DETERMINACIÓN POTENCIOMÉTRICA DE NITRATOS

La determinación de la cantidad de nitratos de un fertilizante se ha realizado

mediante un análisis potenciométrico con un electrodo selectivo de nitratos.

El sistema potenciométrico ha consistido en un electrodo selectivo de membrana de

intercambio iónico líquido y un electrodo de referencia Ag/AgCl.

REACTIVOS

1.Disolución de ajuste de fuerza iónica: K2SO4 0.1 M

Se ha preparado 500 mL disolviendo en agua destilada 8.71g de K2SO4 pesados y

posteriormente llevados a volumen.

2.Disolución patrón de NaNO3 1.00 M

Se ha preparado 100 ml de esta disolución con 8.499 g de NaNO3 disueltos con la

disolución de ajuste de K2SO4, previamente preparada.

A partir de ésta, tomamos 2.5mL y lo llevamos a un volumen de 50mL para

obtener una disolución patrón más diluida (0.05 M), que nos servirá para realizar las

adiciones de menos concentración en la calibración.

3 . Disolución de Ag 2SO4 0.02 M

4. Disolución de NaNO2 4x10 -2 M

Se ha preparado 50 ml de una disolución de NaNO2 de 4x10-2 M pesando 0.138 g y

disolviéndolo con la disolución de K2SO4 .

PROCEDIMIENTO

1. Calibración.

La calibración se ha llevado a cabo por una calibración externa pero, en vez de

preparar las disoluciones por separado, se han ido adicionando diferentes volúmenes de

patrón sobre el anterior. Se han realizado 19 adiciones de manera que las

concentraciones se encontrasen entre 0.05 mM (5x 10-5 M) y 10 mM (10-2 M).

Para ello se han medido con una pipeta aforada 50 ml de disolución de ajuste de

K2SO4, que se ha pasado a un vaso de precipitados seco y con un imán, donde se han

introducido los electrodos. Posteriormente se han ido adicionando diferentes

volúmenes de disoluciones patrón de NaNO3 (se recogen en esta tabla) y se ha medido

el potencial tras cada adición (mV).

V. adicionado(ul) C (M) log C E (mV)

50 4.995 x10-5 -4.301 267.7

50 9.98 x10-5 -4.001 253.8

100 1.992 x10-4 -3.701 240.5

100 2.982 x10-4 -3.525 232.0

100 3.986x10-4 -3.401 225.6

100 4.95x10-4 -3.305 220.8

200 6.903 x10-4 -3.161 208.9

200 8.84x10-4 -3.053 201.0

100 9.804 x10-4 -3.008 199.1

50 1.95 x10-3 -2.710 185.2

50 2.93 x10-3 -2.533 176.6

50 3.91 x10-3 -2.408 170.0

50 4.88 x10-3 -2.312 164.8

50 5.85 x10-3 -2.233 160.5

50 6.82 x10-3 -2.166 156.8

50 7.789 x 10-3 -2.108 153.6

50 8.75 x 10-3 -2.058 150.7

50 9.72 x 10-3 -2.012 148.2

50 1.07 x 10-2 -1.971 145

Disolución patrón de nitrato 0.05 M, preparada por dilución del patrón

de 1 M con la disolución de ajuste de la fuerza iónica.

Disolución patrón de nitrato 1 M .

Se han tenido en cuenta los volúmenes adicionados de disolución patrón de NaNO 3

para calcular la concentración de nitrato tras cada adición, por lo que no se tomó

siempre los 50 ml iniciales que se tenían, va aumentando progresivamente, así

obtenemos la concentración real de nitrato en la disolución.

La recta de calibrado se ha obtenido representando gráficamente el potencial

medido frente al logaritmo de la concentración de nitrato.

La ecuación de la recta obtenida por mínimos cuadrados es:

E = (41 2) + (-53.4 0.6) log [NO3]

r2 = 0.9978

2. Tratamiento de la muestra

Para el tratamiento de la muestra se ha tomado 1.00 ml de fertilizante y 4.00 ml de

sulfato de plata, sal que se emplea para eliminar los cloruros presentes (que pueden

producir interferencias) por formación de cloruro de plata que precipita. Este proceso

se realiza en tres tubos de ensayo, con lo que se obtienen tres disoluciones de medida

diferentes. Para facilitar la precipitación se ha sometido la disolución obtenida a una

fuente de calor, que ha consistido en un baño de agua a 80 ºC durante un tiempo

aproximado de 20 minutos. Se ha dejado enfriar cada tubo de ensayo (ya que cuanto

