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EVIDENCIA FINAL – ACTIVIDAD

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EVIDENCIA FINAL – ACTIVIDAD

Pa3. Análisis Gravimétrico. Determinación de Cu al estado óxido, CuO.

Pa4. Preparación de soluciones e indicadores.

Pa5. Preparación de soluciones estándar.

Pa6. Determinación de ácido acético en un vinagre.





Objetivo de Aprendizaje:

Definir el concepto de análisis gravimétrico.


Criterio de Aprendizaje:

Enunciar los principios básicos del análisis gravimétrico.


Didáctica de Enseñanza:

Ex. El Profesor dará a los educandos la definición de análisis gravimétrico.


Definición de Análisis Gravimétrico

Los métodos gravimétricos, los cuales se basan en las mediciones de masa, son, principalmente, de dos tipos. En los métodos de precipitación, el analito es convertido a un precipitado escasamente soluble. Más tarde el precipitado se filtra, se lava para eliminarle impurezas, se convierte mediante el tratamiento térmico adecuado en un producto de composición conocida, y finalmente se pesa. En los métodos de volatilización, en analito o sus productos de descomposición se volatilizan a una temperatura adecuada. El producto volátil se recoge y se pesa, o, alternativamente, se determina de manera indirecta la masa del producto por la pérdida de masa en la muestra.


Objetivo de Aprendizaje:

Reconocer las condiciones y operaciones para llevar a cabo un análisis gravimétrico.


Criterio de Aprendizaje:

Expresar las operaciones básicas durante el análisis gravimétrico.


Didáctica de Enseñanza:

Di. El profesor proporcionará a los educandos la información referente al tema para su lectura y discusión.


Operaciones Básicas en el Análisis Gravimétrico

PROPIEDADES DE LOS PRECIPITADOS Y DE LOS REACTIVOS PRECIPITANTES

De manera ideal, un agente precipitante debería reaccionar específicamente, o al menos selectivamente, con el analito. Además de la especificidad o selectividad, el reactivo precipitante ideal reaccionaría con el analito para dar un producto tal que:

1.Sea facilmente filtrable y lavable para quedar libre de contaminantes.

2.Tenga una solubilidad lo suficientemente baja para que las 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 de calcinar, si fuera necesario.

FACTORES QUE DETERMINAN EL TAMAÑO DE PARTICULA DE LOS PRECIPITADOS

El tamaño de las partículas de los sólidos formados por precipitación es sumamente variable. En un extremo se encuentran las supensiones coloidales, cuyas partículas finas son invisibles a simple vista. Las partículas coloidales no tienden a sedimentar ni se filtran con facilidad. En el otro extremo están las partículas que tienen dimensiones del orden de varias décimas de milímetro. La dispersión temporal de tales partículas en la fase líquida se denomina suspensión cristalina. Las partículas de una suspensión cristalina tienden a sedimentar espontáneamente y pueden filtrase con facilidad.

SECADO Y CALCINACION DE LOS PRECIPITADOS

Después de la filtración, el precipitado gravimétrico se calienta hasta que su masa se haga constante. El calentamiento elimina el disolvente y cualquier especie volátil arrastrada con el precipitado. Algunos precipitados también se calcinan para descomponer el sólido y obtener un compuesto de composición conocida. Este nuevo compuesto se denomina con frecuencia forma pesable.

EQUIPO Y MANIPULACIONES ASOCIADOS CON LA PESADA

La masa de muchos sólidos cambia con la humedad debido a su tendencia a absorber cantidades de humedad que influyen en su peso. Este efecto es especialmente notorio cuando está expuesta una gran cantidad de superficie, como con un reactivo analítico o una muestra que ha sido molida a un polvo fino. Como se ha mencionada con anterioridad, la primera etapa en un análisis comprende secar la muestra, de modo que los resultados no se vean afectados por la humedad de la atmósfera que la rodea.

Una muestra, un precipitado o un contenedor, se lleva a peso constante mediante un ciclo que incluye calentamiento a una temperatura apropiada, enfriamiento y pesado. Este ciclo se repite tantas veces como sea necesario para obtener pesos sucesivos que concuerden dentro de 0.2 a 0.3 mg uno de otro. El establecimiento de pesos constantes proporciona cierta seguridad de que los procesos químicos o físicos que ocurren durante el calentamiento (o ignición) han sido completos.

Los sólidos se secan adecuadamente y se guardan en pesafiltros. La parte de vidrio esmerilado de la tapa del frasco está en el exterior y no entra en contacto con el contenido, este diseño elimina la posibilidad de que una parte de la muestra regrese al frasco o que se pierda algo que quede sobre la superficie esmerilada del vidrio.

El secado en la estufa es la forma más común de eliminar la humedad de los sólidos. Los materiales desecados se guardan en desecadores mientras se enfrían con el fin de reducir al mínimo la fijación de humedad. La sección de la base de un desecador contiene una sustancia química que es un agente desecante, como el cloruro de calcio anhidro, sulfato de calcio, perclorato de magnesio anhidro o pentóxido de fósforo. Las superficies de vidrio esmerilado están ligeramente cubiertas de grasa.

Cuando usted retira o vuelve a colocar la tapa de un desecador, lo hace mediante un movimiento de deslizamiento para hacer mínima la posibilidad de alterar la muestra. Cierra herméticamente mediante una ligera rotación y presión hacia debajo de la tapa.

El calentamiento de 105 a 110 °C es suficiente para eliminar la humedad de la superficie de la mayor parte de los sólidos. Se debe evitar siempre manipular con los dedos un objeto que ha sido secado porque se puede transferir de la piel al objeto cantidades detectables de agua o de grasa. Este problema se evita utilizando pinzas, dedales de gamuza, guantes de algodón limpios o tiras de papel para manipular los objetos que se han secado para pesarlos.

