabo en el laboratorio de química analítica y esta orientado hacia el análisis químico cuantitativo, desarrollando seis prácticas que complementan los conocimientos adquiridos por el alumno en el componente teórico de la asignatura. Estas prácticas deben ser llevadas a cabo por el alumno siguiendo una guía de laboratorio. En la actualidad estas guías de laboratorio son elaboradas por el profesor que en ese momento, dicte la asignatura limitando su contenido a el procedimiento a seguir en el desarrollo de la práctica.
El objetivo de este trabajo es el de presentar un compendio de prácticas para el laboratorio de química analítica en el que cada método general de análisis es tratado por medio de prácticas de laboratorio diseñadas de acuerdo al contenido del programa instruccional de la asignatura. Por otro lado, se proporciona al alumno información sobre la seguridad en el laboratorio.
En esta perspectiva, el trabajo abarca las técnicas y métodos de investigación que permiten determinar las relaciones cuantitativas en que se encuentran los componentes de una muestra de materia. Siendo la medición principal en una investigación cuantitativa la determinación exacta de la masa de la sustancia de interés. Esta puede lograrse por medio de un instrumento de laboratorio muy preciso, la balanza analítica, o se puede obtener por medio de la medición de volúmenes de soluciones o de gases, las propiedades ópticas, eléctricas, magnéticas y otras propiedades físicas.
Dentro de este orden de ideas, los métodos de análisis cuantitativo pueden ser muy diversos, sin embargo atendiendo a los cambios del diseño instruccional del componente teórico, solo se estudiarán los métodos correspondientes a los análisis clásicos, siendo estos: Gravimétricos y Volumétricos. Cada uno de estos métodos
generales es tratado separadamente en este trabajo desarrollando prácticas de laboratorio.
De esta manera se inicia con ciertas reglas de seguridad en el laboratorio. Seguidamente, se presentan los fundamentos teóricos de los métodos gravimétricos de análisis, y una práctica de determinación de cloruros como muestra típica de estos métodos. Finalmente se presentan cinco prácticas que muestran al alumno las volumetrías de precipitación, volumetrías complexonométricas, volumetrías de oxidoreducción, y las volumetrías ácido-base, complementadas con los fundamentos teóricos de los métodos volumétricos de análisis.
Hoy, la química analítica asume un papel fundamental como herramienta indispensable para el avance de los conocimientos ya que cada investigación experimental depende, en alguna extensión, de los resultados de medidas analíticas. En consecuencia un completo fundamento en química analítica es, por tanto, una necesidad vital para los que aspiran a ser químicos, independientemente del campo de su especialización. No estando limitadas estas observaciones únicamente al campo de la investigación química, debido a que los investigadores virtualmente en todas las ciencias físicas y biológicas están obligados en el curso de sus trabajos a hacer uso de datos analíticos. Los médicos dependen de los resultados de los análisis de fluidos biológicos para elaborar los diagnósticos. La clasificación de un mineral no es completa sin el conocimiento de su composición química. Es difícil imaginar un producto comercial que no haya estado sometido al control analítico o las materias primas utilizadas en su fabricación. Un catalogo como este puede extenderse virtualmente sin limites.
Dentro de este marco, la química analítica constituye una de las herramientas más eficaces que proporciona al profesional de la ingeniería química una serie de conocimientos y técnicas que le permitirán desarrollar su rol en la industria y la investigación. Finalmente, al lado de estas consideraciones prácticas, un estudio de análisis cuantitativo solo será útil en la medida en que se oriente el premio mas alto hacia un trabajo cuidadoso y ordenado con una observación intelectual honesta.
1. SEGURIDAD EN EL LABORATORIO. El manejo de productos químicos y aparatos en el laboratorio de química va unido a numerosos peligros para la salud de las personas que desarrollan sus actividades dentro del mismo. Solamente el conocimiento exacto de estos riesgos, en especial las propiedades de los productos utilizados, permite un trabajo seguro en el laboratorio. La manipulación segura de productos químicos presupone el conocimiento profundo de las propiedades del material y de los posibles peligros que emanan de él. Por ello el experimentador debe informarse antes de cada experiencia de laboratorio y preparar las medidas de seguridad necesarias. Los productos químicos para el laboratorio están previstos exclusivamente para el trabajo en el laboratorio. Por ello se parte de la base que las personas que lo manejan conocen por su formación profesional y experiencia, las medidas de seguridad necesarias en el manejo de productos químicos, sobre todo de material peligroso. Si se tienen en cuenta las indicaciones de las etiquetas sobre riesgos y los consejos de prudencia, se pueden reducir considerablemente los peligros para la salud, dado que generalmente se usan en el laboratorio cantidades pequeñas. Pero como regla general, también los productos químicos sin indicaciones de peligrosidad, deberían manipularse con el mismo cuidado que sustancias peligrosas. I.
Ocho Reglas Importantes de Seguridad.
1. Portar gafas de seguridad y guantes de seguridad en todos los trabajos de laboratorio. 2. Realizar todos los trabajos o gran parte de ellos en una campana extractora de gases, que cumpla con las exigencias de seguridad correspondientes, o si es posible realizar el experimento en lugares bien ventilados. Circunstancialmente usar mascarillas respiratorias. 3. Evitar en todo caso el contacto con piel, ojos y mucosa. 4. Enjuagar salpicaduras sobre la piel inmediatamente y ampliamente con abundante agua fría; Si se trata de sustancias lipofilas, utilizar poliglicol. 5. Sustancias cáusticas en contacto con los ojos: enjuagar ampliamente con ducha especial para ojos. Desplazar bien los párpados y mover los ojos hacia todos los lados. Inmediatamente después buscar tratamiento oftalmológico. Indicar el producto químico en cuestión.
6. En caso de derrame de reactivos sobre la ropa, quitarse inmediatamente la vestimenta que este impregnada con productos químicos. 7. En caso de accidente o malestar buscar siempre asesoramiento médico. Indicando siempre la causa del accidente y también el producto químico. 8. No comer, no beber y no fumar en el laboratorio.
II.
Comportamiento en Casos de Emergencia. 1. Heridas por corte. Las heridas más frecuentes en el laboratorio son heridas por cortes en las manos. Se produce usualmente por varillas de vidrio o tubos de vidrio que se rompen o por aristas en material de vidrio con roturas. En pequeñas heridas de este tipo no es imprescindible la ayuda facultativa. Aquí es suficiente, a menudo, una atención competente con ayuda de un botiquín bien provisto. Medidas:
Retirar con cuidado fragmentos que eventualmente se encuentren todavía en la herida.
