preparacion y valoracion de hcl 0

Manual de Prcticas de Qumica analtica 1

1

PREPARACION Y VALORACION DE HCL 0.1N Y NaOH 0.1N OBJETIVOS

Aplicar los principios de neutralizacin que rigen las reacciones cido - base. Preparar una solucin patrn de HCL aproximadamente 0.1N y titularla para hallar su concentracin exacta. Preparar una solucin patrn de NaOH aproximadamente 0.1N y titularla para hallar su concentracin exacta.

ASPECTOS TEORICOS. Volumetras de neutralizacin. En numerosos anlisis qumicos es necesaria la utilizacin de soluciones cidos y bases fuertes de concentraciones conocidas. La concentracin de dichas soluciones puede determinarse por medio de titulaciones o valoraciones de neutralizacin. La titulacin o valoracin es la operacin bsica de la volumetra, mediante la cual se agrega solucin patrn o un peso exacto de reactivo puro disuelto a la muestra que se analiza, hasta que se completa la reaccin. Se considera que una titulacin de neutralizacin o valoracin cido - base termina cuando el nmero de equivalentes del cido es igual al nmero de equivalentes de la base, momento en el cual se alcanza el punto de equivalencia de la reaccin. El punto de equivalencia de la titulacin es un concepto terico; la estimacin prctica de su valor se conoce como punto final. Para las titulaciones cido - base, los dos mtodos ms comunes para la determinacin de los puntos finales son el empleo de indicadores coloreados o el uso de un peachmetro para controlar el pH de la solucin en funcin del volumen del titulante agregado. Preparacin de soluciones de HCl. El cido clorhdrico se usa frecuentemente en los anlisis volumtricos de neutralizacin porque sus soluciones diluidas son estables y porque se puede utilizar en presencia de la mayora de los cationes sin que ocurran reacciones de precipitacin. Las soluciones patrn de HCl se preparan diluyendo cido clorhdrico concentrado calidad reactivo. 5.2.3 Valoracin de las soluciones de HCl. Como el HCl no es un patrn primario se hace necesario valorarlo para conocer su concentracin exacta. El Na2CO3 anhidro se emplea

DEPARTAMENTO DE QUIMICO BIOLOGICO Y AGROPECUARIAS


2

comnmente para estandarizar soluciones de HCl. La reaccin de neutralizacin del HCl con el Na2CO3 es: 2HCl + Na2CO3 2NaCl + H2CO3 5.2.4 Preparacin de soluciones de NaOH. El hidrxido de sodio tanto en solucin como en estado slido reacciona con el CO2 atmosfrico produciendo Na2CO3 segn la reaccin: CO2 + 2NaOH Na2CO3 + H2O Existen diversos mtodos para la preparacin de soluciones de NaOH exentas de carbonato. El mtodo ms utilizado aprovecha la poca solubilidad del carbonato de sodio en concentraciones altas de hidrxido de sodio. El carbonato de sodio formado se elimina por filtracin o centrifugacin. Las soluciones de hidrxido de sodio se deben preparar en agua a la que previamente se le ha eliminado el CO2; para ello se debe hervir durante algunos minutos el agua destilada; una vez fra se le aade el hidrxido de sodio. Para impedir el acceso de CO2 del aire se guarda la solucin en un recipiente provisto de cal sdica. En caso de no utilizar cal sdica, un frasco de polietileno cerrado hermticamente producir la suficiente proteccin durante una o dos semanas. 5.2.5 Valoracin de soluciones de NaOH. La solucin bsica se valora con un tipo primario como son los cidos dbiles, ftalato cido de potasio (FAP), cido benzico o yodato cido de potasio. La reaccin de neutralizacin que ocurre entre el NaOH y el FAP es: OO C OH C ONa NaOH + O O + HOH C OK C OK ASPECTOS TEORICOS POR CONSULTAR

Defina los siguientes trminos: patrn primario o estndar primario, solucin patrn estndar, normalidad de un cido, peso equivalente de un cido, normalidad de una base, peso equivalente de una base, equivalente de un cido, equivalente de una base, miliequivalentes de un cido, miliequivalentes de una base. Numere los requisitos que deben cumplir las soluciones patrn ideales.



3

Defina qu es formula molecular y formula estructural. Escriba las frmulas estructurales de los compuestos: cido benzico, cido ftlico, cido tereftlico. Halle el nmero de equivalentes y el peso equivalente en funcin del peso formula gramo, de los compuestos HCL, Na2CO3 y FAP. Para cada una de las sustancias adjunte la reaccin de neutralizacin.

MATERIALES, REACTIVOS Y EQUIPOS. Materiales. 1 Vaso de precipitados de 600mL, 1 vaso de precipitados de 100 mL, 1 baln aforado de 500mL, 1 baln aforado de 100mL, 1 frasco lavador, 1 agitador de vidrio, 1 embudo pequeo, 1 vidrio de reloj pequeo, 1 vidrio de reloj de dimetro apropiado para tapar el vaso de precipitados de 600mL, 1 pipeta de 1mL, 1 pipeta de 25mL, 1 erlenmeyer de 500mL, 2 erlenmeyer de 250mL, 1 bureta de 25 mL, 1 probeta de 100mL, 2 frascos de polietileno de 500mL, 1 pipeteador, 1 cpsula de porcelana, 1 tubo de centrifuga. Reactivos. Carbonato de sodio (secado durante 2 horas a 100C y centrifugado en un desecador), cido clorhdrico concentrado, metil naranja al 0.5% (p/v), fenolftalena al 0.1% en etanol (p/v), hidrxido de sodio, ftalato cido de potasio FAP (secado durante 2 horas a 110C y enfriado en un desecador). Equipos. Balanza analtica, centrfuga, balanza semianaltica. PROCEDIMIENTO. Preparacin de HCl aproximadamente 0.1N. Coloque en un baln aforado de 500mL, aproximadamente 200mL de agua destilada; adicione 4.2mL de HCl concentrado, agite y complete el volumen con agua destilada; homogenice la solucin. 5.5.2 Valoracin de la solucin de HCl. Pese en un vidrio de reloj, con aproximacin a la dcima de mg, 0.11g de Na2CO3 y transldelos a un erlenmeyer de 250mL; disulvalos en 50mL de agua destilada y aada 2 gotas de metil naranja; lave una bureta con agua destilada; para el enjuague final utilice aproximadamente 5mL de la solucin preparada de HCL; posteriormente llene la bureta con la solucin de HCl y adicione el cido al erlenmeyer que contiene el carbonato de sodio, hasta que vire el color de la solucin de amarillo a rojo. Informe la normalidad de la solucin de HCl a partir del promedio de dos valoraciones. Almacene la solucin en un recipiente plstico, anote su concentracin y fecha de valoracin y resrvela para la prctica siguiente. Preparacin de NaOH aproximadamente 0.1N. Hierva durante tres minutos en un vaso de precipitados de 600mL, 500mL de agua destilada; retire el recipiente del fuego, tpelo con un vidrio reloj y enfre a temperatura ambiente.



4

Pese 5g de NaOH en un vaso de precipitados de 100mL; adicione 5mL de agua destilada y disuelva completamente el NaOH; coloque la solucin en u tubo de centrfuga por 10 minutos a 5000rpm. Pese en una cpsula de porcelana 4g de la solucin de NaOH centrifugada y transfrmelos con la ayuda de un embudo y de un frasco lavador a un baln volumtrico de 500mL que contenga aproximadamente 200mL de agua destilada hervida y fra. Disuelva la solucin; complete el volumen con el agua destilada hervida y fra y homogenice. 5.5.4 Valoracin de la solucin de NaoH. Pese 2.0422g de FAP en un vidrio de reloj o introdzcalo con la ayuda de un embudo y de un frasco lavador, en u baln aforado de 100mL que contenga aproximadamente 30mL de agua destilada; disuelva el soluto y complete a volumen; homogenice la solucin. Deposite en un erlenmeyer de 250mL, 25mL de la solucin preparada de FAP; agregue tres gotas de fenolftalena; lave una bureta con agua destilada; para el enjuague final, utilice aproximadamente 5mL de la solucin preparada de NaOH y adicione la base al erlenmeyer que contiene el FAP hasta que una gota de la base coloree la solucin de rosa plido que persista por lo menos 30 segundos. Informe la normalidad a partir del promedio de dos valoraciones con FAP que no difieran en ms de 0.2mL de volumen gastado. Almacene la solucin de NaOH en un frasco de polietileno; anote su concentracin y fecha de valoracin y resrvela para la siguiente prctica. PREGUNTAS Y CALCULOS

Demuestre que para preparar 500ml de HCL aproximadamente 0.1N debe medir 4.2ml de HCL concentrado disponible en el laboratorio. Qu datos necesita conocer del HCL concentrado disponible?. Calcule el nmero de equivalentes de cada una de las muestras de carbonato de sodio. Demuestre que el volumen de agua que se le adiciona al Na2CO3 para disolverla no incide en la cantidad de miliequivalentes. Llene la siguiente tabla y calcule la normalidad de la solucin preparada de HCl; adjunte los clculos respectivos. TABLA DE DATOS

Informacin requerida Peso de Na2CO3 gr. Volumen de HCL consumido (ml)

Ensayo 1

Ensayo 2



5

Normalidad de la solucin de HCL (promedio)

Halle la normalidad de la solucin de FAP preparada. Llene la siguiente tabla y calcule la normalidad de la solucin de NaOH preparada.

adjunte los clculos respectivos. TABLA DE DATOS Informacin requerida Volumen de FAP (ml) Volumen de NaOH consumido (ml) Normalidad de la solucin de FAP Normalidad de la solucin de NaOH (promedio)

Ensayo 1

Ensayo 2

Al efectuar una titulacin de cido fuerte con base fuerte, es una buena prctica colocar el NaOH en la bureta, sea que se trate de la solucin patrn o de la muestra problema; explique la razn. Qu son indicadores cido - base? Haga una tabla en la que se observe el rango de pH de cambio de color y los colores que toman en los cambios, los siguiente indicadores: naranja de metilo, rojo de metilo, verde de bromocresol, fenolftalena y timofenolftaleina. Describa un procedimiento diferente al realizado en la practica para valorar una solucin de NaOH y una solucin de HCL, explique los clculos para hallar la concentracin.

OBJETIVOIdentificar y separar los cationes del primer grupo

INTRODUCCIN



6

Hablando a grandes rasgos podemos decir que los cationes de plata, plomo y mercurio se pueden separar atendiendo a las propiedades caractersticas de solubilidad de sus cloruros. El cloruro de plomo es separado de una mezcla de los tres cloruros mediante su solubilidad total en agua caliente. El de plata y mercurios son separados por sus reacciones caractersticas con el hidrxido de amonio, formando el complejo soluble de in plata y la mezcla de mercurio y cloruro amido mercrico respectivamente.

MATERIAL Y

EQUIPO

Mechero, tripie, tela de asbesto, tubos de centrfuga de 13 x 100, gradilla, pipetas de 1 de 5 y 10 ml., vaso de precipitado y centrfuga

REACTIVOSH20 destilada, HCl 1M y 6M, CH3COONH4 3M, NH4OH 0.5% C20 H14 04 AL 0.5% Concentrado y 6M, HNO3 6M, K2Cr2O4

PROCEDIMIENTO1.-Colocar 1 ml. de muestra problema en un tubo de centrfuga y ver si la solucin es neutra y aadir 2 gotas de HCl 6M. Agitar y dejar reposar durante medio minuto para asegurarse de que la precipitacin es completa y de que la solucin no se ha sobresaturado con PbCl2. Si no hay precipitado, la muestra no contiene Ag + ni Hg +2, aunque puede contener pequeas cantidades de Pb+2. ( si esto sucede en una muestra que contiene solamente elementos del grupo I, se prueba una porcin neutra de 1 ml. Aadiendo 1 gota de CH3COONH4 y 2 gotas de K2Cr2O4. Una turbidez amarilla o un precipitado fino es cromato de plomo. Para confirmar se separa el precipitado por centrifugacin y calentndolo con unas gotas de HCL diluido que disuelve el cromato de plomo. Si la muestra era un problema general, con iones de todos los grupos, la solucin que no precipit con HCl, se usa para el resto del anlisis y en caso de haber plomo precipitar como sulfuro en el segundo grupo.