Algunas técnicas de pesada son las siguientes:

- Pesada por diferencia. Es un método sencillo en la determinación de la masa de una serie de muestras. Primero se pesan el frasco y su contenido. Se transfiere una muestra del frasco a un recipiente, tapando suavemente el frasco con su tapa y una ligera rotación del frasco proporciona control sobre la cantidad de muestra transferida. Entonces se pesan el frasco y su contenido residual. La masa de la muestra es la diferencia entre las dos masas, es indispensable que todo el sólido retirado del pesafiltros sea transferido sin pérdida al recipiente.

- Pesada de sólidos higroscópicos. Las sustancias higroscópicas absorben humedad de la atmósfera rápidamente y por lo tanto requieren un manejo especial. Se necesita pesar un frasco para cada muestra. Colóquese la cantidad aproximada de la muestra necesaria en frascos individuales y caliéntelos durante un tiempo apropiado. Inmediatamente después, tape los frascos y enfríelos en un desecador. Pese uno de los frascos después de abrirlo momentáneamente para evitar cualquier vacío. Vacíe rápidamente el contenido del frasco en su vaso receptor, ponga la tapa y pese el frasco de nuevo. Repita para cada muestra y determine las masas de muestra por diferencia.

- Pesada de líquidos. La masa de un líquido se obtiene siempre por diferencia. Los líquidos que no son corrosivos y son relativamente no volátiles se pueden transferir a recipientes pesados previamente con cubiertas que ajusten cómodamente; la masa del recipiente se resta de la masa total.

APLICACIONES DE LOS METODOS GRAVIMETRICOS

Los métodos gravimétricos se han desarrollado para la mayor parte de los aniones y cationes inorgánicos, así como para especies neutras como agua, dióxido de azufre, dióxido de carbono y yodo. También pueden determinarse diversas sustancias orgánicas por este método. Como ejemplos se incluyen: lactosa en los productos lácteos, salicilatos en preparaciones farmacéuticas, fenolftaleína en laxantes, nicotina en pesticidas, colesterol en cereales y benzaldehído en extractos de almendras.

1.Agentes precipitantes inorgánicos: Estos reactivos normalmente forman con el analito sales ligeramente solubles u óxidos hidratados. La mayoría de los reactivos inorgánicos no son muy selectivos.

2.Agentes precipitantes orgánicos: Se han desarrollado numerosos reactivos orgánicos para la determinación gravimétrica de especies inorgánicas. Algunos de estos reactivos son significativamente más selectivos en sus reacciones que la mayoría de los reactivos inorgánicos. Entre estos reactivos orgánicos se encuentran dos tipos: uno forma productos no iónicos ligeramente solubles denominados compuestos de coordinación; el otro forma productos en donde el enlace entre las especies inorgánicas y el reactivo es principalmente iónico.

3.Análisis de grupos funcionales orgánicos: Varios reactivos reaccionan selectivamente con ciertos grupos funcionales orgánicos, por lo que pueden utilizarse para la determinación de la mayoría de los compuestos que contienen estos grupos.

4.Métodos de volatilización: Los dos métodos gravimétricos más comunes basados en la volatilización son los que se aplican para el agua y el dióxido de carbono. El agua es eliminada cuantitativamente de muchas muestras inorgánicas por calcinación.


Objetivo de Aprendizaje:

Reconocer las unidades de concentración de las soluciones.

Usar los cálculos de concentración y medidas de seguridad para preparar soluciones.


Criterio de Aprendizaje:

Escribir las fórmulas empleadas en cálculos de concentración de soluciones.


Didáctica de Enseñanza:

Di. El profesor dará a los educandos las fórmulas y juntos elaborarán un formulario.


Fórmulas empleadas en Cálculos de Concentración.

Los químicos expresan de varias maneras la concentración de los sólidos en solución. Las más importantes se describen a continuación:

Concentración C = / V

= No. e moles = m / PM

V = Volumen (soluto + solvente)

Formas de expresar la concentración:

1. Sin unidades

Solución concentrada

Solución diluida

2.Unidades Físicas

Peso/peso (%)

Peso/volumen (%)

Volumen/volumen (%)

3. Unidades Químicas

Molaridad M = ( (soluto) / volumen de solución

Molalidad m = ( (soluto) / Kg (solvente)

Normalidad N = No. Equivalentes g (soluto) / l (solución)

No. Equivalentes = PM / e´ ( electrones )ganados o perdidos

Formalidad ( F (en volumen) = No. Peso fórmula gramo -Pfg- (soluto) / l (solución). ( Pfg = peso, fórmula , gramo )

F (en peso) = No. Pfg (soluto) / Kg (solvente)


Criterio de Aprendizaje:

Relacionar el uso de las fórmulas para realizar cálculos de concentración de soluciones


Didáctica de Enseñanza:

Ej. El profesor resolverá ejercicios sobre cálculos de concentración de soluciones.


Uso de las fórmulas para realizar cálculos de concentración de soluciones

Concentración Molar

La concentración molar (Cx) de la solución de la especie X es el número de moles de esta especie que está contenido en un litro de la solución (no de disolvente). La unidad de la concentración molar es la MOLARIDAD, cuyas dimensiones son mol/l.

Cx = (soluto) / l (solución) = mmol / ml


Ejercicios:

  1. Calcúlese la M de etanol en una solución acuosa que contiene 2.3 g de C2H5OH (46.07 g/ mol) en 3.5 litros de solución.

Resp. 0.0143 M

  1. Describase la preparación de 2 litros de BaCl2 0.108 M a partir de BaCl2.2H2O (244.3 g/mol).

Resp. Pesar 52.7688g del reactivo y aforar a 2 l.

  1. Describase la preparación de 500 ml de una solución de Cl- 0.0740 M a partir de BaCl2.2H2O (244.3 g/mol).

Resp. Pesar 4.5195 g de reactivo y aforar a 500 ml.

Concentración en Porcentaje

Es frecuente expresar la concentración en términos de porcentaje (partes por cien)


Porcentaje en Peso (p/p) = (masa de soluto/masa de solución) *100


Porcentaje en Volumen (v/v) = (vol soluto/ vol. solución) * 100


Porcentaje Peso – Volumen = (masa de soluto/volumen de solución) * 100


Partes por Millón


Cppm = (masa de soluto/masa de solución) * 106 ppm (mg/l)


Una regla muy práctica para calcular partes por millón es recordar que para soluciones acuosas diluidas cuyas densidades son de aprox. 1.0 g/ml, 1 ppm = 1 mg/l. Es decir:


Cppm = masa soluto (mg) / volumen de solución (l)


Para soluciones aun más diluidas, en la ecuación se utiliza 109 ppb.

