MANUAL DE PRÁCTICAS DE LABORATORIO...

MANUAL DE PRÁCTICAS DE LABORATORIO

QUÍMICA ANALÍTICA III

CARRERA: QUÍMICA

CLAVE: 1616

Autores:

Verónica Altamirano Lugo

Rosario Moya Hernández

Guadalupe Pérez Caballero

Dalia Bonilla Martínez

Carmen Campo Garrido Moreno

Claudia Briones Jurado

Alberto Rojas Hernández

AGOSTO2017SEMESTRE2018-I

UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO

FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES CUAUTITLÁN

DEPARTAMENTO DE CIENCIAS QUÍMICAS

SECCIÓN DE QUÍMICA ANALÍTICA

ÍNDICE

INTRODUCCIÓN i

OBJETIVO GENERAL iv

OBJETIVOS PARTICULARES iv

PUNTOS MÍNIMOS QUE DEBE INCLUIR UN REPORTE vi

PUNTOS QUE DEBE CONTENER EL PROTOCOLO DE UN PROYECTO ix

REGLAMENTO INTERNO DE LABORATORIO xii

MANEJO Y TRATAMIENTO DE RESIDUOS xv

CALENDARIZACIÓN xvi

EVALUACIÓN xvii

UNIDAD I. Equilibrio químico en medio homogéneo 1

PRÁCTICA CUANTITATIVA I 2

PRÁCTICA CUANTITATIVA II 13

UNIDAD II. Equilibrio químico de solubilidad y precipitación 22

SESIÓN TEÓRICO PRÁCTICA 2 23

PRÁCTICA TRADICIONAL 2 33

UNIDAD III. Equilibrio químico redox 43

SESIÓN TEÓRICO PRÁCTICA 3 44

PRÁCTICA TRADICIONAL 3 52

i

INTRODUCCIÓN

El presente manual está dirigido a cursos experimentales de Química Analítica, que

abordan el estudio del equilibrio químico de sistemas multicomponentes y

multirreaccionantes bajo amortiguamiento, basados en el Modelo de Especies y

Equilibrios Generalizados (Rojas, 1997). Para el uso de este manual es requisito que el

alumno domine el estudio del equilibrio químico con intercambio de una partícula, desde

la perspectiva del método de Charlot (Charlot, 1967).

Este curso proporcionará al estudiante las herramientas necesarias que le apoyen a

comprender, analizar y establecer las condiciones óptimas requeridas para llevar a cabo

un determinado método analítico, a través del uso de Diagramas de Zonas de Predominio,

de Existencia Predominio y Tipo Pourbaix. Así mismo, el estudiante podrá ser capaz de

establecer las condiciones de amortiguamiento óptimas, que le permitan aumentar la

cuantitatividad de una reacción, eliminar las interferencias a través de reacciones de

enmascaramiento, entre otros, con el fin de llevar a cabo el análisis de muestras reales en

las mejores condiciones experimentales.

La propuesta metodológica de este curso experimental, considera tres unidades:

Unidad I. Equilibrio químico en medio homogéneo.

Unidad II. Equilibrio químico de solubilidad y precipitación.

Unidad III. Equilibrio químico redox.

ii

La unidad I, se caracterizará por una práctica cuantitativa I que tiene como propósito

que el estudiante identifique la condición de amortiguamiento simple en un experimento

dirigido, durante el desarrollo de éste, se obtendrán resultados con los cuales, los

estudiantes elaborarán un informe en un formato prediseñado con el fin de que se percate

de los conocimientos más importantes por adquirir. El informe se entregará al término de

esa sesión por equipo, antes de retirarse del laboratorio,. El profesor guiará a los

estudiantes para cumplir el objetivo.

En la sesión siguiente, se realizará la práctica cuantitativa II, cuyo propósito es que el

estudiante imponga las condiciones de amortiguamiento. En este caso, se aplicarán los

conocimientos de la sesión anterior al proponer “las volúmenes y concentraciones de las

especies por amortiguar“ en un sistema de reacción. El informe de trabajo se entregará

escrito a mano en la sesion siguiente. El profesor explicará lo necesario para cubrir los

puntos mínimos del informe.

Posterior a la práctica cuantitativa II, se realizará un examen escrito de duración máxima

de 1 h, que constará básicamente de dos problemas de acuerdo con los objetivos de

aprendizaje de las prácticas cuantitativas I y II. Al término de la entrega del examen

escrito, el profesor asignará un tema a cada equipo de estudiantes denominado proyecto,

en el cual, el estudiante aplicará los conocimientos adquiridos de las prácticas

cuantitativas para el diseño de una práctica completa con justificación teórica, a fin de

fomentar la capacidad del trabajo colaborativo en la ejecución de un experimento. El

profesor asignará un tema del mismo nivel de complejidad que en cualquiera de las dos

prácticas cuantitativas (I o II). Al término de esta primera sesión del proyecto, el estudiante

presentará y entregará su propuesta del tema asignado. En la sesión siguiente, el equipo

de trabajo, podrá ejecutar empíricamente la propuesta experimental. Para ello, es

indispensable que los estudiantes tengan la información clara y detallada de lo que

realizará organizadamente de su proyecto. Una vez concluido el experimento, se

iii

entregará el informe del proyecto de manera formal, escrito a mano y por entregarse en la

sesión siguiente después de ejecutada la sesión experimental.

Las unidades II y III, constan de cuatro sesiones experimentales, las cuales se describen

a continuación:

Sesión Teórico Práctica (STP). En esta sesión, el estudiante realiza una experiencia

práctica cualitativa, que lo introduce en el conocimiento de los conceptos básicos de cada

bloque. El informe se entregará el mismo día en un formato previamente establecido.

Práctica Tradicional (PT). Durante esta sesión el estudiante aplica el Método de

Especies y Equilibrios Generalizados, para justificar y analizar experiencias prácticas

previamente probadas y/o reportadas en la literatura, aplicado a la cuantificación de un

analito en muestras reales. El informe de realizará extraclase y entregará a la sesión

siguiente.

Examen. Éste se realizará en la sesión siguiente de la práctica tradicional.

Proyecto. Consta de dos sesiones experimentales, en las cuales el estudiante se vale de

las herramientas teóricas y experimentales adquiridas durante el curso, para proponer y

llevara a cabo un diseño experimental o guía metodológica que le ayude a resolver un

problema real previamente señalado por el asesor.

La primera revisión del presente manual fue realizada en 2008, gracias al apoyo del

proyecto PAPIME 207606: Renovación y Fortalecimiento de la Enseñanza Experimental

de las Asignaturas de Química Analítica de la Carrera de Químico Industrial.

iv

OBJETIVO GENERAL

Después de este curso los alumnos serán capaces de establecer y calcular

adecuadamente, por aproximaciones, las condiciones de equilibrio termodinámico de

sistemas bajo condiciones de amortiguamiento múltiple (con soluciones reguladoras o

amortiguadoras), utilizando para ello los diagramas de zonas de predominio

multidimensionales, los conceptos de especies y equilibrios generalizados y la

aproximación de equilibrios representativos. También serán capaces de explicar los

resultados experimentales de técnicas que permiten el estudio del equilibrio de métodos

de análisis químico que ocurren bajo condiciones de amortiguamiento múltiple.

OBJETIVOS PARTICULARES

UNIDAD 1: Después de esta unidad los estudiantes serán capaces de proponer las

condiciones de amortiguamiento que permiten detectar los puntos de equivalencia en las

mejores condiciones, tanto para valoraciones acidimétricas como complejométricas.


condiciones de amortiguamiento que permitan aplicar la solubilidad de las sustancias a

cuantificaciones y separaciones gravimétricas.


condiciones de amortiguamiento que permiten optimizar el funcionamiento de electrodos

indicadores de tercer tipo, el ataque redox de algunas muestras y aplicar diferentes

amortiguamientos para optimizar cuantificaciones por valoraciones redox.

v

La Tabla 1, muestra la distribución de prácticas en unidades temáticas del curso.

Tabla 1. Prácticas que integran el curso experimental

No. Práctica

Tipo Título Unidad Temática

1 Práctica

cuantiativa I

-Determinación cuantitativa de

ácido bórico en una muestra de

uso oftálmico

Unidad 1.

Equilibrio químico

en soluciones

acuosas bajo

condiciones de

amortiguamiento

múltiple.

2 Práctica

Cuantiativa II

-Determinación de Zn (II) en una

muestra comercial de óxido de

zinc.

3 Proyecto 1 A definir por los asesores.

4

Sesión

Teórico

Práctica

-Solubilidad y precipitación de

cloruro de plata y cromato de

plata.

-Solubilidad de Ag(I) en función

del pH y de diferentes agentes

complejantes.

Unidad 2.

Equilibrio de

solubilidad y

precipitación en

soluciones

acuosas bajo

condiciones de

amortiguamiento

múltiple.

5 Práctica

Tradicional

-Determinación gravimétrica de

aluminio como oxinato de

aluminio.


7

Sesión

Teórico

Práctica

-Influencia del pH en el equilibrio

redox.