2.-Si en 1 hubo un precipitado blanco, el tubo se balancea con otro y se centrfuga por 20-60 segundos. El lquido se separa y se guarda en un tubo con tapn para el resto del anlisis o en caso de que se sepa solamente hay iones del grupo I, se neutraliza con NH4OH, se aade acetato de amonio y cromato de potasio para identificar trazas de plomo tal como se hizo en 1.DEPARTAMENTO DE QUIMICO BIOLOGICO Y AGROPECUARIAS


7

3.- El precipitado blanco de 2 puede contener cloruros de Ag + , Pb +2 o Hg2 +2. Lavar el slido con 4 gotas de HCL 1M, centrifugar y descartar el centrifugado. Aadir 1.5 ml. de agua al residuo, colocar el tubo en un bao de agua y mantenerlo caliente durante 3-4 minutos, agitando ocasionalmente con una varilla. Si todo el residuo se disuelve, la muestra solo contiene Pb +2 . Si queda algn residuo, centrifugar mientras todava est caliente y poner el centrifugado en otro tubo. Lavar el residuo con 1 ml. de agua caliente. Centrifugar y aadir el agua de lavado al otro centrifugado. Usar esta solucin en 4 y el residuo en 5. 4.- Al centrifugado de 3, aadir 2 gotas de acetato de amonio y 4 gotas de cromato de potasio y confirma la presencia de plomo. 5.- El residuo de 3 se mezcla con 6 gotas de hidrxido de amonio diluido, se agita y se aaden 4 gotas de agua. Si todo el slido se disuelve y no se observan partculas obscuras, el slido era solo AgCl, proceder a 6. Si el slido cambia de gris a negro, contena Hg2Cl2, pero tambin podra contener AgCl y hay que comprobar esto en la solucin. Centrifugar, separar el centrifugado y aadirle 10 gotas de hidrxido de amonio 1M con el que se lav el Hg2Cl2 y usarlo como se indica en 6. Guardar el residuo para 7. 6.-El centrifugado y lavados de 5 puede contener Ag en forma de Ag (NH3)2CL. Aadir una gota de fenolftalena y despus cido ntrico 6M por gotas hasta que el indicador se decolore y entonces 2 gotas mas. En caso de haber Ag, se forma un precipitado blanco que se vuelve violeta oscuro cuando queda expuesto a la luz solar y esto confirma la presencia de plata. 7.-El residuo negro de 5 es una mezcla de HgNH2Cl con Hg y es suficiente indicacin de la presencia de mercurio. Si se desea una confirmacin. Hgase la prueba 1-1. Si el residuo negro es grande y no se encontr plata en 6, se disuelve dicho residuo en agua regia( Como se indica en la prueba 1-1 la cual produce los cloro complejos, H2AgCl3, H3AgCl4, H2HgCl4, etc. Si se diluye esta solucin precipita AgCl. Puede entonces separarse por centrifugacin, lavarse, disolverse en hidrxido de amonio y probarse como se indica en 6.DEPARTAMENTO DE QUIMICO BIOLOGICO Y AGROPECUARIAS


8

La solucin diluda aguaa regia mercurio, se puede usar para la prueba 1-1 CUESTIONARIO 1.- Qu metal (es) del grupo I forma(n)? a) Un cloruro soluble en agua caliente b) Un cloruro que no se obscurece ni se disuelve con NH4OH 2.- Una empresa industrial necesita una prueba para saber el momento en el cual toda la salmuera (NaCl) ha sido eliminada por lavados en u desminerilizador de aguas Qu pruebas recomendara usted? 3.- Una solucin incolora forma un precipitado blanco con HCl. Parte del slido se disuelve agitando con un gran volumen de agua y el residuo se disuelve con hidrxido de amonio Qu deduce? 4.- Se tiene une muestra slida que contiene partes iguales de polvo de plata, AgCl y PbCl2. Proponga un diagrama de flujo para sacar los componentes de la mezcla

PRACTICA # 2ANALISIS DE CATIONES DEL SEGUNDO GRUPO

OBJETIVOIdentificar y separar los cationes del segundo grupo

INTRODUCCIN



9

As como el primer grupo de cationes se caracteriz por la insolubilidad de sus cloruros, el II grupo tiene como reactivo precipitante el H2S en un medio moderadamente cido (Ph = 3). En este grupo vuelve a aparecer el Pb++, debido a que en el primer grupo precipita solamente una cantidad menos a un miligramo por mililitro de solucin y en el caso del in mercurioso del primer grupo se oxida a mercrico y no precipita como cloruro sino que los hace hasta el segundo como sulfuro.

Para verificar la precipitacin del grupo II es necesario tener en cuenta algunos factores como son: a) b) c) d) e) La acidez ( concentracin de iones hidrgeno) La ionizacin de H2S Las constantes del producto de solubilidad de los sulfuros del II y III grupos. El efecto del in comn en el equilibrio del H2S y La formacin de sales bsicas.

MATERIAL Y EQUIPO

Mechero, tripie, tela de asbesto, vasos de precipitado de 20 y 400 ml.., Tubos de centrfuga 13 x 100 Mm., pipetas de 1 , 5 y 2 ml., centrfuga, vidrio de reloj y goteros.

de

REACTIVOSH20 destilada, tioacetamida,HCl 0.5 M , 6M y conc. , HNO3 6M y conc., H2SO4 Conc.. CH3COONH4 3M, K2Cr2O4 0.5% NH4OH 6M, SnCl2.2H20 0.2M, Anaranjado de metilo, C20 H14 04 AL 0.5%, limadura de fierro, HgCl2, (NH4))2C2O4.2H2O al 0.25M, mezcla magnesiana, papel violeta de metilo y ZnCl4

PROCEDIMIENTO1.- Si la solucin contiene solamente metales del grupo II, comenzar con 1 ml. de muestra y aadir 5 gotas de agua. Si se trata de un problema general, ajustar el volumen del centrifugado del primer grupo de 2 ml., ya sea aadiendo agua o concentrado por ebullicin.

Ambas soluciones probablemente estn ya cidas, pero hay que ajustar su pH a 0.7-0.5 (0.2-0.3 M H+) que es el ptimo para lograr la precipitacin de los sulfuros del grupo II, sin que precipiten los del



10

grupo III Si la solucin es cida, conviene neutralizarlo primero con NH4OH 6M y luego aadir HCl, gota a gota, verificando el pH cada vez con papel de violeta de metilo. Esto se hace poniendo una tira de papel en una placa de porcelana con excavaciones y humedecindolo con la solucin por medio de una varilla de vidrio y comparando el color con el producido por una solucin preparada con 1 ml. de agua y una gota de HCl 6M. El papel no debe meterse directamente en la solucin. Despus del ajuste del ph, el volumen de de la solucin debe de ser aproximadamente 2.5 ml. 2.- Aadir 1 ml. de tioacetamida al 8% ( o saturar la solucin con H2S a temperatura ambiente) y calentar el tubo en bao de agua durante 7 Minutos aproximadamente. Aadir entonces 1 ml. de agua y 12 gotas de tioacetamida y seguir calentando durante otros 2-3 minutos. Los sulfuros del grupo II deben de haber precipitado completamente y encontrarse coagulados en una forma de masa esponjosa. 3.- Centrifugar la mezcla y guardar el centrifugado si contiene iones de los grupos III y IV para analizarlo despus de centrifugar, aadir los lavados al primer centrifugado ( si se sabe que la muestra solo contiene iones de los grupos II, ambos lquidos se descartan). Alcalinizar con NH4OH usando FF como indicador y guardar en un tubo tapado para continuar con el anlisis del grupo III. 4.- El residuo de 3 se agita con una mezcla de 2 ml. de agua,1 gota de tioacetamida y 12c gotas de KOH 6M y se calienta durante 3 minutos en bao de agua, agitando de vez en cuando. Centrifugar y guardar tanto el residuo como el centrifugado. Lavar el residuo con 10 gotas de agua 2 veces y aadir los lavados al centrifugado. Este puede contener cualquiera de o todos los siguientes iones IIB : HgS2-2 , -2 AsS3-3, SnS2-2, SnS3-2, SbS2, SnO2-2, Sb(OH)4, Sn(OH)6, AsO , etc. Asi como OH-.S-2, HS-. Ac-, S2 2 y NH4OH. Ponga esta solucin en un tubo con una etiqueta IIB y consrvelo para el procedimiento II. 5.- El residuo ed 4 puede contener cualquiera de todos los iones IIA en forma de sulfuros : HgS, PbS, Bi2S3, CuS y CdS. Aadir a este residuo 1 ml. de agua y 1 ml. de HNO3 6M y calentar la mezcla agitando en un bao de agua durante 3 minutos. Centrifugar si el residuo es esponjoso y flora, es S y puede tirarse. Si el residuo es negro, se trataDEPARTAMENTO DE QUIMICO BIOLOGICO Y AGROPECUARIAS


11

de HgS y si es blanco es probablemente 2HgS.Hg(NO3)2. Estos residuos se mezclan con el HgS que se obtenga del centrifugado IIB y se analiza segn se indica en 13. Tambin puede haber aqu S finamente dividido de color blanco. 6.- El centrifugado de la solucin ntrica puede contener Pb+2, BiIII, Cu+2 y Cd+2. Pasarlo a un vaso de 20 ml., aadir 6 gotas de cido sulfrico concentrado ye vaporar cuidadosamente en la campana agitando sobre una flama pequea hasta que se desprendan vapores blancos de SO3 y solamente queden unas gotas de de lquido y algunos cristales. Dejar enfriar hasta la temperatura ambiente y entonces aadir lentamente y con mucho cuidado 1.5 ml. de agua agitando para evitar salpicaduras. Si queda un precipitado blanco y cristalino, es probablemente sulfato de Plomo y se confirma en el paso siguiente. 7.- Pasar toda la mezcla a un tibo de ensaye lavando el vaso con 10 gotas de agua. Centrifugar y sacar con una pipeta el lquido sobrenadante para analizar en el los dems iones IIA, como se indica en el paso 8. Lavar el residuo con 5-6 gotas de agua y tirar los lavados. Aadir 15 gotas de acetato de amonio, calentar la mezcla en un bao e agua y agitar. Despus de algunos minutos el residuo debe de haberse disuelto, Centrifugar si queda algn residuo y probar en centrifugado con unas gotas de cromato de potasio. Un precipitado amarillo es cromato de plomo y confirma la presencia de plomo. 8.- El lquido sobrenadante de la primera parte de 7 puede contener BiIII, Cu+2, Cd+2 y H2SO4. Agitando, aadir lentamente NH4OH 15M hasta qu la solucin est alcalina, lo cual se nota por el olor a amonaco y por medio de papel tornasol. Aadir una gota ms . Si la solucin adquiere un color azul intenso, se debe al Cu(NH3)4 y si hay un precipitado blanco es Bi(OH)3: Centrifugar. Use el residuo en 9 y el lquido en 10. 9.- En otro tubo mezclar 2 gotas de SnCl4-2 con 4 gotas de NaOH 6M agitar. El precipitado inicial de Sn(OH)2 se disuelve formando estanito, Sn(OH)4-2. Aadir esta solucin sobre el residuo obtenido en 8, un precipitado negro es Bi metlico y es suficiente prueba de la presencia de este metal en la solucin original.DEPARTAMENTO DE QUIMICO BIOLOGICO Y AGROPECUARIAS