Cppb = (masa de soluto/masa de solución) * 109 ppb


Ejercicios

  1. Una solución al 7.88 % (p/p) de Fe(NO3)3 (241.81 g/mol) tiene una densidad de 1.062 g/ml. Calcúlese:

    1. La concentración molar analítica de Fe(NO3)3

    2. La concentración molar de NO3-

    3. Los gramos de Fe(NO3)3 contenidos en un litro de solución.

Resp. a) 0.3460 M b) 1.03838 mol c) 83.66 g


Criterio de Aprendizaje:

Listar las condiciones que deben seguirse en los métodos de preparación de soluciones.


Didáctica de Enseñanza:

Di. El profesor proporcionará la información sobre las operaciones que deben seguirse durante la preparación de soluciones, los educandos complementarán la información con aportaciones personales.


Métodos de Preparación de Soluciones

En el desarrollo de un análisis con frecuencia se mide la masa de las especies químicas con una balanza. Para estas mediciones se usan unidades métricas de kilogramos (Kg), gramos (g), miligramos (mg) o microgramos (g). El volumen de líquidos se mide en unidades de litros (L), mililitros (ml) y a veces en microlitros (L). El litro es una unidad del Sistema Internacional de Unidades que se define como exactamente 10–3 m3. El mililitro se define como 10–6 m3 o 1 cm3.

En el análisis químico es muy importante la preparación de soluciones. A continuación se mencionan algunos conceptos básicos y la clasificación de estas soluciones:

Solución: Es una mezcla homogénea formada por soluto y solvente.

1.Mezclas Homogéneas:

Concentradas. El soluto se encuentra en mayor cantidad con relación a las diluidas.

Diluidas. Se obtienen a partir de las concentradas.

Saturadas. Es la máxima cantidad de soluto que puede ser disuelto en una solución.

2.Mezclas Heterogéneas:

Sobresaturadas. Se encuentra exceso de soluto (ya no se disuelve)

Dispersiones

Emulsión ( líquida – líquida )

Suspensión ( sólida - líquida (se requiere calor para que se realice la mezcla)

Coloidal ( líquido - líquido (se requiere de una fuerza mecánica)


Objetivo de Aprendizaje

Emplear los cálculos de análisis gravimétrico.

Establecer un método de análisis gravimétrico para una muestra determinada.


Criterio de Aprendizaje:

Explicar el fundamento de los métodos de análisis gravimétrico.




Didáctica de Enseñanza:

Ex. El profesor explicará a los educandos el fundamento de los cálculos en análisis gravimétrico.


Cálculos de Análisis Gravimétrico

El análisis gravimétrico está basado en la ley de las proporciones definidas, que establece, en cualquier compuesto puro, las proporciones en peso de los elementos constituyentes siempre son las mismas y en la ley de la consistencia de la composición, que establece que las masas de los elementos que toman parte en un cambio químico muestran una relación definida e invariable entre sí.

El análisis gravimétrico consiste en determinar la cantidad proporcionada de un elemento, radical o compuesto presente en una muestra, eliminando todas las sustancias que interfieran y convirtiendo el constituyente o componente deseado en un compuesto de composición definida.


Criterio de Aprendizaje:

Definir factor gravimétrico.


Didáctica de Enseñanza:

Ex. El profesor dará la definición de factor gravimétrico.


Factor Gravimétrico

El Factor gravimétrico se define como el peso de una sustancia deseada, equivalente al peso de una sustancia dada (representa los pesos respectivos de diferentes compuestos).

El peso de una sustancia es equivalente al de otra sustancia, cuando los dos entran mutuamente en reacción directa o indirecta y en proporción respectiva exacta con esos dos pesos.

Al expresar un factor gravimétrico, el peso atómico o molecular de la sustancia buscada se coloca en el numerador, el peso atómico o molecular de la sustancia buscada se coloca en el denominador y los cocientes se ajustan de acuerdo con las reacciones incluidas.


Criterio de Aprendizaje:

Escribir las fórmulas empleadas en cálculos de análisis gravimétrico.


Didáctica de Enseñanza:

Di. El profesor indicará los cálculos que deben realizarse en análisis gravimétrico.


Relaciones Estequiométricas

La estequiometría se refiere a la relación de masas entre las especies químicas reaccionantes. Una ecuación química balanceada establece las relaciones de combinación, o la estequiometría, entre las sustancias reaccionantes y sus productos.

La estequiometría de una reacción se refiere a la relación entre el numero de moles y de productos tal como lo indica la ecuación balanceada.


Cálculos en Porcentaje

El porcentaje de cierta sustancia presente en la mezcla puede encontrarse dividiendo entre el peso de la muestra y multiplicando por 100.

Criterio de Aprendizaje:

Usar las fórmulas para realizar cálculos gravimétricos.


Didáctica de Enseñanza:

Ej. El profesor resolverá ejercicios sobre cálculos de análisis gravimétrico.


Ejercicios

  1. ¿Qué masa de AgNO3 (169.9 g/mol) se necesita para convertir 2.33 g de Na2CO3 (106.0 g/mol) en Ag2CO3? ¿Cuánta masa de Ag2CO3 (275.7 g/mol) se formará?

Resp. 6.059 g

  1. Exactamente 0.1120 g de Na2CO3 puro se disuelven en 100 ml de HCl 0.0497 M. ¿Qué masa de CO2 se formó?

Resp. 0.21868 g

  1. Una muestra de cloruro de sodio impuro se disuelve en agua y el cloro se precipita con nitrato de plata produciendo 1 g de cloruro de plata ¿Cuál es el peso del cloro en la muestra original?

Resp. 0.24736 g de Cl-

  1. ¿Qué peso de Fe3O4 producirán 0.5430 g de Fe2O3?