Unidad 3.

Equilibrio redox en

soluciones

acuosas bajo

condiciones de

amortiguamiento

múltiple.

8 Práctica

Tradicional

-Determinación de etanol en una

muestra comercial (enjuague

bucal) mediante una valoración

redox.


vi

PUNTOS MÍNIMOS QUE DEBE DE INCLUIR UN INFORME DE TRABAJO

La realización de un informe de trabajo es el inicio para alcanzar el dominio de una buena

redacción científica. La mejor experimentación del mundo puede tener poco o ningún

valor si no se comunica a otras personas, y se les comunica bien, con una redacción clara

y atractiva. Aunque la comunicación puede a veces ser oral, en la abrumadora mayoría de

los casos la gente se entera de nuestro trabajo a través de páginas impresas. De aquí la

importancia de desarrollar la habilidad para redactar adecuadamente un documento de

manera clara y precisa.

Las secciones esenciales de un informe de trabajo son:

Portada

La portada debe incluir los siguientes datos: Nombre de la institución y facultad,

asignatura, grupo, nombre de la práctica, número de equipo, nombre completo de los

integrantes del equipo, nombre de los profesores, fecha de entrega.

Introducción

Al iniciar la redacción, se requiere expresar la importancia de la práctica correspondiente.

En este punto se puede citar algunas referencias para sustentar nuestras ideas.

Objetivos

Este es uno de los puntos más importantes. Su redacción debe ser muy clara ya que

contiene la razón de ser del trabajo experimental. Debe contestar las preguntas de qué,

porqué, para qué, cómo.

vii

Procedimiento

Este apartado se incluirá en caso de que la versión original del manual de prácticas haya

sufrido modificaciones, así como en los informes de proyectos.

Se incluyen los siguientes puntos:

a) Bosquejo del procedimiento: Debe de ser lo más claro posible y sobre todo

conciso.

b) Detalles de las mediciones que se van a realizar.

c) Precauciones. Este apartado es opcional. En él se incluye, generalmente, los

cuidados que se debe de tener en el manejo de la muestra o de los equipos que

se van a utilizar.

d) Diagramas de flujo: En este rubro realiza una esquematización de la parte

experimental, para que el lector analizándolo tenga una idea clara de las diferentes

actividades a realizar, así como el orden que debe seguir y de las actividades que

se pueden llevar a cabo en paralelo.

Resultados

a) Por lo general, lo resultados se reportan en forma de tablas, gráficas, etc.

b) Gráficas: Hay que realizar la presentación de manea adecuada. Es decir, escoger

correctamente la escala de los ejes, en el caso de que sean varías

representaciones en la misma gráfica es necesario que se diferencien entre ellas y

finalmente, colocar en cada eje lo que se está graficando y el titulo.

c) Tablas: Nos apoyan a presentar de manera resumida y ordenada los resultados

experimentales.

d) Cálculo de las desviaciones estándar: Para este apartado no siempre es posible

realizar el cálculo de las incertidumbres de los valores medidos, pero siempre es

bueno realizar varias mediciones, ya que a partir de diversas lecturas para una

viii

misma perturbación del sistema nos pueden indicar si alguna lectura no es

correcta.

Análisis de los resultados

a) Comparación entre el modelo propuesto y los resultados experimentales.

b) Consecuencias de las discrepancias entre el modelo y los resultados

experimentales.

c) Explicar las discrepancias existentes

d) Obtención de la concentración de la solución problema (en el caso de prácticas

tradicionales o proyectos).

Conclusiones

En las conclusiones debe de incluirse las razones por las cuales el modelo teórico es o no

es explicado por la información experimental (en el caso de que esto suceda).

Bibliografía.

Se debe de incluir toda la bibliografía consultada.

ix

PUNTOS QUE DEBE CONTENER EL PROTOCOLO DE UN PROYECTO

Definición de “proyecto”

En este laboratorio se entenderá como proyecto, un conjunto de acciones que se

planifican en equipo para resolver un determinado problema (análisis de una muestra real)

aplicando los conocimientos adquiridos y a partir de una consulta y análisis crítico de la

literatura.

Para llevar a buen término dicho proyecto se requiere realizar un protocolo, de acuerdo a

los siguientes pasos:

Planteamiento del problema.

En este paso, los profesores definirán el proyecto a desarrollar (la muestra real por

analizar). Guiarán a los estudiantes para que ellos comprendan de manera clara y

precisa, los objetivos que se desean alcanzar al término de dicho proyecto.

Investigación bibliográfica.

Una vez definido el problema, el estudiante se apoyará en la información contenida en la

bibliografía a su disposición (libros, artículos, tesis, etc), para obtener un más amplio

conocimiento sobre el tema para plantear su hipótesis.

Hipótesis.

El estudiante planteará la hipótesis, es decir, una suposición anticipada de lo que espera

obtener, de manera que le permita la interpretación de los resultados experimentales,

x

sobre un fenómeno que ocurre. Su valor reside en la capacidad para establecer estas

relaciones entre los hechos, y de esa manera explicarnos porque se produce.

Metodología experimental.

La metodología experimental pretende que los estudiantes propongan un trabajo

experimental ordenado que les permita evaluar la validez de su hipótesis. Para esto

tendrán que considerar los métodos analíticos con que cuentan en el laboratorio, así

como el material y el tiempo para su desarrollo. Por lo siguiente, deberán tener en cuenta

los siguientes aspectos:

a) Equipo: Considerar el uso de los equipos con que cuenta la Sección de Química

Analítica.

b) Reactivos: Es necesario verificar que los reactivos que se utilizarán existan en el

laboratorio, o bien en el almacén de la Sección de Química Analítica. De no ser

así, consultar con los profesores la posibilidad de sustituirlo por otro equivalente.

c) Preparación de soluciones: Considerar cuidadosamente las cantidades que se

utilizarán durante el desarrollo experimental para evitar el desperdicio o la falta de

soluciones.

d) Procedimiento experimental: Basado en la información encontrada en la literatura,

o bien, propuestas personales, se realizará la descripción detallada de la

experimentación.

e) Diagrama de flujo: El diagrama de flujo deberá incluir la asignación de actividades

para cada una de las personas que integran el equipo de trabajo, así como una

estimación del tiempo que tomará cada actividad. No olvidar que existen

actividades que se pueden realizar en forma paralela, lo que nos permite optimizar

el tiempo.

xi

Recolección de resultados

Se deberán preparar las tablas que serán utilizadas para la recolección de resultados.

Memoria de cálculo.

Elaborar la fórmula que será utilizada para cuantificar el contenido del analito en su

muestra analizada, a partir del resultado experimental obtenido en el laboratorio.

Disposición de residuos.

El alumno deberá presentar un apartado, en el que indique los residuos que generará

durante el procedimiento experimental; así como el tratamiento que dará a los mismos

para su adecuada disposición.

Bibliografía

Incluir fotocopia de las referencias bibliográficas que sirvieron de base para elaborar la

metodología de la parte experimental.

xii

Facultad de Estudios Superiores Cuautitlán

Departamento de Ciencias Químicas

Sección de Química Analítica

REGLAMENTO INTERNO DE LABORATORIO 1.- En todas las sesiones es obligatorio el uso de bata, lentes de seguridad y zapato cerrado en el laboratorio. 2.- Se deberán conservar limpias las instalaciones (en especial las campanas de extracción, canaletas y tarjas de las mesas de laboratorio), el material y el equipo de trabajo (incluyendo las balanzas analíticas) al inicio y al final de cada sesión experimental. 3.- Se deberá guardar orden y disciplina dentro del laboratorio y durante la sesión experimental, quedando prohibida la entrada a personas ajenas al mismo, incluyendo los inter-laboratorios. 4.- Queda estrictamente prohibido fumar, consumir alimentos y bebidas dentro del laboratorio, ya que muchas de las sustancias químicas que se emplean son inflamables y/o tóxicas. 5.- Es importante que antes de trabajar, el estudiante conozca las características de las sustancias químicas que va a utilizar para que pueda manipularlas adecuadamente (se deberá apoyar en la consulta de las fichas de seguridad). 6.- Para la extracción de reactivos líquidos, se deberán emplear perillas de hule y nunca succionar con la boca. 7.- Los reactivos químicos no deberán ser manipulados directamente, se deberán usar implementos como pipetas, espátulas, cucharas, etc. 8.- Después de manipular sustancias químicas es necesario lavarse las manos con agua y jabón. 9.- Si se utilizan mecheros, parrillas o cualquier otro aparato, se deberá estar atento en su manejo para evitar un accidente. 10.- En caso de ingestión, derrame o inhalación de algún reactivo por parte de algún estudiante, deberá ser notificado al asesor del grupo, el cual tomará las acciones pertinentes, previa consulta de las fichas de seguridad.