12

10.-El centrifugado de 8 contiene cobre si la solucin es azul. Si no, se puede proceder directamente a la prueba del cadmio aadiendo 68 gotas de tioacetamida, 6-8 gotas de agua calentando durante 5-10 minutos en bao de agua. Si se forma un precipitado amarillo es suficiente evidencia para identificar al cadmio porque el CdS es el nico sulfuro amarillo de grupo II que es insoluble en KOH 6 M. Si hay cobre, es necesario eliminarlo o transformarlo en complejo de manera que no interfiera con las pruebas para cadmio (usar el procedimiento que sigue para eliminar el cobre): Colocar un ml de la solucin en un crisol, acidificar con HNO3 diluido y aadir dos gotas ms. Evaporar lentamente en la campana de extraccin y calcinar por varios minutos hasta eliminar las sales de amonio. Dejar enfriar, aadir una gota de HNO3, 1 ml de agua y 8 gotas de NH4OH6 M, 1ml de tartrato de sodio y potasio. Pasar la mezcla a un tubo y centrifugar. El precipitado blanco es Cd (OH)2, la solucin azul es un complejo cobre-tartrato y este color confirma la presencia de Cu. Lavar dos veces el residuo con agua, descartar los lavados, suspender el residuo en 1 ml de agua, aadir i gota de NaOH, 6-1 gotas de tioacetamida y calentar en bao de agua. Un precipitado negro (CdS) es prueba positiva del cadmio. AQU TERMINA EL PROCEDIMIENTO IIA 11.-A la solucin alcalina y lavados de 4 , aadir una gota de anaranjado de metilo y suficiente HCL 6M para obtener un color anaranjado, (pH = 4), entonces agregar 3 gotas de tioacetamida y calentar en bao de agua durante 5-8 minutos agitando ocasionalmente . Centrifugar, descartar el centrifugado y conservar el residuo para 12. Si no se forma residuo definido sino que la solucin solamente se vuelve lechosa, se debe q que hay muy pequeas cantidades de iones IIB. En este caso, se aaden 10 gotas de HNO3 diluido, se evapora y el residuo se disuelve en HCl diluido, se reparte en varios tubos y se analizan segn los experimentos preliminares para As, Sb y Sn haciendo las pruebas II4,,II-5,,,II-6 y II-7 que son suficientemente sensibles para detectar pequeas cantidades.



13

12.-El residuo de II puede contener HgS, As2S3, Sb2S3, SnS2 y S. El color debe de dar al estudiante indicaciones de los metales presentes. Tratar el slido con 1 ml. de HCl 6M, agitar y calentar durante 3-5 minutos y centrifugar. El residuo puede contener sulfuro mercrico negro, sulfuro arsenioso amarillo y azufre. El centrifugado puede contener SbCl4- y SnCl6-2, pasarlo a otro tubo y probarlo de acuerdo al paso 15. La mezcla HgS-As2S3-S se lava con 1 ml. de agua, se descarta el lavado y el residuo se mezcla con 10 gotas de NH4OH 6M, 5 gotas de agua oxigenada al 3% y se calienta en bao de agua durante 4-5 minutos agitando. Aadir 1 ml. de agua, agitar y centrifugar. Si el residuo es negro es HgS, el centrifugado puede contener AsO4-3. Conservar el residuo para 13 y el centrifugado para 14. 13.-Mezclar el HgS de 12 con el residuo de 5. Aadir 8 gotas de HCl Concentrado, 3 gotas de HNO3 y calentar en bao de agua agitando. Despus de 3-4 minutos pasar la solucin a un vaso de 10 ml. y evaporarlo lentamente en la campana hasta obtener un residuo hmedo, no evapore hasta sequedad. Aadir 8 gotas de solucin de SnCl4-2. Un precipitado gris (Hg2Cl2+ Hg) indica que la solucin original contena Hg-2 . 14.-Al centrifugado de 12 puede contener AsO4-3 se le aaden 6 gotas de mezcla magnesiana. Un precipitado blanco y cristalino (NH4MgAsO4) indica arsnico 15.-El centrifugado de 12 puede contener los cloro-complejos solubles de Sb y Sn, se hierve cuidadosamente durante v arios minutos para hidrolizar restos de tioacetamida y eliminar H2S. La solucin se diluye a un volumen total de unos 2 ml. se reparte en 2 tubos y se investiga como sigue: Tubo 1.- Aadir limaduras de fierro, 2 gotas de HCl concentrado y calentar. El Fe reduce Sn IV a SnII y SbV a SbIII, este ltimo precipita en forma de partculas de color negro. Tubo 2.-Si no se encontr estao, diluir la solucin a 3 ml. de agua, aadir 4-5 gotas de tioacetamida y calentar en bao de agua. Un



14 Si se encontr

precipitado anaranjado (Sb2S3) indica antimonio. estao, hacer las dos pruebas siguientes: Prueba. Identificacin de Sn a la flama.

Coloque 10 gotas de solucin de Sn IV en un tubo y aadir aproximadamente 100 mg de Fe en polvo y 4-6 gotas de HCl dil. Dejar que la reaccin proceda por 5 minutos para que el Sn IV se reduzca a Sn II. Poner unas gotas de la solucin en la tapa de un crisol de manera que humedezca toda la superficie y luego invertir la tapa sobre la flama de un mechero. Observe el color azul brillante que adquiere la flama. Esta prueba es positiva para el Sn. CUESTIONARIO 1.- Demuestre por medio de clculos , cuantas gotas (20 gotas = 1 ml.) de solucin al 8% de tiocetamida se necesitan para precipitar 10 mg. De Cu en forma de CuS. 2.- Qu in(es) del grupo II : a) Forma sulfuros negros b) Forma sulfuros amarillos c) Se encuentra en el grupo IIA y IIB

PRACTICA # 3ANALISIS DE CATIONES DEL TERCER GRUPO



15

OBJETIVOIdentificar y separar los cationes del tercer grupo

INTRODUCCIN

Este puede llamarse el grupo del acero. Todos los elementos excepto el Zn son importantes en la fabricacin del acero. El vanadio que procede inmediatamente al cromo en el arreglo peridico de los elementos, es igualmente, es igualmente importante en la fabricacin del acero. Cr, Mn, Co y Ni son los elementos de transicin del cuarto perodo (K al Kr) en los grupos VI, VII y VIII. Estos elementos de transicin son caracterizados por sus cambios de valencias y por los colores intensos en muchos de sus iones.Todos los miembros de este tercer grupo analtico tienen sulfuros ( o hidrosulfuros) demasiado solubles para poder ser precipitados por el H2S en medio cido, por lo cual ellos no precipitan en el II grupoMATERIAL Y EQUIPO

Mechero, tripie, tela de asbesto, vasos de precipitado de 20 y 400 ml.., Tubos de centrfuga 13 x 100 mm, pipetas de 1 , 5 y 2 ml., centrfuga, gradilla, vidrio de reloj y goteros.

de

REACTIVOSH20 destilada, aluminon, CH3COOH 6M, HCl 6M, HNO3 6M y conc., NH4OH 6 y 15M, NH4Cl 2M, (NH4)2S al 7% H2O2 al 3%, K4Fe(Cn)6.3H2O al 0.3%, BaCl2.2H2O 1M, NaOH 6M , KCnS 0.5M, H3PO4 6M, NaBiO3 slido, dimetilglioxima al 1%, Acetona y FF al 0.5%

PROCEDIMIENTO



16

1.- Si se sabe que la solucin contiene solo metales del grupo III, diluir 1 ml. de la muestra con 2 ml. de agua. Aadir 8 gotas de cloruro de amonio y calentar en bao de agua. Despus de varios minutos aadir gradualmente NH4OH 15M agitando y continuar hasta que la solucin se vuelva alcalina (hasta que que produzca color rojo con FF en un vidrio de reloj). Adir 8-10 gotas de (NH4)2S al 7% continuando la agitacin y el calentamiento durante 2-3 minutos, entonces centrifugar. El lquido se descarta y el residuo se analiza como se describe en 3.

2.- Si la muestra es un problema general, el centrifugado de la parte 3 es la solucin que debe usarse. Como ya contiene acetato de amonio y tioacetamida sin hidrolizar, el procedimiento difiere un poco de 1 . Calentar la solucin en bao ed agua, aadir 4 gotas de NH4Cl y despus NH4OH 15M agitando hasta que la solucin est alcalina. Despus de unos minutos, aadir 2 gotas de sulfuro de amonio hasta completar la precipitacin. Lavar el agitador de vidrio y las paredes del tubo con unas gotas de agua, centrifugar y conservar el centrifugado para analizar los grupos IV y V. Lavar el residuo con una mezcla de 1 ml. de agua y 4 gotas de cloruro de amonio, centrifugar y tirar el lquido de lavado. El residuo se analiza como se indica en 3.

3.- El residuo de 1 y 2 puede ser una mezcla de Fe(OH)3, Cr(OH)3, Al(OH)3, CoS, NiS, FeS, ZnS y MnS. Aadirle 1 ml. de cido ntrico 6M y agitar mientras se calienta en bao de agua. Si el precipitado no se disuelve(puede quedar sin disolver un poco de azufre que generalmente forma una masa esponjosa que flota), aadir otras 10 gotas de cido y seguir calentando. Eliminar el S y pasar la solucin a un vaspo de 20 ml. enjuagando el tubo con un poco de agua. Evaporar lentamente en la campana hasta que el volumen de la solucin sea de 6-8 gotas (caliente con cuidado para evitar salpicaduras y la evaporacin total del lquido). Pasar la solucin a un tubo y enjuagar el vaso con porciones de medio ml. de agua. Calentar en bao de agua y aadir NaOH 6M hasta alcalinizar y despus 8 gotas mas. Aadir 10-12 gotas de H2O2 al 3%, mezclar y mantener caliente el tubo durante 4-5 minutos ms. Centrifugar. Poner el lquido en un vaso de 20 ml. y guardarlo para 5. Lavar el residuo 2-3 veces con 1 ml. de agua caliente cada vez, combinando el primer lquido de lavado con el centrifugado y descartando los dems. Analizar los residuos como se describe en 4. 4. El residuo es del grupo 3 A y puede contener cualquiera combinacin de Fe(OH)3, Ni(OH)2, Co(OH)3 y MnO2. Pasar la mezcla a un vaso de 20 ml. usando 30-40 gotas de HNO3 6M. Calentar cuidadosamente con una flama pequea, aadir 4-6 gotas de perxido de hidrgeno al 3% Y hervir la solucin. Si el residuo no se ha disuelto completamente en unos minutos, aadir un poco mas de H2O2 y HNO3. Dejar enfriar, aadir 2 ml. de agua y dividir la solucin en 4 tubos:



17

Tubo 1.-Aadir 3 gotas de solucin de SCn-. Un color rojo intenso (prueba III-1) indica que hay fierro. Un color rojo claro se reporta como trazas de fierro. Tubo 2.-Si ha fierro precipitarlo completamente con NH3 15M, centrifugar y neutralizar el centrifugado con cido actico 6M. Aadir 6 gotas de dimetilglioxima y una de NH4OH. Un precipitado rojo brillante indica que hay niquel. Revise la prueba III-2. Si en el tubo 1 no fue positiva la prueba de fierro, neutralizar con cido actico e NH4OH y proceder como antes con el reactivo orgnico seguido por una gota de NH4OH.

