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UNIVERSIDAD LIBRE FACULTAD DE INGENIERÌA

DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS GUIA N° 1

NOMBRE DE LA ASIGNATURA:

Química Analítica

DURACIÓN: 4 horas

BIBLIOGRAFÍA SUGERIDA:

Al final del documento

AUTOR: HUMBERTO TORRES

MAPA CONCEPTUAL DE LA QUÍMICA ANALÍTICA ANÁLISIS QUÍMICO

Clasificación del Análisis Químico

Errores del Análisis Químico

MicroanálisisMesoanMicroanálisis

álisisExactitudPrecisión

División delAnálisis Químico

Análisis Cualitativo Análisis Cuantitativo

Métodos deAnálisis Instrumental

Vía SecaVía

HúmedaGravimetría Volumetría

Ensayo Perla

Ensayo a la Llama

Cationes

Marchas Analíticas

Aniones

Acido - BasePrecipitaciónOxidación - ReducciónComplexo métrico

InteracciónEnergía - Radiante Electrométricos Separación Ópticos

TitulaciónKarl - Fisher

Cromatografía

Re

frac

tóm

etr

ia

Pola

rim

etr

ía

Inte

rca

mb

io I

ón

ico

Pa

pe

l

Co

lum

na

Liq

uid

a

Gas

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sa

Ca

pa

Fin

a

Co

lori

metr

ía

Tu

rbid

om

etr

ia

Aná

lisis

U.V

An

ális

is I

.R

Ab

so

rció

n A

tóm

ica

2

¿Qué es la química analítica?: La química analítica trata de la separación y

caracterización de sustancias químicas que hacen parte de una muestra que bien puede ser considerada como contaminada por estas sustancias o que es importante determinar su presencia por razones de interés económico o toxicológico. Casi siempre en el análisis químico se trata de encontrar la composición de la muestra y la estructura química de los componentes mediante sus métodos de análisis. Los métodos analíticos dependiendo de la cantidad de muestra tomada pueden ser clasificados en: Macroanálisis: sí la cantidad de muestra esta comprendida aproximadamente entre 0.1 a .2 g. Semimicroanálisis: cantidad comprendida aproximadamente entre 0.01 a 0.05 g ( 10 a 50 mg ). Microanálisis: de 1 a unos pocos miligramos ( 0.001g )

Ultramicroanálisis: Determina una cantidad de material del orden de unos cuantos miligramos (0.001 mg = 1 g )

Mientras el análisis Químico es técnica, la Química analítica es ciencia creadora y elaboradora de dicha técnica, para lo cual establece leyes y principios que justifican el por qué y el cómo de los procesos.

Divisiones del análisis químico. El análisis químico se divide en: Análisis químico cualitativo: Tiene por objeto el reconocimiento o identificación de los elementos o de los grupos químicos presentes en una muestra. Las operaciones que se realizan son muy sencillas, entre las que podemos mencionar disolución de la muestra en un solvente adecuado, separación de impurezas, ya sea por decantación, filtración o centrifugación. El material que se requiere consiste en tubos de ensayos, vasos de precipitados, probetas, capsulas de porcelana, papel de filtro. Análisis químico cuantitativo: Determina las cantidades de los elementos y compuestos que componen una muestra y sus posibles relaciones químicas e incluso estructurales. La base en la que se fundamentan la mayoría de los procesos químicos analíticos son las REACCIONES QUÍMICAS.

REACCIONES QUÍMICAS ANALÍTICAS. 1. Reacciones acido – base: Implican una transferencia de protones. Para el

estudio de los equilibrios en disolución quizás la definición más adecuada es la de BRONSTED – LOWRY, según la cual los ácidos se definen como especies capaces de ceder protones y bases como especies capaces de aceptar protones.

2. Reacciones de formación de complejos: En estas se producen transferencia de iones o moléculas. A pesar de lo amplio del concepto de compuesto complejo se considera normalmente una reacción de formación

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de complejos aquélla en que una o varias moléculas del disolvente son remplazadas por otras especies químicas; estas especies unidas a un ion central se denominan ligandos. El ligando puede ser una molécula neutra o un ion.

3. Reacciones de precipitación: Son aquellas en las que además de haber un intercambio de iones o de moléculas tiene lugar la aparición de una fase sólida. La aparición de una fase sólida en el seno de un líquido, bien por adición de un reactivo que forme un producto insoluble con alguno de los iones de la solución, o bien por concentración del mismo líquido hasta sobrepasar la saturación, recibe el nombre de precipitación, y se llama precipitado al producto sólido que se ha formado.

4. Reacciones redox: Son aquellas que se realizan mediante un intercambio de electrones, luego para que se produzca una reacción redox tiene que haber una especie que ceda electrones(reductor) y otra especie que los acepte(oxidante); el reductor se transforma en su forma oxidada y el oxidante en su forma reducida.