Cubrir la herida de forma estéril
Casi todas las hemorragias se pueden cortar con una venda o vendaje compresivo.
Únicamente en caso extremo, ligar de forma competente los miembros.
Si se sospecha una herida de tendones, nervios, o una hemorragia permanente, buscar urgentemente atención medica especializada.
2. Contusiones y Subluxaciones. Las causas usuales para accidentes de este tipo son tropiezos fuertes o torceduras en las escaleras que se producen a menudo por portar un calzado no adecuado o por descuido al caminar. En caso de contusiones y subluxaciones, según el grado de la lesión, se pondrá en posición de reposo y elevada la parte dañada, se refrescará y se buscará atención médica. 3. Quemaduras de la Piel. Las quemaduras de la piel son también frecuentes en el laboratorio. Las heridas cauterizantes, provocadas por lejías, producen a menudo daños más graves que las producidas por ácidos. Por su propiedad de disolver sustancias proteicas, los productos alcalinos conducen rápidamente a destrozos en tejidos más profundos. Las quemaduras se provocan en la mayoría de los casos por falta de protección corporal y por descuidos. Los productos químicos corrosivos (por ejemplo ácidos y lejías), están ya caracterizados en la etiqueta con
las correspondientes indicaciones de riesgos y consejos de seguridad. Con las medidas de precaución apropiadas en el manejo se pueden evitar accidentes. 4. Irritación en los ojos. Los trabajos con productos químicos en el laboratorio y almacén por principio, solo deben realizarse con gafas protectoras. Aquellos productos químicos de los cuales puede partir un peligro serio para los ojos están caracterizados. De ninguna manera se intentara realizar una neutralización en el ojo. Para el enjuague adecuado de los ojos dañados lo mas adecuado es un chorro suave de agua o una ducha especial para ojos que esta conectada a la cañería de agua potable. La medida iniciada de inmediato, de enjuagar los ojos con suficientes cantidades de agua, no se puede recuperar posteriormente con una medida facultativa. Para portadores de lentes de contacto vale igualmente que hay que enjuagar los ojos con suficiente agua. La perdida de los lentes de contacto debe ser aceptada, y, seria menor perdida que una lesión permanente en los ojos causado por un enjuague insuficiente. Lentes de contacto no remplazan gafas protectoras. 5. Quemaduras y Escaldamientos. Heridas de este tipo resultan fácilmente del manejo de líquidos inflamables. Un tipo especial resulta del escaldamiento de partes del cuerpo producidas por líquidos calientes (por ejemplo en retrasos en la ebullición). Medidas:
Parar a la persona con ropa ardiendo y extinguir (ducha de emergencia).
Quitar inmediatamente las ropas impregnadas con líquidos calientes o enfriarlas con agua.
Aquellos productos inflamados o calientes que hayan caído sobre la piel no eliminarlos manualmente.
Introducir inmediatamente en agua fría los miembros dañados, o mantenerlos debajo de agua corriente fría, hasta atenuación del dolor. No utilizar harina, talco, pomadas, aceites, leche,... etc.
Cubrir de forma estéril las quemaduras.
En caso de quemaduras en la cara no cubrir las heridas y no utilizar agua.
6. Intoxicaciones. Las intoxicaciones en el laboratorio o en el almacén son producidas por las siguientes causas:
Por respirar gases, vapores, polvos o aerosoles tóxicos
Por contacto con la piel, por ejemplo, con solventes, con los que se puede producir una resorción de las sustancias toxicas por la piel
Por ingestión, por ejemplo, al pipetear descuidadamente con la boca (prohibido)
Las vías respiratorias, por la influencia de gases, vapores, polvos o también aerosoles irritantes y corrosivos, están muy expuestas. A parte de otros efectos nocivos se presenta el peligro de un edema de pulmón (afluencia de liquido al pulmón). El daño sobrevenido no se reconoce enseguida (tiempo de latencia de hasta 24 horas), por que al principio no se padecen molestias. Por esta razón, después de inhalación, tiene que buscarse imprescindiblemente el consejo y la ayuda del médico. Medidas:
En intoxicaciones orales: provocar vomita ingiriendo solución tibia de sal común (3 a 4 cucharaditas en un vaso de agua) y tocando la pared interior de la garganta (con el dedo en la boca). No se debe provocar vómitos si el intoxicado ha perdido el conocimiento, si está en un estado de obnubilación o si la intoxicación fue provocada por solventes ácidos o lejías. No realizar intentos de neutralización.
En intoxicaciones por inhalación: llevar el intoxicado al aire libre, siempre tomando en cuenta la seguridad propia. En caso de paro respiratorio y/o cardiocirculatorio, realizar reanimación de corazón-pulmón. No administrar jamás líquidos en la boca a personas inconscientes o en estado de obnubilación.
En todas las intoxicaciones, aunque no se produzcan molestias después de las medidas de primeros auxilios, llevar el paciente a la hospital más próximo.
2. MÉTODOS GRAVIMÉTRICOS DE ANÁLISIS A. Fundamentos Teóricos. 1. Definición del Método Gravimétrico o Gravimetría. El Método gravimétrico consiste en determinar la cantidad de un componente presente en una muestra problema por medio de una pesada realizada en una balanza analítica. 1.1. Tipos de Método Gravimétrico.
Directo: Es el procedimiento mediante el cual se mide la masa del analito colocándolo sobre una balanza. Ejemplo: Determinación de sólidos suspendidos en aguas residuales.
En el caso de que el analito sea un ión acuoso disuelto en la solución se convierte químicamente en una forma sólida pesable.
Indirecto: Este método permite medir la cantidad de analito por su cambio en masa debido a la pérdida de ésta. Ejemplo: Determinación de calcio en antiácidos.
El problema de mayor importancia en el análisis gravimétrico es la formación de precipitados puros y que se puedan filtrar. Por ello es elemental el estudio de la precipitación de sustancias. 2. Precipitación. Es el resultado de rebasar el producto de solubilidad de un ión en solución, convirtiéndose éste en un sólido insoluble. En otras palabras, es la formación de una segunda fase dentro de una primera fase. El agente precipitante o reactivo precipitante debería reaccionar específicamente, o al menos selectivamente, con el analito. Son pocos los reactivos específicos que reaccionan con una especie química. Además de especificidad el reactivo precipitante ideal debe dar un producto tal que: 1.
Sea fácilmente filtrable y lavable.
2.
Tenga una solubilidad lo suficientemente baja para que la pérdidas del analito durante
la filtración y el lavado sean despreciables. 3.
No reaccione con componentes atmosféricos.
4.
Tenga una composición conocida después de secar o calcinar.