menor sea la temperatura mayor es la adsorción por parte del carbón activo) y se ha

añadido carbón activo para eliminar los compuestos orgánicos por adsorción. Se ha

filtrado mediante el uso de un papel de filtro de grano medio y recogido el filtrado en

tres matraces de 50 ml, lavando el filtro y enrasando con la disolución reguladora de la

fuerza iónica (el filtrado debe ser incoloro, la presencia de turbidez implica la

existencia de coloides que no han sido eliminados correctamente y que pueden

interferir en la medida). De cada matraz se ha tomado una alícuota de 5 ml que se ha

llevado a un matraz de 50 ml y enrasado con la disolución reguladora de la fuerza

iónica.

El contenido del matraz con la primera muestra se ha transferido a la celda de

medida y se ha tomado la lectura de potencial, dando un valor de 175.0 mV. A

continuación se han realizado las adiciones de disolución patrón de nitrato, una primera

adición de 100 µl de la disolución patrón de nitrato 0.05 M, tres adiciones de 50 µl y

dos adiciones más de 100 µl de la disolución patrón de nitrato 1 M y se ha tomado la

lectura de potencial para cada adición.

Se ha procedido de igual manera con las otras dos muestras y se ha elaborado una

tabla de resultados y una gráfica en la que se representa el potencial frente al logaritmo

de la concentración de nitrato para cada una de las muestras.

Se ha obtenido el valor inicial de la concentración de NO3, utilizando la recta de

calibración y el valor obtenido del potencial para la disolución de medida, cuando a

ésta no se le ha añadido ninguna cantidad de patrón.

Muestra 1

Los valores de los datos y la representación gráfica para las adiciones estándar de la primera muestra son los siguientes:

V añad. (ul) [NO3] (M) E (mV) log [NO3]0 3,10E-03 175,0 -2,509

100 (0,05 M) 3,19E-03 174,2 -2,49650 (1 M) 4,19E-03 168,2 -2,37850 (1 M) 5,18E-03 163,5 -2,28650 (1 M) 6,17E-03 159,4 -2,210

100 (1 M) 8,14E-03 153,7 -2,089100 (1 M) 1,01E-02 149,1 -1,995

Para estos datos se ha obtenido la siguiente recta de regresión:

E = (48,1 0.9) + (-50,5 0.4) log [NO3] R2 = 0,9997

Muestra 2

Los valores de los datos y la representación gráfica para las adiciones estándar de la segunda muestra son los siguientes:

V añ. (ul) [NO3] (M) E (mV) log [NO3]0 3,37E-03 173,1 -2,473

100 (0,05 M) 3,46E-03 172,2 -2,46150 (1 M) 4,45E-03 166,1 -2,35150 (1 M) 5,44E-03 161,9 -2,26450 (1 M) 6,43E-03 158,1 -2,192

100 (1 M) 8,41E-03 152,2 -2,075100 (1 M) 1,04E-02 147,5 -1,984

Para la segunda muestra se obtuvo la siguiente recta de regresión de adiciones

estándar:

E = (44 1) + (-52.0 0.5) log[NO3] R2 = 0,9995

Muestra 3

Los valores de los datos y la representación gráfica para las adiciones estándar de

la tercera muestra son los siguientes:

V añ. (ul) [NO3] (M) E (mV) log [NO3]0 3,25E-03 173,9 -2,488

100 (0,05 M) 3,34E-03 173,3 -2,47650 (1 M) 4,34E-03 167,8 -2,36350 (1 M) 5,33E-03 163,0 -2,27350 (1 M) 6,32E-03 159,2 -2,199

100 (1 M) 8,29E-03 153,7 -2,081100 (1 M) 1,03E-02 149,1 -1,989

Para esta última muestra se obtuvo la siguiente recta de regresión:

E = (49.8 0.9) + (-49.9 0.4) log[NO3] R2 = 0,9997

Para calcular la concentración de nitrato en la disolución de medida, se debe hacer

tomando varios datos de la disolución en el momento en que no se ha adicionado

patrón, y tomando datos de una de las medidas con alguna adición. Se calcula la

concentración mediante la siguiente ecuación:

Se tiene que V, es el volumen, E, es el potencial medido, C, la concentración de

nitrato y m es la pendiente de la recta de calibrado.

En este caso se ha utilizado la tercera adición en cada una de las muestras para

obtener el valor de la concentración de nitrato.