El análisis químico cualitativo se divide en ORGÁNICO e

INORGÁNICO.

El análisis químico cualitativo orgánico se realiza sobre muestras

constituidas por carbono, oxígeno, hidrógeno, azufre, nitrógeno y halógenos. El conocimiento de los elementos que constituyen un compuesto orgánico desconocido es esencial para caracterizarlo, para ello es necesario convertir los enlaces covalentes de los compuestos a enlaces iónicos, para los que existen análisis cualitativos de rutina. Identificación de Carbono e Hidrógeno. El carbono de la materia orgánica se oxida hasta CO2 tratando la muestra orgánica con oxido de cobre, el hidrógeno se convierte en agua.

OHCOOrganicaMateria CUO

22

..... .....................

El CO2 se trata con Hidróxido de Calcio dando un precipitado de color blanco.

OHCaCOOHCaCO 23

..............

22 ................).(............

El Hidrógeno se reconoce mediante gotas de agua que se condensan en el dispositivo donde se genera el CO2. Identificación de Nitrógeno, Azufre y Halógenos. El nitrógeno, azufre y halógenos se identifican mediante la fusión con sodio, lo que convierte los enlaces de estos elementos en iónicos.

)log.............(.......... 2

..................... enoHaunesXdondeNaXSNaNaCNOrgánicaMateriaoNa

4

Nitrógeno.

2

........................ .).(......,.....2 CNFeFeCN

prusiaAzuldeCNFeFeNaCNCNFeFeNa .....)..(.......4.......).(............. 6

..................

2

Azufre.

ColorNegroSPbCOOCHPbCOOCHS .........2...)...(.... 3

..........................

23

Halógenos.

....)...(...)...........(......................

33 AgXNOAgIoBrClX

HNO

Si el precipitado es blanco o amarillo que se oscurece rápidamente es prueba positiva para halógeno. Si el precipitado es blanco y soluble en solución acuosa concentrada de amoniaco se trata de Cloruro de Plata. Si es amarillo palido y difícilmente soluble será probablemente Bromuro de Plata. Si es amarillo y totalmente insoluble se trata de Yoduro de Plata.

El análisis químico cualitativo inorgánico se realiza sobre muestras de

origen mineral, investigándose los componentes de cada una de las sustancias en cuanto a su fracción positiva (Cation) y su fracción negativa (Anion), esto se realiza mediante las marchas analíticas de Cationes y Aniones. Las reacciones de identificación de un elemento dado pueden realizarse directamente sobre la solución obtenida de la muestra, si la reacción que se sucede es debida únicamente al elemento que se desea identificar. A este tipo de ensayo se le llama Análisis Fraccionado a diferencia del Análisis Sistemático el cual implica la separación del elemento buscado de sus posibles interferencias. Para establecer una marcha analítica hay que tener en cuenta los siguientes factores:

El producto de solubilidad.

El pH.

La formación de iones complejos.

El comportamiento de los cationes en presencia de soluciones reguladoras.

En algunos casos el efecto del Ion común. La identifican los metales más comunes se realiza por vía húmeda a partir de sus nitratos, aprovechando su solubilidad en agua. La vía seca se utilizan los cloruros por ser las sales más volátiles.

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La separación de los metales en grupos, se basa en las diferencias de solubilidad de sus cloruros, sulfuros, hidróxidos y carbonatos. CATIONES GRUPO I

Ag+, Pb

++, Hg2

++. + HCl.

).....(

).....(

)...(2

BlancoHgCl

BlancoAgCl

BlancoPbCL

CATIONES GRUPO II A

Hg++

, Pb++

, Bi+++

, Cu++

, Cd++

. + H2S

)..(

)..(

)..(

)..(

)..(

32

AmarilloCdS

AzulCuS

CaféSBi

NegroPbS

NegroHgS

GRUPO II B

As+++

, Sb+++

, Sn++

. + H2S )..(

)..(

)..(

2

32

32

CaféSnS

NaranjaSSb

AmarilloSAs

GRUPO III

Al+++

, Cr+++

, Fe+++

. + NH4OH )..()(

)..()(

)..()(

3

3

3

MarrónOHFe

VerdeOHCr

BlancoOHAl

GRUPO IV

Co++

, Ni++

, Mn++

, Zn++

. + (NH4)S

)..(

)..(

)..(

)..(

BlancoZnS

RosadoMnS

NegroNiS

NegroCoS

6

GRUPO V

Ba++

, Sr++

, Ca++

. + (NH4)CO3

)..(

)..(

)..(

3

3

3

BlancoCaCO

BlancoSrCO

BlancoBaCO

GRUPO VI

(NH4)+, K

+, Na

+, Mg

++,

(NH4)+ + Reactivo de Nessler Coloración Roja.

K+ + Reactivo cobaltinitrito de sodio Precipitado amarillo.