xiii

11.- Al término de la sesión experimental, el asesor de grupo, deberá regresar las disoluciones empleadas a su lugar de resguardo ubicado en el anaquel. 12.- Todas las personas que elaboren disoluciones y/o generen residuos deben etiquetar correctamente los frascos que se utilicen para este propósito utilizando la etiqueta del Sistema de Gestión de Calidad. 13.- Los residuos de cada experimento deberán tratarse y eliminarse adecuadamente por los alumnos, previa consulta del diagrama ecológico incluido en el manual de prácticas y con el apoyo del asesor. 14.- Cuando el residuo no pueda ser eliminado, el alumno deberá resguardarlo, en un contenedor, debidamente etiquetado y cerrado, y colocarlo en el anaquel destinado para ello. 15.- Antes de iniciar las actividades experimentales se le solicitará al laboratorista el material y equipo necesarios, para ello, una persona responsable del equipo dejará su credencial (únicamente de la UNAM) en depósito y firmará un vale por el material y equipo recibidos. En caso de que existiera un defecto en el material o equipo recibido, éste deberá ser anotado en el vale. 16.- Es responsabilidad del alumno revisar el estado en que recibe el material, ya que al término de la sesión experimental lo debe regresar en las mismas condiciones en las que lo recibió y perfectamente limpio. 17.- En caso de extravío o daño del material o equipo de laboratorio, se resguardará el vale de solicitud de material y la credencial del estudiante responsable del daño o extravío hasta su reposición con iguales características. 18.- Los alumnos que adeuden material de laboratorio, deberán reponerlo a la mayor brevedad posible o a más tardar el último día de realización de prácticas, de lo contrario los deudores serán reportados al Departamento de Servicios Escolares y no podrán inscribirse en el siguiente semestre. 19.- El número máximo de alumnos que podrán permanecer en el cuarto de balanzas (L-101-102) será el mismo que el número de balanzas disponibles. 20.- Cuando sea asignada, una gaveta a los alumnos y por razones de olvido o pérdida de la llave, queda prohibido forzarla. En tal situación los alumnos deberán solicitar su apertura, por escrito, al responsable del laboratorio, previa autorización del profesor del grupo. 21.- La gaveta podrá usarse hasta la semana 15 del semestre por lo que, el grupo de estudiantes deberán desocuparla a más tardar en la semana 16.

xiv

22.- No se permitirá el uso de balanzas y equipos a personas ajenas al laboratorio o fuera del horario de su sesión experimental. Vo.Bo.: Comité de Calidad del Depto. de Ciencias Químicas.

Cuautitlán Izcalli, Mayo del 2015.

xv

MANEJO Y TRATAMIENTO DE RESIDUOS

La generación de residuos ya sean peligrosos o no, constituye un problema que afecta a

la mayoría de los sectores productivos del país; es por ello, que se deben de identificar y

gestionar correctamente conforme a la ley (Ley General de Equilibrio Ecológico y la

Protección al Ambiente y su Reglamento en materia de Residuos Peligrosos).

El procedimiento para determinar si un residuo es peligroso, así como su clasificación, se

puede encontrar en la Norma Oficial Mexicana NOM-052-SEMARNAT-2005

Tanto los reactivos como los residuos generados en las prácticas de laboratorio, se deben

etiquetar de acuerdo al riesgo que representan. A continuación se presentan los

pictogramas utilizados para el correcto etiquetado y tratamiento de residuos.

Tabla 2. PICTOGRAMAS DE SEGURIDAD

Símbolo Significado Símbolo Significado

Comburente,Oxidante

F+

Extremadamenteinflamable

Xi

Irritante

Xn

Nocivo

Corrosivo

T

Tóxico

Explosivo

T+

MuyTóxico

F

Inflamable

Peligrosoparaelmedioambiente

xvi

Asignatura:___________________________________________________Grupo:_______________

Carrera:__________________________Período: ______________________No. de equipos: _____

SEMANA/ETAPA ACTIVIDAD FECHA OBSERVACIONES

1

- Presentación (1 h) - Preparación de soluciones para la práctica cuantitativa I y estandarización de la solución de NaOH

Las soluciones preparadas en esta sesión perfectamente etiquetadas con la

concentración exacta determinada por valoración

2 Práctica cuantitativa I Al término de la sesión, el informe de trabajo de la Práctica cuantitativa I

3 Práctica cuantitativa II Al término de la sesión,

4 Examen 1/ Proyecto

El informe de trabajo de la práctica cuantitativa II / Entrega de la resolucion de una evaluación escrita (primera hora). Al término de la sesión, propuesta experimental del proyecto

5 Proyecto (continuación) Al término de la sesión y resultados del

experimento.

6 STP2 El informe de trabajo del proyecto.

Examen de conocimientos previos de la STP2. Informe de trabajo de la STP2

7 Práctica Tradicional 2 Examen de conocimientos previos de la PT2.

8 Examen 2 Informe de trabajo de PT2

9 Proyecto 2 Protocolo 2 10 Proyecto 2 Proyecto 2

11 STP3 Examen de conocimientos previos de STP3 y Reporte de STP3

12 Práctica Tradicional 3 Examen de conocimientos previos PT3

13 Examen 3 / Proyecto 3 Reporte PT3 / Propuesta del proyecto 3

14 Proyecto 3 Proyecto 3

15 Cuestionario de calidad

Entrega del informe del proyecto 3.

16 Entrega de calificaciones

________________________________________ Elaboró* *Profesor, Resp. de asignatura, Resp. de calidad, Resp. de área

UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES CUAUTITLÁN

DEPARTAMENTO DE CIENCIAS QUÍMICAS SECCIÓN QUÍMICA ANALÍTICA

CALENDARIZACIÓN CODIGO: FPE-CQ-DEX-01-02 FPE-CQ-DEX-03-02 FPE-CQ-DEX-04-02 No. de REVISIÓN: 00

xvii

EVALUACIÓN

Las unidad I, II y III, se evaluarán de la manera especificada en la tabla 3.

Tabla 3. Porcentajes de las actividades por evaluar en la unidad I

Actividad

Porcentaje

Examen de conocimientos previos 10

Informe de las prácticas 10

Trabajo de laboratorio del proyecto 10

Protocolo 15

Evaluación escrita 35

Informe del proyecto 20

Total 100

Entrega de reportes o protocolos

v El examen de conocimientos previos, protocolo o el informe de trabajo deben ser

entregados en la fecha indicada, a la hora de entrada al laboratorio. No se

aceptará ningún documento en fechas posteriores.

v Los protocolos que se realicen para cada proyecto, deberán ser aprobados por los

asesores antes de que se inicien los procedimientos experimentales.

xviii

Tolerancia, asistencia y falta

v La entrada al laboratorio es a la hora indicada según el horario del grupo

v Para tener asistencia se tendrá una tolerancia máxima de 15 minutos. El

estudiante debe considerar que el examen de conocimientos previos puede

perderlo si llega en el tiempo límite a la tolerancia.

v Se considerará retardo, si el estudiante llegase entre 15 y 20 minutos

después de la hora de indicada. Tres retardos conformarán una falta.

Puntos por considerarse en la evaluación final

v El porcentaje mínimo de asistencias es el 80 %.

v Es requisito indispensable aprobar al menos un examen escrito de

cualquier unidad para que se promedien las calificaciones de las actividades

consideradas.

v Tener dos bloques con calificación mínima de 6.0.

1

Unidad I

Equilibrio químico en

medio homogéneo

2

PRÁCTICA CUANTITATIVA I

DETERMINACIÓN CUANTITATIVA DE ÁCIDO BÓRICO EN UNA

MUESTRA DE USO OFTÁLMICO

OBJETIVO

Determinar la concentración de ácido bórico en una disolución de uso oftálmico a través

de una curva de valoración ácido base, a fin de destacar la importancia de las condiciones

de amortiguamiento en el análisis químico.

INTRODUCCIÓN

Muchas muestras industriales, biológicas, farmacéuticas y naturales presentan

propiedades ácido-base. Su contenido ácido o básico puede cuantificarse en medio

acuoso mediante una valoración con una disolución patrón. Sin embargo, la

cuantitatividad de la reacción depende tanto de la constante de equilibrio como de la

concentración inicial del analito. En este sentido, la reacción de valoración del ácido

bórico con una base fuerte, es poco cuantitativa y el punto de equivalencia no puede ser

detectado con precisión. La presencia en el sistema de compuestos polialcohólicos

(manitol, dextrosa o sorbitol) que actúan como agentes complejantes del ión borato,

pueden alterar significativamente la acidez del ácido bórico, de forma tal que pueda ser

valorado con una cuantitatividad suficiente con una base fuerte. Asimismo, el efecto de la

concentración de estos reactivos complejantes en el sistema de valoración es

3

determinante, debido a la baja estabilidad de este tipo de complejos. Por tal motivo, en

esta práctica se evidenciará particularmente el aumento de la acidez del ácido bórico

causado por el efecto complejante del manitol a través de su titulación con una base

fuerte. Se utilizará el diagrama de zonas de predomino del sistema BO2-/Ma/H2O para

explicar este comportamiento.

CUESTIONARIO PREVIO

1. Calcular el grado de disociación de una solución 10-3M de ácido bórico y con éste,

calcular el pH.