Resp. 0.5249 g

  1. Si al analizar una muestra de una liga metálica que contiene aluminio, 2 g de ella dan 0.1245 g de óxido de aluminio ¿Cuál es el % de ese metal en la muestra?

Resp. 3.2945 %


Objetivo de Aprendizaje:

Definir el concepto de análisis volumétrico.


Criterio de Aprendizaje:

Enunciar los principios básicos del análisis volumétrico.


Didáctica de Enseñanza:

Ex. El Profesor dará a los educandos la definición de análisis volumétrico.


Definición de Análisis Volumétrico

Los métodos por titulación comprenden un grupo grande y poderoso de procedimientos cuantitativos que se basan en la medición de la cantidad de un reactivo de concentración conocida que se consume por el analito. Los métodos de titulación se usan ampliamente para análisis de rutina debido a que son rápidos, adecuados y se pueden automatizar fácilmente.

Para llevar a cabo las titulaciones es necesario disponer de soluciones estándar, las cuales son de concentración conocida y se utilizan como base para la determinación de la concentración de nuestro analito.


Criterio de Aprendizaje:

Registrar las condiciones para llevar a cabo un análisis volumétrico.


Didáctica de Enseñanza:

Di. El Profesor presentará la información del tema y los educandos harán una discusión sobre ésta.


Análisis Volumétrico

Un método de análisis volumétrico se basa en una reacción química como


aA + tT = productos


a = moléculas del analito A

b = moléculas del reactivo T


T se adiciona con una bureta, en forma creciente como una solución de concentración conocida. A esta solución se le conoce como estándar y su concentración se determina mediante un proceso conocido como estandarización.

La adición del titulante se continua hasta que se ha añadido una cantidad T químicamente equivalente a la de A. A este punto se le conoce como Punto de Equivalencia de la Titulación.

Para saber cuando detener la adición del titulante, se utilizan sustancias llamadas indicadores, que cambian de color cuando hay un exceso de titulante. El punto final de la titulación se da en el momento del cambio de color.

La titulación es el proceso en el cual se mide la cantidad de volumen requerido para alcanzar el punto de equivalencia.


Objetivo de Aprendizaje:

Identificar las características de las soluciones estándar.


Criterio de Aprendizaje:

Definir solución estándar e indicadores.


Didáctica de Enseñanza:

Ex. El Profesor dará a los educandos la definición solución estándar e indicadores.


Definición de Solución Estándar

En el análisis volumétrico se utiliza una solución patrón (o titulante patrón) de concentración conocida.

Un patrón primario es un compuesto de pureza elevada que sirve como material de referencia en todos los métodos volumétricos y gravimétricos. Los requisitos más importantes para un patrón primario son:

1.Máxima pureza. Se debe contar con métodos establecidos para confirmar su pureza.

2.Estabilidad atmosférica.

3.Ausencia de agua de hidratación para evitar que cambie la composición del sólido con las variaciones en la humedad relativa.

4.Que sea de fácil adquisición y bajo precio.

5.Solubilidad suficiente en el medio de titulación.

6.Una masa molar razonablemente grande para disminuir los errores asociados con la operación de pesada.

SOLUCION PATRON

En los métodos de análisis por titulación las soluciones estándar o patrón ocupan un lugar muy importante. Por está razón es necesario tomar en cuenta las propiedades esperadas en estas soluciones: cómo son preparadas y cómo se expresan sus concentraciones.

La solución estándar ideal para un análisis volumétrico deberá:

a)ser suficientemente estable, de modo que sólo sea necesario determinar una vez su concentración;

b)reaccionar rápidamente con el analito, con el fin de reducir al mínimo el tiempo requerido entre las adiciones de reactivo;

c)reaccionar con el analito de manera completa para que se alcance satisfactoriamente el punto final;

d)reaccionar de manera selectiva con el analito, para que esta reacción pueda describirse por una simple ecuación balanceada.


Definición de Indicadores

Además de las soluciones, en química analítica y específicamente en volumetria es necesaria la preparación de indicadores los cuales son utilizados cuando se realizan valoraciones.

Cuando se llevan a cabo valoraciones en volumetria es necesario detectar el punto final mediante un cambio brusco de alguna propiedad de la mezcla reaccionante o de alguna sustancia que se añade a dicha mezcla.

Muchas sustancias naturales y sintéticas presentan colores que dependen del pH de las soluciones en que se disuelven. Algunas de estas soluciones, que se han utilizado por siglos para indicar la acidez o alcalinidad del agua, aún se emplean como indicadores ácido/base.

Un indicador ácido/base es un ácido o una base orgánicos débiles cuya forma no disociada tiene un color diferente al de su base o ácido conjugados.