Ensayo a la llama.

Na+ + Ensayo a la llama.

Mg++

+ Fosfato de sódico Precipitado blanco

ENSAYOS DE COLORACIÓN DE ALGUNOS CATIONES. Los ensayos de coloración a la llama en combinación con otros resultados de tipo fisicoquímicos se usan para llegar a determinar la presencia de alguno de estos cationes en una muestra dada.

Compuesto de Coloración a la llama

Na+ Amarilla

K+ Violeta

Ca++ Rojo ladrillo

Sr++ Rojo purpura

Ba++ Verde

Cu++ Verde azuloso

Ni++ Verde

De igual manera como se han agrupado los cationes mediante marchas sistemáticas analíticas, los aniones se han organizado en grupos desde donde

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pueden ser separados para posterior aislamiento e identificación de cada uno de los componentes. Este procedimiento es bastante flexible y abarca la mayoría de los aniones que comúnmente se tienen en las muestras problemas. Con el objeto de evitar las interacciones de los aniones oxidantes y reductores, la solución problema debe mantenerse en solución ligeramente básica durante toda la marcha de análisis. Esta marcha analítica de aniones comprende 21 ion que se han agrupado de la siguiente manera:

GRUPO I

FYOCIB

POYAsAsOSOCOIA

...........

................

42

43432

GRUPO II

44 ......... SOYCrO

GRUPO III 3

6

4

6 ......... CNFeYCNFeS

GRUPO IV IYBrClSCNOS ..............

2

32

GRUPO V ............ 2332

BOYClONONO

Los lineamientos que se dan en las marchas sistemáticas analíticas de cationes y aniones deben seguirse cuidadosamente para evitar que un anion precipite parcialmente en un grupo que no le corresponde. Para el presenta curso por diseño del programa y perfil del egresado no se realizaran marchas analíticas de aniones en el laboratorio pero el objetivo que se pretende alcanzar en las marchas analíticas de cationes, a desarrollar en el laboratorio, compensa lo anterior. A continuación se presentan algunos procedimientos rápidos de reconocimientos de los aniones que con mayor frecuencia se encuentran como contaminantes.

ION CARBONATO. 2

3

CO

1- En presencia de ácidos produce efervescencia. 2- Las soluciones son alcalinas a los indicadores ácido – base. 3- Con una sal soluble de bario produce un precipitado blanco

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ION SULFITO. 2

3

SO

1- En medio ácido decolora el permanganato de potasio. 2- Con agua oxigenada y acetato de bario da precipitado de color blanco.

ION ARSENITO

3As

1- En presencia de tioacetamida produce precipitado amarillo

FOSFATO 3

4

PO

1- En presencia de molibdato de amonio en medio ácido da color amarillo

OXALATO 2

42

OC

1-En medio ácido decolora el permanganato de potasio.

ION CROMATO 2

4

CrO

1- En presencia de una sal de plomo produce precipitado amarillo

ION SULFATO 2

4

SO

1- Con una sal soluble de bario produce precipitado blanco.

ION SULFURO 2S

1- Con acetato de cadmio produce un precipitado amarillo

ION TÍO SULFATO 2

32

OS

1- Con acetato de plata produce precipitado blanco que termina negro

ION SULFOCIANURO SCN

1- Con cloruro férrico produce color rojo sangre.

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ION CLORURO Cl 1- En presencia de nitrato de plata en medio ácido precipita blanco

ION YODURO I Y BROMURO Br 1- En presencia de nitrato de plata en medio ácido precipitan amarillo

ION NITRITO

2NO

1- En presencia del reactivo de Griess produce color rojo.

1- ION NITRATO

3NO

En presencia del reactivo de Lunge produce una coloración azul.

REACCIONES DE PRECIPITACIÓN La separación de los metales en grupos, se basa en las diferencias de solubilidades se sus cloruros, sulfuros, hidróxidos y carbonatos. En las marchas analíticas sistemáticas tanto de cationes como de aniones propende inicialmente es separar cada uno de lo grupo, lo que se logra mediante la adición de una solución que reacciona con los iones formando compuestos insolubles. Cuando se agrega sobre una solución otra solución denominada reactivo y se forma un sólido insoluble, el proceso recibe el nombre de reacción de precipitación. Cuando un sólido iónico se disuelve en agua se disocia totalmente en cationes y aniones separados. Sin embargo, al ocurrir la disolución la concentración de cada uno de los iones aumenta, y hay cada vez más probabilidad de que estos iones choquen y vuelvan a formar el sólido iónico. Como ejemplo de lo anterior podemos presentar la precipitación del catión plata como cloruro.

)lub.......(............... leinsoSólidoAgClClAg

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Cuando ya no se forma más sólido y deja éste de disolverse, se alcanza el equilibrio y se dice que la solución esta saturada. La expresión de equilibrio para este proceso se puede escribir según la ley del equilibrio químico.

litrospormolesenresanseClyAgdondeEnClAgKPS ....exp.....................

