Trabajos práctico de Química Analítica Cuantitativa

1. Agua de Cristalización 2. Calibración de vasijas volumétricas 4. Determinación gravimétrica de níquel 5. Soluciones standart para análisis cuantitativo y cualitativo 6. Determinación gravimétrica de sulfato de bario como sulfato de bario

1. Agua de Cristalización

Laboratorio n°1

Objetivo: determinación de agua de cristalización para una sal de Cloruro de Bario dihidratado (BaCl2*2H20)

Se utilizara el método de evolución el que consiste en separar el componente volátil del resto de la muestra por volatilizacion aplicando calor, se medirá Indirectamente, por diferencias de pesadas de la sal. Siendo este proceso el más utilizado.

Cabe destacar que la muestra a analizar debe cumplir con ciertos requisitos como:

• El agua debe ser el único componente volátil
• El residuo no debe variar su masa por resultado de reacciones: hidrólisis, oxidaciones etc.

En síntesis debe conocerse exactamente la evolución de la reacción química para no cometer errores.

La reacción es la siguiente:

BaCl2*2H2O BaCl2 + 2H2O

La sal hidratada pierde toda el agua a sobre los 113°C y sus puntos de fusión respectivamente son 962°C y 1650°C y el agua evoluciona a una buena velocidad a los 150°C. Por lo tanto se eligió esta temperatura como la mas apropiada para la determinación del hidrato.

Procedimiento, datos y cálculos

Pesafiltro n° 25

Muestra n° 16

Balanza n° 10

Primera pesada del pesafiltro: 12.9583g

Segunda pesada del pesafiltro: 12.9582g

El peso es constante por lo tanto el promedio de las dos masas se utilizara para realizar los cálculos.

Peso constante del pesafiltro: 12.9582g

Pesada: pesafiltro + muestra hidratada: 14.0195g

Peso de la muestra hidratada: 1.0613g

Primera pesada: muestra deshidratada + pesafiltro: 13.8637g

Segunda pesada: muestra deshidratada + pesafiltro: 13.8624g

Tercera pesada: muestra deshidratada + pesafiltro: 13.8624g

Despreciamos la primera pesada y el peso constante del pesafiltro mas la muestra deshidratada es: 13.8624g

Peso muestra deshidratada: 0.9042g

Peso agua de hidratación: 0.1571g

Porcentaje de agua en muestra:

Peso del BaCl*2H2O 100%

Peso del 2H2O X%

O bien

Peso del H2O *100

Peso del BaCl2*2H2O

Dando como resultado 14.8026% de agua de hidratación en muestra de Cloruro de Bario dihidratado.

2. Calibración de vasijas volumétricas

La calibración de vasijas volumétricas se efectúa pesando el volumen de agua, u otro liquido usado como solvente, que corresponde a la lectura de la vasija, para que el peso del agua represente el volumen indicado por la lectura.

Para esto se deben efectuar ciertos cálculos, tomando en cuenta que:

• El volumen de la vasija varia debido a la dilatación del vidrio
• La densidad del agua varia con la temperatura
• El empuje del aire reduce el peso del agua por que el volumen del agua y el de las pesas no son iguales

El uso de tablas especiales facilita los cálculos, por que toman en cuenta los factores principales, por lo tanto basta con solo conocer la temperatura del agua que se pesa.

Pero la temperatura del agua que se emplea en la calibración debe estar en equilibrio con la temperatura ambiente. Para esto la vasija con el liquido en su interior se deja cerca de la balanza que se va a usar, se le inserta un termómetro y se deja reposar por lo menos media hora.

El volumen se determina pesando el agua a una temperatura, contenido en un aparato a la misma temperatura.

El peso obtenido Pa se multiplica por el volumen a 20°C (V20) o el volumen a otra temperatura (Vt)

Factores para el calculo simplificado del volumen

V20 = Pa * F20 Vt = Pa * Ft

Calibración de una pipeta total de 20 mL

Se mide el volumen de la pipeta y se procede a pesar, recogiendo el agua en un pesa filtro previamente tarado, se repite la operación tres veces, de los resultados obtenidos se calcula el promedio aritmético que se usara para determinar el volumen de la pipeta usando la tabla anteriormente explicada.

Experimentalmente obtuve el siguiente set de datos, para una pipeta total de 20 mL

20.0477 g

20.0428 g

20.0144 g

20.0268 g

20.0125 g

20.0459 g

20.0511 g

20.0366 g Siendo estas dos pesadas las más próximas.

