301102 q analitica guias de practicas de lab oratorio ii

8/3/2019 301102 Q Analitica Guias de Practicas de Lab Oratorio II

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Universidad Nacional Abierta y a Distancia

Escuela de Ciencias Bsicas, tecnologa e Ingeniera

Unidad de Ciencias Bsicas

QUMICA ANALTICA EINSTRUMENTAL

GUA DE PRCTICAS DE LABORATORIO

Qco. MANUEL LOZANO RIGUEROS

Bogot, D.C. agosto de 2008


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NDICE

pgIntroduccin 3

Prctica 1.Determinacin de Acidez y pH en un alimento..........

4Prctica 2. Determinacin de cloruros10Prctica 3. Determinacin de cenizas y calcio en un alimento14Prctica 4. Determinacin de pH y cido Actico en un vinagre 18Prctica 5. Espectrofotometra Visible I Curva de Absorcin 26Prctica 6. Espectrofotometra Visible II Curva de Calibracin 31


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INTRODUCCIN

Al ser el curso de Qumica Analtica Instrumental metodolgico, requiere de la realizacin deeventos prcticos supervisados por el tutor que garanticen la posibilidad de que el estudianteadquiera las destrezas, habilidades y competencias necesarias para la realizacin de trabajo

experimental ya sea para su realizacin como jefe de proceso responsable del control decalidad de un producto o para explorar su capacidad como investigador y dedicarse a estecampo que permite conocer y explotar mejor los recursos disponibles de nuestro pa s demanera sostenible, con una concepcin humanista de desarrollo.

Con estas actividades se le brinda al estudiante la posibilidad de acercarse al concepto deriesgo, conocer el tipo de sustancias que va a manejar, las precauciones recomendadas y lasnormas institucionales para el trabajo de laboratorio. Esta experiencia debe enriquecerlo, nogenerarle situaciones que atenten contra su vida. Si es cuidadoso, protege su cuerpo y tieneuna actitud proactiva, encontrar en el trabajo experimental otra experiencia de construcciny verificacin del conocimiento.

Ms adelante, encontrar instrucciones para la elaboracin del informe de su experienciaprctica. La ciencia se construye con el mtodo que vamos a aplicar en estas sesionesprcticas y el conocimiento se incrementa a travs de la construccin del artculo cientfico.En la vida profesional se debe escribir informes de actividades, luego es una oportunidadpara ejercitar esa destreza. Sin embargo, el objetivo no es escribir documentos extensos, setiene que ser concreto y describir lo que realmente se hizo, con palabras propias, resaltandolo que se ha aprendido y las conclusiones sin copiarlo de otros textos.

Por ltimo, todas las prcticas de laboratorio deben ser preparadas con anterioridad. Conellas se pretende comprobar la teora, desarrollar nuestras capacidades de observacin yafianzar las actitudes en el espacio denominado laboratorio.


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PRCTICA 1

DETERMINACIN DE LA ACIDEZ Y EL pHDE UN ALIMENTO

Objetivos

Estandarizar o valorar soluciones usando patrones primarios.Utilizando soluciones estandarizadas, determinar el ndice de acidez de un alimento.Expresar el ndice de acidez obtenido en diferentes unidades de concentracin.A partir de la concentracin de acidez, calcular el pH matemticamente.

Teora

La acidez es una propiedad que presentan los alimentos y que muchas veces estrelacionada con el metabolismo de los organismos vivos de donde proviene y se utiliza confines analticos para determinar propiedades relacionadas con su conservacin.

En la leche y derivados lcteos puede determinar el grado de frescura, es decir, como hansido obtenidos y si se han observado los procedimientos que se siguen para suconservacin. En el caso de la leche cruda, si se deja cierto tiempo en contacto con el aire ya temperatura ambiente, se descompone, detectndose ordinariamente por cambios en elaroma y sabor caractersticos y si es muy avanzada la descomposicin, se presentaseparacin en dos o ms capas. Qumicamente, se puede caracterizar un descenso en el pHy un incremento en la acidez correspondiente al cido lctico. No obstante, existenproductos madurados donde se busca, de forma controlada, aumentar su acidez.

Otro ejemplo es la carne; cuando el ganado ha sido subalimentado o sometido a intensoejercicio antes del sacrificio, por procesos normales de metabolismo se disminuye elcontenido de glucgeno en el msculo, que impide la disminucin del pH y la

desnaturalizacin de las protenas al alcanzar su punto isoelctrico, disminuyendo lacapacidad de retener agua, propiedad favorable para la textura y la pigmentacin de lacarne. El pH queda en valores de 6,6 y la cantidad de cido lctico es muy pequea,produciendo una carne de baja calidad.

En frutas y hortalizas se pueden presentar variaciones en su carcter cido debido a lapresencia o ausencia de cidos orgnicos provenientes de la degradacin de loscarbohidratos que producen principalmente cido ctrico y cido mlico. El contenido decido vara con las fases de maduracin y senescencia, pero en las frutas tienen un rango de2,4 (ctricas) hasta 5,0 (banano), mientras que en los vegetales el rango va de 5,0 a 7,0.

Los cidos ms abundantes en los tejidos vegetales son el ctrico y el mlico; el primero

predomina en las frutas ctricas, fresa y pia y en los vegetales en las papas, leguminosas,tomate y hortalizas de hoja.

El cido mlico se encuentra en manzanas, ciruelas, albaricoques y en los vegetales en lalechuga, brcoli y coliflor. Otros cidos importantes son el oxlico que se encuentra en lasespinacas y el tartrico en las uvas.

En los cereales y derivados, la determinacin de la acidez es una prueba utilizada paraevaluar la calidad del grano y de la harina puesto que dependiendo del grado de infestacin


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y la humedad pueden ocurrir fermentaciones indeseables, responsables de laaparicin de cidos que normalmente no se encuentran en esos productos.

En la determinacin analtica de la acidez se suelen expresar los resultados en el cido msimportante. La frmula y el peso equivalente de los cidos ms comunes son:

cido ctrico: (C6H8O7)

CH2 COOH|

HO C COOH Eq = P.M./ 3 = 64 g/Eq. Ka = 8 x 10-4|CH2 COOH

cido mlico: (C4H6O5)

HO CH COOH

| Eq = P.M./2 = 67 g/Eq.CH2 COOH

cido tartrico: (C4H6O6)

COOH|

HO C H

| Eq = P.M./2 = 75 g/Eq.H C OH

|COOH

La forma ms sencilla de determinar la acidez de un alimento es por titulacin cido -base.sta es una reaccin qumica que se puede representar, si es entre el cido clorhdrico y elhidrxido de sodio, as:

HCl + NaOH NaCL + H2O

La reaccin se considera completa cuando el nmero de equivalentes de la solucinvalorante es igual al nmero de equivalentes de la solucin del analito. Dicho de otra forma,cuando los miliequivalentes del cido han sido igualados con los miliequivalentes de la base.

VA x NA = VB x NB = miliequivalentes (1)

Por otra parte, se sabe que los miliequivalentes en gramos de un cido o una base soniguales al Peso Molecular dividido por el nmero de H+ o de OH- utilizados por el cido o labase. En general,

1000 miliequivalentes =

Esto permite calcular tambin el nmero de miliequivalentes de las dos sustanciasreaccionantes cuando se conocen los volmenes y las normalidades o calcular la normalidado concentracin de uno de los dos reaccionantes conociendo los miliequivalentes o el pesodel otro.

= (2)PM

# H+

o de OH-


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Sin embargo en la prctica cmo se puede detectar el punto final? Se debeencontrar un medio que detecte el punto equivalente. En las titulaciones cidobase

hay un cambio brusco del pH al aadir un pequeo exceso del valorante. Por lo tanto, haydos formas generales de detectar el punto final: con un indicador que detecte el cambio enpH hacindolo manifiesto mediante la aparicin o desaparicin de un color o con un aparatoque mida directamente el pH y en el que se puedan seguir con detalle sus cambios. En la

presente prctica, se va a emplear el primero, dejando lo referente al pHmetro para unaprctica posterior.

Un indicador cidobase es en s un cido o una base dbil cuyas distintas formasprotonadas tienen diferentes colores.Para hallar el indicador ms apropiado se debe calcularel pH en el punto de equivalencia o conocer el punto final y seleccionar el ms cercano o quecoincida con ese cambio. En este caso, se va a emplear la fenolftalena que tiene un rangode viraje entre 8,0 y 9,6, siendo incolora a pH inferior a 8 y rosada a pH superior a 9,6.