El precipitado se forma conforme a la ecuación de la reacción química del ión a precipitar con el agente precipitante, por ejemplo, para la determinación de ión sulfato con ión bario:
Pero, ya que no existen reacciones absolutamente irreversibles, cierta parte de los iones a precipitar quedan en la solución. Su cantidad será tanto menor cuanto menos soluble sea el precipitado en cuya composición entran estos iones. De tal forma que, por más baja que sea la solubilidad del precipitado, siempre una parte del ión quedará en solución reduciendo el resultado del análisis. Es posible disminuir estas pérdidas haciendo uso del principio de Le Chatelier, al agregar un exceso del agente precipitante. De acuerdo a este principio, al aumentar la concentración de los iones precipitantes en la solución que se encuentra por encima del precipitado, el equilibrio se desplaza hacia la derecha de la reacción de precipitación, logrando de esta manera la disminución de la concentración del ión a precipitar, reduciendo con ello las pérdidas de precipitado a un nivel aceptable. 3. Condiciones de la Precipitación. En el curso de un análisis gravimétrico es necesario que en la precipitación ocurra una transformación cuantitativa de la sustancia a determinar en un precipitado. Sin embargo, esto puede ser obstaculizado por una serie de factores de los cuales unos pueden causar pérdidas de masa que llevan a resultados reducidos y otros, por el contrario, aumentan la masa del precipitado, llevando a resultados exagerados. La disminución de la masa del precipitado es causada como consecuencia de: a. La reversibilidad de la reacción de precipitación. b. Solubilidad del precipitado. c. Formación de coloide. 4. Determinación de Sulfatos. Desde hace mucho tiempo dentro de los laboratorios se analiza la presencia de sulfatos en aguas y, debido a esto se sabe que el método gravimétrico es una práctica muy precisa y sencilla para dicha experimentación pues determina cuantitativamente el porcentaje en la muestra. En este caso el método gravimétrico se basa en la precipitación de los sulfatos por medio de una solución de Cloruro de Bario (BaCl2) filtrando y desecando la muestra por medio del procedimiento precipitométrico.
Generalidades.
Los sulfatos se encuentran en las aguas naturales en un amplio intervalo de concentraciones. Las aguas de minas y los efluentes industriales contienen grandes cantidades de sulfatos provenientes de la oxidación de la pirita y del uso del ácido sulfúrico. Los estándares para agua potable del servicio de salud pública tienen un límite máximo de 250 ppm de sulfatos. Los límites de concentración, arriba de los cuales se percibe un sabor amargo en el agua son: Para el sulfato de magnesio 400 a 600 ppm y para el sulfato de calcio son 250 a 400 ppm. La presencia de sulfatos es ventajosa en la industria cervecera, ya que la confiere un sabor deseable al producto. En los sistemas de agua para uso doméstico, los sulfatos no producen un incremento en la corrosión de los accesorios metálicos, pero cuando las concentraciones son superiores a 200 ppm, se incrementa la cantidad de plomo disuelto proveniente de las tuberías de plomo.
Interferencias.
En este método las principales interferencias son los sólidos suspendidos, el color, materia orgánica y sílice en exceso de 500 mg/L, las cuales pueden ser eliminadas por filtración antes del análisis de sulfatos, además, materia orgánica que no se puede precipitar.
Principio.
El azufre se determina por conversión de toda la sustancia que contiene azufre en una muestra de peso conocido, a ión sulfato, después de lo que se precipita sulfato bárico, se lava, filtra, seca y pesa. La determinación está basada en la reacción:
El sulfato de bario se clasifica como precipitado cristalino formado por cristales bastante grandes para poder ser filtrados fácilmente. Es deseable alguna coagulación antes de la filtración, pero los cristales son mucho mayores que en un precipitado cuajado, como el cloruro de plata. Los cristales que se obtienen en los métodos de precipitación ordinarios no son formas geométricamente perfectas, pero en general los cristales de sulfatos de bario tienen una estructura característica. El tamaño aparente y la forma de un precipitado cristalino varían al cambiar las condiciones de precipitación.
Completitud de la precipitación.
El sulfato bárico es soluble en agua a temperatura ambiente, sólo en una razón aproximada de 3 mg/L. En la práctica, la solubilidad disminuye marcadamente por la presencia de ión bario en exceso en las aguas madres. El sulfato de bario sólo es un poco más soluble a temperaturas elevadas. Este hecho reviste particular importancia porque permite usar agua caliente para el lavado, con lo cual se elimina mejor las impurezas del precipitado. El sulfato bárico es señaladamente más soluble en medios ácidos que en agua pura.
Pureza del Precipitado.
Los iones de bario forman precipitados insolubles con diversos aniones, los cuales la mayoría de ellos son aniones de ácidos débiles, por lo que sus sales báricas, son solubles en medio ácidos. En soluciones más bien diluidas en ácido, solo un poco de sulfato se pierde como ión bisulfato, pero todos los aniones de ácidos mucho más débiles son eliminados de manera efectiva de la escena de la acción por formación de sus ácidos no disociados. El sulfato de bario precipitado tiene tendencia a retener muchas sustancias extrañas en sus aguas madres y en esto está el principal obstáculo para la determinación muy exacta de ión sulfato. El proceso en virtud del cual una sustancia de otro modo soluble es precipitada con una sustancia insoluble se llama Coprecipitación y son muchas las sustancias que pueden coprecipitar y coprecipitan con sulfato de bario. La influencia de las diversas coprecipitaciones sobre la dirección, positiva o negativa, del error de los resultados es importante porque indica que los errores individuales pueden compensarse mutuamente aun cuando no pueda reprimirse totalmente la coprecipitación. Las cargas negativas de los aniones coprecipitados han de ser compensadas eléctricamente por aniones positivos, y los iones de bario son los cationes más abundantes en el medio en el cual se forma el precipitado. Así, esta coprecipitación es, en realidad, una coprecipitación de BaCl2 o de Ba(NO3)2 juntamente con BaSO4. Como las sustancias coprecipitadas son en si solubles este es manifiestamente un caso de coprecipitación. En cuanto concierne a la determinación de sulfatos, estas sustancias coprecipitadas son simplemente precipitados que se suman para la pesada. Por consiguiente, cuando coprecipitan aniones extraños con sulfato bárico en una determinación gravimétrica de sulfatos, los resultados serán altos.