La constante Kps se llama constante del producto de solubilidad. A partir de la Kps se puede calcular la solubilidad de cada unote los sólidos iónicos en el momento de precipitar un grupo, esto me permite deducir que catión precipita primero y cual en último lugar, lo que posibilita un control sobre la precipitación. En la precipitación de los cationes del Grupo I (Ag+, Pb+2 y Hg2

+2 ) mediante la adición de ácido clorhídrico como agente precipitante, podemos mediante los cálculos de solubilidad de cada uno de los respectivos cloruros determinar el orden de precipitación.

PRINCIPIOS DE LA PRECIPITACIÓN

Precipitación del AgCl

ClAgAgCl

xx........ 1022 108.1...... xxxKps

l

molxx

5

1034.1..

l

molx

5

1034.1.

es la Solubilidad en moles por litro. Multiplicando por el peso

molecular del Cloruro de Plata(143.5 g/mol), obtenemos la solubilidad en gramos por litro.

mol

grX

l

molxx 5.143..1034.1..

5

l

grxx

3

10925.1..

. Esta es la solubilidad S0 del AgCl

Precipitación del PbCl2

ClPbPbCl 2.2

xx 2........... 324...2... xKpsxxKps

53 106.1..4 Xx Solubilidad en moles/l

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mol

grX

l

molx 09.278...158.0..

l

grx 41.4.. Solubilidad del PbCl2

Precipitación del Hg2Cl2

ClHgClHg 2.222

xx 2...........

mol

grx

l

molxXxxxxKps 08.472..1087.6....4..103.1.2... 73182

l

grxX 410.24.3.. Solubilidad del Hg2Cl2

Importancia de las concentraciones en las reacciones de precipitación Cuando se mezclan dos electrolitos en solución, si las concentraciones de los mismos son suficientes para que el producto iónico de ellos sobre pase el Producto de Solubilidad (Kps), la reacción entre ellos debe producir una precipitación. Es así como, cuando se mezclan 5.0 cm3 de una solución de AgNO3 0.01M y 5cm3 de HCl 0.01M, tendrá lugar la precipitación?

33 ............. NOAgAgNO

0.01 M 0.01M

HClHCl ...... 0.01 M 0.01M

lcmVT 01.0.....10.... 3

Nueva concentración al mezclar los dos volúmenes.´ La s concentraciones tanto del ion Plata como del ion Cloruro se reducen a la mitad es decir, de 0.01M pasan a 0.005M.

33 105......105.. ClyAg

523 105.2..105.... ClAg , este valor es mayor que el valor del Kps del

cloruro de plata, por lo tanto sí precipita cloruro de plata. Ahora si se diluye

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TALLER

1- Calcular la concentración molar de ion bromuro necesaria para iniciar la precipitación en una disolución 0.0010 M de Ag+ y en una 0.0010M de Pb++.

2- Calcular la concentración molar de ion sulfuro necesaria para iniciar la precipitación del sulfuro metálico en la disolución que se indica: a) Disolución acuosa saturada de AgCl, b) Disolución que contiene 50 mg de Cd++ en 100 ml.

3- Precipitara Mg(OH)2 si se agregan 50 ml de NaOH 0.001M a 150 ml de solución de MgCl2 0.001M

Análisis Químico cuantitativo Métodos analíticos gravimétricos El análisis gravimétrico hace referencia a las medidas de peso y se fundamenta en una reacción química cuantitativa donde uno de sus productos obtenidos es insoluble, lo que permite separarlo y pesarlo, para deducir de los reactantes la cantidad que reacciono.

oductosD

leinso

oducto

CBAtesac

oducePr................

lub

Pr..................2....:tanRe

)(Pr

El producto insoluble es el llamado precipitado que debe cumplir con ciertas condiciones para que pueda ser utilizado como método analítico gravimétrico.

a) Debe ser totalmente insoluble para que las pérdidas por solubilidad no afecten significativamente el resultado final.

b) Las impurezas en el precipitado deben ser eliminadas del mismo por simples lavado.

c) El precipitado debe separarse de la fase liquida por filtración sencilla y rápida. El tamaño de partícula del precipitado no debe ser menor que el tamaño de poro del papel filtro.

d) El precipitado tiene que tener una composición química definida. Los resultados de las determinaciones gravimétricas suelen expresarse en porcentajes, en donde el componente que se investiga es una fracción de la muestra tomada para análisis que se multiplica por 100.

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100......