Una aplicacin inmediata de lo anterior es la titulacin de una solucin desconocida,utilizando soluciones de concentracin conocida. En anlisis de alimentos, lo corriente esvalorar soluciones de concentracin desconocida de cidos; Esto se hace utilizando

soluciones de concentracin conocida de bases.

Sin embargo, a las soluciones de bases no se les puede conocer directamente laconcentracin debido a que las ms corrientes (hidrxidos de sodio, potasio y amonio) nopermiten su pesada o medicin con un grado de precisin suficiente. Por ello, es necesariodespus de preparar sus soluciones, valorarlas con un estndar o patrn primario de tipocido.

Un estndar o patrn primario es una sustancia altamente ionizable, no voltil ni oxidante,muy estable al aire (no debe ser higroscpica en exceso ni delicuescente), de alto pesomolecular perfectamente definido y debe permitir su secado a 100-110C sindescomponerse. En la prctica actual, se va a emplear como estndar o patrn primario el

biftalato de potasio o ftalato cido de potasio, cuyo P.M. es 204,22 g.

Para la valoracin del hidrxido de sodio, se parte de una cantidad conocida de biftalato depotasio, la cual se titula entonces contra la solucin desconocida de hidrxido de sodio,utilizando como indicador la fenolftalena. En el punto final, cuando la solucin cambie deincoloro a rosado, se tendr la siguiente igualdad:

NB =

Una vez valorada la solucin de hidrxido de sodio, se hacen dos titulaciones adicionales; Se

valora una solucin de cido clorhdrico recin preparada y se titula una solucin preparadaa partir del jugo o alimento.

En el primer caso, aplicando directamente la ecuacin (1), se halla la Normalidad de lasolucin. Para el segundo caso, se aplicara una variante:

Peso c. Cit. =

= (3)Peso Bif x 1000

204,2 x VB

= (4)VB X NB X 64

1000


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De los conocimientos generales de qumica vistos en la segunda unidad, se deberecordar que un cido dbil se disocia incompletamente en agua, dando una

solucin en

la cual la Ka =

De esta ecuacin, se puede despejarH3O+, as:

H3O+2 = Ka X Molar cido

Por lo tanto, una vez conocida la concentracin del cido en % o cualquier otra unidad, sepuede convertir en Molar cido y a partir de la frmula anterior se puede hallarH3O

+2

Posteriormente, utilizando la frmula pH = log

Se puede despejar el pH.

Procedimiento

Valoracin de la solucin de Hidrxido de sodio

Pesar en balanza analtica, utilizando un vidrio de reloj o un vaso de precipitados de 50 mL,0,5 g del biftalato de potasio, calidad reactivo analtico, previamente secado a 100110C yconservado dentro del desecador. Registrar el peso exacto en el cuaderno de laboratorio.

Pasar el biftalato pesado a un erlenmeyer de 250 ml, ayudndose con un frasco lavador yaadir alrededor de 100 ml de agua destilada, agitando suavemente hasta su disolucin.

Agregar 2 gotas de solucin de fenolftalena.

Purgar y llenar la bureta con la solucin recin preparada de hidrxido de sodio, enrasando acero. Titular la solucin de biftalato hasta obtener una coloracin rosa que pers ista 30segundos. Registrar en el cuaderno el valor obtenido.

Valoracin de la solucin de cido Clorhdrico

Medir con pipeta aforada 25 ml de la solucin de cido clorhdrico. Depositarlos en unerlenmeyer de 250 ml y agregar 2 gotas de solucin de fenolftalena. Desde la bureta iragregando lentamente con agitacin la solucin de hidrxido de sodio hasta la aparicin deuna coloracin dbilmente rosada que persista 30 segundos. Anotar en el cuaderno de

laboratorio el volumen de hidrxido empleado.

Valoracin de la acidez del alimento

Dependiendo de la muestra trada al laboratorio (frutas ctricas, leche, harina, vino, uvas),establecer previamente con el tutor el tratamiento previo por realizar al tipo de muestra oconsultar los mtodos definidos por los manuales de laboratorio para obtener la solucin delos cidos del alimento.

= (5)H3O

+2Molar cido

= (6)

1

H3O+


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Para los alimentos lquidos, generalmente se puede tomar directamente una alcuotade 10 ml, depositarla en un erlenmeyer de 250 ml, agregar 2 gotas de fenolftalena y

alrededor de 100 ml de agua destilada, procediendo a titular con la solucin estandarizadade hidrxido de sodio hasta color rosado persistente por 30 segundos. Registrar el volumenutilizado en el cuaderno de laboratorio.

En unos pocos casos, habr necesidad de hacer diluciones previas, tomando 10 ml delalimento, depositndolos en un baln aforado de 100 ml y completando a volumen con aguadestilada. De esta solucin, se toman alcuotas de 25 ml en erlenmeyers de 250 ml,aadiendo 2 gotas de fenolftalena, 100 ml de agua destilada y goteando la solucinestandarizada de hidrxido de sodio hasta color rosado persistente por 30 segundos. Encualquier caso, se deben calcular las diluciones de tal manera que no se sobrepasen los 25mL de la escala de la bureta utilizada en la titulacin para minimizar errores deprocedimiento, sin perder la exactitud del mtodo.

Materiales y equipoBalanza analticaVidrio de reloj

Esptula pequeaSoporte UniversalPinzas para buretaBureta de 25 ml con llave de teflnEstufa de laboratorioDesecadorPinzas cortas para crisolPipetas aforadas de 1, 10 y 25 mlBalones aforados de 100 y 250 mlErlenmeyer de 250 mlVasos precipitados de 50 y 250 mlFrasco lavador

Biftalato de potasio R.A.Hidrxido de sodio R.A.cido clorhdrico R.A.Solucin alcohlica de fenolftalena al 1%

Tratamiento de los datos e informe

Hacer los clculos para encontrar la Normalidad de la solucin de hidrxido de sodioutilizando el volumen empleado en la titulacin y registrarla en el cuaderno.

Hacer los clculos para encontrar la Normalidad de la solucin de cido clorhdrico utilizandoel volumen empleado en la titulacin y registrarla en el cuaderno.

Con el volumen de hidrxido de sodio empleado para titular el alimento y los datos de ladilucin si fue necesario realizar alguna, hacer los clculos para encontrar el porcentaje pesoa volumen de acidez, expresada como cido ctrico y registrarla en el cuaderno.

Con el porcentaje de acidez hallado, calcular el pH de la solucin y registrarlo en elcuaderno.

Buscar en fuentes bibliogrficas apropiadas el porcentaje y tipo de acidez del alimento


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utilizado, anotando los resultados hallados en el cuaderno de laboratorio junto con lafuente bibliogrfica utilizada y comparar los resultados obtenidos. Elaborar el

informe correspondiente conforme a las indicaciones dadas.


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PRCTICA 2

DETERMINACIN DE CLORUROS

Objetivos

Aplicar los fundamentos de la tcnica analtica volumetra de precipitacin.Describir los cambios que ocurren durante una titulacin argentimtrica.Conocer los fundamentos de los mtodos de Mohr y de Volhard para a determinacin de

cloruros.Determinar cuantitativamente los cloruros presentes en una muestra, utilizando el mtodo

de Volhard.Expresar el contenido de cloruros en diferentes unidades.

Teora

Tal como se estableci en la parte terica de la primera experiencia de laboratorio, al agregarnitrato de plata a una solucin neutra o dbilmente cida de un haluro (cloruro, yoduro,

bromuro), se precipita cuantitativamente haluro de plata, de acuerdo a las reacciones:Ag+ + Cl- AgClblancoAg+ + I- AgIamarilloAg+ + Br- AgBrcaf

Con base en estas reacciones, numerosos qumicos establecieron mtodos para ladeterminacin cuantitativa de haluros, utilizando soluciones de nitrato de plata deconcentracin conocida ya que aunque los haluros de plata formados son sensibles a la luzdirecta o a la artificial semejante a la diurna, presentndose un oscurecimiento (fundamentode la fotografa), este fenmeno no afecta el resultado final.

5.3.1.Tcnica de Mohr. Utiliza una tcnica directa, aadiendo desde una bureta la solucin

de nitrato de plata y como indicador, un cromato alcalino, el cual reacciona con la primeragota en exceso de plata, segn la reaccin:

2Ag+ + CrO4= Ag2CrO4rojo

Dando un color rojo a la solucin. En este punto, de acuerdo a la teora general devolumetra, puede decirse que:

VAgNO3 X NAgNO3 = meq AgNO3 = meqCl-

Siendo 1000 meqCl- = PMCl-/1

La ventaja que tiene este mtodo es que se pueden valorar directamente las soluciones denitrato de plata empleando como patrn primario cloruro de sodio R.A. A pesar de la sencillezdel mtodo, es poco utilizado sin embargo en el anlisis rutinario, porque el cromato de plataes ms insoluble que el cloruro y en el punto final, el cloruro ya precipitado tiende atransformarse en aquel, lo cual da una cierta imprecisin.

