Prácticas de análisis químico

1.- FUNDAMENTO.

El sedimento es una mezcla compleja de distintas fases, entre las que se pueden distinguir, principalmente, las arcillas (filosilicatos), carbonatos, óxidos de hierro y manganeso, materia orgánica (ácidos húmicos y fúlvicos) y arena (sílice). Los metales pueden encontrarse adsorbidos o formar parte de la estructura de las distintas fases. Existen numerosos procedimientos (esquemas de extracciones secuenciales), que utilizan agentes extractantes (NH4Oac, NH2OHHCl, H2O2, mezclas de ácidos, etc.) para liberar de forma secuencial el metal unido a cada una de las fracciones del sedimento.

2.- ESPECTROFOTOMETRÍA DE ABSORCIÓN ATÓMICA.

Los átomos en fase de vapor absorben aquellas radiaciones cuyas energías coinciden exactamente con las de sus transiciones electrónicas. Dado que las líneas de absorción atómica son muy estrechas y que las energías de transición son características de cada elemento, estos métodos son muy específicos.

Como fuente de radiación se emplea una lámpara de cátodo hueco que emite a la misma longitud de onda que la usada para el análisis de absorción, lo que produce una gran sensibilidad y un buen comportamiento de la Ley de Beer.

La atomización se hace usualmente en el seno de una llama en la que se aspira la muestra líquida. Para conseguir mayor sensibilidad se emplean algunas técnicas de atomización sin llama. La cámara de grafito emplea un procedimiento de atomización electrotérmica. En la técnica de generación de hidruros, los elementos a determinar son convertidos en hidruros volátiles o bien reducidos al estado elemental (caso del mercurio), y arrastrados por una corriente de gas inerte a la celda de medida.

3.- OBJETIVO.

El objetivo de la práctica es diferenciar entre el contenido total de cobre (mezclas de ácidos fuertes) de un sedimento y el cobre unido a carbonatos, empleando en este último caso una disolución de NH4Oac a pH 5.

4.- MATERIAL.

• Espectrofotómetro de Absorción Atómica de llama.
• Lámparas de cátodo hueco de Cu y Ca.
• Balanza analítica con precisión de 0.1 mg.
• Granatario con precisión de 0.1 g.
• Estufa de desecación, graduada a 100º C.
• 3 vasos de teflón de 100 ml.
• 2 tubos de centrífuga de polipropeno.
• 2 duquesas de polipropeno.
• 3 platos de teflón.
• 14 matraces aforados de 50 ml.
• 6 matraces aforados de 25 ml.
• 3 embudos.
• 1 espátula de plástico.
• 3 pipetas de 1 ml.
• 3 pipetas de 2 ml.
• 3 pipetas de 5 ml.
• 1 pipeta de 10 ml.
• 1 pipeta de 25 ml.
• 1 vaso de precipitado de 100 ml.

5.- REACTIVOS.

• Disolución patrón de cobre de 100 ppm.
• Disolución patrón de cobre de 10 ppm.
• Disolución patrón de calcio de 100 ppm.
• HNO3 concentrado.
• HNO3 al 10 % (v/v): Coger 50 ml, con una probeta, de HNO3 concentrado y llevarlo a un matraz de 500 ml, enrasando con H2O destilada.
• HCl concentrado.
• HClO4 concentrado.
• NH4Oac 1M (pH:5): Pesar 77.08 g de NH4Oac, se disuelve en H2O destilada, se ajusta el pH a 5 con HNO3 concentrado y se enrasa a 1 l.
• Disolución de La de 5 %.

6.- PROCEDIMIENTO.

6.1. Determinación de Cu total.

6.1.1. Calibración.

Construimos la curva de calibración, representando la absorbancia frente a la concentración. Calculamos la ecuación de la recta por el método de los mínimos cuadrados. Los datos de la absorbancia para las distintas concentraciones son los siguientes:

La gráfica correspondiente a estos datos se representa en GRÁFICA 1.