........%..

muestradePeso

BdePesoC

Para muchos casos el peso de la sustancia precipitada contiene la sustancia que se investiga, lo que conduce a multiplicar este peso por un valor llamado factor gravimétrico que permite determinar esa cantidad que se desea conocer. Luego el Factor gravimétrico se puede definir como la relación del peso formula de la sustancia que se investiga al peso formula de la sustancia que se pesa. Una multiplicación por dicho factor convertir a cualquier peso dado de la sustancia pesada en el peso de la sustancia investigada. El facto gravimétrico esta representado siempre por el peso atómico o el peso formula de la sustancia buscada por numerador y el peso de la sustancia pesada por denominador.

Ejemplo Calcular el peso de BaCl2 que da lugar a 0.5000 g de AgCl.

Solución Cada mol de BaCl2 produce 2 moles de AgCl.

)32.143..2........().........25.208(

.2.......Pr2

x

AgClBaCloduce

El factor gravimétrico en este caso es AgCl

BaCl

.2

2 ; de donde

36325.0......64.286

..25.208....5000.0... 2

2 AgClg

BaClgxAgClgBaClg .

TALLER

1- Una muestra de 0.4000 g que contiene cloruro, da un precipitado de cloruro de plata que pesa 0.2500 g; calcular el porcentaje de cloro en la muestra.

2- Calcule el factor gravimétrico en los casos siguientes.

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AgBrAgPOAgPOHOPe

BaSOSOHSHSSbd

BaSOSOAlc

OFeOFeb

OPMgMgOa

produceproduceproduceproduce

produceproduceproduce

produce

produce

produce

.......).

....).

..)().

..).

).

434352

442232

4342

4332

722

Pasos en el análisis gravimetrico

1- Toma de muestra. 2- Disolución de la muestra. 3- Filtrar si es necesario. 4- Lavar. 5- Completar a volumen. 6- Tomar alícuota y llevar a un vaso de precipitado. 7- Agregar 100 ml de agua. 8- Fijar pH u otra condición si es necesaria. 9- Agregar el reactivo precipitante. 10- Dejar en reposo. 11- Filtrar. 12- Lavar el precipitado. 13- Secar. 14- Si es necesario calcinar. 15- Pesar TALLER

1. En una práctica gravimétrica de hierro en el laboratorio se pesaron 1.500g de un mineral, se disolvió en agua y se completo en balón aforado de 250 ml, de este volúmenes tomaron 25 ml y se precipito como hidróxido se calcino y se obtuvieron los siguientes datos:

a) Peso crisol vacío = 25.3416. b) Peso crisol + Oxido férrico = 25.4916.

Calcular el contenido de hierro en el mineral.

2. Una moneda de plata, cuyo peso es de 4,836 g, se disuelve en acido nítrico,

y el liquido obtenido se completa a 100 ml, 20 ml de esta disolución se precipita con nitrato de plata y el precipitado de AgCl se filtra, lava, seca y pesa obteniéndose 1.100 g de AgCl. En el líquido filtrado se determina el cobre al estado de CuO; el peso de este es de 0.172 g. Calcular el porcentaje de plata y cobre en la moneda analizada.

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Métodos analíticos volumétricos El análisis volumétrico se fundamenta lo mismo que el gravimétrico en una reacción química cuantitativa, donde la cantidad de sustancia que se investiga reacciona directamente con un volumen de solución de concentración conocida o con otra sustancia químicamente equivalente. Los métodos volumétricos tienen la ventaja de que son mas rápidos y mas sencillos que los gravimétricos. Una vez preparada la solución con la que va a reaccionar la solución desconocida, debe ser patronizada, proceso conocido como estandarización de la solución, lo que produce una solución patrón de concentración conocida. La concentración de la solución patrón se determina valorando esta solución con una cantidad exactamente pesada de un compuesto puro conocido como Patrón primario. Característica de un patrón primario.

1- Debe tener alta pureza. 2- Estable a la humedad, luz, oxígeno etc. 3- No debe ser higroscópico, delicuescente ni eflorescente. 4- Barato, fácil de conseguir. 5- Tener un peso equivalente alto.

El patrón primario que se utiliza para la estandarización de soluciones NaOH es el Biftalato de potasio. En la volumetría se agrega un volumen de la solución patrón que reacciona con la solución problema equivalentemente. Esta situación se alcanza en el llamado punto de equivalencia es decir en el punto estequiometrico de la reacción. La detección del punto final de la titulación se logra mediante el uso de los indicadores, los cuales cambian de color como consecuencia del cambio de la concentración del ion hidronio en los alrededores del punto de equivalencia. Tipos de reacciones volumétricas.

1- Reacciones ácido – base o de neutralización. 2- Reacciones de oxidación – reducción. 3- Reacciones de precipitación. 4- Reacciones de formación de complejos.

Volumetría de neutralización. Los ácidos y las bases reaccionan de equivalentes a equivalentes.

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Se define como equivalente gramo de un ácido el peso en gramos de este que produce una mol de H+ y equivalente gramo de una base a el peso de esta que produce una mol de OH-. Neutralización de ácido fuerte con base fuerte.