2. Expresar la reacción de valoración de ácido bórico con una base fuerte y calcular

su Keq.

3. Si se valoran 10mL de la solución anterior de ácido bórico con hidróxido de sodio

0.005M, calcular la cuantitatividad de la reacción de valoración.

4. Calcular el pH del punto de equivalencia para la valoración de la pregunta 3.

5. ¿Qué características debe cumplir un indicador ácido base para ser utilizado en

una valoración? Traer una tabla de indicadores ácido base con información de

intervalos de transición de pH y su preparación (puede incluir fotocopia).

6. Mencionar un indicador ácido base adecuado para la titulación anterior, así como

las razones que justifican su elección.

7. Establecer el procedimiento para la estandarización de una solución de hidróxido

de sodio.

8. Investigar la toxicidad de los reactivos utilizados en esta práctica, el tratamiento

por intoxicación o derrame, así como la forma adecuada de desechar los residuos

generados en el procedimiento experimental.

4

SOLUCIONES Y REACTIVOS

Manitol en disolución 0.5 M

NaOH en disolución 0.01M

Buffer para calibración del potenciómetro

Biftalato de potasio

Muestra problema que el grupo traerá (Ejemplo: Solución oftálmica Lav Ofteno,

Laboratorios Sofía)

MATERIAL

Potenciómetro con electrodo combinado de pH

Agitador magnético

Soporte universal con pinzas

1 Espátula

1 Piseta con agua destilada

1 Matraz volumétrico de 100mL

1 Pipeta volumétrica de 2mL

2 Pipeta volumétrica de 10mL

2 Pipetas volumétricas de 5mL

1 Bureta graduada de 25mL

3 Vasos de precipitados de 50mL

5

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

1. Realizar la calibración del potenciómetro para la medición de pH.

2. Utilice las disoluciones de manitol y de NaOH preparadas en la primera sesión de

laboratorio

3. Transcriba la información de la estandariización en las tablas de resultados de

esta práctica.

4. Tomar una alícuota de 2 mL de la muestra (frasco c/250 mL) y llevar al aforo de

100 mL (disolución A). Esta disolución servirá para todo el grupo.

MÉTODO A. Sin condiciones de amortiguamiento.

1. De la disolución A, tomar una alícuota de 10 mL y colocarla en un vaso de

precipitados de 50 mL y añadir 10 mL de agua destilada.

2. De acuerdo al contenido de ácido bórico indicado en la etiqueta del producto,

calcular el volumen de punto de equivalencia que se espera obtener.

3. Proceder a titular potenciométricamente con NaOH estandarizado, realizar las

adiciones en incrementos de 0.5 mL; hasta un total de 10mL. En la cercanía al

punto de equivalencia añadir en incrementos más pequeños de acuerdo con la

precisión de la bureta.

4. Graficar simultáneamente los valores de pH como función del volumen de

valorante agregado.

5. Detener la valoración hasta añadir aproximadamente el doble del volumen de

punto de equivalencia.

6

MÉTODO B. Bajo condiciones de amortiguamiento.

1. De la disolución A, tomar una alícuota de 10 mL y colocarla en un vaso de

precipitados de 50 mL, añadir 5 mL de la disolución de manitol 0.5M y adicionar 5

mL de agua destilada.

2. Proceder a titular potenciométricamente con NaOH 0.01M, realizar adiciones de

titulante en incrementos de 0.5 mL; en la cercanía al punto de equivalencia,

adicionar cuidadosamente volúmenes más pequeños de acuerdo con la precisión

de la bureta. Detener la valoración hasta añadir el doble del volumen de punto de

equivalencia aproximadamente. Superponer el gráfico pH= f (Vol. de titulante

añadido) de esta titulación con el gráfico de la curva de valoración sin condiciones

de amortiguamiento. Proceder a comparar ambos gráficos y discutir entre los

integrantes de su equipo de trabajo para elaborar el informe de trabajo.

Nota: El formato del informe de trabajo será proporcionada por el profesor el día

de la experimentación de la práctica cuantitativa I

7

RESULTADOS

Estandarización de NaOH

g de biftalato de potasio Volumen de Vire [NaOH] Promedio

VALORACIONES REALIZADAS

Método Volumen de

PE

mL Gastados

NaOH ______ M OBSERVACIONES

A

B

8

VALORACIÓN A VALORACIÓN B

Volumen de NaOH pH Volumen de

NaOH pH

9

VALORACIONES DE HBO2 CON NaOH EN PRESENCIA Y AUSENCIA DE MANITOL

10

DIAGRAMA ECOLÓGICO:

*Tratamiento de residuos:

Mezclar R1 y R2, ajustar el pH en el intervalo de 5.5-10 con ácido acético diluido y

verter en el desagüe.

La solución restante preparada a partir de la muestra de uso oftálmico, puede ser

desechada directamente en la tarja.

11

DATOS

Peso Molecular del ácido bórico H3BO3 61.83 g / mol

Peso Molecular del manitol C6H14O6 182.17 g / mol (represéntese por Ma)

HBO2 pKa= 9.2

pKw=14.0

(Ma)nBO2- logβ1=2.5 logβ2= 4.7

Figura 2. Diagrama de Zonas de Predominio para el sistema BO2‘-Ma-H2O, pH’=f(pMa).

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

5

5.5

6

6.5

7

7.5

8

8.5

9

9.5

10

0 1 2 3 4 5pMa

pH'

HB02

BO2-

Ma2BO2-

MaBO2-

12

REFERENCIAS

1. Secretaría de Salud (2004). Farmacopea de los Estados Unidos Mexicanos. (8ª,

Ed.). México: Comisión permanente FEUM.

2. Day, R. A. y Underwood, A. L. (1989) Química Analítica Cuantitativa (5a ed; M.C.

Arroyo Espinosa, Trad.). México: Pearson.

3. Ringbom, A. (1979). Formación de complejos en Química Analítica. España:

Editorial Alhambra.

4. Rojas Hernández, A. (1991). II Equilibrio Químico de soluciones con medio

amortiguado. México: UNAM-FESC, Colección de Química Analítica.

5. Schenk, G. H., Hahn, R. B., Hartkopf, A (1984). Química Analítica Cuantitativa.

México: C.E.C.S.A.

13

PRÁCTICA CUANTITATIVA II

DETERMINACIÓN DE Zn (II) EN UNA MUESTRA COMERCIAL

DE ÓXIDO DE ZINC

OBJETIVOS

Justificar el uso del buffer amonio/amoniaco en la valoración del zinc con EDTA.

Determinar el contenido de óxido de zinc en una muestra comercial por medio de una

valoración con EDTA en medio amortiguado amonio/amoniaco

INTRODUCCIÓN

El ácido etilendiaminotetracético (EDTA) es con mucho el agente químico complejante

más utilizado en química analítica. Forma complejos estables de estequiometría 1:1 con la

mayoría de los iones metálicos. Por titulación directa o por una secuencia indirecta de

reacciones, en principio, todos los elementos de la tabla periódica pueden determinarse

con EDTA. Las constantes de formación de la mayoría de los complejos de EDTA son

bastante grandes, y los valores tienden a ser más grandes en el caso de iones metálicos

con mayores cargas iónicas positivas.

Sin embargo, no se debe olvidar el carácter ácido-base que presenta este ligando. De

esta forma sus equilibrios de formación de complejos metálicos se verán seriamente

afectados por el pH. De esta forma puede apreciarse que un complejo Metal-EDTA se

vuelve menos estable a medida que decrece el pH. Para que una reacción de valoración

14

tenga utilidad, se requiere que sea completa o “cuantitativa”. Esto es, su constante de

equilibrio debe ser suficientemente grande.

En algunas ocasiones, el elevar el pH de un sistema para poder llevar a cabo una

valoración con EDTA provoca la precipitación de los hidroxocomplejos del catión. Sin

embargo, es posible utilizar agentes complejantes auxiliares que sirven tanto para fijar el

pH, como para complejar el ión metálico y mantenerlo en solución. Por ejemplo, la

valoración de Zn(II) con EDTA suele efectuarse en un tampón amoniacal, que compleja al

Zn para evitar su precipitación como Zn(OH)2↓ y al mismo tiempo impone el pH de la

solución.

CUESTIONARIO PREVIO

1. Investigar las propiedades y aplicaciones del óxido de zinc.

2. Investigar los requerimientos óptimos para la cuantificación de iones metálicos con

el uso de EDTA.

3. Establecer las características que debe cumplir un indicador metalocrómico.

4. Explicar el funcionamiento del Negro de Eriocromo T para valoraciones

complejométricas.

5. Investigar la toxicidad de los reactivos utilizados en esta práctica, el tratamiento

por intoxicación o derrame, así como la forma adecuada de desechar los residuos

generados en el procedimiento experimental.