Tubo 3.-Si hay fierro aadir 3 gotas de SCn- y luego decolorar con H3PO4 6M: Aadir otra gota de SCn- y 5 gotas de acetona. Si esta se colorea de azul hay cobalto. Si en el tubo 1 fue negativa la prueba para fierro, se omite el cido fosfrico. Tubo 4.- Aadir 3 gotas de cido fosfrico concentrado, 3 gotas de HNO3 conc., calentar y aadir un poco de bismutato de sodio slido. Un color rojo a prpura indica manganeso (prueba IIIA).

AQU TERMINA EL PROCEDIMIENTO IIIA

5.-El centrifugado de 3 puede contener cualquier combinacin de Al(OH)4-, Zn(OH)4-2 y CrO4-2. Hervir durante 1 min. Entonces aadir HNO3 concentrado hasta acidificar, transferir a un tubo y aadir NH4OH concentrado para alcalinizar fuertemente. Un color amarillo indica CrO4-2 y un precipitado floculento es Al(OH)3. Centrifugar y guardar el lquido para 7 y el residuo para 6.

6.-Lavar el residuo con 2 ml. de agua caliente y tirar los lavados. Redisolver el residuo en unas gotas de cido actico 6 M, aadir 1 ml. de agua, 4 gotas de aluminn y calentar en bao de agua. Cuando ya la solucin este caliente, aadirle unas gotas de NH4OH 3M hasta hacerla neutra o ligeramente alcalina. Un precipitado rojo confirma aluminio como en la prueba III4.

7.-El centrifugado de 5 contiene CrO4-2 solamente si es amarillo. Pero tambin puede contener Zn(NH3)4+2 que es incolora. Si la solucin no tiene color,neutralizarla con CH3COOH 6M y aadir 2 gotas adicionales, entonces 6 gotas de K4Fe(Cn)6 Un precipitado blanco indica Zn (prueba III4).



18

Si el centrifugado de 5 es amarillo, neutralizarlo con CH3COOH aadir unas gotas de BaCl2 hasta que la precipitacin de BaCrO4 sea completa y al centrifugar, el lquido sea incolora. Este lquido se usa en 8. El residuo amarillo demuestra la presencia de cromo en la muestra. Este elemento puede confirmarse empleando la prueba III-5.

8.-Trate el centrifugado con 2 gotas de CH3COOH

y 6 de K4Fe(Cn)6 . Residuo blanco indica Zinc.

CUESTIONARIO1.-Cmo se podra analizar una lmina metlica para saber si es de aluminio o es de estao?

2.-El HNO3 se puede transportar en tanques de aluminio. Diga porque no se puede hacer lo mismo con el HCL

PRACTICA # 4



19

PREPARACIN Y ESTANDARIZACION DE HIDROXIDO DE SODIO

OBJETIVOAdquirir prctica en preparar soluciones, as como estandarizacin frente a una sustancia estndar primaria.

INTRODUCCIONEl mtodo volumtrico es una de las divisiones principales de la Qumica Analtica y que los clculos que aqu se realizan se basan en la simples relaciones estequiomtricas de las reacciones qumicas. En este mtodo se utilizan procesos, uno llamado estandarizacin que es la adicin, por medio de una bureta, en forma creciente con una solucin de concentracin conocida. Y otro que es la titulacin que se refiere al proceso en el cual se mide la cantidad de volumen requerido para alcanzar el punto de equivalencia.

MATERIAL1 envase de polietileno de 1 litro Balanza analtica Soporte Universal Pinza para bureta Bureta 25ml Pipeta volumtrica de 10 ml 3 Matraz E.M. 125 ml. 1 parilla elctrica 1 matraz de aforacin de 1 litro 1 pesa filtro 1 estufa elctrica 1 termmetro 1 desecador

REACTIVOS

Fenoftaleina Agua destilada

Hidrxido de sodio Ftalato cido de potasio



20 Preparacin de disoluciones Objetivos

Preparacin de disoluciones a partir de solutos slidos. Preparacin de disoluciones a partir de otras disoluciones.

IntroduccinLas disoluciones son mezclas homogneas. Las disoluciones binarias tienen dos componentes: disolvente (el mayoritario o el que da aspecto a la disolucin) y soluto (el minoritario). Las disoluciones ms frecuentes son aquellas cuyo disolvente es el agua, llamadas disoluciones acuosas. La concentracin de una disolucin puede expresarse de diferentes formas:

Gramos por litro: g/L = Porcentaje en masa: % en masa de soluto = Fraccin molar: xsoluto = Molaridad: M = Normalidad: N = Molalidad: m =x 100

Materiales y reactivosMateriales:

Pipetas de 1, 5 y 10 cm3. Matraces aforados de 100 y 250 cm3. Tapones de plstico. Balanza. Vidrio de reloj. Cucharilla. Varilla de vidrio maciza. Frasco lavador.

Reactivos:

Agua destilada Cloruro de sodio. Sulfato de sodio. Carbonato de sodio.



21

cido sulfrico comercial. cido clorhdrico comercial. cido ntrico comercial. Hidrxido de sodio.

Descripcin de la tcnicaPreparacin de una disolucin a partir de un soluto slido El primer paso ser pesar la cantidad necesaria de soluto. Pero antes de pesar debemos asegurarnos que el fiel de la balanza marque cero. En caso contrario, se ajustar. Las sustancias a pesar nunca se echan directamente sobre los platillos, sino sobre papel de filtro o un vidrio de reloj, que deben encontrarse escrupulosamente limpios y secos. Para sacar el slido del recipiente que lo contiene utilizaremos una esptula perfectamente limpia y seca. Una vez pesado se pone en un vaso de precipitados con la menor cantidad posible de agua destilada (enjuagar con agua destilada el vidrio de reloj echando este agua en el vaso). Se disuelve agitando con una varilla de vidrio y se vierte en el matraz aforado. Enjuagamos con agua destilada el vaso y echamos este agua al matraz aforado. Se aadir agua con el frasco lavador hasta que el nivel haya subido casi hasta el cuello del matraz, pero no dentro del mismo. A continuacin se agita de modo que el lquido se mezcle bien. Se sigue aadiendo agua hasta que falte como un centmetro, para la marca de enrase. Por ltimo, con un gotero y gota a gota, el matraz se llena de agua destilada hasta el enrase. El enrase se considera bien realizado cuando el menisco que forma el lquido queda tangente, por encima, a la marca de enrase. Preparacin de una disolucin a partir de una disolucin de cido concentrado comercial Con un frasco lavador llenamos de agua destilada la mitad del matraz aforado. Utilizando una pipeta graduada con un mbolo o una bureta se toma la cantidad necesaria del cido concentrado comercial, que se vierte en el matraz aforado. A continuacin, se agita para que el lquido se mezcle bien y se vuelve a aadir agua hasta que el nivel suba casi al cuello del matraz, pero no dentro del mismo. Se agita nuevamente para mezclar bien. Se sigue aadiendo agua hasta que falte como un centmetro, para la marca de enrase. Por ltimo, con un gotero y gota a gota, el matraz se llena de agua destilada hasta el enrase. El enrase se considera bien realizado cuando el menisco que forma el lquido queda tangente, por encima, a la marca de enrase.

Desarrollo1. Preparar 250 cm3 de disolucin 0.6 M de cloruro de sodio en agua. 2. Preparar 100 cm3 de disolucin de hidrxido de sodio en agua al 6%, suponiendo que la densidad de la disolucin es prcticamente la del agua pura.



223. Preparar 250 cm3 de disolucin de sulfato de sodio en agua de concentracin 15 g/L. 4. Preparar 100 cm3de disolucin 0.3 N de carbonato de sodio en agua. 5. Preparar 100 cm3 de disolucin 2 N de cido sulfrico a partir de cido sulfrico comercial. 6. A partir de la disolucin n 5, preparar 100 cm3de otra disolucin 0.2 M de cido sulfrico. 7. Preparar 100 cm3 de disolucin 0.5 M de cido clorhdrico a partir de cido clorhdrico comercial. 8. A partir de la disolucin n 7, preparar 250 cm3de otra disolucin 0.05 N de cido clorhdrico. 9. Preparar 250 cm3 de disolucin 0.1 N de cido ntrico a partir de cido ntrico comercial.

ClculosDisolucin n 1: Calcula los gramos de cloruro de sodio necesarios para preparar la disolucin nmero 1. Disolucin n 2: Calcula los gramos de hidrxido de sodio necesarios para preparar la disolucin nmero 2. Disolucin n 3: Calcula los gramos de sulfato de sodio necesarios para preparar la disolucin nmero 3. Disolucin n 4:



23Calcula los gramos de carbonato de sodio necesarios para preparar la disolucin nmero 4. Disolucin n 5: Calcula el volumen de cido sulfrico comercial necesario para preparar la disolucin nmero 5, partiendo de la densidad y la riqueza del mismo. Disolucin n 6: Calcula el volumen de la disolucin nmero 5 necesario para preparar la disolucin nmero 6. Disolucin n 7: Calcula el volumen de cido clorhdrico comercial necesario para preparar la disolucin nmero 7, partiendo de la densidad y la riqueza del mismo. Disolucin n 8: Calcula el volumen de la disolucin nmero 7 necesario para preparar la disolucin nmero 8. Disolucin n 9: Calcula el volumen de cido ntrico comercial necesario para preparar la disol



24TITULACIN CIDO BASE cido + Base Sal + agua Resumen En los programas institucionales una de las temticas sealan el estudio de las sales y sus mtodos de obtencin siendo uno de ellos la neutralizacin de una cido con una base. Cundo un cido reacciona con una base para formar una sal y H2O, el proceso se llama reaccin de neutralizacin. Sin embargo el uso de reactivos y solventes en un laboratorio escolar o industrial provoca que el grado de contaminacin a la ecologa cada vez sea ms alarmante y es tiempo de que tribuyamos a mejorarlo con un pequeo esfuerzo de nuestra parte, utilizando pequeas cantidades de sustancias qumicas en la experimentacin. Para resolver ese problema se propone hacer investigaciones utilizando la qumica en microescala pero con materiales que se tengan en la casa o de fcil adquisicin contribuyendo tambin con esto a que las escuelas que no cuenten con un laboratorio qumico puedan realizar sus practicas curriculares. En este trabajo se presenta la construccin de un prototipo a microescala que rene estos propsitos. Los objetivos de la investigacin fueron los siguientes: r Fomentar el uso de la qumica en microescala r Contribuir al cuidado de la ecologa r Preparar indicadores de col morada y jamaica, comprobar los cambios que experimentan los indicadores frente a las sustancias cidas y bsicas. r Titular una solucin 0.1 N de NaOH con HCl 0.1 N. r Propiciar que las escuelas de provincia que no cuentan con un laboratorio de qumica logren realizar sus prcticas con estas ideas. La neutralizacin se logro mediante la reaccin entre un cido fuerte y una base fuerte, donde adems de la sal se obtuvo como producto de la reaccin agua y una pequea cantidad de calor (no se cuantifico). El dispositivo para llevar a cabo la titulacin es muy sencillo puede construirse en el saln, en el laboratorio o en la casa. Los materiales los tenemos a la mano y muchos de ellos son de reuso, las cantidades de reactivo que se usan en este prototipo son tan pequeas que prcticamente no contaminan. Desde el punto de vista econmico, no se puede comparar el precio del prototipo a microescala con el



25dispositivo de laboratorio para titular, debido a que el primero prcticamente no cuesta nada debido al tipo de materiales que se utilizan. Por tal motivo las escuelas tanto publicas como privadas pueden contribuir a la reutilizacin de materiales de desecho para ser empleados a nivel microescala y con esto al cuidado del medio ambiente. Planteamiento del problema 2 Las sales son muy abundantes en la naturaleza. La mayor parte de las rocas y minerales del manto terrestre son sales de uno u otro tipo. Tambin se encuentran gigantescas cantidades de sales disueltas en ocanos. Se puede considerar que las sales son compuestos que se han preparado con cidos y bases. Consisten en iones metlicos de amonio positivos (sin el H+ ) combinados con iones no metlicos negativos ( excluyendo al OH- y al O2- ). El ion positivo es la parte de la base, y el ion no metlico es la parte del cido. Teora de Brnsted-Lowry Una teora muy satisfactoria sobre cidos y bases es la que formularon en 1923 el qumico dans Johannes Brnsted y, paralelamente, el qumico britnico Thomas Lowry. Esta teora establece que los cidos son sustancias capaces de ceder protones (iones hidrgeno H+) y las bases sustancias capaces de aceptarlos. Los mtodos de obtencin de sales en el laboratorio son: r metal + no metal sal r metal + cido sal + hidrgeno r sal 1 + sal 2 sal 3 + sal 4 r cido + base sal + agua Las contribuciones del estudio de la qumica a la cultura bsica del estudiante se basa en su caracterstica de ciencia experimental, y prepara a los estudiantes en el conocimiento y las formas de trabajo propias de la investigacin en esta disciplina como el anlisis y la sntesis, en el desarrollo de los procesos intelectuales y de maduracin cognitiva. En los actuales mtodos de la enseanza de qumica se hace nfasis en el trabajo de laboratorio pero en base a los tiempos, el presupuesto para las instituciones es cada vez menor. Es por eso que debemos poner a prueba nuevas ideas y una de ellas es la de usar en el trabajo experimental una qumica a nivel de microescala y con materiales de desecho y que sean de fcil adquisicin.