20.0368 g

20.0411 g

20.0624 g

El agua que estaba pesando cambio de 19°C a 20°C y más, lo que produjo un desvarío en las pesadas, además, la balanza estaba en proceso de calibración durante la mayoría del tiempo de trabajo y la indiscriminada entrada y salida de personas a la sala de balanzas, hacen de los datos obtenidos poco representativos e inexactos. Por lo tanto siendo arbitrario, y solo como ejemplo, tomando por temperatura 19°C y las dos pesadas mas próximas. El volumen sería:

Promedio de las pesadas: 20.0367 g

Factor de calculo para 19°C: 1.0026

Por lo tanto:

Vt = Pa * Ft 20.0367 * 1.0026 = 20.0888mL

Volumen que yo no voy a considerar para los cálculos, ya que hubo presentes muchos errores ajenos a mi persona, que hacen que este resultado sea inexacto y poco representativo.

3. Uso de catálogos reactivos

Pedido de reactivos químicos; Firma proveedora: MERCK

Catalogo: Reactivos Productos químicos Año: 1999/2000

Glosario:

Suprapur :son reactivos predominantemente ácidos, bases y sales, son preparados de una pureza extraordinaria para el análisis de trazas. Los valores numéricos del amplio boletín de garantía – en parte en rangos de ppb – vienen dados a menudo por el limite de detección de los métodos analíticos usados rutinariamente.

ACS: significa que los reactivos cumplen con las normas de la American Chemical Society.

ISO: caracteriza a los reactivos que están examinados según las especificaciones de la "Organización Internacional para Estandarización" generalmente, las normas de calidad MERK sobrepasan estas exigencias.

Ultrapur :se refiere a los reactivos en los cuales las impurezas se encuentran por debajo de 100 ppt.

Puris: son productos especialmente adecuados para el uso técnico o la producción.

DAB: Farmacopea Alemana.

PH Eur: Farmacopea Europea.

BP: Farmacopea Británica.

VLSI: Very Large Scale Integrated Circus.

USP: Farmacopea Americana.

– la nomenclatura que falta no aparece en el catalogo –

4. Determinación gravimétrica de níquel

Uso de agentes precipitantes orgánicos

El objetivo de este trabajo practico es lograr la precipitación cuantitativa del níquel, usando un agente de precipitación orgánico, en este caso en particular la dimetilglioxima.

Los agentes de precipitación orgánicos son de gran importancia, debido a que forman complejos no iónicos poco solubles, los quelatos, que se forman por el enlace entre una molécula orgánica y un ion metálico.

Sus propiedades son la baja solubilidad en agua, composición definida, ser muy estables y por lo común fáciles de filtrar, además tienen un peso molecular grande por consiguiente se logra un aumento en la precisión.

La dimetilglioxima se caracteriza por tener un grupo funcional 1-2 dioxima;

Además es un reactivo muy especifico ya que solo precipita cuantitativamente al paladio en medio ácido y al níquel en medio débilmente alcalino.

En este practico se utilizara una solución ligeramente alcalina de níquel, y una solución alcohólica de dimetilglioxima, el precipitado será estable, su composición definida y libre de agua por simple secado a 120°C

Debido al carácter voluminoso del precipitado, hay una capacidad máxima de níquel que puede ser manejada convenientemente, el peso de la muestra depende de esto, se debe controlar el exceso de dimetilglioxima. No por que es poco soluble en agua sino que también el precipitado de Ni(DMG)2 es mas soluble en presencia de alcohol.

Procedimiento

A partir de 100 ml de muestra, tomar dos alícuotas de 20 ml cada una, agregar 0.5 ml de HCl para tener pH 5-6 y diluir aproximadamente hasta 150-200 ml, Calentar la solución a 60°C-80°C bajo continua agitación, luego agregar 30 ml de solución alcohólica de dimetilglioxima al 1% y homogeneizar.

Agregar NH3 (1:4) desde una bureta con buena agitación hasta sentir un leve olor amoniacal, digerir 30 minutos a 60°C luego enfriar 1 hora a temperatura ambiente en un baño de agua fría, filtrar en crisol filtrante y lavar con agua destilada fría.

Lavar hasta no detectar presencia de cloruros(se detectan tratando las aguas de lavado con AgNO3) finalmente llevar a peso constante en estufa a 120°C por una hora y desecador por media hora.