15


HCl 5 M

EDTA (sal disódica) 1x10-2 M

Solución buffer NH4+/NH3 0.2 M y pH=9.0

Indicador Negro de Eriocromo T (NET)

Agua destilada

Solución buffer de pH para calibración

Muestra de ZnO (el alumno debe traerla)

MATERIAL Y EQUIPO

copas tequileras

1 bureta de 25 mL

matraces volumétricos

1 pipeta volumétrica de 20 mL

1 pipeta graduada de 1 mL



Piseta,

Espátula

pH-metro con electrodos

soporte universal completo

balanza analítica

16


1. Proponer la concentración de la solución amortiguadora de pH=9.0, tomando como

par conjugado al 𝑁𝐻!! ∕ 𝑁𝐻!, si se requiere que la concentración del buffer sea 20

veces más concentrada que Zn(II) 10-2 M.

2. Pesar la cantidad de óxido de zinc necesario para preparar una solución de Zn(II)

de concentración 10-2 M, adicionarle gota a gota la cantidad mínima de HCl 5 M

necesaria para disolverlo completamente. Llevar al volumen de aforo con la

solución buffer preparada en el inciso 1. Verificar que el pH se mantenga en 9.0.

3. Preparar la solución de EDTA de concentración 10-2 M, disolviendo y llevando al

volumen de aforo con la solución buffer preparada en el inciso 1.

4. Valorar 5 mL de la solución de Zn(II) con la solución de EDTA, empleando NET

como indicador de fin de valoración. Realizar la valoración por triplicado.

17

RESULTADOS

g de muestra

Volumen de aforo (mL)

VALORACIONES

VALORACIÓN Volumen de Vire

1

2

3

18



R1, diluir en agua y desechar directamente en el desagüe.

Las soluciones sobrantes de Buffer, EDTA y Zn(II) también podrán ser desechadas

directamente en el desagüe.

19

DATOS

Zn(NH3)n2+ logβ1=2.27, logβ2=4.61, logβ3=7.01, logβ4=9.06

Zn(OH)n2-n logβ1=4.4, logβ3=14.4, logβ4=15.5

NH4+ pKa=9.25

ZnY2- pKc=16.5

ZnHY- pKa=3.0

H4Y pKa1=2.0, pKa2=2.7, pKa3=6.2, pKa4=10.3

NET pZntrans= 6.24 (rojo-azul)

Figura 3. Diagrama de Zonas de Predominio para el sistema Zn(II)-NH3’-H2O, pNH3’=f(pH).

-2

-1

0

1

2

3

4

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

pH

pNH ’3

Zn(NH3)4+2

Zn(OH) 4+2

Zn(OH)3+Zn+2

20

PUNTOS MÍNIMOS PARA EL ANÁLISIS DE RESULTADOS

1. De acuerdo al Diagrama de Zonas de Predominio; conociendo la concentración

del buffer de amonio/amoniaco y el pH, determinar cuál es la especie

predominante de Zn(II) a las condiciones experimentales.

2. Con base en las condiciones de amortiguamiento, establecer los diagramas de

zonas de predominio (DZP) lineales en función del pH, y determinar las especies

predominantes de EDTA (Y’’) y del complejo ZnY’’ a las condiciones

experimentales.

3. Con la información de los puntos anteriores, expresar la reacción de valoración.

4. Calcular las constantes de equilibrio termodinámica y bicondicional.

5. Establecer la Tabla de Variación de Cantidades Molares para la valoración.

6. Calcular el valor de pZn’’ en el punto de equivalencia.

7. Determinar el error cometido al usar el NET como indicador de fin de valoración.

8. Explicar el funcionamiento del indicador y los colores observados empleando el

DZP y la EPR, además de escribir la reacción representativa de detección del

punto final.

9. Determinar el contenido de ZnO, expresado en %p/p, en la muestra comercial.

REFERENCIAS




Editorial Alhambra.

21

Unidad II

Equilibrio químico de

solubilidad y

precipitación

22

SESIÓN TEÓRICO PRÁCTICA 2

SOLUBILIDAD DE Ag(I) EN FUNCIÓN DEL pH Y DE DIFERENTES AGENTES COMPLEJANTES

OBJETIVO Analizar el efecto de la acidez del medio acuoso en la solubilidad molar de algunos

compuestos insolubles de plata, bajo condiciones de amortiguamiento múltiple.

INTRODUCCIÓN

El interés por el estudio de los equilibrios de precipitación y solubilidad radica en sus

múltiples aplicaciones en diversos campos de la Química. Entre estas aplicaciones se

encuentran:

- La identificación de especies químicas que pueden formar sustancias sólidas insolubles

con características específicas.

- La separación selectiva de especies químicas con base en diferencias de solubilidad.

- La determinación cuantitativa de especies químicas.

Los equilibrios de precipitación y de solubilidad en disoluciones acuosas implican la

presencia de dos o más fases; de éstas, una es la líquida (disolución acuosa) y la fase o

las fases sólidas constituidas por sustancias capaces de entrar a la solución por el

proceso de disolución, ya sea como especies cargadas eléctricamente (iones) o como

especies neutras (moléculas).

23

Un equilibrio de solubilidad es aquel en el cual una especie sólida al disolverse en una

fase líquida, se incorpora a ésta en forma de moléculas y/o iones. Estos últimos, guardan

la misma relación estequiométrica que en el sólido. Por ejemplo:

AgCl↓ D Ag+ + Cl-

En las disoluciones las partículas presentes son del orden atómico, iones o moléculas

pequeñas (0.1-1.0 nm). Son estables a la gravedad, transparentes y a menudo

coloreadas, y sus componentes no pueden ser separados por filtración. Las disoluciones

pueden ser saturadas o no saturadas. Si al preparar una disolución manteniendo una

temperatura constante, el soluto alcanza la concentración máxima que el equilibrio

permite, a la disolución así constituida se le llama disolución saturada. Si en estas

condiciones se adiciona más soluto, éste permanece sin disolverse y se establece un

equilibrio entre el sólido presente y la disolución, es decir, el mismo número de partículas

que pasan del sólido al líquido lo hacen del líquido al sólido. La concentración de una

sustancia correspondiente a su disolución saturada es llamada: solubilidad. Cuando en

una disolución, el soluto tiene una concentración inferior a la correspondiente a la

solubilidad, la disolución se conoce como no saturada y por lo tanto no se puede afirmar

que ésta se encuentre en equilibrio con el sólido.

Para los compuestos poco solubles, y en particular para los que al disolverse forman

iones, es decir los que se comportan como electrolito, se aplican las leyes del equilibrio

químico y en particular la constante del producto de solubilidad, representada por Ks. Por

lo que respecta a la solubilidad para estos compuestos, se anota como “S” y las unidades

más frecuentes son: cantidad de sustancia/unidad de volumen (mol/L). La solubilidad

24

depende de la composición de la fase líquida y de la temperatura, por lo que deben

especificarse estas condiciones.

La precipitación puede considerarse el fenómeno contrario a la disolución. En ella el

sólido, al que se reconoce como precipitado, se separa de una disolución homogénea

(una sola fase) por interacción entre las especies presentes, y se llega a conformar un

sistema de dos fases (el precipitado y la disolución).

CUESTIONARIO PREVIO

1. Enlistar y explicar los factores que afectan la solubilidad de una sustancia.

2. ¿Cómo afecta un agente enmascarante y uno precipitante, a la solubilidad de un

compuesto poco soluble?

3. ¿Qué significado físico tiene el pM’ de saturación?

4. ¿Cuál es el significado de la trayectoria en los Diagramas de Existencia

Predominio?

5. Investigar la toxicidad de los reactivos utilizados en la práctica, el tratamiento

indicado en caso de intoxicación, así como la forma segura de eliminar los

desechos obtenidos de la sesión experimental.

SOLUCIONES Y REACTIVOS AgNO3 10-3 M

NaCl 0.23 M

NH4OH R.A.

En frascos goteros:

NaOH 2 M

HNO3 2 M

25

MATERIAL Y EQUIPO Vasos de precipitados de 50 mL

Pipetas graduadas: 1 mL, 10 mL y 5 mL

Papel indicador de pH

Agitador magnético

Barra magnética

Piseta

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL:

PRIMERA PARTE

1. Verter en un vaso de precipitados 10 mL de la solución de Ag(I). Observar sus

características y registrar el pH de la solución.

2. Añadir gota a gota solución concentrada de NaOH, observar los cambios ocurridos

en el sistema y registrar el pH.

3. Añadir gota a gota HNO3 concentrado, observar los cambios ocurridos en el

sistema y registrar el pH.

SEGUNDA PARTE

1. Verter en un vaso de precipitados 10 mL de la solución de Ag(I) y con una pipeta

adicionar 0.5 mL de la solución de NaCl. Observar los cambios ocurridos y

registrar el pH de la solución.

2. Con el sistema resultante repetir los incisos 2 y3 de la primera parte.

TERCERA PARTE

1. Verter en un vaso de precipitados 10 mL de la solución de Ag(I), con una pipeta

adicione 0.5 mL de la solución de NaCl y con otra pipeta realizar la adición de 0.8

26

mL de NH3 concentrado. Observar los cambios ocurridos y registrar el pH de la

solución.