AguaSalAcidoBase

OHNaClHClNaOHIndicador

..............................................

................ 2

Cuando se prepara una solución de NaOH esta debe ser estandarizada con un patrón primario. El patrón primario para esto es el Biftalato de potasio, la reacción de titulación es la siguiente.

.......................

40..............................23.204.

...... 24646

sodiodeHidrixidopotasiodeBiftalatod

PMPM

OHONaCOHCCOKONaOHOHCOHCCOKOIndicador

Un peso equivalente de biftalato de potasio, reaccionara con un peso equivalente de hidróxido de sodio. Si se pesan 0.20423 g de biftalato de potasio, que son iguales a un equivalente de esta sustancia, se disuelven en agua y se titulan con hidróxido de sodio, se gastara un volumen de soda que contendrá un equivalente de esta sustancia. El punto final de la titulación puede ser detectado con un indicador (Fenolftaleína o anaranjado de metilo), en ausencia de estos puede utilizarse un pH- metro o potenciometro. Sí se prepara 1.0 litro de hidroxido de sodio y en la titulacion de estandarizacion se gastan 10.5 ml de ella para neutralizar 0.24854 gramos de biftalato de potasio, la normalidad de la soda preparada será:

1- Se calcula el número de equivalentes presentes en el peso de biftalato.

Eq de Bif = Eq

Eq

g

g.0012169.0..

.23.204

.24854.0

2- Como se esta calculando en terminos de equivalentes, el volumen de hidróxido de sodio debe expresarse en litros.

10.5 mililitros = 0.0105 litros 3- Partiendo de la definición matematica de normalidad:

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litrosenVolumenen

esEquivalentdeNN

..

.º.... : tenemos:

Nl

EqBaseladeN .1159.0..

.0105.0

.0012169.0.....

Una vez estandarizada la solución de hidróxido de sodio, esta puede usarse como patrón para estandarizar soluciones de ácidos fuertes y débiles. Si se tiene una solucion de HCl de concentración aproximada de 0.1 N y se quiere conocer la concentración real de esta solucion se debe titular un volumen conocido de ácido con la soda ya estandarizada (0.1159 N). Si en la estandarización de el acido, se tomaron 25.0 ml y se gastaron 21.4 ml de soda la normalidad del ácido será:

1- Como los ácidos y las bases reacciona de equivalentes a equivalentes, de la definición de normalidad se deduce:

basebasebase

ácidoácidoácido

deduceSe

xVNEqdeNbaselaPara

xVNEqdeNácidoelparaLuego

NxVolesequivalentdeNlitrosenVolumene

ntesdeEquivaleNN

...º................:...

...º...:...

...º........

º.. ..

2- Si los equivalentes de ácido son iguales a los de la base, tenemos:

basebaseácidoácido xVNxVN ..

3- De la ecuación anterior se puede calcular la normalidad del ácido:

Nx

NxxN aa .0992.0..0.25

4.21..1159.0....4.21..1159.0....0.25

Neutralización de ácido débil con base fuerte.

AOHOHHAoduce

...................... 2Pr

Al comienzo de la titulacion la concentración del ion hidronio es considerablemente más pequeña que para el ácido fuerte. En los primeros momentos de la titulacion el pH de la disolución aumenta con relativa rapidez debido a que la ionizacion del ácido débil esta restringida por efecto del ion comun.

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Para la estandarizacion de una solucion de un ácido débil se puede utilizar la solucion de hidroxido de sodio ya estandarizada, en presencia de un indicador que tenga un rango de virage en la zona alcalina, esto en razon a que el punto estequiometrico no se encuentra a pH = 7.0, pues la reaccion inversa del anion A- hace a la solucion ligeramente alcalina.

TALLER. 1- Calcular el peso equivalente de las siguientes sustancias:

a) tacióncompleneutralizasuenSOH .......42

b) tacióncompleneutralizasuenHCl ....

c) tacióncompleneutralizasuenOHBa ....).( 2

d) completacionneutralizasuenCOOHCH .....3

e) tacióncompleneutralizasuenNaOH ....

2- Calcular el número de gramos contenidos en: a) 5 equivalentes de H3PO4. b) 250 ml de NaOH 0.25 N. 3- Cuantos gramos de NaOH se necesitan para preparar 1.0 litro de solución 0.1 N. 4- Cuantos mililitros de ácido del 37% de pureza y densidad 1.19 g/ml, se requieren para preparar 1.0 litros de solución 0.1 N. 5- Cual es la normalidad de una solución de NaOH cuando al valorarla frente a 0.4425 gramos biftalato de potasio como patrón primario consumió 25.5 ml de la solución hidróxido de sodio. 6- En una titulacion potenciométrica de 25 ml de HCl 0.10 N con NaOH 0.10 N se obtuvieron los siguientes:

Ml de NaOH 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5

pH 2.20 2.19 2.18 2.18 2.19 2.20 2.22 2.24 2.27 2.29

Ml de NaOH 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 8.5 9.0

pH 2.32 2.35 2.38 2.43 2.48 2.54 2.62 2.71 2.82

Ml de NaOH 9.5 10.0 10.5 11.0 11.5 12.0 12.5 13.0

pH 3.00 3.49 10.57 11.07 11.25 11.36 11.43 11.48

Grafique el pH, vs ml de NaOH agregados y calcule mediante tangentes el pH de neutralización, explique la grafica obtenida.