La siguiente tabla muestra la concentración para cada una de las muestras,

obtenidas con el método anterior:

  [NO3] (M)Muestra 1 3,24E-03Muestra 2 3,35E-03Muestra 3 3,46E-03

Con estos valores se realizó la media de las determinaciones y se ha obtenido un

resultado de (3,3 0,1) x 10-3 M.

Se ha calculado la concentración final en el fertilizante a partir del valor obtenido

anteriormente para las disoluciones de medida. Se ha obtenido un resultado final de

1.65 0.05 M.

Por último, como para calcular la concentración de nitrato se ha supuesto que la

respuesta del electrodo es igual en la matriz de la muestra que en disolución acuosa, se

puede realizar un cálculo para poder observar la desviación que se genera al afirmar lo

anterior.

Para este cálculo se ha utilizado los valores de la primera muestra, como ejemplo.

Se ha realizado de nuevo el cálculo de las concentraciones, pero en este caso, se ha

utilizado la pendiente de la recta de regresión para esta muestra, y no la pendiente de la

recta de calibrado como anteriormente se hizo.

Se ha obtenido un valor para la concentración de nitrato en la disolución de medida

de 3,02x10-3 M, mientras que en el cálculo anterior fue de 3,24x10-3 M. Como se puede

observar el error no es demasiado elevado en este caso.

3. Evaluación del coeficiente de selectividad potenciométrico del par NO3/NO2

Se ha empleado el método de disoluciones mezcladas para determinar el

coeficiente de selectividad potenciométrico del par nitrato/nitrito. Se ha preparado una

disolución de NO2 con una concentración de 4x10-2 M, para ello, se ha añadido 0.138 g

de NaNO2 en un matraz aforado de 50 ml y enrasado con agua destilada. Se ha

transferido la disolución a la celda de medida y se ha tomado la lectura de potencial de

la disolución obteniéndose un valor de 199.9 mV. A continuación, se han realizado las

adiciones de disolución patrón de nitrato. En esta ocasión, se han realizado adiciones

de los volúmenes necesarios de disolución patrón en el intervalo de concentraciones

comprendido entre 1x10-2 M y 1x10-5 M. Primero se añadieron volúmenes de patrón de

una concentración de 0.05 M, mientras que para llegar a mayores concentraciones de

nitrato se ha utilizado una disolución de 1 M.

Se ha elaborado una tabla con los resultados obtenidos y una gráfica que representa

el potencial frente al logaritmo de la concentración de nitrato.

V a añadir (ul) [NO3] (M) E(mv) log [NO3]10 (0,05 M) 1,00E-05 199,7 -5,00010 (0,05 M) 2,00E-05 199,4 -4,69920 (0.05 M) 4,00E-05 198,9 -4,39820 (0.05 M) 5,99E-05 198,4 -4,22220 (0.05 M) 7,99E-05 198,0 -4,09820 (0.05 M) 9,98E-05 197,5 -4,00150 (0.05 M) 1,50E-04 196,8 -3,825

100 (0.05 M) 2,49E-04 195,5 -3,60420 (1 M) 6,47E-04 189,5 -3,18920 (1 M) 1,04E-03 184,6 -2,98150 (1 M) 2,04E-03 177,8 -2,69150 (1 M) 3,03E-03 172,3 -2,519

100 (1 M) 5,00E-03 165,3 -2,301100 (1 M) 6,97E-03 159,7 -2,157200 (1 M) 1,09E-02 146,9 -1,963

Para la determinación del coeficiente de selectividad potenciométrico, se han

realizado dos rectas de regresión con los valores anteriores. Para la primera recta (a

baja concentración de NO3), se han utilizado los cinco primeros puntos, mientras que

para la recta a alta concentración de NO3, se han tomado cinco de los últimos puntos

exceptuando el último, debido a que presenta una apreciable desviación con respecto a

los puntos anteriores.

A continuación se representa la gráfica del logaritmo de la concentración de nitrato

frente al potencial obtenido:

Las ecuaciones para la recta de regresión a bajas concentraciones de NO3 es la

siguiente:

E = (191 1) + (-1,9 0,2) log[NO3] R2 = 0.95

Mientras que para la recta a altas concentraciones de NO3 es:

E = (95 4) + (-30 2) log[NO3] R2 = 0.991

El valor de la concentración de NO3 en el cual las dos rectas se igualan, es el que se

utiliza para determinar el coeficiente de selectividad potenciométrico de la siguiente

forma:

El valor obtenido para la concentración de NO3 es de 7,8x10-4, mientras que el valor

que se obtiene para el coeficiente de selectividad potenciométrico es de 0,0111.