2AgClblanco + CrO4= Ag2CrO4rojo + 2Cl

-


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Volhard, emplea una tcnica indirecta, por la cual los cloruros de la muestra sonprecipitados utilizando una solucin en exceso de nitrato de plata. A continuacin, el

cloruro de plata formado es retirado de la solucin por filtracin o se asla utilizando ciertoscompuestos orgnicos que se adsorben fuertemente eliminndolo de la solucin. Luego, sevalora el nitrato de plata que qued sin reaccionar en la reaccin anterior, utilizando unasolucin valorada de tiocianato o sulfocianuro de amonio, empleando como indicador una

solucin de alumbre frrico amnico, el cual suministra iones Fe+3 que reaccionan con laprimera gota en exceso de sulfocianuro dando a la solucin un color rojo, segn lasreacciones:

Ag+ + CNS- AgCNS blanco

Fe+3 + CNS- Fe(CNS)+2rojo

El punto final de esta tcnica es ms preciso. Sin embargo, el tiocianato de sodio, potasio oamonio no son patrones primarios o estndar, siendo necesario valorarlos contra solucionesde nitrato de plata las que a su vez se valoran con cloruro de sodio R.A.

Se tiene entonces que VAgNO3 X NAgNO3 = meq AgNO3 = meqCl- + meq CNS

De donde meqCl- =meq AgNO3 - meq CNS

Y adems, meqCNS- = VCNS- X NCNS-

Siendo 1000 meqCNS- = PM CNS-/1

Un factor de interferencia para cualquiera de las dos tcnicas es la presencia de anionesbromuro, yoduro, tiocianato, cianuro y sulfuro, y otros, todos los cuales precipitan en lascondiciones de la determinacin analtica, o la presencia de agentes reductores del catinplata como el estao (II), hipofosfitos, formaldehdo, hidroquinona y celulosa. Para evitar

estas interferencias, cuando se trabaja con sustancias de origen orgnico se debe calcinar lamuestra antes de realizar el anlisis, ya que las altas temperaturas descomponen todosestos compuestos, volatilizando el bromo y el yodo formados.

Procedimiento.

Estandarizacin de la solucin de nitrato de plata.

Aunque de acuerdo con lo expuesto en la parte terica, el nitrato de plata no es patrn oestndar primario, siendo necesario en trabajos estrictos, la valoracin de sus solucionescontra cloruro de sodio R.A., en trabajos rutinarios o si no se requiere mucha exactitud, sepuede asumir que, debido a que rene algunas de las condiciones propias de un estndar

primario, puede ser empleado como tal, siendo suficiente con la determinacin exacta de supeso para efectuar el clculo de concentracin de las mismas.

Si se decide realizar la estandarizacin por motivos de enseanza o porque no se cuentacon nitrato de plata de pureza suficiente (R.A), pesar utilizando una balanza analtica, en unvidrio de reloj, un pesasustancias o un vaso de precipitados de 50 mL, alrededor de 0,1 g decloruro de sodio R.A. registrando el peso en el cuaderno de laboratorio. Transferiranalticamente la masa pesada a un erlenmeyer de 250 mL, ayudndose con un embudo y


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un frasco lavador. Agregar 50 ml de agua destilada y con pipeta graduada un mililitrode solucin de cromato de potasio al 5 %.

Purgar, llenar y llevar a cero la bureta con la solucin de nitrato de plata recin preparada yagregarla lentamente al estndar de cloruro de sodio, hasta obtener un color rojonaranja.Anotar el volumen utilizado en el cuaderno de laboratorio

Preparar un blanco tomando un volumen de agua semejante al usado con el estndar, aadircon la punta de la esptula una porcin pequea de carbonato de calcio, agitar, aadir unmililitro de la solucin de cromato de potasio al 5 % y titular con la solucin de nitrato de platahasta obtener un color rojonaranja. Anotar el valor en el cuaderno de laboratorio comovolumen del blanco.

Estandarizacin de la solucin de sulfocianuro o tiocianato

Tomar una alcuota de 25 mL de nitrato de plata, depositndola en un erlenmeyer de 250mL. Agregue 10 mL de cido ntrico 6 M, 50 mL de agua destilada, 5 mL del indicadoralumbre frrico amnico y 1 ml de benceno o nitrobenceno.

Purgar, llenar y llevar a cero la bureta con la solucin de tiocianato recin preparada yagregarla lentamente sobre el nitrato de plata, con mucha agitacin, hasta obtener un colorrojo. Anotar el volumen utilizado en el cuaderno de laboratorio.

Preparacin de la muestra

Pesar 0,5 g de sal de cocina utilizando una balanza analtica, en un vidrio de reloj, pesasustancias o vaso de precipitados de 50 mL, diluir con agua y transferir cuantitativamente aun baln aforado de 100 mL, ayudndose con un embudo si es necesario. Completar avolumen y homogenizar.

Determinacin de cloruros en la muestra

De la muestra preparada en el apartado anterior, tomar una alcuota de 10 ml con una pipetaaforada y trasvasarlos a un erlenmeyer de 250 mL. Agregar 10 mL de cido ntrico 6 M, 50mL de agua destilada y utilizando pipeta aforada aadir 25 ml de la solucin de nitrato deplata previamente estandarizada y 1 ml de benceno o nitrobenceno. Agitar muy bien y aadir5 mL del indicador alumbre frrico amnico.

Purgar, llenar y llevar a cero la bureta con la solucin de tiocianato recin preparada yestandarizada y agregarla lentamente sobre el nitrato de plata sobrante, con muchaagitacin, hasta obtener un color rojo. Anotar el volumen utilizado en el cuaderno delaboratorio.

Materiales y equipos

Balanza analticaSoporte universalPinzas para buretaEsptulaBureta de 25 ml con llave de teflnPesasustancias de 30 mlVidrio de reloj


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Vaso de precipitados de 50 mlBaln aforado de 250 ml

Baln aforado de 100 mlPipeta aforada de 25 mlPipeta aforada de 10 mlPipeta graduada de 5 ml

Erlenmeyer de 250 mlFrasco lavadorProbeta de 100 mlCloruro de sodio R.A.Solucin de nitrato de plata 0,1NSolucin de sulfocianuro de amonio, de sodio o de potasio 0,1NSolucin saturada de alumbre frrico amnicoSolucin de cido ntrico 6NSolucin de cromato de potasio al 5%Benceno o nitrobenceno.

Clculos e informe

Calcular las normalidades de las soluciones de nitrato de plata y de sulfocianuro de potasio.Con estos datos y los del peso de muestra y teniendo en cuenta la dilucin realizada y lasrelaciones expuestas, calcular la concentracin en cloruro de sodio de la muestra de sal decocina en % peso a peso. Elaborar el informe correspondiente conforme a las indicacionesdadas.


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PRCTICA 3

DETERMINACIN DE CENIZAS Y CALCIO

Objetivos

Aprender la tcnica de determinacin de cenizas en un alimento por calcinacin en muflaelctrica.

Realizar la preparacin de una muestra de alimento a partirde sus cenizas con el fin dedeterminar cuantitativamente sus componentes minerales.

Preparar y valorar una solucin de permanganato de potasio.Determinar cuantitativamente el calcio de un alimento por permanganimetr a y expresar

los resultados en diferentes bases y unidadesAprender a buscar informacin en fuentes bibliogrficas, comparndola con la obtenida

en circunstancias reales.

Teora

Las cenizas corresponden al residuo inorgnico proveniente de la incineracin de la materiaorgnica. En los alimentos, su composicin y cantidad depende de la naturaleza delalimento calcinado y del mtodo correspondiente. Los derivados lcteos lquidos tienen del0,5 al 1 %, mientras que las grasas y los aceites prcticamente no contienen cenizas, lasmargarinas, mayonesas y aceites para ensaladas contienen principalmente cloruro de sodio;En las frutas, depende del contenido de humedad, frescas pueden contener entre 0,2 y 0,8% mientras que secas pueden alcanzar el 3,5 %. Las nueces van del 1,5 al 2,5 %. En elpescado del 1 al 2 %, en carnes, especialmente las procesadas, puede llegar al 12 %.