26Algunas ventajas de utilizar la qumica en microescala son: r Se emplea material de fcil adquisicin. r Los costos de fabricacin son muy bajos. r Son de fcil mantenimiento y de reposicin de material. r Los experimentos pueden realizarse en el aula, el laboratorio o en la casa. r El gasto de reactivos se minimiza. r La exposicin de materiales potencialmente txicos es drsticamente reducida. r La calidad del aire en el laboratorio es mejorada notablemente. r La produccin de desechos qumicos es casi eliminada. r Los experimentos se pueden disear con sustancias que pueden encontrarse fcilmente. r El trabajo en el laboratorio en microescala no slo resulta una alternativa ms para desarrollar un curso prctico sino que tambin aumenta la calidad y el manejo de desechos qumicos queda con muy bajo ndice de prdidas. r Tambin permite la introduccin de nuevos experimentos, muchos de ellos que tradicionalmente son costosos se pueden realizar empleando esta tcnica. r Las actividades que se realizan reflejan la intencin acerca de la enseanza de la nueva qumica para elevar la calidad de la educacin cientfica. r Las actividades son tan interesantes cuando fabrican su equipo para sus experimentos que se convierte en una estrategia motivante. Objetivos Por los motivos expuestos, el trabajo desarrollado tuvo como propsitos: r Construir un prototipo a nivel microescala para la obtencin de sales a partir de la reaccin de un 3 cido fuerte con una base fuerte y un indicador casero. r Establecer las ventajas que tiene el uso de la qumica en microescala con materiales de desecho y de fcil adquisicin. Marco terico La titulacin es el proceso de medir el volumen de un reactivo que se necesita para reaccionar con una masa o volumen medidos de otro reactivo. De los mtodos de obtencin de sales ya mencionados se ha elegido el de titulacin cido - base para su experimentacin. El presente trabajo se ha dividido en dos partes. La primera se refiere a la parte terica y la segunda a los materiales , procedimientos y reacciones que se llevan a cabo en la obtencin de sales. Primera parte PH : El concepto de PH se basa en la relacin entre los iones hidrgeno y los iones hidrxido en el agua. El trmino PH significa potencia de ion hidrgeno, donde potencia se refiere a una potencia



27matemtica (exponente) de base 10. PH = - log [ H3O+]

Escala de Concentraciones pHConcentraciones de iones de hidrgeno (H3O+) comparadas con agua destilada pH Soluciones que tpicamente tienen este pH H3O+ OH10,000,000 pH = 0 cido de batera 1 x 100 1 x 10-14 1,000,000 pH = 1 cido estomacal 1 x 10-1 1 x 10-13 100,000 pH = 2 jugo de limn, vinagre 1 x 10-2 1 x 10-12 10,000 pH = 3 toronja, jugo de naranja, gaseosas 1 x 10-3 1 x 10-11 1,000 pH = 4 jugo de tomate, lluvia cida 1 x 10-4 1 x 10-10 100 pH = 5 caf negro, agua de lluvia 1 x 10-5 1 x 10-9 10 pH = 6 orina, saliva 1 x 10-6 1 x 10-8 1 pH = 7 agua "pura" 1 x 10-7 1 x 10-7 1/10 pH = 8 agua de mar 1 x 10-8 1 x 10-6 1/100 pH = 9 bicarbonato 1 x 10-9 1 x 10-5 1/1,000 pH = 10 leche magnesia 1 x 10-10 1 x 10-4 1/10,000 pH = 11 amonaco 1 x 10-11 1 x 10-3 1/100,000 pH =12 agua jabonosa, cloro 1 x 10-12 1 x 10-2 1/1,000,000 pH = 13 limpiador de hornos 1 x 10-13 1 x 10-1 1/10,000,000 pH = 14 limpiador lquido de drenajes 1 x 10-14 Los indicadores son sustancias generalmente orgnicas que tienen la propiedad de dar un color determinado al variar la concentracin de iones hidronio, y se utilizan para determinar aproximadamente , el pH de una solucin a continuacin se listan algunos de los indicadores cido base; si el qumico hace una cuidadosa seleccin, podr determinar un valor de pH con gran exactitud. Tabla de indicadores Indicadores Intervalo de pH Cambio de color Violeta de metilo 0.2 - 2.0 Amarillo a violeta 4 Naranja de metilo 3.1 - 4.0 Rojo a Amarillo Azul de Bromofenol 3.0 - 4.6 Amarillo a Azul Rojo de metilo 4.2 6.0 Rojo a Amarillo Tornasol 4.5 - 8.3 Azul a Rojo Prpura de Bromocresol 5.2 6.8 Amarillo a prpura Azul de Bromotimol 6.0 7.6 Amarillo a Azul Rojo Fenol 6.8 8.4 Amarillo a Rojo Prpura de Micresol 7.6 9.2 Amarillo a prpura Fenolftaleina 8.3 10.0 Incoloro a rojo intenso Amarillo de Alizarina 10.1 12.0 Amarillo a Violeta Carmn de ndigo 12.0- 14.0 Azul a Amarillo



28Comnmente para observar todos los intervalos de pH se utiliza el indicador universal, que es una mezcla de varios indicadores. La col roja se llama indicador debido a que indica la presencia de iones de hidroxilo al cambiar de su color prpura plido a azul- verde. El jugo de col roja indica la presencia de iones hidrgeno al cambiar de prpura plido a rosa. La configuracin de las molculas del jugo hace que la luz prpura sea reflejada, haciendo que el lquido parezca de color prpura. La presencia de iones de hidrgeno o hidroxilos cambia la forma de las molculas del jugo; la luz reflejada por las molculas se cambia ; el color del jugo cambia. La flor de jamaica tambin se puede utilizar para estos fines. Solucin Preparacin Valor de PH (aproximado) 1 5mL. de cido clorhdrico en 5mLde extracto de repollo rojo. 1 2 5 mL.. de agua destilada + 5 gotas de vinagre blanco + 5 mL. de extracto de repollo rojo. 3 3 5 mL. de alcohol + 5 mL. de extracto de repollo 5 4 5 mL. de agua destilada + 5 mL. de extracto de repollo rojo. 6 5 5 mL. de agua destilada + 1 gota de detergente con amoniaco + 5 mL. de extracto de repollo rojo 9 6 5 mL. de agua destilada + 5 gotas de detergente + 5 gotas de extracto de repollo rojo 11 7 5 mL. de solucin diluida de hidrxido de sodio + 5 mL. de extracto de repollo. 12 Segunda parte Titulacin o valoracin . Este mtodo sirve para determinar volumtricamente la concentracin de una sustancia especfica en una solucin , aadiendo una solucin de concentracin conocida hasta que la reaccin sea completa; esto se indica usualmente por un cambio de color en un indicador o por mediciones elctricas. En las titulaciones cido- base se mide una solucin de un cido y se agrega gota a gota una solucin de una base hasta que se neutraliza exactamente. 5



29La concentracin del cido o de la base se calcula utilizando la relacin entre el producto del volumen por la normalidad , que es igual para todas las soluciones que reaccionan completamente. V cido x N cido = V base x N base Esta ecuacin es una expresin del principio de equivalencia . Recordemos que. Normalidad = Nm. equivalente Volumen Puesto que un equivalente de cualquier cido neutralizar el equivalente de cualquier base, se comprende que cualquier nmero de equivalentes de cido neutralizar exactamente el nmero de equivalentes de una base. Nm. Equivalente cido = Nm. Equivalente base El nmero de equivalentes de una sustancia en solucin es igual a la normalidad por el volumen . Nm. Equivalente = N x V La ecuacin del Principio de equivalencia nos permite el calculo de la normalidad o del volumen de un cido o una base Ejemplo. Cul es el volumen de cido clorhdrico HCl 0.5 N que se requiere para neutralizar 20 ml de una solucin 0.3 N de hidrxido de sodio NaOH? Datos. NHCl = 0.5 eq. / l Frmula: Sustitucin VHCl = ? V ax N a= V bx N b V HCl =20 ml x 0.3 eq. / l 0.5 eq. / l V NaOH = 20 ml Despeje: V HCl = 12 ml N NaOH = 0.3 eq. / l V a= V bx N b Na Hiptesis La reaccin de neutralizacin se encuentra reportada en la bibliografa. Prcticamente en todos los libros de qumica inorgnica, sealando tambin el tipo de indicador que se debe utilizar as como el cambio de color que se presenta en el proceso. Respecto al uso de pequeas cantidades de reactivos y el tipo de materiales que se utilizan resulta demasiado econmico y su uso en microescala contribuir al cuidado de la ecologa. Desarrollo La investigacin realizada fue documental y experimental. En la documental se recabaron datos sobre



30las reacciones de neutralizacin, as como el uso de indicadores para este tipo de titulaciones. El anlisis de la informacin recabada permiti el desarrollo de la actividad experimental y lograr los objetivos del uso de la qumica en microescala. De acuerdo con nuestros objetivos, pretendimos llevar a cabo la reaccin de neutralizacin a partir 6 de cido clorhdrico de concentracin 0.1N , hidrxido de sodio 0.1N y con indicadores orgnicos como col morada , hojas de flor de jamaica y con indicador de Fenolftaleina. Procedimiento Material Sustancias 1 caja de chocolates Ferrero Rocher (vaca) de dimensiones 20x 5 x 5 cm Solucin 0.1 N de NaOH 1 jeringa de 10 ml y 3 ml Solucin 0.1 N de HCl 1 Tazo o tarjeta telefnica Alcohol 2 imanes redondos del # 2 4 hojas de col morada 1 cassete 10 gramos de jamaica 1 tramo de vstago de 20 cm de largo de 3/16 cuerda corrida Indicador de fenolftaleina 4 rondanas 3/16 4 tuercas 3/16 2 tuercas mariposas 3/16 1 pinza caimn de 8 cm de longitud 1 interruptor ( push) 1 porta pila de 2 2 tramos de cable calibre 22 de 20 cm. 4 tapones de bial 1 vaso dosificador 1 pedazo de imn 1 pila de 1.5 volts 3 vasos para gelatina # 0 1 pistola de silicn Construccin de dispositivo ( titulador ) 1.- Con la ayuda de un desarmador quitar las puntas de uno de los orificios del cassete, para que pueda entrar libremente un tramo de vstago 2.- la jeringa de 3 ml se corta a una distancia de 3 cm. a partir de la base de sta 3.- Colocar el tramo de jeringa por el lado de la aguja (la cual previamente se le quito) en el orificio opuesto al que se le quitaron las puntas y sllelo con silicn . 4.- Conectar al motorcito los tramos de cable en sus conexiones (+) y (-) y encintar. 5.- En la parte superior del tramo de jeringa de 3 ml se coloca el motor y se sella con silicn deje secar.