6.1.2. Digestión de la muestra.

Pesamos en la balanza de precisión dos muestras de sedimento (sedimento número 79) en dos vasos de teflón de 100 ml, de unos 0.5000 g. Concretamente los valores pesados son: 0.5003 g y 0.5021 g. A estas dos muestras le añadimos 5 ml de una mezcla de HNO3:HCl (3:1) y 5 ml de HClO4 concentrado. Calentamos los dos vasos con las muestras en las placas calefactoras y dentro de la campana extractora en la posición 2 durante 1 h y luego en la posición 3 hasta sequedad. Dejamos enfriar, al menos 10 minutos, y redisolvemos el residuo con 5 ml de H2O destilada y 5 ml de HNO3 concentrado, durante toda la noche. Luego pasamos el extracto por un embudo con un filtro, recogiéndose el filtrado sobre un matraz de 50 ml. Lavamos el vaso de teflón con H2O destilada y lo pasamos por el filtro, para recogerlo sobre el matraz de 50 ml (realizamos esta operación al menos tres veces). Después enrasamos el matraz de 50 ml con H2O destilada. Realizamos la digestión con dos replicados de muestra y un blanco.

NOTA: al blanco se le añaden las mismas cantidades de ácido y se le aplica el mismo procedimiento de digestión. La única diferencia con respecto a las muestras es que no se le añade sedimento.

6.1.3. Determinación de la concentración de Cu total.

A partir de los valores de absorbancia de las muestras, determinamos la concentración de Cu en los dos replicados y en el blanco, empleando para ello la ecuación de la recta de calibrado calculada anteriormente. Realizamos las diluciones de la muestra necesarias para que la señal de absorbancia entre dentro del rango lineal de medida. Expresar el resultado como la media ± desviación estándar (m g/g).

Ecuación de la recta: y=0.005+0.118x r=0.99996

Blanco: A=0.0036

Sustituyendo en la ecuación de la recta: x=-0.01 mg/L de Cu.

El valor negativo es indicativo de que no hay Cu en la muestra.

Muestra 1: A=0.1326

Sustituyendo en la ecuación de la recta: x=1.08 mg/L de Cu.

Estos mg corresponden a 1l. En la dilución teníamos 25 ml (0.025 l). Luego tendremos que ver los mg que hay en esos litros de muestra diluida.

1.08 mg ———-> 1l

x mg ———-> 0.025 l

x=0.027 mg de Cu en la muestra diluida.

Ahora tendremos que ver que cantidad de mg de Cu había en los 5 ml de muestra original.

0.027 mg ———> 0.005 l

x mg ———> 0.050 l

x= 0.27 mg de Cu en la muestra original.

Ahora pasamos el dato a ppm: 270 m g / 0.5003 g = 539.67 m g/g o ppm de Cu total.

Muestra 2: A=0.1604

Siguiendo los mismos razonamientos que para la muestra 1:

x=1.31 mg/L de Cu.

1.31 mg ———> 1l

x mg ———> 0.025 l

x= 0.03 mg de Cu en la muestra diluida.

0.03 mg ——–> 0.005 l

x mg ——–> 0.050 l

x= 0.32 mg de Cu en la muestra original.

320 m g / 0.5021 g = 637.32 m g/g o ppm de Cu total.

Ahora expresamos el resultado como la media de los dos valores ± la desviación estándar. ( s = 69.08 )

Media: 588.49

La cantidad de Cu total en el sedimento es de:

6.2. Determinación de Cu extraíble en medio ácido.

6.2.1. Calibración.

COBRE

Construimos la curva de calibración, representando la absorbancia frente a la concentración. Calculamos la ecuación de la recta por el método de los mínimos cuadrados. Los datos de la absorbancia para las distintas concentraciones son los siguientes:

La gráfica correspondiente a estos datos se representa en GRÁFICA 2.

CALCIO

Construimos la curva de calibración, representando la absorbancia frente a la concentración. Calculamos la ecuación de la recta por el método de los mínimos cuadrados. Los datos de la absorbancia para las distintas concentraciones son los siguientes:

La gráfica correspondiente a estos datos se representa en GRÁFICA 3.