Dos de los elementos minerales que generalmente se determinan en las cenizas de lamayora de alimentos son el calcio y el fsforo (harinas, leches y sus derivados). En estaprctica se utilizarn los fundamentos de la permanganimetra con el fin de determinar el

contenido de calcio presente en algunas de estas muestras que seleccionar el estudiantesegn su inters.

En el mtodo ms corriente para obtener las cenizas, la muestra se somete a calefaccinhasta peso constante en una mufla elctrica a 550-600C. El residuo en estas condicionesest formado principalmente por los carbonatos de los metales alcalinos y alcalino trreos olos xidos de los dems metales. As, p.ej., el calcio se tendr como carbonato.

Al tratar las cenizas con cido clorhdrico, el carbonato sufre una reaccin ya conocida:

CaCO3 + 2 HCl Ca++ + CO2 + H2O + 2Cl

-

Al agregar ion oxalato a la solucin que contiene el calcio, precipita oxalato de calcio en unestado cristalino que depende del medio y la temperatura. As, si el medio es alcalino conpresencia de amoniaco y cloruro de amonio, a 50-60C y se permite la precipitacin lenta, seobtienen cuantitativamente cristales grandes que permiten su filtracin.

Ca++ + C2O4= CaC2O4

El precipitado obtenido se deja madurar manteniendo la temperatura a 50-60C por lo menos hora para que adquiera un tamao adecuado facilitando la filtracin y posterior lavado del


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exceso de oxalatos, que ms adelante puede interferir en la determinacincuantitativa.

Una vez filtrado y lavado el oxalato de calcio (o el de sodio en el caso de la valoracin delpermanganato) se hace reaccionar con cido sulfrico para poner en libertad el cidooxlico, segn las reacciones:

CaC2O4 + H2SO4 C2O4= + CaSO4Y Na2C2O4+ H2SO4 C2O4

= + 2Na+ + SO4=

El cual se valora con una solucin estandarizada de permanganto de potasio, en caliente,para que sea rpida y cuantitativa:

C2O4= + MnO4

- + 8 H+ Mn++ + 2 CO2+ 4 H2O

De donde, VMnO4-X NMnO4- = meq MnO4-

y meq MnO4- = meqCa++

Un mol de oxalato reacciona con un mol de calcio y los pesos equivalentes dependen delnmero de electrones transferidos por la molcula durante la reaccin, as el oxalato liberados electrones luego su peso equivalente ser la mitad del peso molecular; mientras quepara el calcio ser la mitad del peso atmico.

Por consiguiente, 1000 meqCa++ = PACa /2

Se pueden presentar algunas interferencias en el mtodo; todos los metales, excepto losalcalinos forman oxalatos insolubles, sin embargo el magnesio no precipita cuando se tieneel buffer de amoniaco cloruro de amonio.

Aunque el permanganato de potasio es un estndar primario, sus soluciones se van

reduciendo muy rpidamente, cambiando su concentracin, debido a las partculas de polvoy trazas de sales amoniacales en el agua destilada. Por eso es necesario estandarizarlas enel momento de su uso, lo cual se hace corrientemente con oxalato de sodio que tambin esun estndarprimario.

Procedimiento

Determinacin de las cenizas.

En un crisol de porcelana previamente tarado1 a 500 550 C en la mufla, pesar utilizandouna balanza analtica, 5 g de una muestra homogenizada de queso. Registrar los datos en elcuaderno de laboratorio.

Calcinar Inicialmente la muestra en la vitrina, utilizando un mechero bunsen hasta que sedejen de emitir humos espesos. A continuacin, manipulndolos con pinzas largas secolocan los crisoles en la mufla, dejndolos all unas tres horas a 500-550C, verificando que

1Siempre que utilicemos la expresin material tarado, significa que se ha colocado en la estufa o la mufla por una

hora, se ha dejado enfriar y luego se determina exactamente su masa. Se debe manipular con unas pinzaslargas para crisol y en un desecador.


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se han logrado cenizas blancas o grises o hasta obtener un peso constante. Paralos clculos se utiliza el ltimo dato registrado.

Diligenciar el cuadro 3.1. con los datos obtenidos:

3.1. Determinacin de cenizas

Peso crisolvaco

a

Peso crisol+ muestra

b

Peso deMuestra b - a

c

Peso crisol +cenizas

d

Peso decenizas d - a

e

% cenizase x 100 / c

Solubilizacin de las cenizas.

Una vez determinado y registrado el peso de las cenizas, se aaden 5 mL de cidoclorhdrico (1:1) y se evaporan en la vitrina utilizando un bao de mara. Repetir eltratamiento dos veces ms, llevando los ltimos 5 ml de cido clorhdrico (1:1) a un balnaforado de 100 ml, lavando muy bien el crisol con agua caliente. Completar a volumen con

agua destilada. Si se observa algn depsito en el fondo del baln, filtrar una porcin deunos 50 ml. Si la solucin est transparente, omitir el filtrado.

Determinacin del calcio.

Tomar con pipeta aforada de 25 mL, una alcuota de la solucin resultante de lasolubilizacin de las cenizas y pasarla a un vaso de precipitados de 250 mL, calentar aebullicin, adicionar lentamente 10 mL de la solucin saturada de oxalato de amonio, tresgotas de fenolftalena al 1 %, y lentamente solucin de hidrxido de amonio (1:1) hastareaccin alcalina agitando con una varilla de vidrio. Mantener la ebullicin por 5 minutosagitando permanentemente y dejar en reposo el precipitado de oxalato de calcio durante unahora en un sitio tibio.

Finalmente filtrar por decantacin con papel de filtro cuantitativo y lavar con agua calientehasta fin de cloruros, pasar el papel con el precipitado a un erlenmeyer de 250 mL, aadir100 mL de agua destilada y 10 mL de solucin de cido sulfrico (1:1), triturar con una varillade vidrio para destrozar el papel de filtro y disolver el precipitado, calentar a ebullicin. ytitular con la solucin estandarizada de permanganato de potasio 0,1N hasta obtener lacoloracin rosada persistente por 30 segundos. Registrar el volumen consumido en elcuaderno de laboratorio.

Materiales y equipo

Balanza analtica

Soporte universalTrpode de hierroMalla de asbestoMechero bunsenMufla elctrica de laboratorioDesecadorPinzas largas para crisolGuantes de carnazaMortero y mano


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Bao mara de anillos concntricosCrisol o cpsula de porcelana de 30 ml

Frasco lavadorBaln aforado de 100 mlPipeta graduada de 5 mlEmbudo pequeo

Papel de filtro cuantitativoVaso de precipitados de 50 mlVaso de precipitados de 400 mlErlenmeyer de 250 mlBaln aforado de 250 mlPipeta aforada de 25 mlPipeta aforada de 10 mlAgitador de vidrioPermanganato de potasio R.AAgua destiladacido sulfrico R.A.Oxalato de sodio R.A.

cido sulfrico solucin 1:1cido sulfrico, solucin al 5% Vol/VolNitrato de plata, solucin al 0,5%Oxalato de amonio, solucin saturadaSolucin fenolftalena al 1%cido clorhdrico solucin 1:1Hidrxido de amonio solucin 1:!

Clculos e informe

Determinar el % de cenizas, diligenciando el cuadro 6.1.

A partir del peso de oxalato de calcio y el volumen de permanganato de potasio utilizado,calcular la concentracin de ste en Normalidad.

A partir del peso de muestra y de cenizas (cuadro 6.1.), de la alcuota de solucin de cenizasy el volumen de permanganato utilizado en su valoracin calcular el % de calcio en mg Capor 100 g de cenizas y mg de Calcio por 100 g de muestra. Comparar con los valores dadosen los manuales de laboratorio, tablas de composicin de alimentos y otros, determinando el% de error.

Elaborar el informe correspondiente conforme a las indicaciones dadas.


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PRCTICA 4

DETERMINACIN DE pH Y CIDO ACTICOEN UN VINAGRE

Objetivos

Identificar los componentes de un medidor potenciomtrico de pH.Aprender a calibrar y utilizar un medidor de pH.Determinar el pH de un alimento - vinagre.Determinar el contenido de cido actico en un vinagre.Elaborar las grficas de neutralizacin de un cido dbil y un cido fuerte y compararlas.A partir de las grficas de neutralizacin del cido actico y del cido clorhdrico, hallar

los volmenes y pH de neutralizacin.A partir del volumen de neutralizacin del vinagre, hallar el % de cido actico. A partir del pH del vinagre, utilizando las relaciones pertinentes, calcular la concentracin

de cido actico y compararla con la obtenida a partir del volumen de neutralizacin.Aprender a buscar informacin en fuentes bibliogrficas, comparndola con la obtenida

en circunstancias reales

Teora

El ndice de acidez de un alimento es la propiedad qumica cuantitativa que puede utilizarsecomo un parmetro de calidad al estar en estrecha relacin con el pH, factor que permitecontrolar el efecto perjudicial de algunos microorganismos que son txicos por s mismos opor las toxinas que producen. Se puede definir como la cantidad en gramos o en miligramospresentes en 100 gramos de un alimento. Segn la cantidad presente y considerada comonormal, se puede establecer el grado de conservacin del alimento.