7- En una titulacion potenciométrica de 25 ml de CH3 - COOH 0.10 N con NaOH 0.10 N se obtuvieron los siguientes:

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Ml de NaOH 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5

pH 3.18 3.42 3.60 3.76 3.89 4.03 4.10 4.20 4.30 4.38

Ml de NaOH 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 8.5 9.0

pH 4.46 4.59 4.65 4.79 4.87 5.04 5.15 5.39 5.71

Ml de NaOH 9.5 10.0 10.5 11.0 11.5 12.0 12.5 13.0

pH 7.01 10.74 10.81 10.97 11.12 11.19 11.25 11.30

Grafique el pH, vs ml de NaOH agregados y calcule mediante tangentes el pH de neutralización, explique la grafica obtenida. Volumetría de precipitación. Determinación de Cloruros Se han ideado varios métodos para la determinación de cloruro en una solución acuosa, basados en la precipitación del cloruro de plata a partir de una solución titulada de nitrato de plata. Existen métodos directos como el de Mohr y el de Fajans y métodos indirectos como el de Volhard. En el primero se utiliza como indicador interno una solución al 5% de cromato de potasio. El punto final se visualiza por la aparición de una coloración rosada. En este método se debe tratarse con una solución neutra o ligeramente acida con acido acético. Método de Morh NaCl + AgNO3 AgCl + NaNO3 2AgNO3 + K2CrO4 Ag2CrO4 + 2KNO3 rosado En el método de Fajans se usa un indicador interno de adsorcion. El mas usado es la diclorofluoresceína (C14H4O3Cl2COOH) que es un acido orgánico débil. El anión forma con la plata un compuesto rojo oscuro poco soluble, el cual es adsorbido sobre la superficie del cloruro de plata. Método de Fajans NaCl + AgNO3 AgCl + NaNO3 HDf + H2O H3O

+ + Df - HDf = diclorofluoresceína

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Df - + Ag + Ag Df Df -= Anión de la diclorofluoresceína Rojo Oscuro

En el método de volhard se añade a la solución nítrica de la solución que contiene el cloruro, una solución valorada y en exceso de nitrato de plata y se titula el exceso de plata con otra solución de un sulfocianuro alcalino, utilizado como indicador interno una sal férrica. El punto final se aprecia por la aparición de una coloración rojiza. NaCl + AgNO3 AgCl + NaNO3

AgNO3 + KSCN AgSCN + KNO3

3KSCN + Fe(NO3)3 Fe(SCN)3 + 3KNO3 rojo Volumetría de oxidación – reducción. En la volumetria de oxidación – reducción, el agente titulante reacciona con la sustancia a titular en una reacción con intercambio de electrones, en donde un equivalente gramo de la sustancia que se reduce reacciona exactamente con un equivalente gramo de la sustancia que se oxida. Equivalente gramo de un agente oxidante, es la cantidad en gramos de la sustancia capaz de capturar 1 mol de electrones en una determinada reacción. Equivalente gramo de un agente reductor, es la cantidad en gramos de la sustancia capaz de liberar 1 mol de electrones en una determinada reacción. El peso equivalente de una sustancia que participa en una reacción de oxidación – reducción es la cantidad que directa o indirectamente produce o consume 1 mol de electrones. Este tipo de volumetría es muy utilizada como método volumétrico para la valoración del hierro presente en una muestra de agua. Este método se basa en la oxidación cuantitativa de Fe++ a Fe+++ en medio ácido, utilizando una solución estandarizada de permanganato de potasio. Es necesario que el hierro presente en la muestra se encuentre en forma ferrosa, para lo cual se debe agregar una solución de cloruro estannoso, que se oxida a SnCl4 . El pequeño exceso de cloruro estannoso se oxida, agregando una solución de cloruro mercúrico, al mismo tiempo que este se reduce a cloruro mercurioso el cual precipita. Es necesario tener en cuenta que si se agrega mas de tres gotas en exceso de