Ahora resulta evidente un aspecto de los fenómenos de coprecipitación, cuando coprecipitan cationes extraños, los errores tienden a compensarse y por ello los resultados finales pueden ser bastante exactos. El balance de los errores positivos y negativos nunca es perfecto. Algunos aniones coprecipitan mucho más concentración en las aguas madres, y otras varias condiciones de la precipitación influyen también en el grado de coprecipitación. El sulfato de bario ha de ser calcinado a una temperatura de 50°C o más alta para liberarlo de agua. El sulfato de bario es muy estable por encima de esta temperatura y así la operación de calcinación no tiene porque causar descomposición indeseable. Sin embargo, a altas temperaturas el sulfato de bario podría reducirse por carbono, como el procedente del papel filtro.
Se evita por completo esta posible fuente de error si se usa un crisol de porcelana sintetizada para la filtración. Sin embargo, se puede obtener buenos resultados aun con papel filtro si se calcina el papel a la temperatura más baja posible, si el papel no se inflama realmente y si hay libre acceso de aire durante la calcinación. Si es necesario, puede invertirse cualquier ligera descomposición a sulfuro de bario, por enfriamento del precipitado después de la calcinación, adición de una gota de ácido sulfúrico al mismo y calentamiento suave para que se desprenda en forma de humos el ácido sulfúrico no gastado, en la siguiente reacción:
Forma física del precipitado.
El sulfato de bario es un precipitado cristalino, de modo que existe poco riesgo, o no hay ninguno, de que atraviese el medio filtrante. El sulfato de bario exhibe a menudo tendencia a “trepar”, esto es los finos terrones de precipitado sobre la superficie líquida, y en movimiento por ella en virtud de la acción de la tensión superficial, se distribuyen por toda la superficie mojada del recipiente que los contiene e incluso trepan por las paredes del recipiente y sobre ellas si estas superficies están mojadas. Así, las partículas del precipitado pueden trepar por un papel filtro mojado por el lado del embudo de vidrio, si éste está también mojado, y por ende perderse. Esta posible fuente de error puede suprimirse si uno se abstiene de llenar el filtro de papel hasta más de unos 2 cm a contar de la parte superior, y se usa un crisol filtrante y se mantiene la parte superior de éste completamente seca.
El tamaño del cristal, el grado de perfección, la velocidad de coagulación, la tendencia a trepar y otros aspectos de la forma física del precipitado son influidos señaladamente por las condiciones de la precipitación. Por ejemplo, los cristales de sulfato de bario precipitados de una solución relativamente diluida son muchos más perfectos que los formados de una solución más concentrada, y los cristales precipitados de medios con valores de pH bajo son más pequeños pero mucho más perfectos que los formados en las condiciones de pH muy elevado. Incluso un factor al parecer insignificante como la edad de la solución de cloruro bárico puede influir de manera señalada en el tamaño de los cristales resultantes.
B. PRACTICA 1. DETERMINACIÓN DE SULFATOS POR GRAVIMETRÍA
1. OBJETIVO GENERAL. Determinar la concentración de Sulfato presente en una muestra de Agua de Mar aplicando el Método Gravimétrico. 2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS.
Cuantificar el contenido de iones Sulfatos en muestras de agua de Mar expresadas en miligramos por litro de solución.
Evaluar estadísticamente los resultados obtenidos.
Evaluar si los resultados se encuentran dentro de los límites de concentración permitido por el Ministerio del Ambiente para aguas.
3. RESUMEN DEL MÉTODO. En este método el contenido de iones sulfato se determina por medio de la precipitación cuantitativa con cloruro de bario (BaCl2) desde una solución acidificada con ácido clorhídrico (HCl). La precipitación se realiza cerca de la temperatura de ebullición y, tras un periodo de digestión, el precipitado es filtrado, lavado con agua hasta eliminar Cl-, se seca y se pesa como BaSO4.
4. MATERIALES Y REACTIVOS. Tabla 1. Materiales, Reactivos y Equipos requeridos para la Práctica.
MATERIALES Embudos Papel filtro Whatman Nº41 Vasos precipitados de 100 y 250 mL Varilla de agitación Espátula Soporte Universal Pinza de tres dedos Vidrio reloj Pizeta para agua destilada Barras magnéticas Buretas de 25 mL Pinzas para buretas Goteros Cilindro graduado
REACTIVOS Ácido Clorhídrico (HCl 1 + 1) Solución de Cloruro de Bario. Nitrata de PlataÁcido Nítrico Solución de indicador Rojo de Metilo.
EQUIPOS
Balanza Analítica Estufa Plancha de calentamiento con Agitación.
5. PROCEDIMIENTO.
a. Precipitación de Sulfato de Bario: Tomar una muestra entre 50 mL y 150 mL, ajústese el pH con HCl a 4,5-5,0 utilizando como indicador rojo de metilo. Añádase de 1 a 2 mL de HCl. Caliéntese a ebullición y añadir lentamente, con agitación solución de BaCl2 hasta precipitación completa aparente; añádase entonces unos 2 mL de exceso. Si el precipitado es pequeño, añádase un total de 5 mL de solución de BaCl2. Digiérase el precipitado a 80-90ºC, durante 30 minutos. b. Filtración y Pesada: Pesar un papel filtro e identificarlo con un lápiz de grafito. Coloque el papel filtro plegado en un embudo de tallo largo humedeciéndolo con agua destilada. Filtre el precipitado a temperatura ambiente y lavarlo con pequeñas porciones de agua destilada caliente hasta que los lavados estén libres de iones cloruros (Cl-), comprobando mediante pruebas con el reactivo AgNO3 (acidulado con HNO3). Secar el papel filtro a 80°C durante 2 horas. Calcular mg/L de Sulfato en el agua de mar.
6. PREGUNTAS.
1. ¿Cuál es el principal interferente en la precipitación del sulfato de bario y cómo puede eliminarse? En caso de no poder eliminarse el interferente, ¿cómo afecta el análisis? 2. ¿Por qué es importante realizar el experimento a una temperatura cercana a la temperatura de ebullición del agua y en un medio de reacción acidulado?. 3. Explique para qué se agrega el indicador rojo de metilo a la muestra de agua de mar al comienzo de la experiencia. 4. Defina lo siguiente: Precipitación y Coprecipitación.
7. SUGERENCIAS.
Realizar el diagrama de flujo del procedimiento, para una mejor comprensión de lo que se realizará experimentalmente.
Llevar la muestra de agua de mar.
Plantear la reacción de precipitación del sulfato de bario.
3. MÉTODOS VOLUMÉTRICOS DE ANÁLISIS. A. Fundamentos Teóricos 1. Definición de Métodos Volumétricos. Son métodos de análisis cuantitativo en el que la medición de la masa se efectúa por medio de la medición de un volumen. La esencia del análisis volumétrico consiste en que a una solución preparada a partir de una muestra pesada de una sustancia que se somete al análisis, se le añade lentamente una solución de concentración exactamente conocida hasta que las sustancias que reaccionan se combinen completamente. Entonces, basándose en la medición exacta del volumen del reactivo titulante se calcula el contenido del componente a determinar en la muestra que se analiza. El momento en que la reacción llega a su final, o sea, cuando las sustancias reaccionantes son estrictamente equivalentes.