En esta prctica se tendr la oportunidad de aplicar los principios tericos y metodolgicos

de la potenciometra en el registro del pH y su variacin en funcin del titulante en ladeterminacin de la concentracin de un cido dbil - cido actico - en una muestracomercial de vinagre o de un alimento que ha sido procesado y conservado en esa sustanciay a partir de estas caractersticas, calcular el ndice de acidez del alimento analizado,comparndolos con los obtenidos en las mismas condiciones de trabajo para un cido fuerte.

Potenciometra cido base

La potenciometra es la medida de una f.e.m. producida en una celda galvnica a travs dela cual la corriente que pasa es virtualmente cero, por lo que no tienen lugar cambiosimportantes en la concentracin de las especies electroactivas y la variable que interesa esla modificacin del potencial de un electrodo sencillo (semicelda) en que tiene lugar la

variacin de la concentracin de uno o de ambos componentes. Como el potencial de unelectrodo sencillo se puede medir directamente, el par de electrodos de la celda consiste enun electrodo de referencia que mantiene el potencial constante y un electrodo indicador cuyopotencial depende de la composicin de la solucin electroltica que en nuestro caso tieneiones hidronio e hidroxilo.

No vale la pena repetir aqu todos los conceptos concernientes a las celdas galvnicas ypotenciomtricas, pero el estudiante, debe revisar los captulos correspondientes del mdulode qumica analtica. Igualmente, debe tener presente que el medidor de pH desarrollado a


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partir de los conceptos ya estudiados, es un potencimetro que mide diferencias depotencial muy pequeas a travs de una celda potenciomtrica muy refinada

formada por electrodos, siendo el ms corriente de stos, el combinado, que incluye elelectrodo de referencia y el indicador.

La potenciometra cidobase permite la elaboracin de las curvas de titulacin al poder

registrar la variacin del pH (o de la f.e.m.) en funcin del volumen del titulante. Elcomportamiento del sistema que se est midiendo es exactamente el mismo que se discutien la prctica de volumetra cido-base, slo que la deteccin del punto de equivalencia sehace mediante la utilizacin del medidor de pH.

Concentracin de hidronios y pH

Una de las propiedades ms importantes del agua, que le ha valido su ttulo como solventeuniversal es la posibilidad de establecer enlaces de hidrgeno ya sea con sustanciasorgnicas o inorgnicas. La interaccin con algunas sustancias de carcter inico le permitenmodificar su conductividad elctrica y la reaccin consigo misma u autoprotlisis le confierela capacidad ambivalente de ser cido o base, lo cual se expresa mediante la reaccin:

H2O + H2O H3O+ + OH- (1)

cido Base cido conjugado Base conjugada

Desde el punto de vista del equilibrio qumico, se puede expresar la constante de equilibriopara esta reaccin as:

(2)

Teniendo en cuenta que en general se trabaja con un litro de solucin, al hallar su molaridad,se encuentra que el denominador es muy grande y casi constante:

[H2O]= 55,6 g/mol (3)

por lo que reemplazando en la ecuacin anterior y despejando, se tiene la siguiente relacin:KEQ(55,6)

2 = [H3O+] [OH-] (4)

Esta expresin de equilibrio se denomina constante del producto inico del agua KW, que atemperatura ambiente tiene un valor de 1X10- 14, de donde se deduce que en el agua pura laconcentracin molar de los iones hidronio y de los iones hidroxilo es de 1X10- 7:

KW =[H3O+] [OH-] = 1X10- 14 (5)

[H3O+] = [OH-] = 1X10- 7 (6)

Para no trabajar con potencias negativas, se comenz a trabajar con el concepto de pK, porel cual pK = log 1/ K y por extensin se tienen el pH y el pOH, as:

pH = log 1/ [H3O+] y pOH = log 1/ [OH-]

de tal manera que reemplazando en (5),

pH + pOH = 14

KEQ =[H3O

+] [OH

-]

[H2O]2


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cidos y bases dbiles y fuertes

Un protn no existe solo en solucin sino que trata de asociarse a una base, en nuestro casoal agua para formar el hidronio (H3O

+); La mayor o menor facilidad de ceder o recibirprotones determina la fuerza de los cidos y las bases. As, los cidos y las bases fuertes losceden o reciben fcilmente, mientras que los considerados dbiles lo hacen muy lento y

hasta cierto lmite estableciendo un equilibrio qumico donde se identifica un par de cidosconjugados y de bases conjugadas.

La disociacin de los cidos y las bases dbiles es una reaccin reversible que se puederepresentar as:

MA [M+] [A-]

Su ecuacin de equilibrio qumico ser:

(donde el smbolo [ ] significa moles/L).

Los cidos y bases monoprticas dbiles son sustancias que al disolverse en agua pierden oganan un protn, hasta alcanzar un equilibrio qumico de poca extensin, como ocurre conlos cidos frmico, actico y lctico o con el amoniaco:

CH3COOH + H2O CH3COO- + H3O

+Actico

NH3 + H2O NH4+ + OH-

Amonaco

Las constantes de equilibrio son:

Puesto que para la mayora de cidos y bases dbiles, los valores de Ka y Kb son menoresde 10-5, se pueden reemplazar por las siguientes expresiones:

De tal manera que por ejemplo, en el caso de un cido dbil, se puede despejar su [H3O+],

as:[H3O

+] 2 = [CH3COOH] x Ka (Ka del cido Actico= 1,7 x 10-5)

En el caso de un cido fuerte, la [H3O+] es directamente proporcional a la concentracin del

cido:[H3O

+] = [cido]

Manejo del medidor de pH

Para la descripcin que sigue, se tiene en cuenta la Figura 7.1. la cual se ajusta en general ala de un medidor de pH tpico.

KEQ =[M

+] [A

-]

[MA]

Ka =

[CH3COO-] [H3O

+]

[CH3COOH] Kb =

[NH4+] [OH

-]

[NH3]

Ka =

[H3O+]

2

[CH3COOH]Kb =

[OH-]2

[NH3]


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Figura 7.1. Esquema de la pantalla de control de un medidor de pH

1- Indicador de encendido. Permite conocer si el aparato est conectado a la red deenerga elctrica. El testigo estar luminoso cuando el botn de encendido se

encuentre en la posicin ON. 2- Pantalla de lectura. Suministra el valor de la medida que se ha realizado con el

equipo. Por lo general da dos tipos de lectura: en unidades de pH o en milivoltioscuando se est determinando una f.e.m. (Dependiendo del modelo, en esta mismapantalla es posible observar otra informacin, por ejemplo, temperatura, etc.)

3- Compensador manual de temperatura. Este botn permite seleccionar la

temperatura en que se quiere realizar la medicin de pH o de la f.e.m., con el fin deasegurar su reproducibilidad.

4- Botn para ajuste del pH neutro. Permite calibrar este valor en la escala de pH.

5- Botn para ajuste de la pendiente. Interviene en la calibracin de la escala de pH,

especialmente para asegurar la reproducibilidad de la medida que se va a realizar conla muestra.

6- Botn para seleccionar las funciones. Permite establecer el rango de medicin del

equipo ya sea en unidades de pH (medidor de pH) o en milivoltios (potencimetro).

En el procedimiento se especificar el uso de cada uno de los anteriores controles.

8 24

FUNCION mV/pH pH

C

medidor de pH

2

3

6


22/3622

Procedimiento.

Calibracin del medidor de pH

Conectar el aparato. Algunos de ellos necesitan estar enchufados algunos minutos antes deser utilizados ya que requieren estabilizar sus circuitos. No olvidar que los electrodos deben

estar ya conectados al equipo antes de encenderlo.

Mientras se estabiliza el equipo, disponer de dos vasos de precipitados de 100 mL muylimpios y secos: en el primero colocar unos 50 mL de la solucin buffer estndar de pH =7,0, en el segundo 50 mL de la solucin buffer de pH = 4,0

En el medidor de pH, seleccionar en el botn (3) el valor de la temperatura que tengan lassoluciones buffer y la muestra y con el botn (6) , seleccionar medicin de pH.