INDICADORES

Nombre científico

Nombre común

Intervalo viraje pH

Color ácido

Color alcalino

Cresolsulfonftaleína

Rojo de cresol

0.2-1.8

rojo

amarillo

Timolsulfonftaleína

Azul de timol

1.2-2.8

rojo

amarillo

Difenilamina-p-bencen-sulfonato sódico

Tropeolina 00

1.3-3.0

rojo

amarillo

Tetrabromo fenol sulfonftaleína

Azul de bromofenol

3.0-4.6

amarillo

Azul

Dimetilamino azobencensulfonato sódico

Anaranjado de metilo

3.1-4.4

rojo

amarillo

Acido difenil-diazo- naftilamina-4-sulfónico

Rojo –Cengo

3.5-5.0

violeta

Rojo

Dimetilamino-azo-bencencarboxilato sódico

Rojo de metilo

4.4-6.0

rojo

Amarillo

Diclorosulfonftaleína

Rojo de clorofenol

5.2-6.8

amarillo

Rojo

Dibromotimolsulfonftaleína

Azul de bromotimol

6.0-7.6

amarillo

Azul

Dimetildiamino tolufenazina

Rojo neutro

6.8-8.0

rojo

amarillo café

Fenolsulfonftaleína

Rojo de fenol

6.8-8.4

amarillo

rojo

O-cresol sulfonftaleína

Rojo de cresol

7.2-8.8

amarillo

rojo

Timol sulfonftaleína

Azul de timol

8.0-9.6

amarillo

azul

Fenolftaleína

Fenolftaleína

8.3-10.0

incoloro

rojo violeta

1,2,3 xilenolftaleína

Indicador de Luck

8.9-10.2

incoloro

azul

Timolftaleína

Timolftaleína

9.3-10.5

incoloro

azul

p-nitrobenzolazosalicilato sódico

Amarillo de alizanina

10.1-12.0

amarillo

Violeta

Acido resorcin azo-p-bencensulfónico

Tropeolina 0

11.1-12.7

amarillo

naranja

2,4,6 trinitrofenilmetilnitroamina

Nitramina

11-13.0

incoloro

Naranja-café


SOLUCIONES E INDICADORES PARA TITULACIONES ACIDO/BASE

Las soluciones patrón que se emplean en las titulaciones de neutralización son ácidos o bases fuertes ya que estas sustancias reaccionan más completamente con un analito que las correspondientes especies débiles, de manera que se obtienen puntos finales más definidos. Las soluciones patrón de ácidos se preparan por dilución de ácidos clorhídrico, perclórico o sulfúrico concentrados. El ácido nítrico rara vez se emplea debido a que sus propiedades oxidantes facilitarían posibles reacciones laterales indeseables.

Las soluciones patrón alcalinas por lo general se preparan a partir de hidróxidos de sodio o potasio sólidos y ocasionalmente de hidróxido de bario.

INDICADORES ACIDO/BASE MAS COMUNES

Un indicador ácido/base es un ácido o una base orgánicos débiles cuya forma no disociada tiene un color diferente al de su base o ácido conjugados. La lista de indicadores ácido/base es grande, y comprende numerosas estructuras orgánicas. Se pueden conseguir indicadores al intervalo de pH que se quiera. En la siguiente tabla se da una lista de algunos de los indicadores más comunes así como de sus propiedades:

ALGUNOS INDICADORES ACIDO/BASE IMPORTANTES

Nombre común

Intervalo

De pH

Cambio de

Color

Tipo de indicador

Azul de timol

1.2 – 2.8

8.0 – 9.6

R – Am

Am – B

1

Amarillo de metilo

2.9 – 4.0

R – Am

2

Naranja de metilo

3.1 – 4.4

R – N

2

Verde de bromocresol

3.8 – 5.4

Am – B

1

Rojo de metilo

4.2 – 6.3

R – Am

2

Púrpura de bromocresol

5.2 – 6.8

Am – P

1

Azul de bromotimol

6.2 – 7.6

Am – A

1

Rojo fenol

6.8 – 8.4

Am – R

1

Púrpura de cresol

7.6 – 9.2

Am – P

1

Fenolftaleína

8.3 – 10.0

I – R

1

Tomolftaleína

9.3 – 10.5

I – A

1

Amarillo de alizarina GG

10- 12

I – Am

2

A = azul; I = incoloro; N = anaranjado; P = púrpura; R = rojo; Am = amarillo.

( 1 ) Tipo ácido

( 2 ) Tipo básico










ALGUNOS INDICADORES ACIDO/BASE IMPORTANTES


Nombre común

Intervalo

De pH

Cambio de

Color

Tipo de indicador

Azul de timol

1.2 – 2.8

8.0 – 9.6

R – Am

Am – B

1

Amarillo de metilo

2.9 – 4.0

R – Am

2

Naranja de metilo

3.1 – 4.4

R – N

2

Verde de bromocresol

3.8 – 5.4

Am – B

1

Rojo de metilo

4.2 – 6.3

R – Am

2

Púrpura de bromocresol

5.2 – 6.8

Am – P

1

Azul de bromotimol

6.2 – 7.6

Am – A

1

Rojo fenol

6.8 – 8.4

Am – R

1

Púrpura de cresol

7.6 – 9.2

Am – P

1

Fenolftaleína

8.3 – 10.0

I – R

1

Tomolftaleína

9.3 – 10.5

I – A

1

Amarillo de alizarina GG

10- 12

I – Am

2

A = azul; I = incoloro; N = anaranjado; P = púrpura; R = rojo; Am = amarillo.

( 1 ) Tipo ácido

( 2 ) Tipo básico


Criterio de Aprendizaje:

Escribir las fórmulas usadas en los cálculos de concentración y estandarización de soluciones.


Didáctica de Enseñanza:

Ej. El profesor indicará a los educandos las fórmulas y hará un formulario con éstas.


Métodos para Establecer las Concentraciones de las Soluciones Patrón

Para establecer las concentraciones de las soluciones patrón se utilizan dos métodos:

1.El primero es el método directo, en el que una cantidad de patrón primario cuidadosamente pesada, se disuelve en el disolvente adecuado y se diluye a un volumen exactamente conocido en un matraz volumétrico.

2.El segundo método es por estandarización, en el que el titulante que se estandarizará se usa para titular a) un peso conocido de un patrón primario, b) un peso conocido de un patrón secundario, o 3) un volumen conocido de otra solución patrón. Un titulante que se estandariza contra un patrón secundario o contra otra solución patrón, se conoce como solución patrón secundaria, y su concentración está sujeta a una mayor incertidumbre que en el caso de una solución de un patrón primario. Si se puede elegir, es mejor preparar las soluciones por el método directo. Por otro lado, muchos reactivos carecen de las propiedades requeridas para un patrón primario y deben ser estandarizadas.


Metodos para Expresar las Concentraciones de las Soluciones Patrón

Por lo general, las concentraciones de las soluciones patrón se expresan en unidades de molaridad o normalidad. La molaridad proporciona el número de moles de reactivo contenido en 1 litro de solución; la normalidad da el número de equivalente de reactivo en el mismo volumen.