2. Con el sistema resultante repetir los puntos 2 y 3 de la primera parte.

RESULTADOS

PRIMERA PARTE pHs DEL SISTEMA Y OBSERVACIONES

10 mL de Ag(I)

10 mL de Ag(I) + gotas de NaOH

10 mL de Ag(I) + gotas de NaOH+ gotas

de HNO3

SEGUNDA PARTE

10 mL de Ag(I)+0.5 mL NaCl

10 mL de Ag(I) + 0.5 mL NaCl +gotas de

NaOH

10 mL de Ag(I) +0.5 mL NaCl +gotas de

NaOH+ gotas de HNO3

TERCERA PARTE

10 mL de Ag(I)+0.5 mL NaCl+0.8 mL de

NH3 concentrado


NH3 concentrado+ gotas de NaOH


NH3 concentrado+ gotas de NaOH+ gotas

de HNO3

27



Mezclar R1, R2 y R3, con los restos de la solución inicial de AgNO3; resguardar en un

contenedor apropiado al volumen y etiquetado como “residuos de plata” para su posterior

tratamiento.

Las soluciones restantes de NaOH y HNO3, mezclarlas con precaución para neutralizar, y

posteriormente verter en la tarja.

28

DATOS

Ag(OH)n1-n logβ1=2.3, logβ2=3.6, logβ3=4.8

Ag(Cl)n1-n logβ1=2.9, logβ2=4.7, logβ3=5.0, logβ4=5.9

Ag(NH3)n+ logβ1=3.4, logβ2=7.4

AgOH↓ pKs=7.71

AgCl↓ pKs=9.752

NH4+ pKa=9.25

Figura4.DiagramadeExistenciaPredominio(DEP)paraAg(I).pAg’sat=f(pH).

-2

-1

0

1

2

3

4

5

6

7

8

0 2 4 6 8 10 12 14

pH

pAg’

Ag+

AgOH Ag(OH)2-

Ag(OH)32-

AgOH(s)

29

Figura5.DiagramadeExistenciaPredominio(DEP)paraAg(I)’’.pAg’’sat=f(pH)apCl’=2.0.

Figura6.DiagramadeExistenciaPredominio(DEP)paraAg(I)’’’.pAg’’’sat=f(pH)apCl’=2.0y

pNH3’=0.0.

-2

0

2

4

6

8

10

12

10 11 12 13 14 15 16pH

pAg'

AgCl

AgCl↓

AgOH↓

Ag(OH)3-2

AgOH

Ag(OH)2-

-4

-2

0

2

4

6

8

10

12

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18

pH

pAg'''

Ag(NH3)2+AgCl

Ag(OH) 3-2

AgCl↓

AgOH↓

30

PUNTOS MÍNIMOS DEL REPORTE 1. Para la primera parte, de acuerdo a las observaciones experimentales, establecer

a cada valor de pH estimado, si existe o no la presencia de precipitado y justificarlo

con ayuda del Diagrama de Existencia Predomino de Ag(I)’ de la Figura 4.

2. Plantear el equilibrio generalizado de precipitación, y para cada valor de pH el

equilibrio representativo, calculando el valor de [Ag(I)’]sat.

3. Para la segunda parte experimental, establecer los amortiguamientos impuestos

en este sistema.

4. Analizar el efecto de los cloruros en la precipitación de Ag(I)’’.

5. Bajo las condiciones experimentales impuestas, establecer el equilibrio

generalizado de precipitación a segundo orden, y para cada valor de pH estimado,

el equilibrio representativo de precipitación. Justificar la presencia o no de

precipitado de acuerdo al Diagrama de Existencia Predomino para Ag(II)’’ de la

Figura 5.

6. Para cada valor de pH, calcular el valor de [Ag´´]sat.

7. Para el tercer experimento, Establecer los amortiguamientos impuestos en este

sistema.

8. Analizar el efecto del NH3’ en la solubilidad de la plata.

9. Bajo las condiciones experimentales impuestas, establecer el equilibrio

generalizado de precipitación a tercer orden, y el equilibrio representativo a cada

valor de pH estimado. Justificar la presencia o no de precipitado de acuerdo al

Diagrama de Existencia Predomino para Ag(II)’’’ de la Figura 6.

10. Para cada valor de pH, calcular el valor de [Ag´´´]sat.

11. Concluir sobre el efecto de agentes enmascarantes y precipitantes en la

solubilidad de los iones metálicos.

31

REFERENCIAS


Editorial Alhambra.

2. Charlot, G. (1980) Curso de Química Analítica General (1a. reimpresión de la 1a.

edición en español; S. Vicente Pérez, Trad.). Barcelona, España: Toray-Masson,

S. A. (Trabajo original publicado en 1967)

32

PRÁCTICA TRADICIONAL 2

DETERMINACIÓN GRAVIMÉTRICA DE ALUMINIO

COMO OXINATO DE ALUMINIO OBJETIVO

Cuantificar el contenido de aluminio en una muestra de papel aluminio comercial, por un

método gravimétrico.

INTRODUCCIÓN

El análisis gravimétrico abarca una variedad de técnicas en las que la masa de un

producto se utiliza para determinar la cantidad original de analito (esto es, la especie que

se analiza). Puesto que la masa puede medirse con gran exactitud, los métodos

gravimétricos se encuentran entre los más exactos de la Química Analítica.

El análisis gravimétrico se basa en la formación de un producto que se pueda pesar y

cuya masa puede relacionarse con la del analito. Frecuentemente un ion se precipita

mediante la adición de un contraión apropiado. El producto ideal sería insoluble,

fácilmente filtrable, puro y de composición conocida. Si bien pocas sustancias reúnen

todas estas condiciones, el uso de técnicas apropiadas puede ayudar a optimizar las

propiedades de los precipitados gravimétricos.

33

Las medidas que se toman para reducir la sobresaturación y favorecer la formación de

partículas grandes y fácilmente filtrables incluyen: (1) elevación de la temperatura durante

la precipitación, (2) adición lenta y mezcla vigorosa de los reactivos, (3) mantenimiento de

un gran volumen de solución y (4) precipitación en un medio homogéneo.

La formación de coloides es particularmente indeseable en el análisis gravimétrico.

Después de que se forma un precipitado, por lo común se procede a su digestión en la

solución madre, a temperatura elevada para favorecer el crecimiento cristalino y la

recristalización. Posteriormente, todos los precipitados se filtran y se lavan; algunos deben

lavarse con un electrólito volátil para evitar la peptización. En el último paso, el precipitado

se calienta hasta sequedad o se calcina para obtener una composición estable y

reproducible. Todos los cálculos gravimétricos se encaminan a relacionar los moles del

producto con los del analito.

CUESTIONARIO PREVIO

1. ¿Qué es el análisis gravimétrico?

2. ¿Cómo se pone a peso constante un recipiente?

3. Investigar las propiedades físicas y químicas del oxinato de aluminio.

4. Enumerar las etapas esenciales del Análisis Gravimétrico y mencionar algunos

ejemplos de otras determinaciones gravimétricas comúnmente empleadas




34


Muestra de aluminio

25 mL de Oxina al 2.5% (pesar la cantidad necesaria, agregar un poco de agua y

después adicionar 0.5 – 0.7 mL de HCl R.A.)

25 mL Acetato de Amonio al 2%

10 mL Acetato de Amonio al 1% (preparado a partir del acetato de amonio al 2%)

HCl R. A.

10 mL HCl 2 M

10 mL Amoníaco 1:1

Agua destilada

MATERIAL Y EQUIPO

3 vasos de precipitados 50 mL

2 pipetas graduadas 5 mL

1 matraz aforado 25 mL

2 pipetas volumétricas 5 mL


2 matraces aforados 10 mL

1 vaso de precipitados 200 mL

35

2 pipetas volumétricas 20 mL

3 vasos de precipitados 50 mL

1 embudo de filtración de vidrio sinterizado (si no se cuenta con él, se puede emplear

papel filtro Whatman No. 2 y un embudo buchner)

Desecador

Balanza analítica

1 Parrilla

1 Termómetro

1 matraz kitasato

tiras de papel pH

Estufa


PRIMERA PARTE: Tratamiento de la muestra

De la muestra problema pesar la cantidad necesaria para la preparación de 25 mL de una

solución de [Al(III)] ≈ 0.1 M. Disolver con un poco de agua y la mínima cantidad de ácido

clorhídrico, siempre utilizando la campana de extracción. Una vez disuelto, aforar.

A partir de esta solución preparar 100 mL de [Al(III)] ≈ 5.X 10-3 M, aforando con agua

destilada.

36

SEGUNDA PARTE: Precipitación de Aluminio

En un vaso de precipitados apropiado vaciar los 100 mL de [Al(III)] ≈ 5 X 10-3 M, añadir

amoniaco 1:1, gota a gota, hasta apreciar el inicio de la precipitación. Una vez que esto

ocurra, agregar ácido clorhídrico 2 M hasta que el precipitado se disuelva. Con una tira de

papel pH medir y registrar el valor.