Retirar la cubierta del electrodo, lavarlo con agua destilada utilizando un frasco lavador,recogiendo las aguas de lavado en un vaso de precipitados. Secar suavemente el electrodocon un trozo de papel de filtro.

Sumergir el electrodo en la solucin buffer de pH = 7,0. Esperar hasta que estabilice lalectura en la pantalla en ese valor, si no lo hace, con el botn (4) ajustarlo al de la solucinbuffer (una vez realizado el ajuste, no volver a mover este botn durante la sesin detrabajo).

Sumergir el electrodo completamente seco en la solucin buffer de pH = 4,0 y esperar hastaque se estabilice a la lectura del buffer. Si no ocurre ajustarlo utilizando el botn (5) ;Alcanzado el valor, por ningn motivo se debe volver a tocar ese botn durante el resto de lasesin de trabajo. El medidor de pH se encuentra calibrado. Dejarlo con el botn (6) en laposicin neutra. Mientras se efectan las mediciones, se debe mantener el electrodosumergido en agua destilada, secndolo cada vez que se vaya a utilizar.

Lectura del pH de la muestra

Tomar en un vaso de precipitados de 100 ml unos 50 ml del vinagre, retirar el electrodo delagua destilada, secarlo suavemente con papel de filtro y sumergirlo en el vinagre. Mover elbotn (6) a la posicin de medicin de pH y esperar a que se estabilice la lectura. Anotarlaen el cuaderno de laboratorio.

Neutralizacin del cido clorhdrico

Hacer un montaje con el soporte universal, un agitador magntico, las pinzas para bureta,una bureta de 25 ml y el electrodo de manera que al colocar un vaso de precipitados de 250

ml, la bureta queda aproximadamente en la mitad del vaso.

Tomar con pipeta aforada una alcuota de 25 ml de solucin de cido clorhdrico 0,1N ydepositarla en un vaso de precipitados de 250 ml, aadir 50 ml de agua destilada y colocar elvaso en el montaje descrito de manera que la bureta quede aproximadamente en la mitaddel vaso y el electrodo quede sumergido sin tocar las paredes ni el fondo del vaso. Agregarun imn recubierto de tefln.

Purgar, llenar y llevar a cero la bureta con solucin de hidrxido de sodio 0,1N, Colocarla en


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el montaje anterior con las pinzas para bureta. Retirar el electrodo del aguadestilada, secarlo suavemente con papel de filtro y sumergirlo en el vaso de

precipitados. Encender el agitador magntico y graduarlo en una velocidad apropiada.Mover el botn (6) a la posicin de medicin de pH, esperar a que se estabilice la lectura ycomenzar a agregar el hidrxido de sodio, en porciones de 0,5 ml al comienzo, anotando losvolmenes agregados y los pH ledos en el cuaderno de laboratorio. En la medida en que se

vayan viendo las variaciones en el pH, ir disminuyendo los volmenes de NaOH agregados,de tal manera que habr una parte en que se debern aadir volmenes de 0,1 ml. Con losdatos tomados, elaborar una tabla como la siguiente:

Tabla 4.1. Neutralizacin del cido clorhdrico

Vol NaOH Vol pH pH pH / Vol0 0 Lectura1 0 0

0,5 - 0,5 Lectura2 Lectura1 Lectura2 Lectura1 Lectura2/ 0,5

1 - 0,5 Lectura3 Lectura2 Lectura3 Lectura2 Lectura3/ 0,5


etc. etc. etc. etc. etc.

Continuar agregando hidrxido de sodio y anotando las lecturas hasta que se alcance un pHentre 10 y 11. Al terminar, detener el agitador magntico, girar el botn (6) a la posicin decero, retirar el electrodo, enjuagarlo y sumergirlo en agua destilada.

Neutralizacin del vinagre

Tomar con pipeta aforada 25 ml del vinagre y llevarlos a un baln aforado de 250 ml,completando a volumen con agua destilada

Utilizar el mismo montaje del apartado anterior. Tomar con pipeta aforada una alcuota de 25ml de solucin preparada anterior y depositarla en un vaso de precipitados de 250 ml, aadir50 ml de agua destilada y colocar el vaso en el montaje de manera que la bureta quede

aproximadamente en la mitad del vaso y el electrodo quede sumergido sin tocar las paredesni el fondo del vaso. Agregar un imn recubierto de tefln.

Llenar y llevar a cero la bureta con la solucin de hidrxido de sodio 0,1N, Colocarla en elmontaje anterior con las pinzas para bureta. Retirar el electrodo del agua destilada, secarlosuavemente con papel de filtro y sumergirlo en el vaso de precipitados. Encender el agitadormagntico y graduarlo en una velocidad apropiada. Mover el botn (6) a la posicin demedicin de pH, esperar a que se estabilice la lectura y comenzar a agregar el hidrxido desodio, en porciones de 0,5 ml inicialmente, anotando los volmenes agregados y los pHledos en el cuaderno de laboratorio. En la medida en que se vayan viendo las variacionesen el pH, ir disminuyendo los volmenes de NaOH agregados, de tal manera que habr unaparte en que se debern aadir volmenes de 0,1 ml. Con los datos tomados, elaborar una

tabla como la siguiente:

Tabla 4.2. Neutralizacin del vinagre

Vol NaOH Vol pH pH pH / Vol0 0 Lectura1 0 0


1 - 0,5 Lectura3 Lectura2 Lectura3 Lectura2 Lectura3/ 0,5



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etc. etc. etc. etc. etc.

Continuar agregando hidrxido de sodio y anotando las lecturas hasta que se alcance un pHentre 10 y 11. Al terminar, detener el agitador magntico, girar el botn(6) a la posicin decero, retirar el electrodo, enjuagarlo y sumergirlo en agua destilada.

Materiales y equipo

Medidor de pHElectrodo combinadoVaso de precipitados de 250 mlVaso de precipitados de 100 mlSoporte universalPinzas para buretaAgitador magnticoImanes recubiertos en teflnBureta de 25 ml llave de teflnPipeta aforada de 10 ml

Pipeta aforada de 25 mlBaln aforado de 250 mlFrasco lavadorSolucin buffer pH 7,0Solucin Buffer pH 4,0Hidrxido de sodio 0,1Ncido clorhdrico 0,1N

Clculos e informe

A partir de los valores de pH hallados para el vinagre y el cido clorhdrico, calcular las[H3O

+] y las [cido], utilizando las relaciones de la seccin 7.3. Expresarlas como % peso a

volumen. Comparar con los datos obtenidos en manuales, tablas de composicin, etc.

Con los datos de la tabla 7.1. elaborar una grfica en papel milimetrado, de tal manera queen el ejexse tenga el volumen de NaOH y en el eje ypH / vol. A partir de ella, hallar elvolumen de neutralizacin del cido clorhdrico.

Con los datos de la tabla 7.1. elaborar una grfica en papel milimetrado, de tal manera queen el ejexse tenga el volumen de NaOH y en el eje yel pH. A partir de ella, interpolando elvalor hallado en la grfica anterior para el volumen de neutralizacin, hallar el pH deneutralizacin del cido clorhdrico. Con este pH, calcular la [H3O

+] para el cido clorhdrico.Compararla con la obtenida por lectura directa del pH.

Con los datos de la tabla 7.2. elaborar una grfica en papel milimetrado, de tal manera queen el ejexse tenga el volumen de NaOH y en el eje ypH / vol. A partir de ella, hallar elvolumen de neutralizacin del cido actico.

Con los datos de la tabla 7.1. elaborar una grfica en papel milimetrado, de tal manera queen el ejexse tenga el volumen de NaOH y en el eje yel pH. A partir de ella, interpolando elvalor hallado en la grfica anterior para el volumen de neutralizacin, hallar el pH deneutralizacin para el cido actico. Con este pH, calcular la [H3O

+] para el cido actico.Compararla con la obtenida por lectura directa del pH.


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Comparar las grficas de volumen de neutralizacin Vs pH obtenidas para los doscidos. Qu diferencias y semejanzas se encuentran? Cmo se explican?

Elaborar el informe correspondienteconforme a las indicaciones dadas.


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PRCTICA 5

ESPECTROFOTOMETRA VISIBLE ICURVA DE ABSORCIN

Objetivos

Aprender a preparar patrones para elaborar una curva de calibracin.Identificar los componentes de un espectrofotmetro Uv/Vis.Aprender a calibrar y utilizar un espectrofotmetro.Elaborar la curva de absorcin caracterstica de un compuesto qumico.Determinar la longitud de onda ptima para un anlisis espectrofotomtrico.