2. Criterios de Aplicabilidad de las Reacciones Químicas en el Análisis Volumétrico. Para una determinación volumétrica, al igual que para el método gravimétrico, no puede ser empleada toda reacción química. Las reacciones que se utilizan en el método volumétrico deben satisfacer las siguientes condiciones:
a. La reacción debe ser irreversible. Esta condición en el método volumétrico es aún más importante que el método gravimétrico, ya que en este caso no hay posibilidad de desplazar el equilibrio de la reacción introduciendo un exceso de reactivo. b. El momento final de la titulación (punto de equivalencia) debe ser fácilmente perceptible. En el punto de equivalencia deba cambiar la coloración bien sea de las sustancias que entran en la reacción, o de las sustancias ajenas (indicadores) que se introducen previamente en la solución a investigar en cantidades muy pequeñas. c. La reacción debe verificarse rápidamente, en realidad instantáneamente. d. La variación de las condiciones exteriores en que se realiza el análisis no debe influir en su marcha y en las propiedades de los productos finales. 3. Comparación del Método Volumétrico de Análisis con el Gravimétrico. Las diferencias principales entre el método volumétrico y el método gravimétrico de la química analítica consisten en lo siguiente: a. La medición de la masa en el curso de una determinación volumétrica se sustituye por la medición del volumen, y la pesada en la balanza analítica se emplea sólo para tomar la muestra pesada de la sustancia que se analiza y en la preparación de las soluciones de trabajo. b. A la medición exacta cuantitativa no se someten los productos de la reacción química, en la cual se basa el método gravimétrico, sino las sustancias de partida. c. En un análisis volumétrico, una solución se añade a la otra no en exceso, sino en cantidad rigurosamente equivalente. 4. Ventajas del Método Volumétrico. La ventaja principal del método volumétrico consiste en la rapidez con la que se realizan las determinaciones, ya que la medición del volumen exige mucho menos tiempo que la de la masa. En el análisis volumétrico están excluidas operaciones de larga duración como la digestión, el secado, la calcinación y la reducción de los precipitados hasta una masa constante. Por ejemplo la determinación de cloruro por gravimetría requiere de varias horas, mientras que la misma determinación por el método volumétrico ocupa de 15 a 20 minutos.
Además, a diferencia del método gravimétrico cuyo campo de aplicación se reduce, en la mayoría de los casos, a un número relativamente reducido de reacciones de formación de precipitados, el método volumétrico puede emplearse en diversos tipos de reacciones: oxido-reducción, neutralización y formación de complejos. Al mismo tiempo, el método volumétrico permite utilizar una serie de reacciones analíticas que se ven acompañadas de formación de un precipitado. En cuanto a la precisión de un método volumétrico, cabe decir, que aunque esta es algo menor que la precisión del método gravimétrico. 5. Clasificación de los Métodos Volumétricos de Análisis. En función del tipo de reacción química utilizada en el análisis volumétrico puede clasificarse en tres métodos principales: métodos de neutralización, métodos de formación de complejos, métodos de óxido-reducción y métodos de precipitación. a. Métodos de Neutralización: Son aquellos en los que el analito es un ácido o una base que reacciona de manera estequiométrica con el agente valorante que también es un ácido o una base. b. Métodos de Formación de Complejos: Son aquellos métodos en los cuales ocurre la formación de un complejo a partir de un agente quelante (Ligando) y un analito (Catión) para formar el ión complejo (Quelato). Un Ligando es un ión o molécula que forma un enlace covalente con un catión al donar un par de electrones que después comparten los dos compuestos. Un Quelato es un enlace entre un ión metálico y los ligandos polidentados que genera uno o más anillos. La palabra quelato viene del griego “Chele”, garra, y la quelación se asemeja al cierre de una pinza sobre el ión metálico. Este tipo de métodos se emplea para el análisis de casi todos los iones metálicos en especial los elementos alcalinotérreos. Para ello se utiliza reactivos orgánicos que forman complejos (que contienen grupos donadores de electrones) capaces de formar enlaces covalentes con iones metálicos. c. Métodos de oxido-reducción: Son los métodos en los cuales ocurre una transferencia de electrones entre el analito y el reactivo o agente valorante. A menudo estos métodos son selectivos, porque cada sustancia se oxida o se reduce a un potencial determinado. Una de las limitaciones del método es que el analito debe ser susceptible a un proceso redox, debe tener un par de electrones para donar a otra especie o para aceptar.
d. Métodos de precipitación: Son aquellos en los cuales se valora una sustancia con una solución estándar de agente precipitante para formar compuestos iónicos poco solubles. Este tipo de análisis ha sido muy utilizado en química analítica para separar una muestra en sus diferentes componentes. No obstante, las titulaciones en donde ocurren reacciones de precipitación no son tan numerosas en los análisis volumétricos como aquellas donde se presentan reacciones redox o ácidobase. Una de las razones del uso limitado de estas reacciones es que faltan indicadores adecuados, en especial en el caso de soluciones diluidas, la velocidad de reacción es demasiado lenta entre el agente precipitante y el analito, y esto no es conveniente para una valoración. Otra dificultad es que, con frecuencia, no se conoce la composición del precipitado debido a los efectos de coprecipitación. Los métodos de precipitación más comunes, dependiendo del tipo de indicador empleado son: Método de Mohr, Método de Volhard y Método de Fajans. B. PRÁCTICA 2. DETERMINACIÓN DE LA ACIDEZ ACÉTICA EN VINAGRE
1. OBJETIVO GENERAL. Determinar la concentración de ácido acético en el vinagre comercial aplicando volumetrías de neutralización.
2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS.
Calcular la concentración de ácido acético y expresarla como porcentaje de acidez.
Evaluar estadísticamente los resultados obtenidos.
Construir la curva de valoración de ácido acético con base fuerte.
3. RESUMEN DEL MÉTODO. En las valoraciones ácido base se efectúa una reacción de neutralización en la cual un acido reacciona con una cantidad equivalente de base. El agente valorante es siempre un ácido o base fuerte, siendo el analito una base o ácido fuerte o débil. El ácido acético (ácido débil) es determinado por neutralización con una solución patrón de hidróxido de sodio (base fuerte). El punto final de la valoración es indicado por el cambio de color de la fenolftaleína y el volumen de hidróxido de sodio gastado en la valoración será exactamente el necesario para neutralizar todo el ácido acético presente en la solución.