Cálculos

Muestra n°: 24

Crisol filtrante 25 muestra A

Crisol filtrante 26 muestra B

Peso crisoles filtrantes con muestra

Primera pesada

Crisol 25 + Ni(DMG)2: 23.9110g

Crisol 26 + Ni(DMG)2: 24.6990g

Segunda pesada

Crisol 25 + Ni(DMG)2: 23.9110g

Crisol 26 + Ni(DMG)2: 24.6992g

Peso constante, promedio de las pesadas

Crisol 25 + Ni(DMG)2: 23.9110g

Crisol 26 + Ni(DMG)2: 24.6991g

Peso crisoles vacíos

Primera pesada

Crisol 25: 23.7236g

Crisol 26: 24.5096g

Segunda pesada

Crisol 25: 23.7234g

Crisol 26: 24.5097g

Peso constante, promedio de las pesadas

Crisol 25: 23.7235g

Crisol 26: 24.5096g

Peso Ni(DMG)2 [(diferencia peso crisol + Ni(DMG)2) – peso crisol]

Ni(DMG)2 A: 0.1875g

Ni(DMG)2 B: 0.1895g

Promedio aritmético

Ni(DMG)2: 0.1885g

Gramos de níquel en 100 ml de muestra:

g Ni(DMG)2 * factor gravimetrico * 100ml

20ml

Entonces:

0.1885g * 0.2032 * 100ml

20ml

Por lo tanto:

0.191516 gramos de níquel en 100 ml de solución.

5. Soluciones standart para análisis cuantitativo y cualitativo

En el análisis volumétrico la concentración del analito se determina midiendo su capacidad de reaccionar con el reactivo patrón.

Este es una solución de concentración conocida capaz de reaccionar mas o menos completamente con la sustancia que se analiza. El volumen de la solución patrón requerido para completar la reacción con el analito se considera como un parámetro analítico dentro del análisis volumétrico

Vamos a definir lo que es un patrón ideal: se define como la sustancia cuya concentración debe mantenerse indefinidamente invariable para evitar la necesidad de su normalización periódica.

La reacción debe ser suficientemente rápida para que no haya necesidad de esperar un tiempo cada vez que se haga la adición del reactivo.

Deberá reaccionar solo con el analito y esta reacción deberá ser descrita por una ecuación química balanceada

Pocos reactivos volumétricos cumplen con todos los requisitos, pero existen patrones primarios de elevada pureza, estabilidad ante los agentes atmosféricos, ausencia de agua de hidratación, fácil adquisición y módico precio, peso equivalente suficientemente elevado para disminuir los errores asociados a la operación pesada.

Puede ser necesario, ocasionalmente basar un análisis en una sustancia que no cumple todos los requisitos de un patrón primario. Para eso existen los patrones secundarios y su pureza se establecerá por medio de un minucioso análisis.

Las soluciones patrón usadas en las valoraciones de neutralización son siempre ácidos o bases fuertes ya que ellos completamente ionizados producen cambios de pH mas pronunciados en los puntos de equivalencia de las valoraciones.

El patrón primario más usado (se debe preparar) es el ácido clorhídrico ya que sus soluciones diluidas son estables indefinidamente y se usan en la mayoría de los cationes sin que aparezcan reacciones de precipitación. Y cuando el ion cloruro produce interferencias de usan soluciones de ácido perclorico y ácido sulfúrico que también son estables.

Las soluciones de ácido nítrico valoradas raramente son usadas por sus propiedades oxidantes

Patrones primarios para ácidos:

Carbonato de Sodio que es frecuentemente usado para soluciones ácidas de analitos, se puede obtener puro en el comercio o prepararlo a partir del carbonato hidrogeno de sodio puro calentado entre 270  C y 300  C por una hora

2NaHCO3 (s)  Na2CO3 (s) + H2O (g) + CO2 (g)

Tris-(hidroximetil)aminometano (THAM o TRIS)

(HOCH2)3CNH2

se puede obtener comercialmente con pureza de patrón primario, su peso equivalente es mas elevado (121,14) que el carbonato de sodio (53,000)

Otros patrones primarios ácidos como el tetraborato de sodio, oxido de mercurio(II), oxalato de calcio.

Patrones primarios para bases:

Los más comunes son ácidos orgánicos deviles

Hidrogeno Ftalato de Potasio (KHC8H4O4) el cual posee muchas cualidades necesrias para ser un patrón primario ideal. Es un sólido no higroscópico con un peso equivalente elevado. En la mayoría de los casos se puede usar el producto comercial sin necesidad de purificarlo pero para análisis con mayor exactitud este con certificado de pureza se puede obtener en el National Bureau of Standars.