316.- Marcar un punto en la parte central del tazo y hacerle una perforacin con el punzn e insertarlo en el vstago del motor 7.- Pegar 2 imanes redondos a uno y otro lado del dimetro del tazo. 8.- Pegar el cassete dentro de recipiente ( caja de chocolates) con silicn ,orientando el orificio del cassete opuesto a donde se pego el tramo de jeringa de 3 ml hacia una de las paredes de dicha caja. 9.- Realizar una perforacin por la parte inferior del recipiente que coincida con el orificio del cassete que se encuentra mas cercano a la pared de la caja. 10.- Tambin efectu una perforacin en la tapa del recipiente ,procurando que coincida con la perforacin inferior del mismo 7 11.- Colocar 4 tapones de bial en cada esquina de la parte inferior del recipiente las cuales tendrn la funcin de soporte 12.- Introducir el vstago de 20 cm de cuerda corrida que atraviese todo el recipiente y sujetar con rondanas y tuercas 13.- Hacer dos perforaciones pequeas con el punzn caliente a la pared cercana a donde se encuentra el vstago de 20 cm. sacar por stos los cables del motor. 14.- Unir los cables a la pila y al interruptor ,los cuales se pegan con silicn en el recipiente. 15.- Sujetar la jeringa de 10 ml con un caimn de 8 cm de longitud y a su vez sujetarlo al tornillo de 20 cm. con rondanas y tuercas mariposa de 3/16. 16. Utilizar el vaso dosificador. figura 1. Titulador cido - base Actividad experimental. Extraccin de indicador de col morada Se utilizan 5 hojas de una col morada , se cortan en pedazos pequeos y se colocan en un recipiente de plstico ( envase de refresco) y se procede a incorporarle 200 ml de alcohol etlico se cierra el recipiente , procediendo a efectuar una agitacin vigorosa con la intencin de extraer la mayor cantidad de color de la col ( antocianinas).Decantar el lquido colorido y guardar en recientes apropiados para su posterior uso. Extraccin de indicador de hojas de jamaica Para ello calienta un 200 mililitros de agua ; cuando empiece a hervir agrgale 10 gramos de jamaica(un puo) tapa el recipiente y djala hervir 3 minutos . Despus de enfra llena tu recipiente con el liquido. 8 figura 2



32preparacin de soluciones de NaOH y HCl 0.1 N Titulacin ( indicador col morada) a)-Colocar 5 ml de solucin 0.1 N de NaOH en uno de los vasos para gelatina y agregarle 2 gotas del indicador de col morada incorpore un pedacito de imn b).- Colocar el vaso sobre la parte superior del titulador c).- En la jeringa de 10 ml colocar 10 ml de HCl 0.1 N d) Proceder a titular con el cido la base figura 3. titulacin cido base con col morada Titulacin ( indicador Fenolftaleina) Preparar soluciones 0.1 N de NaOH y HCl a)-Colocar 5 ml de solucin 0.1 N de HCl en uno de los vasos para gelatina del N 0 y agregarle 2 gotas del indicador de fenolftaleina, incorpore un pedacito de imn (magneto). b).- Colocar el vaso sobre la parte superior del titulador c).- En la jeringa de 10 ml colocar 5 ml de NaOH 0.1 N. d) Proceder a titular con la base el cido hasta el vire. 9 figura 4. titulacin cido base con fenolftaleina Titulacin ( indicador de jamaica) a)-Colocar 5 ml de solucin 0.1 N de NaOH en uno de los vasos para gelatina y agregarle 2 gotas del indicador de col morada incorpore un pedacito de imn b).- Colocar el vaso sobre la parte superior del titulador c).- En la jeringa de 10 ml colocar 10 ml de HCl 0.1 N d) Proceder a titular con el cido la base figura 5. titulacin cido base con hojas de jamaica 6.-Tomar nota del volumen que se gasto de cido clorhdrico 0.1 N para titular 5 mL. de hidrxido de sodio 0.1 N al momento de notar el cambio de color de la col morada, como de las hojas de jamaica y de la fenolftaleina. 7.- Se notar que en el caso del extracto de col morada en la titulacin cido base: 5mL. de cido clorhdrico 0.1 N titularon 5 mL. hidrxido de sodio 0.1 N. En el primer vire de color se gastaron 3.5 mL. en el segundo cambio de color fue con 4.5 mL. para el tercer vire fue de 5 mL. para el cuarto de5.2 mL. y para el quinto de 5.5 mL. 10 Precauciones Los vasos de precipitados que se utilizan en esta tcnica son tan pequeos que si no se tiene experiencia en material a microescala es fcil que se puede caer alguno de ellos. El cido clorhdrico y el hidrxido de sodio aunque no se encuentran muy concentrados no dejan de ser riesgosos, por lo tanto, su manipulacin debe ser cuidadosa y con proteccin adecuada.



33 Los cidos, las bases, y los indicadores que aqu se utilizan se manejan con jeringas por tanto se debe de quitar la a aguja para evitar accidentes. En su lugar poner un plstico de cotonete. El alcohol que se utiliza es el etanol o alcohol etlico para la extraccin del extracto de la col morada, debido a esto se debe tener cuidado de no tener fuego cerca del frasco. Posibles errores que se presentaron al experimentar: El cido que se utilizo ya tenia mucho tiempo de almacenamiento, por tanto las especificaciones que se leen en su etiqueta no pueden ser muy confiables para preparar la concentracin deseada. Los indicadores que se utilizaron ( col morada, hojas de jamaica) deben ser de reciente preparacin. La fenolftaleina tambin ya tenia mucho tiempo de haber sido preparada. La balanza que se utilizo para pesar el NaOH tambin fue construida en microescala con material de desecho, por tanto es posible que la concentracin 0.1 N este aproximada Otro posible error es el vire de los colores, ya que cada persona que hace la titulacin tiene su propia apreciacin de ellos. Resultados Titulacin de 10 mL. de HCl 0.1 N vs. 5 mL. de NaOH 0.1 N con extracto de col morada como indicador. 10 mL. de HCl col Amarillo Verde Azul Morado Lila Rosa PH=12 PH =10 PH =9 PH =7 PH =5 PH = 3 3mL. de HCl 4.5 mL. de HCl 5 mL. de HCl 5.2 mL. de HCl 5.5mL.de 5mL. de HCl NaOH 11 Titulacin de 5 mL. de NaOH 0.1 N vs. 5 mL. de HCl 0.1 N. Utilizando indicador de fenolftaleina. NaOH HCl Incoloro Rosa intenso PH = 3 PH = 12 Titulacin de 5 mL. de HCl 0.1 N vs. 5 mL. de NaOH 0.1 N. Usando como indicador extracto de hojas de jamaica.. HCl NaOH Morado Rosa 5 mL. de HCl



34gastados 5 mL. de HCl gastados 12 Anlisis e interpretacin de resultados Supngase que una solucin de HCl 0.1 N se hace tambin 0.1 N en NaOH.Cmo se vera afectada la concentracin de H3O+ en esta solucin? Si no hubiera ningn efecto, [H3O+] y [OH-] seria cada una igual a 0.1 y su producto sera (0.1)(0.1) = 0.01 = 10-2. Sin embargo, el producto de estas concentraciones inicas debe ser igual a Kw = 1.0 X 10-14 en cualquier solucin acuosa, por lo que ella no puede ser simultneamente 0.1 N en HCl y 0.1 N en NaOH. Debe haber una reaccin qumica en la cual se combinan H3O+ y OH- para formar agua como lo sugieren las siguientes ecuaciones: H3O+ + Cl- + Na+ + OH- = 2H2O + Na+ + ClH3O+ + OH- = 2H2O Son ejemplos de reacciones de neutralizacin En otra interpretacin, consideremos la reaccin que se efecta cuando se mezclan soluciones de hidrxido de sodio y cido clorhdrico, los iones que inicialmente estn presentes son Na+ y OH- de la base, y H+ y Cl- del cido. Los productos, cloruro de sodio y agua, existen como iones Na+ y Cl-, y molculas de H2O. La ecuacin qumica que represente esta reaccin es: HCl(aq) + NaOH(aq) NaCl(aq) + H2O Sin embargo, esta ecuacin no indica que el HCl, la NaOH y el NaCl existen como iones en solucin. La siguiente ecuacin inica da una mejor representacin de la reaccin: ( H+ + Cl- ) + ( Na+ + OH- ) Na+ + Cl- + H2O Esta ecuacin muestra que no reaccionaron los iones Na+ y Cl-. A estos iones se les llama iones espectadores, porque estuvieron presentes, pero no tomaron parte en la reaccin. La nica reaccin que se llev a cabo fue entre los iones H+ y OH-. Por lo tanto, la ecuacin para la neutralizacin se puede escribir como la siguiente ecuacin inica neta: H+ + OH- H2O cido Base Agua Esta ecuacin representa la reaccin entre el cido clorhdrico y el hidrxido de sodio en solucin acuosa. La fuerza impulsora de una reaccin de neutralizacin es la capacidad que tiene un in H+ y un OH- de reaccionar y formar una molcula no ionizada de agua. No se utilizo equipo de laboratorio para contrastar nuestros resultados obtenidos sin embargo, creemos que son muy aceptables y que para introducirse a las ciencias naturales es de gran utilidad esta tcnica



35de qumica en microescala. Si se pretende hacer trabajos de tipo cientfico entonces recomendamos microescala pero con material de laboratorio en pequeo. Se tienen limitaciones en la experimentacin como las siguientes: Los materiales utilizados solamente pueden ser utilizados a nivel escolar. Se presentan problemas en su manipulacin cuando no se tiene destreza en su manejo. Las cantidades que se utilizan son tan pequeas que en ocasiones no se distingue el vire de los indicadores. Conclusiones

Preparacin del acido acticoEl mtodo ms comn y clsico de preparacin del cido actico es la fermentacin de sustratos alcohlicos (como el vinagre que se utiliza en cocina), y la fermentacin de la madera. Actualmente, la gran parte del acido actico se prepara a travs de sntesis qumica, usando como productos de inicio alguno de estos tres importantes compuestos bsicos: etileno, butano, o metano, segn el mtodo a utilizar, de acuerdo con las siguientes reacciones: 123CH2 = CH2 CH3 CHO CH3COOH C4H10 CH3- COOH CH4 CH3 OH CH3-COOH

El primero de los mtodos mantiene de manera invariable la estructura del esqueleto de dos tomos de carbono, C2, el segundo necesita fragmentar el esqueleto carbonado C4 del butano, mientras que el tercer mtodo necesita un acoplamiento entre unidades C1. Al iniciar esta dcada, el 70% del cido actico se preparaba a travs de carbonilacin de metanol, el 15 % por oxidacin del butano, y el 10% a travs de oxidacin del acetaldehdo.