4. MATERIALES, REACTIVOS Y EQUIPOS. Tabla 1. Materiales, Reactivos y Equipos Requeridos MATERIALES
REACTIVOS
Bureta de 25 mL
Hidróxido de Sodio 0.1 M
Fiolas de 250 mL
Fenolftaleina 0.5 %
Pipeta Volumétrica de 25 mL
Agua destilada
Pipeta volumétrica de 50 mL
Balón aforado de 500 mL
Vaso precipitado de 50 mL
Pinza para buretas
Soporte universal
Pizeta
5. PROCEDIMIENTO. 1. Tome una alícuota de 25 mL de la muestra problema y diluya con agua destilada hasta el aforo en un balón aforado de 500 mL. 2. Mezcle bien y con una pipeta trasvase alícuotas de 25 mL en matraces cónicos de 250 mL. 3. Agregue tres gotas de fenolftaleína (la cantidad necesaria debe incrementarse en lo necesario para hacer visible el cambio de color en muestras coloreadas). 4. Valore con hidróxido de sodio 0.1 M estandarizado, hasta la aparición del primer color rosa permanente (30 seg.). 5. Informe la acidez del vinagre como ácido acético (60.053 g/mol) en unidades de peso sobre volumen.
6. PREGUNTAS. 1. Especifique algunos ejemplos de ácidos y bases fuertes y débiles. 2. ¿Qué es una base? ¿Qué es un ácido? 3. ¿En una reacción de neutralización se genera calor? ¿Cuál es la reacción química que tiene lugar durante la experiencia en el laboratorio justo cuando se alcanza el llamado punto final de la valoración?
4. En una valoración de neutralización ¿Cómo se puede saber a qué grado de acidez o alcalinidad de la solución debe terminarse la valoración? 5. ¿De qué manera se sabe experimentalmente, que el grado de acidez o alcalinidad de la solución que se valora ha alcanzado el valor necesario? 6. En la determinación de la acidez acética del vinagre se utiliza la fenolft 7. aleina como indicador: a. ¿Explique por qué se utiliza este indicador? b. Si en el laboratorio no se dispone de fenolftaleina, ¿qué indicador sugiere usted utilizar y por qué? 8. ¿Qué es una volumetría de neutralización? 9. Explique cómo sería el volumen de hidróxido de sodio gastado durante una valoración de ácido acético en cada uno de los siguientes casos: a. Si la concentración real de la solución de hidróxido de sodio es menor a la indicada en el frasco reactivo. b. Si la concentración real del ácido acético es menor a la indicada en el frasco comercial c. Si la concentración real de la solución de hidróxido de sodio es mayor a la indicada en el frasco reactivo d. Si la concentración real del ácido acético es mayor a la señalada en la etiqueta del frasco comercial. 10. Una planta productora de alimentos enlatados utiliza el vinagre, entre otras sustancias, para la preservación de su producto Premium, el cual requiere de una acidez acética de 5 % 0.5. Una muestra de vinagre procedente de la línea de envasado es llevada al laboratorio para determinar su acidez acética. El analista toma una alícuota de 25 mL de la muestra problema y la diluye con agua destilada hasta el aforo en un balón aforado de 250 mL. Mezcla bien y con una pipeta trasvasa tres alícuotas de 50 mL en matraces cónicos de 250 mL diluyendo con un volumen igual de agua destilada. Agrega dos gotas de fenolftaleina y valora cada una de las alícuotas con hidróxido de sodio 0.1 M estandarizado, hasta la aparición del primer color rosa permanente. Gastando 30.00 mL, 30.05 mL y 30.00 mL de hidróxido de sodio 0.1 M, respectivamente. Usted como jefe del laboratorio de control de calidad ¿Autoriza el despacho del producto al mercado? Razone su respuesta.
7. SUGERENCIAS.
Realizar el diagrama de flujo del procedimiento experimental.
Llevar la muestra de vinagre.
C. PRACTICA 3. DETERMINACIÓN DE CLORUROS EN UNA MUESTRA DE AGUA DE MAR POR EL MÉTODO DE MOHR.
1. OBJETIVO GENERAL. Determinar el contenido de cloruro en una muestra de agua de mar, aplicando las volumetrías de precipitación. 2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS.
Cuantificar la cantidad de cloruros de una muestra de agua de mar.
Aplicar uno de los métodos de las valoraciones con nitrato de plata, basado en la visualización del punto final mediante la formación de un segundo precipitado.
Evaluar estadísticamente los resultados obtenidos.
3. RESUMEN DEL MÉTODO. Al usar nitrato de plata (AgN03) en la valoración del ion cloruro, éste se precipita como cloruro de plata blanco. 2 CrO4 Cl AgNO3 K AgCl NO3
ppdo-blanco Para estimar la cantidad de AgN03 necesaria para reaccionar con todo el cloruro existente en la muestra, se precisa determinar el punto de vire en el que todo el cloruro se ha precipitado como cloruro de plata. Este punto no se puede detectar a simple vista a menos que se agregue un indicador a la muestra. Este indicador es cromato de potasio (K2Cr04) ya que, en una solución neutral o ligeramente alcalina puede indicar el punto final a simple vista, porque una vez que se ha agotado el ion cloruro, los iones de plata reaccionan con el cromato y forman un precipitado rojizo pardo.
2 AgN03 + K2CrO4 -> Ag2CrO4 + 2KNO3 rojo -ladrillo
4. MATERIALES Y REACTIVOS. Tabla 1: Materiales y reactivos Requeridos para la Determinación de Cloruros. Materiales
Buretas de 25 mL. Pinzas para bureta. Balones aforado de 500, 250 y 100 mL. Vasos precipitados de 50 y 40 ml. Enlermeyers de 250 mL. Pizetas para agua destilada. Goteros. Pipetas Volumétricas de 10 y 25 mL.
Reactivos Agua de mar. Solución de Nitrato de plata 0.025N. Indicador de Cromato de potasio al 5%. Hidróxido de sodio (1 g/100 mL).
5. TOMA DE MUESTRA. Para la recolección y análisis de muestras de agua se deben seguir ciertas reglas. La cantidad mínima de agua que se necesita es de dos litros; los envases a utilizar preferiblemente de plástico, deben ser enjuagados previamente, por lo menos tres o cuatro veces, con la misma agua a muestrear. Particularmente, para muestras de agua de mar se requiere muestrear a diferentes profundidades, y a varios metros de la orilla.
