Preparación de soluciones, análisis volumétrico y valoración de oxido de reducción

Introducción

Las soluciones en química, son mezclas homogéneas de sustancias en iguales o distintos estados de agregación. La concentración de una solución constituye una de sus principales características. Bastantes propiedades de las soluciones dependen exclusivamente de la concentración. Su estudio resulta de interés tanto para la física como para la química. Algunos ejemplos de soluciones son: agua salada, oxígeno y nitrógeno del aire, el gas carbónico en los refrescos y todas las propiedades: color, sabor, densidad, punto de fusión y ebullición dependen de las cantidades que pongamos de las diferentes sustancias.

La sustancia presente en mayor cantidad suele recibir el nombre de solvente, y a la de menor cantidad se le llama soluto y es la sustancia disuelta.

Al momento de preparar soluciones hay que tomar en cuenta varios aspectos, en el análisis químico son de particular importancia las "unidades" de concentración, y en particular dos de ellas: la molaridad y la normalidad. También punto de equivalencia, fracción molar, la concentración decimal, entre otros.

Preparación de soluciones

La composición de una solución se debe medir en términos de volumen y masa, por lo tanto es indispensable conocer la cantidad de soluto disuelto por unidad de volumen o masa de disolvente, es decir su concentración. Durante cualquier trabajo experimental, el uso de soluciones se hace indispensable, por lo que es necesario conocer los procedimientos para su elaboración. En la presente práctica se realizarán soluciones utilizando como concentración la molaridad, la normalidad y las relaciones porcentuales.

1.1-Solución

Una solución es una mezcla homogénea cuyas partículas son menores a 10 ángstrom. Estas soluciones estas conformadas por soluto y por solvente. El soluto es el que esta en menor proporción y por el contrario el solvente esta en mayor proporción. Todas las soluciones son ejemplos de mezclas homogéneas.

? Solución diluida es cuando la cantidad de soluto es muy pequeña.

? Solución concentrada es cuando la cantidad de soluto es muy grande.

? Solución saturada es cuando se aumento mas soluto en un solvente a mayor temperatura de la normal (esto es porque cuando ya no se puede diluir, se calienta el solvente y se separan sus partículas para aceptar mas soluto)

? Solución sobresaturada es cuando tiene más soluto que disolvente

1.2-Soluto y Disolvente

Las sustancias que están presente en la mayor cantidad se denomina disolvente, que se define como la sustancia en la cual se disuelve otra. Ésta última, que es la que disuelve en la primera, se denomina soluto.

Soluto + Disolvente = Solución

Dilución de soluciones

Para diluir una solución es preciso agregar más % de disolvente a dicha solución y éste procedimiento nos da por resultado la dilución de la solución, y por lo tanto el volumen y concentración cambian, aunque el soluto no.

Solubilidad

La solubilidad de un soluto en un disolvente es la concentración que presenta una disolución saturada, o sea, que está en equilibrio con el soluto sin disolver porque siempre habrá algunas moléculas o iones que pasen a la disolución. Las sustancias se clasifican en:

Solubles: si su solubilidad es 0,1 M o >.

Poco Solubles: si su solubilidad se sitúa entre 0,1 M y 0,001 M

Insolubles: si su solubilidad no llega a 0,001 M

3.1-Factores que afectan a la solubilidad

1.) La temperatura: la mayoría de las disoluciones de sustancias sólidas son procesos endotérmicos y con un aumento de entalpía. Al disolver una sustancia sólida se produce la ruptura de enlaces (energía reticular)que casi nunca se compensa por la energía de solvatación. Por otra parte la destrucción de la estructura ordenada del sólido y la nueva disposición de las moléculas de disolvente alrededor del soluto conllevan un aumento de entropía. Como, unos valores negativos de H y de S positivos favorecen la espontaneidad del sistema por tanto la solubilidad de la mayoría de sustancias aumenta con la temperatura.

En cambio en la disolución de líquidos o gases en líquidos no supone la destrucción de estructuras demasiado estables ni un aumento del desorden ni en muchos casos ruptura de enlaces. La mayoría de los gases son más solubles a bajas temperaturas.

2.) Momento Dipolar: Mayor solubilidad cuanto más parecido sea el momento dipolar del soluto y del disolvente.

3.) Constante Dieléctrica del Disolvente: de acuerdo con la ley de Couland las fuerzas de atracción entre dos iones son más débiles cuanto mayor sea la constante dieléctrica.

3.2 Producto de la Solubilidad

Incluso en las sustancias más insolubles hay siempre una pequeña proporción de partículas que pasan a la disolución. Esto se puede indicar en un campo iónico como un equilibrio entre la forma sólida y los iones en disolución. Este equilibrio está desplazado claramente hacia la forma iónica no disociada.