Algunas relaciones algebraicas útiles son:

La mayoría de los cálculos volumétricos se basan en dos pares de ecuaciones simples derivadas de las definiciones de milimol, mol y concentración molar. Para una especie química A se escribe

Cantidad de A (mmol) = masa A (g) / masa milimolar A (g/mmol)

Cantidad de A (mol) = masa de A (g) / masa molar A (g/mol)


El segundo par de ecuaciones se deriva de la definición de concentración molar, que es

Cantidad de A (mmol) = V (ml) * CA (mmol A/ml)

Cantidad de A (mol) = V (L) * CA (mol A/L)

Donde V es el volumen de la solución.

Es útil saber que cualquier combinación de gramos, moles y litros se puede reemplazar con cualquier combinación semejante expresada en miligramos, milimoles y mililitros. Por ejemplo, una solución 0.1 M contiene 0.1 moles de una especie por litro o 0.1 mmol por mL. Igualmente, el número de moles de un compuesto es igual a la masa en miligramos dividida entre su masa molar en gramos, o igual a la masa en miligramos dividida entre su masa milimolar en miligramos.

Es importante recordar que el número de milimoles es igual al número de milimoles por mililitro multiplicado por el número de mililitros; es decir,

Vconc * c conc = V difl * c dil

Donde Vconc y V difl son los volúmenes en mililitros de las soluciones concentrada y diluida, respectivamente; y c conc y c dil son las concentraciones molares.

Otros cálculos importantes en el análisis volumétrico son:

1.El producto de la normalidad por el volumen en litros es el número de equivalentes gramo del soluto.

2.El producto de mililitros por normalidad representa no sólo el número de meg de soluto contenido en la disolución dada, sino también el número de meg de otra sustancia que reaccione con el primero, o que sea quimicamente equivalente al primero.

mLA * NA = número de meg de A

mLB * NB = número de meg de B

mLA * NA = mLB * NB

3.Los numeros de meg de las sustancias, para el mismo tipo de reacción, pueden sumarse y restarse, pues el meg es la unidad reaccionante.

4.El número de meg de un reactivo, multiplicado por el peso en gramos de 1 meg del mismo o de cualquier sustancia equivalente a él, es el número de gramos del reactivo (o de la sustancia equivalente). Por tanto,

mLA * NA * megA = gramosA

mLA * NA * megB = gramosB

5.Los gramos de una sustancia divididos por el peso de su meg, dan el número de meg de dicha sustancia, o de cualquier otra que reaccione con ella o sea equivalente quimicamente a ella.

En el análisis volumétrico se utiliza una solución patrón (o titulante patrón) de concentración conocida.


Criterio de Aprendizaje:

Emplear las fórmulas para preparar soluciones e indicadores.


Didáctica de Enseñanza:

Ej. El Profesor indicará los cálculos para la preparación de las soluciones que se emplearán en las prácticas referentes a este tema.


Ejercicio

  1. Es necesaria una solución patrón 0.01 M de Na+ para calibrar un método fotométrico. Describase como se prepararían 500 ml de esta solución a partir de un patrón primario de Na2CO3.

Resp. Pesar 0.2649 g de Na2CO3


Objetivo de Aprendizaje:

Esbozar los fundamentos de los métodos volumétricos, su clasificación y el significado del punto de equivalencia.


Criterio de Aprendizaje:

Explicar los conceptos fundamentales del análisis volumétrico.


Didáctica de Enseñanza:

Ex. El Profesor dará a los educandos una explicación sobre los fundamentos y clasificación de los métodos de análisis volumétrico.


Análisis Volumétrico

Los métodos por titulación comprenden un grupo grande y poderoso de procedimientos cuantitativos que se basan en la medición de la cantidad de un reactivo de concentración conocida que se consume por el analito. En la titulación volumétrica se mide el volumen de una solución de concentración conocida que se necesita para reaccionar, tan completamente como sea posible, con el analito. La titulación gravimétrica sólo difiere de la anterior en que se mide la masa del reactivo en lugar del volumen. En la titulación coulombimétrica, el “reactivo” que reacciona con el analito es una corriente eléctrica constante de magnitud conocida. En esta técnica, se mide el tiempo requerido para completar la reacción electroquímica.


Titulaciones Complejométricas

Las titulaciones complejométricas con EDTA se han empleado para la determinación de prácticamente todos los cationes metálicos, con excepción de los iones de metales alcalinos. Como el EDTA forma complejos con la mayoría de los cationes, a primera vista podría parecer que el reactivo carece totalmente de selectividad. No obstante, regulando el pH se pueden controlar considerablemente las interferencias.

Los iones como el cadmio y el zinc, que forman quelatos con el EDTA más estables que los de magnesio, pueden determinarse en presencia de éste si la mezcla se regula a pH 7 antes de hacer la titulación.

Los reactivos que forman complejos se utilizan ampliamente en la titulación de cationes. Los más empleados son compuestos orgánicos que tienen varios grupos donadores de electrones capaces de formar numerosos enlaces covalentes con iones metálicos.

Una de las aplicaciones interesante de la complejidad es la determinación de algunos metales divalentes, como el calcio y el magnesio, causantes de la dureza de las aguas. En la presente práctica se determinara la presencia de calcio por medio de la técnica de la muréxida como indicador empleando como titulante EDTA.

La mayoría de los iones metálicos reaccionan con donadores de pares de electrones formando compuestos de coordinación o complejos. La especie donadora, o ligando, debe tener por lo menos un par de electrones no compartidos para formar el enlace. El agua, el amoniaco y los iones halogenuros son ligandos inorgánicos comunes.

El número de enlaces covalentes que tiende a formar un catión con los donadores de electrones corresponde a su numero de coordinación. Los números de coordinación más comunes son dos, cuatro y seis.

Los métodos de titulación que se basan en la formación de complejos denominados también métodos complejométricos, se han utilizado desde hace más de un siglo; sin embargo, su verdadero crecimiento en las aplicaciones analíticas empezó alrededor de 1940, fundamentalmente con una clase partícular de compuestos de coordinación denominados quelatos. Un quelato se produce cuando un ion metálico se coordina con dos o más grupos donadores de un solo ligando y formando un anillo heterocíclico de cinco o seis miembros.

Un ligando que sólo tiene un grupo donador disponible, como el amoniaco, se denomina unidentado, en tanto que los que tienen dos grupos disponibles, como la glicina, se denomina bidentados. También existen agentes quelantes tri-, tetra-, penta- y hexadentados.