El primero de los mtodos de obtencin se basa en la oxidacin de acetaldehdo ( etanal), a la vez que se obtiene por oxidacin cataltica de tipo homognea de etileno encontrndose en presencia de cloruros de cobre y paladio: CH2=CH2 + O2 CH3- CHO 2CH3- CHO + O2 2 CH3- COOH Este mtodo era el ms dominante en los aos sesenta, cuando la mayor parte del acetaldehdo se usaba para la preparacin de cido actico usando como catalizadores de la oxidacin, en condiciones ms bien suaves, acetatos de cobalto o manganeso. El segundo de los mtodos de obtencin parte del butano, que procede de la destilacin fraccionada de petrleo, al puesto del etileno. Es una reaccin de oxidacin en fase lquida bastante compleja con la formacin de diversos productos, pero en buenas condiciones, y con la presencia de un catalizador de



36acetato de cobalto, es factible obtener altos rendimientos. Dicho procedimiento se usa an hoy en algunas compaas. El tercer de los mtodos es el ms usado actualmente, y se encuentra basado en la reaccin de carbonilacin de metanol: CH3-OH + CO CH3- COOH Ya sea el metanol como el monxido de carbono se consiguen partiendo del metano del gas natural: CH4 + H2O CO + 3 H2 CO + 2 H2 CH3 OH La ltima reaccin exige tener altas presiones y la presencia de un catalizador de tipo heterogneo. La reaccin de carbonilacin de metanol usaba en un principio, un catalizador homogneo constituido por compuestos de cobalto y yodo, pero hoy en da, se usa un catalizador homogneo tambin, pero que tiene contenido de compuestos de rodio y yodo, lo que lo hace mucho ms activo. La reaccin tiene lugar en fase lquida a una temperatura de unos 150-200C y con una ligera sobrepresin, llegando a una selectividad del 99%. Este es un mtodo que en la actualidad domina el mercado al conseguirse un reciclado, prcticamente total, del catalizador eficaz de rodio, con un alto precio, as como tambin un excelente control del proceso, el cual en la actualidad es totalmente automatizado. CIDOS CARBOXILICOS INTRODUCCIN. El grupo carboxilo, es uno de los grupos funcionales ms abundantes en qumica y bioqumica. No slo los cidos carboxlicos son importantes en s mismos, sino el grupo carboxilo es el grupo del cual se deriva una gran familia de compuestos. ESTRUCTURAS ACIDOS CARBOXILICOS. Ar- R - COOH FORMULA CONDENSADA ACIDO DICARBOXILICO ALIFATICO: HOOC - C - COOH FORMULA CONDENSADA ACIDO DICARBOXILICO AROMATICO:



37Ar ( COOH )2 FORMULA CONDENSADA NOMENCLATURA. El hidrogeno, unido a un grupo arili o alquino puede unirse al grupo carboxili para producir la famili completa de acidos carboxilicos, las pruebas fisicas indican que los cidos carboxilicos contienen tanto un enlace sencillo carbono oxgeno como un enlace doble carbono oxgeno Los cidos carboxlicos alifticos se conocen desde hace mucho tiempo, por lo que tienen nombres triviales que se refieren a su origen que a sus estructuras qumicas. Muchos cidos carboxlicos tienen nombres comunes derivados de palabras griegas o latinas que indican una de sus fuentes naturales. El cido metanoico se llama cido frmico (del latn , formica u hormiga). El cido etanoico se llama cido actico (del latn , acetum o vinagre). El cido butanoico es uno de los compuestos responsables del olor de la mantequilla rancia, as pues, su nombre comn es cido butrico (del latn, caper o cabra). Generalmente se considera como cido matriz el de cadena carbonada ms larga aunque algunos compuestos se nombran como derivados del cido actico.

Los cidos aromticos, ArCOOH, generalmente se consideran como derivados del cido benzoico, C6H5COOH. Los cidos metilbenzoicos reciben los nombres especiales de cidos toluicos. SISTEMA UIQPA. El sitema UIQPA requiere que se use la cadena continua mas larga de tomos de carbono que contiene el grupo carboxilo, como estructura original y se nombra reemplazando la o final del alcano correspondiente por la terminacin oico y anteponiendo la palabra cido; por ejemplo: CH3 CH2 CH2 CH2 COOH CH3 CH2 CH COOH CH3 CH = CH COOH CH3 Acido pentanoico Acido 2-Metilbutanoico Acido 2-Butenoico



38La posicin de un substituyente se indica en forma usual, por medio de un nmero. Debemos observar que el carbono carbonlico siempre es considerado C-1, por lo que C-2 corresponde al de los nombres comunes, C-3 a y sucesivamente. Nota: No mezcle letras griegas con nombres UIPAC o numerales rabes con nombres comunes. El nombre de una sal de un cido carboxlico consta del nombre del cido, cambindole la terminacin ico por ato de, seguido por el del catin (sodio, potasio, amonio, etc.). (CH3 COO)2 Ca HCOONH4 CH2 - CH - COOK Br Br Acetato de calcio. Formiato de amonio. , - Dibromopropionato de potasio (2,3-Dibromopropanoato de potacio) ESTRUCTURA. De los compuestos orgnicos que presentan acidez apreciable, los cidos carboxlicos son, los ms importantes. Estas substancias con tienen el grupo carboxilo. Si esta unido a un grupo alquilo (RCOOH), o a un grupo arilo (ArCOOH), o que se trate de un grupo aliftico o aromtico, saturado o no saturado, substituido o no, las propiedades del grupo carboxiloson esencialmente las mismas. PROPIEDADES FISICAS DE LOS ACIDOS CARBOXILICOS Sus estructuras hacen suponer que los cidos carboxlicos sean molculas polares y , tal como los alcoholes, pueden formar puentes de hidrgeno entre s y con otros tipos de molculas. Los cidos carboxlicos se comportan en forma similar a los alcoholes en cuanto a sus solubilidades : los primeros cuatro son miscibles con agua, el cido de cinco carbonos es parcialmente soluble y los superiores son virtualmente insolubles. La solubilidad en agua se debe a los puentes de hidrgeno entre el cido carboxlico y el agua. El cido aromtico ms simple, el benzoico, contiene demasiados tomos de carbono como para tener una solubilidad apreciable en agua. Los cidos carboxlicos son solubles en solventes menos polares, tales como ter, alcohol, benceno, etc. Los cidos carboxlicos hierven a temperaturas an ms altas que los alcoholes. Estos puntos de ebullicin tan elevados se deben a que un par de molculas del cido carboxlico se mantinen unidas no por un puente de hidrgeno sino por dos. Los olores de los cidos alifticos inferiores progresan desde los fuertes e irritantes del frmico y del actico hasta los abiertamente desagradables del butrico, valerinico y caproico; los cidos superiores tienen muy poco olor debido a sus bajas volatilidades. Las sales de los cidos carboxlicos son slidos cristalinos no voltiles constituidos por iones positivos y negativos y su propiedades son las que corresponden a tales



39estructuras. Las fuerzas electrostticas considerables que mantienen los iones en el retculo cristalino slo pueden superarse por un calentamiento a temperatura elevada o por medio de un solvente muy polar. La temperatura requerida es tan alta que, antes de lograrla, se rompen enlaces carbono-carbono y se descompone la molcula, lo que sucede generalmente entre los 300-400C. Raras veces es til un punto de descomposicin para la identificacin de una substancia , puesto que, generalmente , refleja la rapidez del calentamiento que la identidad del compuesto. Las sales de sodio y potasio de la moyora de los cidos carboxlicos son fcilmente solubles en agua. Es el caso de cidos carboxilicos de cadena larga. Estas sales son los principales ingredientes del jabn. Debido a la fcil interconversin de cidos y sus sales, este comportamiento puede emplearse de dos modos importantes: para identificacin y para separacin. PROPIEDADES QUIMICAS DE LOS ACIDOS CARBOXILICOS Desde el punto de vista qumico los cidos carboxlicos reaccionan rpidamente con soluciones acuosas de hidrxido de sodio y bicarbonato de sodio formando sales de sodio solubles, y por lo tanto, para distinguir los cidos carboxlicos insolubles en agua de los fenoles y alcoholes insolubles en agua pueden utilizarse pruebas de solubilidad y la insolubilidad de los ltimos en base acuosa. Los cidos carboxlicos insolubles en agua se disolvern en hidrxido de sodio acuoso o en bicarbonato de sodio acuoso. Una vez lograda la separacin, podemos regenerar el cido por acidulacin de la solucin acuosa. Si estamos trabajando con slidos, simplemente agitamos la mezcla con base acuosa y luego filtramos la solucin para separar el insoluble que son las substancias no cidas; la adicin del cido al filtrado precipita el cido carboxlico, el cual puede recogerse con un filtro. Si estamos trabajando con lquidos, agitamos la mezcla con base acuosa en un embudo de decantacin y separamos luego la capa acuosa de la orgnica insoluble; la acidificacin de la capa acuosa, nuevamente libera al cido carboxlico el cual puede separarse del agua. Para que la separacin sea completa y de fcil manejo , por lo general agregamos un solvente insoluble en agua, tal como el ter, a la mezcla acidificada: el cido carboxlico es extrado del agua por el ter, en el cual es ms soluble; el ter voltil se separa fcilmente por destilacin ya que el cido hierve a temperatura relativamente muy alta. RCOOH + NaOH RCOONa + H2O Acido mas fuerte Acido mas debil insoluble en agua soluble en agua Cuando la substancia desconocida es soluble en agua, queda comprobada su acidez por el burbuje de CO2 RCOOH + NaHCO3 RCOONa + H2O + CO2 insoluble en agua soluble en agua



40Los fenoles insolubles en agua se disuelven en hidrxido de sodio acuoso pero, a excepcin de los nitrofenoles, no se disuelven en bicarbonato de sodio acuoso. El grupo nitro es un aceptor de electrones, que desactiva al anillo aromtico hacia la reaccin con los electrfilos y es un meta director. Por lo tanto, el grupo nitro en el cido pnitrobenzoico debe aumentar la acidez del compuesto arriba de la del benzoico. Los valores Ka del cido benzoico y del p-nitrobenzoico son, 6.4 x 10-5 y 3.8 x 10-4. ESTERIFICACION. Los cidos carboxlicos, y tambin los oxicidos inorgnicos, reaccionan con los alcoholes con eliminacin de una molcula de agua y formacin de steres. Esta reaccin se llama esterificacin. Se ha formulado la reaccin del cido con el alcohol con el signo de reversibilidad, porque efectivamente el agua formada acta sobre el ster hidrolizndolo y recuperando el cido y el alcohol. SAPONIFICACION. La reaccin inversa de la esterificacin se llama hidrlisis o saponificacin: Esterificacin cido + alcohol ster + agua saponificacin Despus de cierto tiempo de iniciada la reaccin se alcanza el equilibrio, debido a que se iguala la velocidad en ambos sentidos. Se puede aplicar entonces la ley de las masas. K = [cido ] [alcohol] [ ster ] [ agua ] De esta ecuacin se deduce que, siendo K constante, se favorece la esterificacin aumentando la concentracin de cido y de alcohol o eliminando el agua mediante un deshidratante (cido sulfrico concentrado). METODOS DE PREPARACION DE LOS ACIDOS CARBOXILICOS La mayor parte de los cidos de cadena lineal y algunos cidos aromticos se obtienen de fuentes naturales. Los cidos con un nmero par de tomos de carbono son mucho ms abundantes. Pueden prepararse otros cidos caraboxlicos por los mtodos que se exponen a continuacin. OXIDACION DE LOS ALCOHOLES PRIMARIOS. La oxidacin es el mtodo ms directo; algunos de los cidos alifticos inferiores se hacen con alcoholes disponibles y los cidos aromticos substituidos, a partir de toluenos substituidos. Sin embargo, los alcoholes de cadena normal carbonada con un nmero impar de tomos de carbono son tan escasos como los cidos en las fuentes naturales.