6. PROCEDIMIENTO. 6.1. Determinación de cloruros por el Método de Mohr. Se miden 5 mL de la solución problema, en este caso agua de mar, se colocan en un balón y se afora hasta 500 mL Una vez aforada la muestra se colocan 250 mL en un vaso de precipitado y se ajusta el pH (8 – 8,3) con Hidróxido de Sodio. Cada grupo toma una alícuota de 25 mL con una pipeta, posteriormente se coloca en un erlenmeyer de 250 mL y se le agregan 1 mL de la solución de cromato de potasio al 5% como indicador. Se valora con la solución de nitrato de plata 0.025 N. El punto final de la valoración es hasta que se empiece a formar un precipitado rojizo pardo. Se registran los mililitros de nitrato de plata que se gastaron. Seguidamente, se realiza un ensayo en blanco. A 25 mL de agua destilada colocados en un enlermeyer de 250 mL, se le aplica el mismo procedimiento descrito anteriormente.
7. PREGUNTAS. 1. ¿Cuáles son las principales interferencias en el análisis de cloruros? 2. Explique ¿Por qué en la determinación de los cloruros, al valor obtenido en la titulación de la muestra se le debe de hacer una corrección equivalente al valor obtenido en la valoración? 3. Al añadir Nitrato de Plata a una muestra de agua que contenga cloruros, se forman dos precipitados en forma secuencial. ¿Cuál es la secuencia y por qué? 4. ¿Qué limitaciones tiene el Método de Mohr en la determinación de cloruros? 8. SUGERENCIAS.
Realizar el diagrama de flujo del procedimiento, para una mejor comprensión de lo que se realizará experimentalmente.
Llevar la muestra de agua de mar.
Plantear la reacción de precipitación del cloruro de plata.
D. PRACTICA 4. DETERMINACIÓN DE LA DUREZA EN AGUAS 1. OBJETIVO GENERAL. Determinar la dureza total, cálcica y magnésica de una muestra de agua potable, aplicando las volumetrías complexonometricas. 2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Aplicar los métodos de valoración complexonométrica, basados en las reacciones que se acompañan de la formación de compuestos complejos de los cationes Ca ++ y Mg++ con los complexones.
Calcular la dureza total, cálcica y magnésica expresándola como miligramos de carbonato cálcico por litro de solución.
Efectuar evaluación estadística de los resultados obtenidos.
Evaluar si los resultados se encuentran dentro de los límites de concentración permitidos por el ministerio del ambiente para aguas potables.
3. RESUMEN DEL MÉTODO El ácido etilendiamintetracetico (abreviado EDTA) y sus sales de sodio forman un complejo de quelato soluble al añadirse a las soluciones de algunos cationes metálicos. Este complexon tiene seis lugares de unión que proporcionan seis pares de electrones. Si a una solución acuosa que contenga iones calcio y
magnesio a un pH de 10
0.1 se añade una pequeña cantidad de colorante
negro de eriocromo T (NET)( indicador utilizado para la obtención de la dureza total) , la solución toma un color rojo vino. Si se añade desde una bureta EDTA como agente valorante, los iones calcio y magnesio forman un complejo, y, cuando todos estos iones estén incluidos en dicho complejo, la solución cambiara de rojo vino a azul intenso, señalando el punto final de la valoración. Si se añade ahora EDTA a otra muestra del agua que contiene calcio y magnesio, aquel se combina primero con el calcio. Esto permite determinar el calcio directamente con EDTA cuando el pH es lo suficientemente alto para que precipite el magnesio como hidróxido magnésico, utilizando un indicador que se combine con el calcio únicamente, para ello existen varios indicadores que originan un cambio de color cuando todo el calcio ha pasado a formar un complejo con el EDTA a un pH de 12 a 13, entre ellos se tiene el purpurato de amonio (murexida) y el azul negro de eriocromo R.
4. MATERIALES Y REACTIVOS. Tabla 1. Materiales y Reactivos Requeridos MATERIALES
Buretas de 25 mL Fiolas de 250 mL Pipetas volumétrica ( 25mL) Pipetas volumétrica (50 mL) Balón aforado (50 mL) Vasos precipitados (50 mL) Pinzas para buretas Soporte universal Pizeta para agua destilada.
REACTIVOS
Solución tampón NH4OH - NH4Cl Indicador Negro de eriocromo T Indicador Murexida Hidróxido de sodio 0.1 M EDTA 0.01 M
5. PROCEDIMIENTO.
Dureza Total. Tomar una alícuota de 50 mL de muestra de agua potable que requiera menos de 15 mL de reactivo EDTA y realice la valoración en cinco minutos a partir del momento de la adición de la solución tampón (NH4OH - NH4Cl). Transfiera a una fiola de 250 mL la alícuota tomada anteriormente y agregue posteriormente entre 1 y 2 mL de solución tampón. Por lo general 1 mL será suficiente para dar un pH de
10.0 a 10.1( Verificar el pH con papel indicador). Añádase entre 20 y 30 mg del indicador negro de eriocromo T con la ayuda de una espátula y valore lentamente con EDTA 0.01 M estándar, agitando continuamente, hasta que desaparezcan los últimos matices rojizos. Añádanse las últimas gotas a intervalos de 3-5 segundos. En el punto final de la valoración la solución debe ser azul.
Por último en caso de ser necesaria una dilución, realice un ensayo en blanco, para ello utilice
50 mL de agua destilada, a la que hay que añadir idénticas
cantidades de tampón e indicador (idéntico al procedimiento anterior). Sustraiga el volumen de EDTA gastado con el blanco del volumen empleado con la muestra.
Dureza Cálcica. Tomar un volumen de 50 mL de agua potable de manera que contenga entre 5 a 10 mg/L de calcio. Transfiera a una fiola de 250 mL la alícuota tomada anteriormente y agregue un volumen suficiente de la solución de hidróxido de sodio 0.1 M para producir un pH de 12 a 13 (Verificar el pH con papel indicador). Agítese y añada 0.1 a 0.2 g del indicador murexida. Valore lentamente con EDTA 0.01 M, agitando continuamente hasta la aparición de un color púrpura en la solución, compruebe el punto final por la adición de una o dos gotas mas de solución patrón o agente valorante para asegurarse de que no hay mas cambio de color. Por último en caso de ser necesaria una dilución, realice un ensayo en blanco, para ello utilice
50 mL de agua destilada, a la que hay que añadir idénticas
cantidades de tampón e indicador (idéntico al procedimiento anterior). Sustraiga el volumen de EDTA gastado con el blanco del volumen empleado con la muestra. Dureza Magnésica. Dureza magnésica en ppm CaCO3 = (Dureza total - Dureza Cálcica) 6. PREGUNTAS. 1. Defina los siguientes términos: Complexones, Dureza del agua y tipos de dureza 2. Propiedades del ácido Etilendiaminatetracetico 3. Aplicaciones de la volumetría de complexometría en la vida cotidiana
4.