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cloruro estannoso, la reducción del cloruro mercúrico podría llegar a mercurio metálico, dando un color oscuro que interfiere en la determinación. Las determinaciones de hierro con permanganato pueden cuantificar el contenido de este elemento en aguas, para lo cual se prepara una solucion 0.1 N de permanganato de potasio, pesando 3.2 g en un vidrio reloj y trabajar con una espátula que no sea metálica, disolviendo en 800 mililitros de agua y hervir por una hora. Enfriar la solución y completar con agua recientemente hervida hasta afore de un litro. La solucion se deja en reposo al abrigo de la luz por uno dos días. Se filtra por lana de vidrio para separar el bióxido de manganeso que se haya precipitado. Envasarlo en frasco oscuro. Estandarización de la solución de permanganato. Una vez preparada la solución se debe conocer el titulo real de la misma, por lo tanto se pesa exactamente una cantidad vecina a 0.2 000 g de oxalato de sodio previamente desecado a 100º C. Disolver en 100 ml de agua, acidular con unos 10 ml de ácido sulfúrico (1:3), calentar a unos 60ºC y titular en caliente con la solución de permanganato hasta la aparición de una coloración rosada permanente. Reacciones de oxidación – reducción. 5e- + MnO4

- + 8H+ ----------------------- Mn++ + 4H2O. C2O4

= ---------------------------------------- 2CO2 + 2e-

Fe++ ----------------------------------------- Fe+++ Ejercicios.

1- ¿Cuántos gramos de KMnO4 se necesitan para preparar 1 L de solución 0.1 N que será utilizada como agente oxidante?.

2- Si para la estandarización de la solucion anterior se pesaron 0.1675 g de oxalato de sodio, gastando 50.0 ml de solucion de permanganato. ¿Cuál es la normalidad de dicha solución?

3- En la determinación del contenido de hierro (Fe++) de un agua residual se gastaron 5.0 ml de la solución de permanganato anteriormente preparada, para titular 100 ml de agua. ¿Qué cantidad de hierro en mg / L contiene el agua residual.?

Determinacion de hierro. Uno de los metodos volumetricos de la valoracion de hierro se basa en su oxidacion cuantica de Fe++ a Fe+++ en medio de acido, utilizando una solucion valorada de permanganato de potacio. Es necesario que el hierro presente se encuentre en forma ferrosa. Con este fin se agrega una solucion de cloruro estannoso, el cual se oxida a SnCl4. El pequeño exeso de cloruro estannoso se oxida, agregando una solucion de cloruro mercurico, al mismo tiempo que este se

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reduce a cloruro mercurioso el cual precipita. Es necesario tener en cuenta que si se hace agregando demasiado cloruro estannoso, la reducion del cloruro mercurico puede llegar hasta mercurio metalico, dando un color oscuro que interfiere en la determinación. En presencia de cloruro ferrico, al agregar permanganato, el cloruro puede oxidarse hasta la formade cloro, lo cual implica un consumo mayor del oxidante. Zimmermann y kessler demostraron que al agregar una sal manganosa se ivide la oxidacion del cloruro. Otro inconveniente del cloruro ferrico es el color amarillo intenzo que comunica. Reinhardt modificó el método agreagando ácido fosfórico, el cual con los iones férricos forma complejos incoloros. El método se conoce como el de Zimmermann-Reinhardt. Reacciones: 2FeCl3 + SnCl2 2FeCl2 + SnCl4 SnCl2 + 2HgCl2 Hg2Cl2 + SnCl4

blanco Hg2Cl2 + SnCl2 2Hg + SnCl4 Negro

5FeCl2 + KMnO4 + 4H2SO4 3FeCl3 + MnSO4 + Kcl + 4H2O + Fe2(SO4)3 FeCl3 + H3PO4 FeHPO4Cl + 2HCl Volumetria complexometrica. Determinacion de Calcio y Magnesio Este determinacion se basa en la formacion de complejos, a partir de una solucion valorada de la sal disodica del ácido etilendiaminotetracético, conocida comunmente con el nombre de EDTA. Para favorecer la disociacion del ácido se trabaja en medio basico y para evitar la hidrólisis del ion metalico es necesario fijar el pH. Los indicadores utilizados en estas valoracones son moleculas organicas de carácter acido que formn complejos coloreados con los cationes metalicos. En la valoracion del calcio el pH se fija en 10-12 agregando una solucion concentrada de hidroxido de sodio y utilizando como indicador murexida (sal amonica del acido 5-barbituril-iminobarbiturico).

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El calcio y el magnesio se valoran juntos, fijando el pH entre 9-10n con una solucion reguladora de hidroxido y cloruro de amonio y usando como indicador negro de eriocromo T (sal sodica del acido 1’ hidroxi-2’-naftil-azo-6-nitro-2-naftol-4-sulfonico) Reaciones: Hind Indicado YH4 acido etilendiandiamino tetra-acetico Hind + CaCl2 Ca Ind Cl + HCl Color A Color B HCI + Ca Ind Cl + H2 Y Na2 YcaH2 + Hind + 2NaCl Color A Para el magnesio las reacciones son similares.

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