41Los alcoholes primarios pueden oxidarse a cidos carboxlicos, RCOOH, generalmente calentando con KMnO4 acuoso. Una vez completada la reaccin, se filtra la sal potsica soluble del cido carboxlico para separar MnO2 , siendo liberado, a continuacin el cido con otro mineral ms fuerte. KMnO4 o K2Cr2O7 RCH2OH ---------------------------> Ar - COOH KMnO4 CH3 CH CH2 OH --------------------> CH3 CH COOH CH3 CH3 Alcohol isobutlico Acido isobutrico OXIDACION DE LOS ALQILBENCENOS. KMnO4 o K2Cr2O7 Ar - R --------------------------> Ar - COOH K2Cr2O7 , H2SO4 O2N CH3 ------------------------------> O2N COOH calor Aunque los alcanos y el benceno son bastantes inertes frente a los agentes oxdantes usuales (KMnO4, K2Cr2O7, etc.), el anillo bencnico sensibiliza bastante las cadenas laterales alfaticas para la oxidacin. La cadena lateral se oxida completamente, quedando slo un grupo carboxilo (- COOH) para indicar la posicin de la cadena original. Generalmente, se emplea permanganato de potasio para este fin, aunque tambin puede usarse dicromato de potasio o bien cido ntrico diluido. Sin embargo, la oxidacin de una cadena lateral es ms difcil que la de un alqueno y requiere tratamiento prolongado con KMnO4 caliente. KMnO4 caliente CH2 CH2 CH2 CH3 ---------------------------> COOH y CO2 n- Butilbenceno Acido benzoico Uno de los mtodos ms tiles para preparar un cido carboxlico aromtico comprende la oxidacin del alquilbenceno adecuado. METODOS COMUNES DE PREPARACION DE LOS ACIDOS CARBOXILICOS



42METODO DE GRIGNARD. Uno de los mtodos ms tiles para preparar cidos carboxilicos alifaticos y aromaticos empieza con el aluro de alquilo correspondiente, el cual se convierte primero en el reactivo de Grignnard correspondiente y luego se deja reaccionar. Mg CO2 H+ RX -----> RMg X -------> RCOOMgX -------> RCOOH (o Ar COOH) La sntesis de Grignard de un cido carboxlico se realiza burbujeando CO2 gaseoso por una solucin etrea del reactivo, o bien virtiendo el reactivo de Grignard sobre hielo seco molido (CO2 slido); en este ltimo caso, el hielo seco no slo sirve de reactivo, sino tambin de agente refrigerante. El reactivo de Grignard se adiciona al doble enlace carbono-oxgeno, en la misma forma que en los aldehdos y las cetonas. El producto es la sal magnsica del cido carboxlico, de la cual se libera por tratamiento con cido mineral. Para preparar el reactivo de Grignard se puede emplear halogenuros primarios, secundarios, terciarios o aromticos; slo queda limitado el mtodo por la presencia de otros grupos reactivos, en la molcula. CH3 CH3 CH3 Mg CO2 H+ C2H5-C-Cl ----> C2H5-C-MgCl -----> ----> C2 H5-C-COOH CH3 CH3 CH3 Cloruro de t - pentilo Acido. Etildimetil-actico. (Acido 2,2-dimetilbutanoico) HIDRLISIS DE NITRILOS. Los nitrilos alifticos se preparan por tratamiento de los halogenuros de alquilo con cianuro de sodio, en un solvente que disuelva ambos reaccionantes; en dimetilsulfxido la reaccin se realiza a temperatura ambiente con rapidez y exotrmicamente. Luego se hidroliza el nitrilo resultante, hirviendo con cido o lcali acuosos para generar el cido. DERIVADOS FUNCIONALES DE LOS ACIDOS CARBOXILICOS HALOGENUROS DE ACILO. INTRODUCCIN. Los compuestos derivados de los cidos carboxilicos presentan un sustituyente que contiene oxgeno, nitrgeno o un tomo de halgeno unido al doble enlace carbonooxgeno. Estos derivados son compuestos en los que el -OH de un grupo carboxilico ha sido reemplazado.



43NOMENCLATURA. Los halogenuros de acilo, que tambin se llaman halogenuros de cido, se nombran de acuerdo con el sistema UIPAC y tambin en el sistema comn, substituyendo la palabra cido por la palabra halogenuro, segn el halgeno correspondiente, y cambiando la terminacin ico del cido por ilo. La posicin de los substituyentes se indica en igual forma que en el caso de los cido; en el sistema de la IUPAC se emplean nmeros y en el sistema comn, letras griegas. ESTRUCTURA. Todos los derivados de los cidos carboxilicos contienen el grupo acilo: CLORURO DE ACILO. Los cloruros de acilo forman su nombre al eliminar la terminacin del cido ico tanto en nombre comn del cido carboxilico correspondiente y agreagando la del cloruro ilo. ( Ar -) RCOCL FORMULA CONDENSADA ESTER: Los esteres se sintetizan a partir de dos entidades orgnicas un cido y un alcohol. (Ar) RCOOR O (Ar) ROCOR FORMULA CONDENSADA AMIDA: Las amidas toman su nombre al cambiar la terminacin ico del nombre comn del cido carboxilico a - amida. (Ar) RCOONR2 FORMULA CONDENSADA ANHIDRIDO: Los anidridos se forman a partir de dos moles de un cido carboxilicos por eliminacin de una molcula de agua. (Ar) RCOOOCOR (Ar) FORMULA CONDENSADA PROPIEDADES FISICAS Y QUIMICAS



44Los halogenuros de acilo no tienen hidrgenos cidos, no se asocian por puentes de hidrgeno y tienen puntos de ebullicin menores que los cidos de los que provienen. Son solubles en la mayora de los disolventes orgnicos y tienen olores irritantes que posiblemente se deban a que reaccionan fcilmente con la humedad del aire y experimentan la hidrlisis a fin de producir el cido clorhdrico. Los halogenuros de acilo se hidrolizan con agua produciendo el cido correspondiente. Frecuentemente esta reaccin es exotrmica y muy rpida. Los halogenuros de cidos aromticos no reaccionan muy rpidamente con agua, a temperatura ambiente. Esto se debe, probablemente, a que la carga positiva sobre el carbono del acilo se puede dispersar, en parte, en el anillo aromtico. Por lo que, el tomo de carbono del acilo de un halogenuro aromtico es menos electroflico que el de un halogenuro aliftico. Los alcoholes primarios y secundarios reaccionan fcilmente con los halogenuros de cido formando steres. Este mtodo es excelente para la preparacin de steres. Los alcoholes terciarios reaccionan con los halogenuros de acilo, en presencia de una base o un metal activo, tal como magnesio, produciendo steres. En ausencia de la base o del metal, los halogenuros de cido transforman los alcoholes terciarios en alquenos o halogenuros de alquilo terciarios. Los halogenuros de acilo tambin reaccionan con los fenoles produciendo steres; los fenoles tienen un grupo oxhidrilo directamente unido a un anillo aromtico. Los halogenuros de cido reaccionan con el amonaco y tambin con aminas primarias y secundarias produciendo amidas. Los cidos reaccionan con halogenuros de cido, en presencia de piridina, produciendo anhdridos. Los halogenuros de cidos reaccionan con perxido de sidio formando perxidos orgnicos. Los perxidos de acilo son inestables y se descomponen fcilmente produciendo radicales libres. Por esta razn los perxidos de acilo se emplean como iniciadores de reacciones por radicales libres. Los reactivos organometlicos son fuertemente neucloflicos y es de esperarse que reaccionen con los halogenuros de cido. Aunque se han empleado reactivos organometlicos de muchos metales distintos para hacerlos reaccionar con los halogenuros de cido, los ms usados son los organocdmicos, los cuales reaccionan con halogenuros de cido produciendo cetonas. El fosgeno puede considerarse un cloruro de cido derivado del cido carbnico, H2CO3. El fosgeno se prepara mediante la reaccin entre monxido de carbono y cloro. carbn activado Cl2 + CO ------------> Cl - C -Cl 200-295 Fosgeno PREPARACION.



45Los halogenuros de cido se obtienen mediante la reaccin del cido respectivo con un agente halogenante de tipo cido. RCOH + SOCl2 , PCl3 , PCl5 PBr3 -------> RCX Estos mimos halogenuros de cidos inorgnicos se emplean para substituir un grupo de oxhidrilo de un alcohol mediante un halgeno. Los halogenos de hidrgeno, que pueden emplearse para obtener halogenuros de alquilo a partir de los alcoholes, no puede usarse para transformar los cidos en halogenuros de cilo. ANHDRIDOS INTRODUCCION. Los anhdridos se forman a partir de dos moles de un cido carboxlico por eliminacin de una molcula de agua. Los anhdridos cclicos se forman a partir de ciertos cidos dicarboxlicos a travs del cierre interno del anillo y la prdida de agua. NOMENCLATURA. Los anhdridos forman su nombre al tomar ya sea el nombre comn o el del sistema UIQPA del cido o dicido y al cambiar la denominacin cido a anhdrido. Casi siempre se emplea el nombre comn. ESTRUCTURA. (Ar- ) R - C - O - C - R (-Ar) (Ar) R COOCOR (Ar) Frmula estructural Frmula condensada AMIDAS INTRODUCCION. Las amidas resultan al sustituir los tomos de hidrgeno del amoniaco por radicales cidos (orgnicos o inorgnicos), pudiendo ser primarios, secundarias y terciarias, segn el nmero de tomos reemplazados. NOMENCLATURA. La nomenclatura de las amidas se hace derivar de los nombres de los correspondientes hidrocarburos, o bien se forman con la raz del nombre del cido y la palabra amida. Los nombres de las amidas que no tienen sustituyentes en el nitrgeno se forman eliminando la terminacin -ico del nombre comn de cido oico del nombre UIQPA y agregando la terminacin amida. OO CH3 -C - NH2 CH3CH2C- NH2



46Acetamida o etanamida Propananida Cuando hay sustituyentes en el tomo de nitrgeno de las amidas estos reciben los nombres de los grupos alquilo y el nombre del sustituyente va precedido de N-, o N, N-. ESTRUCTURA. (Ar-) R- C - NR'2 o (Ar) R C ONR'2 Frmula estructural Formula condensada PREPARACION. Cuando un cloruro de acilo reacciona con un exceso de amoniaco acuoso concentrado, fro, el cual se obtiene como hidrxido de amonio concentrado en el laboratorio, se produce una amida: O H2O O R - C - Cl + 2NH3 -------> R - C- NH2 + NH4+ + Cl Fro concentrado La molcula de amoniaco nucleoflica se adiciona al grupo acilo y forma el intermediario tetradico, el cual se descompone para producir una amida protonada. Otra malcula de amoniaco acta como base y abstrae un protn a partir de la amida protonada para dar lugar a una amida libre y a un ion amonio. La reaccin entre un cloruro de acilo y una amina es bastante general ya que la amina puede ser amoniaco o una amina primaria o secundaria (RNH2 o R2NH, respectivamente). No puede usarse las aminas terciarias. O NH3 O CH3 - C - Cl -------> CH3 - C- NH2 fro Cloruro de etanoilo Etanamida (Cloruro de acetilo) (acetamida) ESTERES INTRODUCCION. Los steres se sintetizan a partir de dos entidades orgnicas: un cido y un alcohol o un fenol. Estos derivados funcionales de los cidos carboxlicos, guardan estrecha relacin



47con ests y entre ellas mismas. De manera similar a los otros derivados. Son compuestos en los que el -OH de un grupo carboxilo ha sido reemplazado por -OR'. NOMENCLATURA. Tanto en el sistema de la UIQPA como en el sistema comn, se enuncia primero el nombre del anin del cido y a continuacin el nombre del grupo alquilo del alcohol. El nombre de la parte cida del ster se obtiene substituyendo la terminacin ico por la terminacin ato; las dos palabras se unen mediante la preposicin de. La posicin de los substituyentes en la parte cida se designa en la misma forma que en los cidos, considerando el carbono del carbonilo como el nmero uno. Los nmeros de los substituyentes en la parte alcohlica son independientes de la numeracin en la parte cida; el tomo de carbono directamente unido

preparacion y valoracion de hcl 0

Documents