A la constante de equilibrio se la denota constante del producto de solubilidad o también producto de solubilidad

Cuanto menor sea el producto de solubilidad menor solubilidad tendrá la sustancia.

Análisis Volumétrico

4.1-Generalidades sobre Volumétrica

En el análisis volumétrico se aprovechan reacciones cuantitativas que se verifican entre la sustancia por determinar y un reactivo cuya concentración se conoce exactamente; del volumen empleado de este último para la realización de la reacción precisamente hasta su punto final, se calcula la cantidad de la sustancia que se pretende valorar. Las reacciones que se aplican al análisis volumétrico deben ser conocidas con exactitud, Para así poder relacionar el peso de las substancias reaccionantes con el peso de los productos de la reacción, pues aun cuando en este tipo de de análisis lo inmediato es la medición de volúmenes, directamente están relacionados éstos con el peso de substancias a que son equivalentes.

4.2- Conceptos Análisis Volumétrico

La valoración o titulación es un método corriente de análisis químico cuantitativo en el laboratorio, que se utiliza para determinar la concentración desconocida de un reactivo conocido. Debido a que las medidas de volumen juegan un papel fundamental en las titulaciones, se le conoce también como análisis volumétrico. Un reactivo llamado "valorante" o "titulador", de volumen y concentración conocida (una solución estándar o solución patrón)

Este sistema analítico, debido a que sus cálculos se basan en los volúmenes de soluciones requeridos en cada reacción, recibe el nombre de Análisis Volumétrico o Volumetría, y su importancia, tanto desde el punto de vista puramente científico como de sus aplicaciones, sobrepasa a la de los otros capítulos del análisis.

La exactitud de estos métodos, cuando son aplicados inteligentemente y conducidos con destreza, es comparable a la de los mejores.

4.3- Limitaciones de los métodos volumétricos

La reacción debe ser definida y siempre la misma dentro de las variaciones normales de las condiciones analíticas. Otra de las limitaciones que tiene el desarrollo de los métodos volumétricos esta en el conocimiento exacto del final de las reacciones; para ello se emplea en la mayor parte de los casos substancias especiales llamadas "indicadores", cuya misión es "advertir" cuando la reacción ha llegado a ser completa; sin embargo, no siempre es posible emplear estos indicadores, bien sea porque no se conozca el apropiado, o bien porque las condiciones del problema no permiten su empleo normal; en estos casos se recurre a métodos fisicoquímicos en sustitución de los indicadores químicos, pero el uso de aquellos no deja de constituir una limitación en las aplicaciones volumétricas comunes, por su alto costo y por emplearse aparatos delicados en su manejo.

Soluciones Valoradas

Las soluciones empleadas en volumetría y cuya concentración debe ser conocida con tanto mayor exactitud cuanto mejores resultados analíticas se desee obtener, reciben el nombre de Soluciones Valoradas o Soluciones Tituladas, su concentración está referida, por regla general, al "peso equivalente", "gamo equivalente" o simplemente "equivalente", la cantidad en gramos de la sustancia, que corresponde a un átomo gramo de hidrogeno. Una solución que contiene por litro el peso equivalente gramo de cualquier compuesto o elemento recibe la designación de solución "normal".

Se da el nombre de "normalidad" de una solución a la relación que existe entre el peso de sustancia activa contenido en un litro de esa solución, y el peso de la misma sustancia contenido en un litro de solución exactamente normal, ósea en su peso equivalente.

Si la cantidad de sustancia contenida en un litro de la solución es mayor que la correspondiente al equivalente, la solución será medio normal, tercio normal, cuarto normal, etc.

En este sistema la concentración de las soluciones esta dada directamente en gramos por mililitro, de la sustancia que contiene o de cualquiera otra a la que sea equivalente, de tal manera que el numero de mililitros empleados en una titilación da directamente la cantidad de sustancia que se cuentan; en otros casos se regula el peso de la muestra con relación a la concentración de la solución de tal manera que el volumen de ésta indique, sin más calculo. En las soluciones antes citadas la cantidad de soluto por mililitro, o su equivalente en otra sustancia, recibe el nombre de "titulo"; a esta solución se le llama "empírica".

Sistemas de anotación de las soluciones

Para el sistema normal de soluciones valoradas se usan dos formas de anotación; una de ellas, la mas antigua, indica la solución normal por N/1, es decir, por una fracción en la que el numerador N representa el peso el peso equivalente de la sustancia y el denominador 1 indica que en un litro de de la solución hay el peso equivalente de la misma; las soluciones más diluidas que la normal, también se representan por fracciones, como N/2, que es una solución medio normal, porque en un litro sólo se encuentra la mitad del peso equivalente; N/3 tercio normal; N/4, cuarto normal, N/5, quinto normal, etc.; las soluciones mas concentradas que la normal, pues un litro contiene dos veces el peso equivalente; 3N, triple normal etc.