Como titulantes, los ligandos multidentados, en especial los que cuentan con cuatro o seis grupos donadores, tienen dos ventajas sobre los unidentados: 1) en general, reaccionan mejor con los cationes y, por tanto dan, puntos finales más definidos, y 2) comúnmente reaccionan con iones metálicos en una sola etapa, en tanto que la formación de complejos con ligandos unidentados implica la formación de dos o más especies intermedias.

TITULACIONES CON ACIDOS POLIAMINOCARBOXILICOS

Las aminas terciarias que también contienen grupos ácidos carboxílicos forman quelatos muy estables con numerosos iones metálicos.

-Acido etilendiaminotetracético (EDTA). El ácido etilendiaminotetracético abreviado comúnmente como EDTA, es el titulante complejométrico más utilizado. El EDTA es un ligando hexadentado con seis sitios posibles para unirse a un ion metálico: los cuatro grupos carboxilo y los últimos grupos amino, cada uno de estos últimos con un par de electrones no compartido.

El EDTA es un ligando que está entre los reactivos más importantes y que más se utilizan en la volumetría por titulación.

Las soluciones de EDTA son particularmente valiosas como titulantes gracias a que, con independencia de la carga del catión, el reactivo se combina con los iones metálicos en relación 1:1.

El EDTA es un reactivo excepcional no sólo porque forma quelatos con todos los cationes, sino también porque la mayoría de estos quelatos son lo suficientemente estables como para formar las bases de un método de titulación. Sin duda, esta gran estabilidad proviene de los distintos sitios complejantes dentro de la molécula, los cuales le confieren una estructura en forma de jaula en la que el catión se encierra y aísla de manera efectiva de las moléculas del disolvente.

Cuando el EDTA se disuelve en agua se comporta como un aminoácido, como la glicina. Sin embargo, en el caso del EDTA se forma un doble ion dipolo.

INDICADORES UTILIZADOS PARA TITULACIONES CON EDTA.

Reilley y Bernard han catalogado cerca de 200 compuestos orgánicos que se han sugerido para las titulaciones de iones metálicos con EDTA. En general, estos indicadores son colorantes orgánicos que forman quelatos coloreados con iones metálicos en un intervalo característico del catión y del colorante. Con frecuencia, los complejos son tan intensamente coloreados que permiten la detección visual en el intervalo de 10 –6 a 10 –7 M.

El negro de ericromo T es un típico indicador de iones metálicos ampliamente utilizado en las titulaciones de varios cationes comunes. El negro de ericromo T forma complejos rojos con más de dos docenas de iones metálicos, pero sólo unos cuantos tienen constantes de formación adecuadas para la detección del punto final. El indicador es adecuado para titular magnesio y zinc, pero no para la titulación de calcio.

TIPOS DE TITULACIONES CON EDTA.

-Titulación Directa. Aproximadamente 40 cationes se pueden determinar por titulación directa con soluciones patrón de EDTA usando indicadores de iones metálicos. Con frecuencia, los cationes se pueden determinar por titulación directa incluso cuando no se dispone de un indicador adecuado.

La titulación directa también es útil para determinar iones metálicos para los cuales se dispone de electrodos específicos para iones.

-Titulación por Retroceso. Esta titulación es útil para la determinación de cationes que forman complejos estables con el EDTA y para los cuales no se dispone de un indicador adecuado. El método también es aplicable para cationes que solo reaccionan lentamente con el EDTA. A la solución que contiene el analito se agrega un exceso conocido de solución patrón de EDTA. Cuando se considera que la reacción se ha completado, el exceso de EDTA se titula por retroceso con una solución patrón de magnesio o de zinc hasta el punto final con negro de ericromo T o calmagita.

Este tipo de titulaciones también son útiles cuando las muestras contienen aniones que pueden formar precipitados poco solubles con el analito en las condiciones requeridas para la formación adecuada del complejo.


Criterio de Aprendizaje:

Explicar el punto de equivalencia en un análisis volumétrico.


Didáctica de Enseñanza:

Ex. El Profesor dará a los educandos una explicación sobre el punto de equivalencia.


Punto de Equivalencia

Los métodos de titulación se usan ampliamente para análisis de rutina debido a que son rápidos, adecuados, exactos y se pueden automatizar fácilmente.

En el análisis volumétrico se utiliza una solución patrón de concentración conocida. La titulación se lleva a cabo añadiendo lentamente, de una bureta, una solución patrón a la solución con el analito hasta que la reacción sea completa. El volumen de reactivo requerido para completar la titulación se determina por diferencia entre las lecturas inicial y final en la bureta.

En una titulación, el punto de equivalencia se alcanza cuando la cantidad de titulante agregado es químicamente equivalente a la cantidad de analito presente en la muestra.

Las titulaciones por retroceso se utilizan con frecuencia cuando la velocidad de reacción entre el analito y el reactivo es lenta, o cuando la solución patrón no es estable.

PUNTOS DE EQUIVALENCIA Y PUNTOS FINALES

El punto de equivalencia de una titulación es un punto teórico que no puede determinarse experimentalmente. Lo único que podemos estimar es su posición observando un cambio físico asociado a la condición de equivalencia. A este cambio se le conoce como punto final de la titulación. Se debe tener mucho cuidado para asegurar que sea mínima la diferencia de masa o volumen entre el punto de equivalencia y el punto final. Sin embargo, siempre hay diferencias como consecuencia de cambios físicos no adecuados o de nuestra incapacidad para apreciarlos. La diferencia de volumen o masa entre el punto de equivalencia y el punto final es el error de titulación.

Con mucha frecuencia se agregan indicadores a la solución que contiene el analito para obtener un cambio físico apreciable (el punto final) en o cerca del punto de equivalencia. En la zona del punto de equivalencia ocurren grandes cambios en la concentración relativa del analito o del titulante. Estos cambios en la concentración ocasionan cambios en la apariencia del indicador, como son la aparición o desaparición de turbidez.