Acido Benzoico: se puede obtener con un elevado grado de pureza y se puede usar como patrón primario para bases el inconveniente es su limitada solubilidad

Hidrogeno Yodato de Potasio (KH(IO3)2) excelente patrón primario con peso equivalente elevado es un ácido fuerte que se puede valorar usando cualquier indicador con intervalos de transición de pH entre 4y10.

6. Determinación gravimétrica de sulfato de bario como sulfato de bario

Objetivo

Determinar sulfato a la forma de sulfato de bario por precipitación, en medio débilmente ácido, de una solución diluida de cloruro de bario (BaCl2)

Observaciones

Para que la precipitación sea cuantitativa se debe agregar un exceso del 10% de ion bario ya que disminuye la solubilidad. Por otro lado, ya que el sulfato de bario es un poco más soluble en agua caliente, lo que es muy importante, permite usar agua caliente en el lavado y así eliminar mejor las impurezas del precipitado.

Para que la pureza del precipitado sea optima se acidifica la solución de sulfato para impedir la precipitación de iones CO32- PO43- F- CrO42-.

El sulfato de bario a 105°-110°C tiene mas de un 10% de agua, por eso se debe calcinar sobre los 550°C para eliminar esa agua.

El sulfato de bario tiene tendencia a trepar, por lo cual no debe llenarse el papel filtro a mas de 2 cm a contar del borde superior; para obtener cristales grandes y bien formados se debe precipitar en caliente, en medio débilmente ácido (aumenta la solubilidad del precipitado) adición gota a gota de la solución de cloruro de bario diluida y con agitación constante durante la agregación del reactivo precipitante.

Procedimiento

Pesar dos muestras de aproximadamente 0.5 g (0.45 g-0.55 g) y agregar a vasos de 400 ml con 15 ml de agua destilada y 0.5 ml de ácido clorhídrico concentrado, agitar hasta disolución, luego agregar agua destilada hasta 200 ml y calentar hasta ebullición.

Precipitar con bureta que contiene los 20 ml de cloruro de bario 0.25 M, gota a gota dejando que el cloruro de bario escurra por las paredes interiores del vaso, agitando continuamente, siempre teniendo la solución a ebullición con llama piloto. Una vez terminada la precipitación se deja sedimentar unos minutos y se agregan 5 ml mas de cloruro de bario para comprobar si la precipitación fue completa, de no ser así, se sigue agregando cloruro de bario hasta que precipite completamente. Se mantiene en caliente (sin ebullición) con llama piloto durante una hora.

Se procede al filtrado en papel filtro sin cenizas (papel whatman N°42) se recoge el filtrado en un vaso limpio y se agrega cloruro de bario si no ocurre precipitación se desecha; si aparece indica que el cloruro de bario fue insuficiente para precipitar todo el sulfato de la muestra, en este caso se comienza nuevamente el análisis con menor cantidad de muestra o bien mas cloruro de bario. Satisfactoriamente en este análisis no ocurrió, así que el precipitado se lava por decantación con agua destilada caliente 5 veces y él ultimo lavado se recoge y se procede a detectar cloruro agregando gotas de ácido nítrico y nitrato de plata (de haber cloruro se forma un precipitado blanco) el lavado se continua hasta descartar la presencia de cloruro.

Se lleva el crisol a peso constante y el papel filtro se envuelve con el precipitado dentro y se coloca en el crisol se procede a calcinar aumentando la temperatura gradualmente hasta llegar a los 500°C-700°C, al quemarse el papel se debe tapar y destapar para extinguir la llama continuando hasta la aparición de cenizas blancas durante 30-60 minutos se deja enfriar 2 minutos y se lleva al desecador 30 minutos, repetir la calcinación 30 minutos hasta lograr peso constante.

Cálculos y datos

Muestra N° 9

Crisol N°38

Peso muestra (sulfato): 04536 g

Peso crisol: 16.4628 g

Peso crisol + sulfato de bario: 16.8986 g

Peso sulfato de bario: 0.4358 g

Gramos de Na2SO4:

Porcentaje de Na2SO4 en la muestra:

Gramos de sulfato:

Porcentaje de sulfato en la muestra:

Trabajo enviado y realizado por: Jorge Ortiz Morales

Profesor Asesor: Dr. Irene Concha Fecha de Entrega: 29 Agosto 2000 Universidad de Concepción Facultad de Ciencias Químicas Departamento de Química Analítica e Inorgánica