Explique por medio de reacciones químicas el comportamiento de los
indicadores negro de eriocromo T y murexida en la determinación de la dureza del agua. 5.
En la valoración de 50 mL de muestras de agua con EDTA 0.01 M, usando
negro de eriocromo T y murexida como indicador, se obtuvo los siguientes resultados: mL de EDTA con NET
mL de EDTA con murexida
1
15
10
2
10
10
3
12
0
MUESTRA
Determine el contenido de iones calcio y magnesio expresados como partes por millón de cada muestra. 6.
El compuesto EDTA contiene junto con los grupos carboxilicos (-COOH) el
nitrógeno aminico (N ), y por ello resulta ser simultáneamente un ácido capaz de formar sales con diferentes cationes, y una sustancia formadora de complejos. El EDTA forma entonces, con muchos cationes las llamadas sales de complejos internos, estables y solubles en agua. Explique el mecanismo de formación de los complejos internos con EDTA. 7. SUGERENCIAS.
Realizar el diagrama de flujo del procedimiento, para una mejor comprensión de lo que se realizará experimentalmente.
Llevar la muestra de agua potable.
Plantear las reacciones consecutivas al inicio, en el curso y al final de la titulación con EDTA
E. PRACTICA 5. DETERMINACIÓN DEL CONTENIDO DE CLORO ACTIVO
1. OBJETIVO GENERAL. Determinar el contenido de cloro activo en desinfectantes comerciales aplicando volumetrías de oxido-reducción.
2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS.
Aplicar un método volumétrico para la determinación de agentes oxidantes, donde se produce yodo como intermediario, utilizando solución estándar de tiosulfato de sodio.
Calcular el contenido de cloro activo y expresarlo como porcentaje de hipoclorito de sodio.
Evaluar estadísticamente los resultados obtenidos.
3. RESUMEN DEL MÉTODO. Los desinfectantes comerciales tienen en su composición hipoclorito de sodio NaOCl. En medio ácido el hipoclorito desprende cloro libre, activo o naciente:
OCl 2 H Cl Cl 2 H 2 O Si el desinfectante se trata en medio ácido con yoduro potásico, el cloro activo oxida a los iones yoduro:
Cl 2 2 I 2Cl I 2 Ambos procesos pueden ser representados por una ecuación global:
OCl Cl 2 I 2 H I 2 2Cl H 2O La cantidad de yodo que se desprende es equivalente a la cantidad de hipoclorito de sodio que contiene la muestra y es valorado con una solución estándar de tíosulfato de sodio utilizando almidón soluble como indicador del punto final:
2 Na2 S 2O3 I 2 2 NaI Na2 S 4O6
4. REACTIVOS Y MATERIALES. Tabla 1. Materiales y Reactivos Requeridos para la Práctica REACTIVOS
MATERIALES
Buretas de 25 mL
Balón aforado de 500 mL Vasos precipitados de 50 mL Vasos precipitados de 250 mL Pinzas para buretas Soporte universal Pizeta para agua destilada.
de
Potasio
sólido
grado
reactivo
Fiolas de 250 mL Pipetas volumétricas de 25 mL
Yoduro
Ácido acético glacial Indicador Almidón Tiosulfato de sodio estándar 0.1 N
5. PROCEDIMIENTO. 1. Tomar 25 mL del cloro desinfectante comercial y diluya con agua destilada hasta el aforo en una matraz aforado de 250 mL. 2. Tome una alícuota de 25 mL en una fiola, añada 1 g de KI y 5 mL de ácido acético glacial. 3. Valore con solución estándar de tíosulfato de sodio 0.1 N hasta la aparición de un amarillo pálido. 4. Agregue 2 gotas de indicador almidón y continúe la valoración hasta que la solución se decolora. 5. Anote el volumen gastado y calcule el porcentaje de hipoclorito de sodio en la muestra.
6. PREGUNTAS. 1. Defina volumetrías de oxido-reducción 2. Presente las reacciones químicas balanceadas por el método de Ion-electrón para la determinación de hipoclorito 3. ¿Por qué el indicador almidón se agrega al final de la valoración? 4. Una muestra de 5 g de un blanqueador de uso comercial es analizada con el fin de determinar el contenido de cloro activo. Primeramente la muestra pesada es tratada con agua destilada hasta lograr su disolución. Una vez disuelta, el licor obtenido se diluye con agua destilada en un balón aforado de 500 mL. De esta solución se toma una alícuota de 25 mL en una fiola de 250 mL, a la que se agregan 1 g de KI y 5 mL de ácido acético glacial. Luego se valora con solución estándar de Tiosulfato de Sodio 0.1 N hasta la aparición de un amarillo pálido, a continuación se agregan 2 gotas de indicador (almidón) y se continúa la valoración hasta que la solución se decolora, gastando un volumen de Tiosulfato de Sodio de 6 mL. Presente todas las reacciones químicas balanceadas que tienen lugar durante la determinación y calcule el porcentaje de cloro libre en la muestra expresado como % CaCl(OCl). 7. SUGERENCIAS.
Realizar el diagrama de flujo del procedimiento experimental.
Llevar la muestra de cloro comercial.
4. BIBLIOGRAFÍA CONSULTADA 1. SKOOG, D. Y WEST, D. 1999. Fundamentos de Química Analítica. McGraw-Hill. Sexta edición. 2. BERNABEI, D. Y LAUTENSCHLAEGER, L.1998. Seguridad Manual para el Laboratorio. Merck KGaA. Segunda Edición. 3. SKOOG,D. Y LEARY, H. 1996. Análisis Instrumental. McGraw-Hill. Cuarta edición. 4. APHA,AWWA,WPCF. 1992. Métodos Normalizados para el Análisis de Aguas Potables y Residuales. Díaz de Santos S.A. Décima séptima Edición. 5. DAY, R. Y UNDERWOOD, A. 1989. Química Analítica Cuantitativa. Prentice Hall. Quinta edición. 6. WILLARD, H. Y MERRIT, L. 1988. Métodos Instrumentales de Análisis. Iberoamericano. 7. FONTAL, B. Y SUAREZ, T. 1988. Oxidación-Reducción. ULA. Colección Ciencias Básicas. Serie Química. 8. FONTAL, B. Y CONTRERAS S. 1988. Equilibrio Iónico. ULA. Colección Ciencias Básicas. Serie Química. 9. KRESHKOV, A. Y
YAROSLAVTSEV, A. 1985. Curso de Química Analítica.
Análisis Cuantitativo. MIR.