Con frecuencia se utilizan aparatos para la detección del punto final, los cuales responden a ciertas propiedades de la solución que cambian de manera característica durante la titulación. Dentro de estos aparatos están los voltímetros, amperímetros, ohmetros, colorímetros, medidores de pH, registradores de temperatura y los refractómetros.

En todo análisis volumétrico, sea para la normalización de disoluciones o para el análisis de problemas desconocidos, deben observarse los siguientes principios generales:

1.La muestra tomada no debe ser demasiado pequeña, para que los errores de pesada den lugar a errores relativos pequeños.

2.El volumen de reactivo consumido no debe ser demasiado pequeño.

3.La muestra tomada no debe ser tan grande que dé lugar a que haya que volver a llenar la bureta para completar la valoración.

4.La concentración de reactivo debe elegirse en concordancia con las condiciones 1 a 3.

5.Debe efectuarse la valoración directa hasta el punto final.

6.Cuando sea posible, deben efectuarse determinaciones en blanco con el indicador y restarse las cantidades de reactivo que en ellas se consume de la cantidad gastada en la valoración.

7.La normalización o el análisis deben fundamentarse en los resultados de al menos tres valoraciones en estrecha concordancia, preferiblemente con cantidades algo diferentes de muestra para evitar cualquier prejuicio personal en la detección del punto final.

REQUISITOS FUNDAMENTALES

Para que un proceso sea susceptible de ser aplicado en un método volumétrico debe cumplir con un cierto número de exigencias:

1.La reacción entre el constituyente buscado y el reactivo debe ser sencilla; la reacción sirve de base a los cálculos.

2.La reacción debe ser estequiométrica; los cálculos a efectuar con los datos exigen una reacción definida.

3.La reacción debe ser rápida, con objeto de que la valoración pueda realizarse en poco tiempo. La mayor parte de las reacciones iónicas son tan rápidas, que pueden considerarse instantáneas.

4.La reacción debe ser completa en el momento que se han añadido cantidades equivalentes (estequiométricas) de las sustancias reaccionantes, lo cual permite que puedan realizarse cálculos.

5.Debe disponerse de una disolución patrón como reactivo valorante.

6.Debe existir un indicador que señale el punto final de la valoración.

7.Deben utilizarse aparatos de medida exactos (buretas, pipetas, balanza analítica, etc.).


Criterio de Aprendizaje:

Relacionar los cálculos de volumetría con la obtención de resultados del análisis volumétrico.


Didáctica de Enseñanza:

Ej. El profesor indicará las fórmulas empleadas y hará ejercicios sobre el tema.


Cálculos de Volumetría

Los cálculos volumétricos pueden efectuarse mediante el titulo de la disolución patrón, que es el peso de una sustancia dada que puede ser valorada con 1 ml de una disolución patrón detrminada.

T = N * mg


Titulo de una solución: Cantidad de soluto por ml de la sustancia que se determina, o equivalente en otra sustancia.


T = mg / ml = peso del reactivo con el que reacciona el soluto.

T = N * P.E.

El peso equivalente es el de la sustancia con la cual reacciona la solución y no el del soluto.


Ejercicios

  1. ¿Cuál será el titulo de una solución 0.1056 N expresada en términos de Ag?

Resp. 0.01139 g Ag

  1. Una solución tiene un título de 0.006 g de Na2CO3, cada ml equivale a esa cantidad de carbonato de sodio. ¿Cuál es su Normalidad?

Resp. 0.1132

  1. ¿Cuál es el titulo de NH3 al reaccionar con una solución de HCL 0.120 N?

Resp. 2.04 mg/ml

  1. ¿Cuál es el título en hidróxido sódico del ácido sulfúrico 0.05 N?

Resp. 0.002 g de NaOH








Evidencia Final:

Pa3. Análisis Gravimétrico: Determinación de Cu al estado óxido, CuO.


Práctica 3. Análisis Gravimétrico: Determinación de Cu al estado óxido, CuO.

Instrucciones: El educando manejará el equipo y material empleado en determinaciones gravimétricas y será hábil en la realización de los cálculos correspondientes.


REACTIVOS, MATERIALES Y EQUIPO.

cápsula de porcelana

agitador

crisol de Gooch

crisol de porcelana

vaso de precipitado

solución que contiene cobre

solución NaOH


METODOLOGÍA.

1.Calentar la solución que contiene cobre, y agitando continuamente se agrega, gota a gota, solución diluida de hidróxido de potasio hasta que este se encuentre en ligero exceso.

2.El precipitado obtenido, de color oscuro, se deja reposar sobre el baño maría durante media hora, y se lava por decantación con agua caliente.

3.Pasar el precipitado al filtro, sea éste de papel o crisol de Gooch, se lava finalmente en el mismo filtro con agua caliente, hasta que el filtrado no dé reacción alcalina con el papel tornasol.

4.Si la filtración se efectuó en papel filtro, después de secar éste a la estufa a 100 °C, se separa el filtrado y se incinera el papel dentro de un crisol de porcelana tarado, a la flama del mechero Bunsen; posteriormente se coloca el total del precipitado junto con las cenizas, y se calcina también a la flama del Bunsen; se deja enfriar en un desecador durante 45 min. y se pesa. Del peso del precipitado se deduce el peso de las cenizas del papel filtro empleado. Si la filtración se hizo en un crisol de Gooch, se calienta éste con el mechero de Bunsen, teniendo cuidado de ponerlo dentro de otro crisol de mayor tamaño


RESULTADOS

1.Mencione las observaciones hechas durante el desarrollo experimental.


ANÁLISIS DE RESULTADOS


CONCLUSIONES


CUESTIONARIO

1. Mencione cinco aplicaciones importantes del Análisis Gravimétrico.

  1. Mencione el mecanismo de formación de precipitados.

  2. Defina calcinación.

  3. Mencione el método directo e indirecto de eliminación de agua en muestras inorgánicas.

  4. Mencione otras técnicas de determinación de Cobre.


REFERENCIAS

Orozco, D. F. 1989. Análisis Químico Cuantitativo. Editorial Porrúa, S.A., México.


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