6.2.2. Extracción de la muestra.

Pesamos en la balanza de precisión dos muestras de sedimento seco en dos tubos de centrífuga, de unos 0.5000 g. Concretamente los valores pesados son : 0.5004 g y 0.5000 g. A estas dos muestras le añadimos 30 ml de la disolución de NH4Oac 1M (pH 5). Estas dos muestras se extraen en el volteador durante toda la noche. Luego, centrifugar durante 10 minutos a 10000 rpm y trasvasamos cuidadosamente el líquido sobrenadante a un vaso de precipitado. Lavamos el residuo del tubo de centrífuga con 15 ml de H2O destilada y centrifugamos. Después, trasvasamos el líquido sobrenadante al mismo vaso de precipitado. Pasamos el extracto por un embudo con un filtro, recogiéndose el filtrado sobre un matraz de 50 ml. Lavamos el vaso de precipitado con H2O destilada y lo pasamos por el filtro, para recogerlo sobre el matraz de 50 ml. Enrasamos el matraz de 50 ml con H2O destilada. Realizamos la extracción con dos replicados de la muestra.

3. Determinación de la concentración de Cu y Ca extraíble en medio ácido.

A partir de los valores de absorbancia de las muestras, determinamos la concentración de Cu y Ca en los dos replicados, empleando para ello las ecuaciones de las rectas de calibrado anteriormente calculadas. Realizamos las diluciones de las muestras necesarias para que la señal de absorbancia entre dentro del rango lineal de medida. Expresamos el resultado como la media ± desviación estándar (m g/g).

COBRE

Ecuación de la recta: y=0.012+0.109x r=0.998

Muestra 1: A=0.1087

Hacemos el mismo procedimiento que antes:

x=0.89 mg/L de Cu.

0.89 mg ——–> 1l

x mg ——–> 0.025 l

x= 0.022 mg de Cu en la muestra diluida.

0.022 mg ——–> 0.005 l

x mg ——–> 0.050 l

x= 0.22 mg de Cu en la muestra original.

Pasar a ppm: 220 m g / 0.5004 g = 439.65 m g/g o ppm de Cu extraíble.

Muestra 2: A=0.1084

x=0.88 mg/L de Cu.

0.88 mg ——–> 1l

x mg ——–> 0.025 l

x= 0.022 mg de Cu en la muestra diluida.

0.022 mg ———> 0.005 l

x mg ———> 0.050 l

x=0.22 mg de Cu en la muestra original.

Pasar a ppm: 220 m g / 0.5000 g = 440 m g/g o ppm de Cu extraíble.

Ahora expresamos el resultado como la media de los dos valores ± la desviación estándar. ( s = 0.3 )

Media: 439.82

La cantidad de Cu extraíble en el sedimento es de:

CALCIO

Ecuación de la recta: y=0.010+0.035 r=0.9990

Muestra 1: A=0.1086

x=2.81 mg/L de Ca

2.81 mg ———> 1l

x mg ———> 0.025 l

x=0.07 mg de Ca en la muestra diluida.

0.07 mg ——–> 0.001 l

x mg ——–> 0.050 l

x=3.5 mg de Ca en la muestra original.

Pasamos a ppm: 3500 m g / 0.5004 g = 6994.40 m g/g o ppm de Ca extraíble.

Muestra 2: A=0.0984

x=2.5 mg/L de Ca

2.5 mg ——-> 1l

x mg ——-> 0.025 l

x=0.062 mg de Ca en la muestra diluida.

0.062 mg ——–> 0.001 l

x mg ——–> 0.050 l

x= 3.1 mg de Ca en la muestra original.

Pasar a ppm: 3100 m g / 0.5000 g = 6200 m g/g o ppm de Ca extraíble.

Ahora expresamos el resultado como la media de los dos valores ± la desviación estándar. ( s = 561.7 )

Media: 6597.2

El contenido de Ca del sedimento es de:

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