Teora

Espectrofotometra

Se da el nombre general de espectrofotometra o mtodos espectrofotomtricos a los

mtodos de anlisis qumico basados en la absorcin de energa radiante de cualquierregin del espectro electromagntico, en particular Infrarrojo, Visible, Ultravioleta y Rayos X.

Prcticamente toda sustancia que al solubilizarse produce una solucin que absorbaradiacin en los intervalos mencionados, es susceptible de ser usada en estos mtodos. Deah la importancia de esta metodologa para el anlisis de sustancias tanto orgnicas comoinorgnicas.

Bloques instrumentales

Los equipos usados para esta tcnica son los colormetros, fotmetros y espectrofotmetros,los cuales se diferencian bsicamente en sus componentes, que les confieren mayor o

menor sensibilidad para detectar y registrar pequeas diferencias de intensidad de energa,de una longitud de onda determinada, entre la emitida por una fuente y la absorbida porpequeas cantidades de la sustancia absorbente, en orden creciente de sensibilidad ycomplejidad desde los colormetros, ms sencillos y menos sensibles, pasando por losfotmetros, hasta los espectrofotmetros. En esta prctica se va a emplear unespectrofotmetro Visible, por lo que la descripcin general se refiere a estos equipos.

En la Figura 5.1. se esquematiza un diagrama de bloques que ilustra los componentesbsicos de los equipos utilizados en estas tcnicas:

Figura 5.1. Bloques fundamentales de los espectrofotmetros.

Fuentes de energa radiante

Deben cumplir ciertos requisitos bsicos para poderse emplear en anlisis qumico. La ms

FUENTE DEENERGA RADIANTE

1MONOCROMADOR

2

CELDA PARALA MUESTRA

3DETECTOR

4


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utilizada es una lmpara de wolframio, accionada por una fuente de energaelctrica de voltaje regulado. Produce radiacin principalmente en el rango visible,

con un porcentaje importante en el cercano infrarrojo el cual sin embargo, no se puedeutilizar para anlisis debido a la temperatura tan baja y al material del bulbo que evita sutransmisin adecuada.

Monocromadores

Tienen como funcin seleccionar los fotones de una longitud de energa determinada. Sueficiencia aumenta desde los monocromadores de filtro hasta los de rejilla pasando por losde prisma. Los equipos ms sencillos como los colormetros emplean monocromadores defiltro, en tanto que los fotmetros usan de prisma o de rejilla y los espectrofotmetros, rejilla,complementada con lentes y espejos.

Los monocromadores de prisma, dependiendo de su composicin, dispersan la energaincidente en rayos de diferente longitud de onda, que siguen diferente camino dentro delprisma y al emerger del monocromador, tal como esquematiza la Figura 8.2. Utilizando unmecanismo manual o automtico que permite hacer girar el prisma sobre su eje, se puede

seleccionar la radiacin de la longitud de onda requerida para el anlisis de tal manera que ala muestra y al detector solamente llega la radiacin seleccionada.

Figura 5.2. Esquema de un monocromador de prisma

Luz blanca incidente energa emergente

prisma radiaciones de diferente

Para el rango visible, los prismas se elaboran de vidrio y para el Uv de cuarzo fundido.

Celdas para la muestraEn espectrofotometra Visible y Ultravioleta que son las ms comunes, se emplean celdas devidrio y cuarzo, respectivamente, cilndricas o rectangulares para soluciones acuosas o desolventes orgnicos, construidas de tal manera que la distancia entre sus paredes se conocecon precisin, generalmente de 1 cm y corresponde al paso de luz.

Detectores

Los ms usados son clulas fotoelctricas, con diferentes modelos dependiendo del rangode longitud de onda y de la casa fabricante. Generalmente se disean para que comuniquensu respuesta a un registrador o actualmente para que tengan una salida que se puede

conectar a un computador.

Espectros de absorcin

Son las grficas obtenidas al localizar en papel milimetrado los pares de coordenadaslongitud de onda en el eje de lasX vs Absorcin en % de Transmitancia en el eje de las Y.En ellas se aprecian las fluctuaciones de mximos y mnimos obtenidas para la muestra al irvariando la y registrar la Transmitancia obtenida. En compuestos orgnicos, los espectrosobtenidos son muy complejos con varios mximos y mnimos, en tanto que en compuestos


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inorgnicos, generalmente se obtienen dos mximos, siendo, en cualquier caso, elmayor de ellos el que define la longitud de onda de mxima absorcin, que es una

caracterstica del compuesto en el solvente usado.

Manejo del espectrofotmetro

Para el manejo del espectrofotmetro, referirse a la Figura 8.3.

Figura 8.3. Diagrama de un espectrofotmetroy sus controles principales

1 23

4

5 6

(1) Pantalla de lectura, donde dependiendo de la posicin del control 2, se pueden observarlas lecturas en Absorbancia, %T u otras, segn el modelo de instrumento.(2) Control para cambiar la lectura del instrumento.(3) Portaceldas.(4) Control de longitud de onda(5) Encendido y 0%T(6) Ajuste 100%T

Procedimiento

Preparacin de la solucin de trabajo

De la solucin patrn de permanganato de potasio suministrada, (0,02N), tomar una alcuotade 25 ml con pipeta aforada y llevar a un baln aforado de 100 ml, completando a volumencon agua destilada.

Preparacin de los patrones de lectura

Colocar la solucin de trabajo en la bureta. Marcar 10 tubos de ensayo e ir agregandosolucin de trabajo, segn la Tabla 8.1. Con otra bureta, llena con agua destilada, ircompletando el volumen de cada tubo hasta 15 cm3. Tapar los tubos con cuadritos de papelcelofn y agitarlos suavemente, sin introducir aire, para homogenizar las soluciones.Conservar al abrigo de la luz, en las gavetas de cada grupo.

Tabla 5.1. Preparacin de los patrones de lectura

Ntubo

AlcuotaSolucin detrabajo ml

Volumende agua

destilada

KMnO4mg/ 15 ml

KMnO4mg/ml

Mnmg/litro

1 1 142 2 13

3 3 124 4 11


29/3629

5 5 10

6 6 97 7 8

8 8 79 9 610 10 5

Elaboracin de la grfica de absorcin


Ajuste del instrumento

Conectar el instrumento a 110 voltios, encenderlo con el botn (5) y dejar que se estabilicedurante diez minutos.

Lectura de la curva espectral

Elaborar en el cuaderno de laboratorio una tabla como la N 5.2.

Tabla N 5.2.

Longitud de onda Porcentaje deTransmitancia %T

380 Leer390 Leeretc. etc.

Girar el dial (4) de longitud de onda hasta el valor de 380 nm.

Con el botn (2), seleccionar las lecturas en %T. Con el portaceldas (3) vaco, girar el botn(5) hasta que la escala en la pantalla (1) seale 0%T.

Abrir el portaceldas y colocar una celda con agua destilada (blanco de reactivos). Girar elbotn (6) hasta que la escala seale 100%T.

Llenar otra celda con el patrn del tubo N5 y sin mover ninguno de los controles delaparato, leer en la pantalla el valor de %T y anotarlo en la tabla elaborada.

Retirar la celda del patrn; Con el portaceldas vaco cambiar la longitud de onda a 390 nm ycon el botn (5) rectificar el 0%.

Colocar en el portaceldas el tubo con agua destilada y ajustar con (6) el 100%T.

Retirar el blanco del portaceldas, colocar en su lugar el patrn N 5 y sin mover ningncontrol, observar la lectura en la pantalla y anotarla en la Tabla 8.2. en el cuaderno delaboratorio.

Continuar cambiando y registrando los valores de %T obtenidos hasta el lmite de longitudde onda del equipo, haciendo las lecturas en los alrededores de las menores transmitancias


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con la mnima divisin de la escala que permita el aparato. Al finalizar, guardar elpatrn N 5 para la siguiente prctica.

Materiales y equipos

Espectrofotmetro VisCeldas de lectura

Agua destiladaSolucin patrn de KmnO4 0,02NGradilla para tubos de ensayo10 tubos de ensayoSoporte universalPinzas para buretaBureta de 25 o 50 ml con llave de teflnPipeta aforada de 25 mlBaln aforado de 100 mlPapel celofn

Clculos e informe

Teniendo en cuenta la dilucin de la solucin patrn, de KmnO4 0,02N y las dilucionesefectuadas, hacer los clculos y completar la tabla N 8.1.