En este tipo de anotación se acostumbra indicar, junto a la normalidad expresada como antes se dice, el "factor" volumétrico que sirve para convertir los mililitros de esa solución, que en la mayoría de los casos sólo se aproxima a al normalidad indicada, en mililitros exactos de esa misma normalidad, así por ejemplo, 20 ml de una solución N/2, factor = 0.9215, en realidad equivalen a 20*0.9215 = 18.430 ml, exactamente N/2.

Procedimiento para el análisis volumétrico

Una titulación o valoración comienza con un vaso de precipitados o matraz Erlenmeyer conteniendo un volumen preciso del reactivo a analizar y una pequeña cantidad de indicador, colocado debajo de una bureta que contiene la disolución estándar. Controlando cuidadosamente la cantidad añadida, es posible detectar el punto en el que el indicador cambia de color. Si el indicador ha sido elegido correctamente, este debería ser también el punto de neutralización de los dos reactivos. Leyendo en la escala de la bureta sabremos con precisión el volumen de disolución añadida. Como la concentración de la disolución estándar y el volumen añadido son conocidos, podemos calcular el número de moles de esa sustancia (ya que Molaridad = moles / volumen). Luego, a partir de la ecuación química que representa el proceso que tiene lugar, podremos calcular el número de moles de la sustancia a analizar presentes en la muestra. Finalmente, dividiendo el número de moles de reactivo por su volumen, conoceremos la concentración buscada.

Valoración de Oxido de Reducción

Estas valoraciones están basadas en una reacción de redox entre un agente oxidante y un agente reductor. El agente oxidante (o el agente reductor) se añade en la bureta previamente lavada con el mismo agente oxidante. El reductor (o el agente oxidante) se añade en el matraz erlenmeyer, previamente lavado con agua destilada. Como en una valoración ácido-base, la solución estándar es la que se coloca a menudo en el matraz, y la solución cuya concentración debe ser determinada se coloca en la bureta. El procedimiento para realizar las valoraciones redox es similar al requerido para realizar las valoraciones ácido-base.

La mayoría de las veces se utiliza un el potenciómetro o un indicador redox para determinar el punto final de la valoración. Por ejemplo, cuando uno de los componentes de la valoración es el agente oxidante dicromato de potasio, el cambio de color de la solución de naranja a verde no es definido y se utiliza un indicador como la difenilamina. El análisis de vinos para determinar su contenido de dióxido de azufre requiere el empleo de yodo como un agente oxidante. En este caso, se utiliza almidón como indicador; un complejo de almidón-yodo azul se forma en el momento en que un exceso de yodo está presente, señalando así el punto final de la valoración.

Por otro lado, algunas valoraciones redox no requieren un indicador, debido al color intenso de alguno de los componentes. Por ejemplo, en una valoración donde está presente el agente oxidante permanganato de potasio, un color rosado que persiste señala el punto final de la valoración, y por lo tanto no se requiere ningún indicador particular.

Conclusiones

Al terminar el trabajo de soluciones, análisis volumétrico y valoración de oxido reducción podemos concluir que con el desarrollo experimental de la presente practica nos pudimos percatar de que la concentración de una solución depende directamente de los factores de molaridad y normalidad, las cuales son propiedades que determinan las características de una solución, con lo cual se puede saber que tan básicas o ácidas pueden ser estas soluciones.

Con lo anterior se puede llegar a la conclusión de que es muy importante tener presente el conocimiento de las expresiones que nos ayudan a conocer lagunas de las características básicas de una solución, con las cuales se pueden calcular soluciones de diferentes grados de concentración.

Además el estudio de las soluciones posee una gran importancia, ya que se puede decir que es la base de la industria química, por un sin numero de procesos y productos provienen de los compuestos entre solutos y disolventes, como en el caso de la industria de los alimentos, perfumes, farmacéuticos, pinturas, etc. Un gran economía o perdida en la industria, la representa el correcto estudio y manejo de los reactivos de una solución, dado que al optimizar estos, depende el ahorro o el desperdicio de los mismos.

Bibliografía

http://www.monografias.com/trabajos73/preparacionsoluciones/preparacion-soluciones

http://html.rincondelvago.com/analisis-volumetrico.html

http://es.wikipedia.org/wiki/An%C3%A1lisis_volum%C3%A9trico

http://html.rincondelvago.com/analisis-volumetrico.html

http://www.salonhogar.net/quimica/nomenclatura_quimica/Oxido_reduccion.htm

Autor:

Carla Santaella

República Bolivariana de Venezuela.

Ministerio del Poder Popular para la Defensa.

Universidad Nacional de la Fuerza Armada Nacional Bolivariana.

Sección: CBN-2A.

Ciclo Básico de Ingeniería

Asignatura: Lab-Quimica

Maracaibo, 10 de Febrero de 2010