Agregar 20 mL de la solución de oxina (2.5%). Calentar la solución a 70°C y añadir

lentamente con agitación 20 mL de acetato de amonio (2%) y medir el pH de la solución.

Calentar hasta justo antes de que hierva y dejar el vaso en la parrilla para continuar con el

calentamiento durante media hora.

Una vez transcurrido el tiempo, verificar que la precipitación haya sido completa,

agregando 1 o 2 gotas de oxina y observar atentamente la formación de sólido. En caso

de que esto ocurra la precipitación no ha sido cuantitativa, por lo que se deberá adicionar

nuevamente oxina para asegurar la precipitación completa del aluminio.

TERCERA PARTE: Cuantificación de Aluminio

Dejar enfriar el sistema a 50° C o bien a temperatura ambiente (si el tiempo así lo

permite). El precipitado obtenido se filtra empleando el embudo de vidrio sinterizado el

cual ha sido previamente puesto a peso constante. La filtración de preferencia hay que

hacerla sin aplicar vacío, solo en caso de que ésta sea muy lenta se puede aplicar pero

muy suavemente. Cuidar que todo el sólido pase al embudo.

Posteriormente se lava el sólido con acetato de amonio al 1% y finalmente con agua

destilada fría. Secar en la estufa a 140° – 150° C hasta peso constante.

37

Se deduce el peso del oxinato de aluminio, para realizar los cálculos necesarios y

determinar el porcentaje de aluminio en la muestra original.

Entregar en el reporte el sólido obtenido en una bolsa de plástico, debidamente

etiquetado.

RESULTADOS

g muestra de aluminio

g oxinato de aluminio

38


39

*Tratamiento de residuos: Mezclar R1 y R2, ajustar el pH en el intervalo de 5.5-10 y verter en el desagüe.

La solución restante de aluminio preparada a partir de la muestra, puede ser desechada

directamente en la tarja.

DATOS

Al(Ox)n3 – n logβ3=27

Al(Ox)3↓ pKs=32.3

H2Ox pKa’s = 5.0, 9.7

Al(Ox)3↓ P.M=458.97g/mol

Al P.A= 26.97 g/mol

40

Figura7.DiagramadeExistenciaPredominioparaAl(III),pAlsat’’=f(pH),apOx’=1.6


1. Definir el valor de pH y pOx’ impuestos en el sistema.

2. Escribir el equilibrio generalizado de precipitación de aluminio.

3. Escribir el equilibrio representativo de precipitación y calcular la Kp’’ a las

condiciones impuestas.

4. Con la masa de sólido obtenido, calcular el contenido de aluminio en la muestra

problema (%p/p).

5. Plantear el estado de equilibrio del sistema y calcular la solubilidad condicional.

6. A las condiciones impuestas en el sistema, calcular la [Al’’]sat; con este dato y con

el apoyo del DEP, demostrar que la precipitación es cuantitativa.

Al(OH)4-

Al(OH)3↓

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

0 2 4 6 8 10 12 14

pH

pAl sa

t’'Al3+ Al(Ox)3↓

Al(Ox)3

Al(OH)3↓

41

REFERENCIAS




Editorial Alhambra.

3. Orozco, F. D. (1985) Análisis Químico Cuantitativo (16a ed.) México: Porrúa.

42

Unidad III

Equilibrio químico redox

43

SESIÓN TEÓRICA PRÁCTICA 3

INFLUENCIA DEL pH EN EL EQUILIBRIO REDOX

OBJETIVO

Analizar el efecto de la acidez en la espontaneidad de los procesos redox de anfolización

y dismutación.

INTRODUCCIÓN

En todas las reacciones hasta ahora consideradas, el estado de oxidación de todos los

elementos que intervenían en ellas permanecía constante. Por el contrario, en las

reacciones de oxidación-reducción (reacciones redox), existe un intercambio de

electrones, lo que implica un cambio en el estado de oxidación. Por ejemplo, en la

reacción:

Cu2+ + Znº D Cuº + Zn2+

Para el proceso tal cual está escrito, el número oxidación del cobre cambia de 2+ a cero,

así como el del zinc que cambia de cero a 2+. Las reacciones redox pueden separarse en

dos semirreacciones o reacciones parciales, una oxidación o pérdida de electrones, y una

reducción o ganancia de electrones. En el caso de la reacción anterior, las dos

semirreacciones son:

Cu2+ + 2e- D Cuº (reducción)

Znº D Zn2+ + 2e- (oxidación)

44

Puede decirse que una reacción redox tiene lugar entre un agente oxidante y un agente

reductor. Por agente oxidante se designa una sustancia que hace que tenga lugar una

oxidación, a la par que ella misma se reduce. Agente reductor será aquella sustancia que

da lugar a una reducción, siendo ella misma oxidada. Cada semirreacción posee un

potencial normal E° asociado a ella, por ejemplo:

Cu2+ + 2e- D Cuº Eº=0.34 V

Zn2+ + 2e D Znº - Eº=-0.76 V

El valor de E° de una semirreacción es una medida de la tendencia que presenta la

reacción a desplazarse hacia la derecha y es característico de cada semirreacción en

particular y de las concentraciones de las especies involucradas en la misma. La ecuación

de Nernst relaciona estas variables. No obstante, hasta el momento no se ha tomado en

cuenta el efecto de la hidrólisis de los iones metálicos, por ejemplo el cobre en disolución

acuosa puede comportarse como ácido:

Cu2+ + H2O D CuOH+ + H+

Cuando el pH es muy elevado, el Cu+2 desaparece para formar CuOH+ , y por lo tanto la

semirreacción presentada anteriormente cambia, en consecuencia el E° se ve alterado:

CuOH+ + H+ + 2e- D Cuº + H2O Eº= 0.58 V

CUESTIONARIO PREVIO

1. Definir el significado de potencial normal Eº y mencionar las condiciones en las

que se determina.

45

2. Expresar la semirreacción que involucra a las siguientes especies químicas de

cada par redox:

Par redox: IO3– / I –

Par redox I3–/ I –

3. Definir oxidante, reductor y anfolito redox y con base en esto, clasificar a las

especies IO3– , I3–, I –

4. Expresar las ecuaciones de Nernst para cada par redox de la pregunta 2.

5. Investigar en qué consiste una yodometría y una yodimetría. Mencionar tres

analitos que sean determinados por cada método.




SOLUCIONES Y REACTIVOS:

KIO3 10-2 M

NaI 10-1M

HCl 0.1 M

NaOH 0.1 M

Agua destilada

MATERIAL Y EQUIPO:

6 Tubos de ensayo

4 Pipetas graduadas de 5 mL

Papel indicador de pH

46

1 Gradilla

1 Piseta


PRIMERA PARTE

1. Verter en un tubo de ensayo 1.0 mL de una solución de yodato, medir el pH inicial

y agregar ácido clorhídrico gota a gota. Anotar las observaciones.

2. Verter en un tubo de ensayo 1.0 mL de una solución de yodato, agregar gota a

gota hidróxido de sodio. Anotar las observaciones.

SEGUNDA PARTE

1. Verter en un tubo de ensayo 1.0 mL de una solución de yoduro, medir el pH inicial

y agregar ácido clorhídrico gota a gota. Anotar las observaciones.

2. Verter en un tubo de ensayo 1.0 mL de una solución de yoduro, agregar gota a

gota hidróxido de sodio. Anotar las observaciones.

TERCERA PARTE

1. Agregar 1.0 mL de la solución de yodato en un tubo de ensayo y adicionar en el

mismo tubo 1 mL de la solución de yoduro y medir el pH. Agregar ácido clorhídrico

gota a gota y anotar las observaciones.

2. Al sistema resultante agregar gota a gota hidróxido de sodio. Observar y anotar los

cambios ocurridos en el sistema.

47

RESULTADOS

PRIMERA PARTE OBSERVACIONES

1 mL yodato+ gotas HCl

1 mL yodato + gotas NaOH

SEGUNDA PARTE

1 mL yoduro+ gotas HCl

1 mL yoduro + gotas NaOH

TERCERA PARTE

1 mL yodato+1 mL yoduro+ gotas HCl

1 mL yodato + 1 mL yoduro+ gotas de

HCl+ gotas NaOH

48



Mezclar R1, R2 y R3, diluir con agua y ajustar el pH en el intervalo de 8.5-10 con

hidróxido de sodio al 30% y verter en el desagüe.

49

DATOS:

I3-/I- E° = 0.54 V (ENH)

IO3-/I3- E° = 1.21 V (ENH)

I3- especie química de color ámbar-rojizo

Figura8.DiagramaTipoPourbaixparaelsistema:*I(V)/*I(-I/III)/*I(-I),E°’=f(pH).


1. Expresar las semirreacciones de los pares redox IO3-/I-, I3-/I- y IO3

-/I3-con su

correspondiente ecuación de Nernst, así como las funciones Eº’=f(pH).

2. Expresar la ecuación química de dismutación del I3- y calcular los valores de Kdism’

a los diferentes valores de pH registrados en el experimento.