Con los datos de la Tabla N 8.2., elaborar en papel milimetrado una grfica de tal maneraque en el eje X se siten los valores de longitud de onda y en el eje Y los valorescorrespondientes de %T.

A partir de la grfica anterior, determine visualmente la longitud de onda a la cual se obtuvola menor lectura de %T y reportarla como longitud de onda de mxima absorcin.

Elaborar el informe correspondiente, siguiendo las pautas dadas en el Apndice 1.


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PRCTICA 6

ESPECTROFOTOMETRA VISIBLE IICURVA DE CALIBRACIN

Objetivos

Leer en un espectrofotmetro los valores de %T para una serie de soluciones preparadasa partir de una solucin de trabajo

Utilizando la ley de Beer Lambert, convertir los valores de %T en Absorbancia.Elaborar la grfica o curva de calibracin para el manganeso.Determinar estadsticamente la mejor recta que se ajuste a la curva anterior.A partir de la ecuacin de la recta ajustada, obtener la concentracin de una solucin

problema.

Teora

Ley de Beer Lambert

A partir de investigaciones, se ha determinado que el nmero de fotones absorbidos esdirectamente proporcional al nmero de tomos o molculas absorbentes presentes en lamuestra.

Entonces, si sobre la muestra contenida en un recipiente transparente (celda) se hace incidiruna radiacin, al otro lado del recipiente se obtendr una radiacin de menor intensidad.

Esto se puede representar esquemticamente en la Figura 6.1. siguiente:

Figura 61. Diagrama fundamental de la absorcinde energa radiante

I0 Radiacin incidente I Radiacin transmitida

I


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c= Concentracin de la especie absorbente en unidades de peso/volumen.yA = Absorbancia

Adems, el trmino I0/I se denominaTransmitancia, siendo su smbolo T y

I0/I X 100 = %T.

Igualmente, se puede establecer que la Absorbancia es igual al logaritmo de la diferencia delporcentaje de la luz incidente y el porcentaje de luz transmitida; Puesto que la luz incidentees el 100%, se puede escribir que:

A = log (100% - %T) = 2 log %T

Manejo del espectrofotmetro


Figura 6.2. Diagrama de un espectrofotmetroy sus controles principales

1 23

4

5 6

(1) Pantalla de lectura, donde dependiendo de la posicin del control 2, se pueden observarlas

lecturas en Absorbancia, %T u otras, segn el modelo de instrumento.(2) Control para cambiar la lectura del instrumento.(3) Portaceldas.(4) Control de longitud de onda(5) Encendido y 0%T(6) Ajuste 100%T

Ajuste por mnimos cuadrados

En la obtencin de datos experimentales, como los obtenidos en los mtodosespectrofotomtricos, en los que un conjunto de ellos son funcin de otro conjunto, seobtiene con frecuencia una dispersin de puntos por los que supuestamente pasa una lnea

recta. Se debe determinar entonces por donde pasa la recta

Y = ax + b, donde a =pendiente de la recta y b = corte con el eje x

de tal manera que ligue lo ms cercanamente posible a la mayor cantidad de dichos puntos.

La forma ms sencilla de hacerlo es emplear una calculadora que tenga la funcincorrespondiente, con lo cual solamente se deben ir entrando las parejas de datos xy y alterminar, arroja como resultados los valores de los parmetros a y b y el coeficiente de


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linealidad r.

Si no se dispone de una calculadora con esta funcin, se pueden hallar a y b en la siguienteforma, tomando como modelo el ejemplo de la Tabla 6.1.

Tabla N 6.1. Ejemplo de valores xy para clculo de

mnimos cuadrados

N1 Concentracinppm (X1)

Absorbancia(y1) (X1) (y1) (X1)

21 5 0,071 0,355 252 10 0,145 1,450 100

3 15 0,210 3,150 2254 20 0,285 5,700 400

5 25 0,335 8,375 625

75 1,046 19,030 1375(X1)

2= 5625

Reemplazando estos valores en las ecuaciones para hallar los parmetros a y b, se tiene:(5) (19,030) (75) (1,046)

a = = 13,26 x 10 -3(5) (1375) (5625)

(1375) (1,046) (75) (19,030)b = = 8,8 x 10 -3

(5) (1375) (5625)

El valor de b se hace igual a cero, porque cualquier curva de calibracin sencilla debe pasarpor el origen2. Por consiguiente, la ecuacin de la grfica que se ajusta a los puntos de la

Tabla N9.1.ser: A = 13,26 x 10 3c

Con esta ecuacin, se vuelven a calcular los valores de Absorbancia para cadaconcentracin, obtenindose los de la Tabla 6.2

Tabla N 6.2. Absorbancia ajustada

Concentracinppm (X1)

Absorbanciaajustada

5 0,06710 0,13415 0,200

20 0,26725 0,334

Con los datos de la Tabla N 6.2. se traza la recta que sirve como curva de calibracin detrabajo.

2Sin embargo, depende del tipo de grfica; Si se hace el mtodo de adicin estndar, el valor numrico de b

obtenido por el mtodo de mnimos cuadrados es completamente vlido.


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Procedimiento

Elaboracin de la curva de calibracin

Ajuste del instrumento

Conectar el instrumento a 110 voltios, encenderlo con el botn (5) y dejar que se estabilicedurante diez minutos.

Lectura de los patrones y a solucin problema

Elaborar en el cuaderno de laboratorio una tabla como la N 6.3.

Tabla N 6.3.

N1 Mnmg/litro (X1)

Absorbancia(y1) (X1) (y1) (X1)

21

2345

6789

10

(X1)2=

P

P(dil)

Donde los valores de la columna 2 son los calculados para la ltima columna de la Tabla N51. de la Prctica 5.

Girar el dial (4) de longitud de onda hasta el valor de demxima absorcin obtenido en laPrctica 5.

Con el botn (2), seleccionar las lecturas en A. Con el portaceldas (3) vaco, girar el botn(5) hasta que la escala en la pantalla (1) seale 0%T.

Abrir el portaceldas y colocar una celda con agua destilada (blanco de reactivos). Girar el

botn (6) hasta que la escala seale 100%T.

Llenar otra celda con el patrn del tubo N1 y sin mover ninguno de los controles delaparato, leer en la pantalla el valor de A y anotarlo en la tabla elaborada.

Retirar la celda del patrn, colocar en su lugar el patrn N 2 y sin mover ningn control,observar la lectura en la pantalla y anotarla en la Tabla 9.3. en el cuaderno de laboratorio.


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Continuar cambiando los patrones en el portaceldas, sin mover los controles delaparato y registrando los valores de A obtenidos hasta leerlos todos. Finalmente leer

la muestra problema. Anotar todos los datos obtenidos en la Tabla N 9.3 en el cuaderno delaboratorio.

Si el valor ledo para la muestra problema, est por encima del mayor obtenido para los

patrones, hacer una dilucin, tomando 25 ml con una pipeta aforada, llevndolos a un balnaforado de 50 ml y completando a volumen con agua destilada, leyendo esta solucin yregistrando el valor de A obtenido en la Tabla N 9.3 en el cuaderno de laboratorio.

Ajuste por mnimos cuadrados

Con una calculadora corriente, calcular y completar la Tabla N 6.3. y a partir de los datoshallados, calcular a y b de acuerdo a lo expuesto en un apartado anterior

Con los valores hallados para a y b, reemplazar enA= bx +c

Y haciendo c= 0, calcular los diferentes valores de A, llenando la Tabla 6.4.

Tabla N 6.4. Absorbancia ajustada

Mnmg/litro (X1)

Absorbanciaajustada

Con los datos de 6.4. Trazar en una hoja de papel milimetrado la grfica, cuidando de tomaren el eje de las x los valores de concentracin y en el eje de las y los de Absorbancia.

Trazar la recta correspondiente y utilizando el valor de Absorbancia leda para la muestra (osu dilucin), interpolar en la recta obtenida para calcular el valor de la concentracin de lamuestra.

Materiales y equiposEspectrofotmetro VisCeldas de lecturaAgua destiladaSoluciones de KmnO4 preparadas en la Prctica N8Gradilla para tubos de ensayo10 tubos de ensayoPipeta aforada de 25 mlBaln aforado de 50 ml


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Clculos e informe

Diligenciar completamente las Tablas pedidas, a partir de ellas, elaborar la grfica solicitadaen papel milimetrado y finalmente hallar la concentracin de la solucin problema.Con toda esta informacin, Elaborar el informe correspondiente, siguiendo las pautas dadasen las Guas para elaboracin de informes.

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