3. Concluir el efecto del pH en la estabilidad del anfolito.

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

pH

Eº'

IO3-

I3-

I-

50

REFERENCIAS

1. Daniel C. Harris. (2007). Análisis Químico Cuantitativo. (3ª. Ed. En español;

Berenguer Navarro V., Berenguer Murcia A., Trad). España: Reverté. (Edición

original en inglés publicada por W. H. Freeman and Company, New York, 2003).

2. Trejo Córdova, G. Rojas Hernández, A. y Ramírez Silva M. T. (1993). Diagramas

de zonas de Predominio Aplicado al Análisis Químico. México: Universidad

Autónoma Metropolitana.

51

PRÁCTICA TRADICIONAL 3

DETERMINACIÓN DE ETANOL EN UNA MUESTRA COMERCIAL (ENJUAGUE BUCAL) MEDIANTE UNA VALORACIÓN

REDOX OBJETIVO

Cuantificar etanol en una muestra de enjuague bucal por medio de una valoración redox

por retroceso en medio ácido.

INTRODUCCIÓN

La determinación de etanol siempre ha sido motivo de interés puesto que varios productos

de uso común lo contienen debido a sus propiedades que le confieren gran diversidad de

efectos y aplicaciones.

Pero casi siempre esta determinación se hace por Cromatografía de gases, técnica

instrumental que será abordada en un curso superior de Química Analítica; sin embargo,

el etanol posee propiedades óxido reductoras que pueden ser aplicadas en el presente

curso.

Uno de los métodos químicos de oxidación del etanol (CH3CH2OH) a ácido acético

(CH3COOH) está basado en una oxidación completa con dicromato de potasio en

presencia de ácido sulfúrico. Este compuesto es útil para la oxidación de los compuestos

orgánicos que normalmente exigen para su oxidación completa temperaturas elevadas.

52

La muestra a analizar se hará reaccionar con un exceso de dicromato. Una vez finalizada

la reacción, el dicromato remanente puede ser determinado con un agente reductor como

el sulfato ferroso.

Como ya se indicó, el sistema debe estar amortiguado en medio ácido debido a que solo

así se oxidará totalmente el etanol a ácido acético. La valoración puede ser seguida

potenciométricamente o empleando diferentes indicadores para visualizar el punto final de

esta valoración, como la difenilamina.

CUESTIONARIO PREVIO

1. Definir qué es una valoración por retroceso.

2. Investigar el funcionamiento de los indicadores redox y los colores que presenta la

Difenilamina en su forma oxidada y reducida.

3. Calcular la concentración molar del ácido sulfúrico en el sistema por valorar

4. Escribir y balancear los siguientes equilibrios electroquímicos:

Ácido acético/acetaldehído y acetaldehído/etanol

5. ¿Cuál es la función del etanol en el enjuague bucal?




53


Muestra de enjuague bucal*

Sulfato Ferroso amoniacal 0.06 M

Difenilamina 1% **

Ácido Sulfúrico, R. A.

Dicromato de Potasio 0.055 M

Agua Destilada

* Tiene que contener etanol, funcionan mejor los azules, puesto que no enturbian la

solución.

** Se prepara en H2SO4 R.A., es inestable por lo que se recomienda prepararla el día de

la práctica

MATERIAL Y EQUIPO

1 bureta graduada de 25 mL

3 matraces erlenmeyer con tapón

3 vasos de precipitados de 50 mL






3 matraz aforado de 50 mL


54

1 soporte universal completo

1 parrilla con agitador

1 termómetro

1 barra magnética

1 piseta

balanza analítica

tiras de papel pH

varilla de vidrio

3 matraz aforado de 50 mL


*Si el profesor lo cree conveniente se puede solicitar potenciómetro.


PRIMERA PARTE: Tratamiento de la muestra

1. De la muestra problema tomar 1 mL y aforar a 10 mL (solución A)

2. De la solución “A” tomar una alícuota de 2 mL y aforar a 50 mL (solución B)

3. Colocar en cada uno de los matraces Erlenmeyer una alícuota de 10 mL de la

solución “B” y adicionar con pipeta volumétrica 5 mL de K2Cr2O7 0.055 M.

4. Agregar 1 mL de H2SO4 R.A.

5. Colocar la barra magnética, tapar el matraz y someter a calentamiento durante

15 min a 60°C, finalmente elevar la temperatura a ebullición y mantenerlo así por

5 min.

55

SEGUNDA PARTE: Valoración por retroceso

1. Dejar enfriar la mezcla de reacción a temperatura ambiente

2. Con una tira de papel pH medir el pH del sistema

3. Valorar el sistema con Fe (II) 0.06 M, hasta disminuir la tonalidad café, es decir, se

tiene que observar un color verde olivo. O bien la valoración se puede seguir

potenciométricamente.

4. Adicionar una o dos gotas de indicador Difenilamina.

5. Continuar la valoración hasta observar el cambio de color de morado a verde.

6. Anotar todas las observaciones y resultados.

7. Repetir la valoración por triplicado

RESULTADOS

VALORACIONES

VALORACIÓN pH DEL

SISTEMA

VPE mL GASTADOS

Fe(II) 0.06 M

OBSERVACIONES

1

2

3

56


57


Colectar R1 y verter en un recipiente etiquetado como: ”Residuos de Cromo”. No

permitir el paso al sistema de desagüe.

Las diluciones sobrantes de la muestra de enjuague bucal, deberán ser desechadas

en el desagüe.

58

DATOS

Fe3+/Fe2+ E°=0.77 V (ENH)

Cr2O72-/Cr3+ E°=1.36 V (ENH)

CH3CHO/CH3CH2OH E°=0.19 V (ENH)

CH3COOH/CH3CHO E°=-0.12V (ENH)

DifenilaminaOx/DifenilaminaRed E°=0.76V (ENH) en medio ácido

H2SO4 es un ácido fuerte

HSO4- pKa=1.98

Fe(II):

Fe2+ + HSO4– D FeHSO4

+ logK=2.2

Fe(III):

Fe3+ + 2HSO4– D Fe(HSO4)2

+ logK=5.38

Cr(III):

Cr3+ + HSO4– D CrHSO4

2+ logK=2.6

59

Figura9.DZPparaFe(II),pSO4’=f(pH)

Figura10.DZPparaFe(III),pSO4’=f(pH)

-2

-1

0

1

2

3

4

5

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14pH

pSO4'

FeHSO4+

FeSO4

Fe+2

FeOH+

-4

-2

0

2

4

6

8

-1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

pH

pSO4'Fe+3

Fe(OH)2+

FeOH+2

FeSO4+

Fe(HSO4) 2+

Fe(SO4)2-

60

Figura11.DZPparaCr(III),pSO4’=f(pH)


1.- Colocar los pares redox ácido acético/aceltaldehído y acetaldehído/etanol en una

escala de potencial y verificar la estabilidad del anfolito.

2.- Expresar la reacción de oxidación de etanol a ácido acético y calcular su potencial

estándar mediante ley de Hess.

3.- Calcular los valores de pSO4’ y pH impuestos en el sistema, antes de iniciar la

valoración

4.- Con los valores anteriores y con ayuda del Diagrama de Zonas de Predomino

para Cr(III)’, determinar la especie representativa de Cr(III)’.

5.- Expresar la reacción de reducción de Dicromato a Cr(III)’, balancearla y calcular

su potencial estándar mediante ley de Hess.

6.- Colocar los pares redox Cr2O7-2/Cr(III)’ y etanol/ácido acético en una escala de

potencial.

-40

-30

-20

-10

0

10

20

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

pH

pSO4'

CrHSO4+2

Cr+3 CrOH+2Cr(OH)2+

Cr(OH)4-

61

7.- Expresar la reacción del etanol con dicromato y calcular su Keq’’.

8.- Bajo las condiciones de amortiguamiento (pH y pSO4’), y con ayuda de los

Diagramas de Zonas de Predomino para Fe(III)’’ y Fe(II)’’, determinar las especies

representativas.

9.- Expresar el equilibrio representativo de la oxidación de Fe(II)’’ a Fe(III)’’ y calcular

su potencial estándar con la ley de Hess.

10.- Escribir la reacción de valoración representativa de dicromato con Fe(II)’’ y

calcular su correspondiente Keq’’.

11.- Realizar los cálculos necesarios para determinar el %v/v de etanol en la muestra

original.

12.- Explicar el funcionamiento del indicador (puede usar una escala de predicción de

reacciones).

REFERENCIAS

1. Daniel C. Harris. (2007). Análisis Químico Cuantitativo. (3ª. Ed. En español;

Berenguer Navarro V., Berenguer Murcia A., Trad). España: Reverté. (Edición original

en inglés publicada por W. H. Freeman and Company, New York, 2003).

2. Lurie, J. (1978). Handbook of Analytical Chemistry. (Segunda edición en inglés;

Nicholas Bobrov, Trad). URSS: Mir Publishers. (Trabajo original publicado en 1975.)

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