21 AQII LAB Manual Analisis Quimico II - Primer Ciclo 2021-Modalidad Híbrida

 

Facultad de Ingeniería Departamento de Ingeniería Química Área de Química Laboratorio Análisis Químico II

MANUA L DE L A B ORA MANUA ORA TORI TORIO O  ANÁ  A NÁL L ISIS QUÍMICO II 2021 Versió rs ión n Presenci Presencia al Híbr Híbrid ida a 

 Ad ap aptac tac ión ió n , Mod Modifific ic aci ación ón y Rev Revis is ión: ió n: Ingra. Anna Margarita Margarita Rí Ríos, os, Lic . Ricardo Montoya e IIng. ng. Luisa Luis a Arias. Diciembre 2020 

 

 

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ÍNDICE CALENDARIZACIÓN ...................................................................................................................................... 3  GENERALIDADES .......................................................................................................................................... 4  I.  II. 

REQUISITOS PARA EL LABORATORIO ................................................................................................ 4  TRABAJO DE LABORATORIO ............................................................................................................. 4 

III. IV.   V.  VI. 

 DE LA NOTA DE LABORATORIO ................................................................................. 6  DISTRIBUCIÓN REGLAMENTO INTERNO  DE LABORATORIO ...................................................................................... 6  ALGUNAS REGLAS GENERALES SOBRE USO DE LABORATORIO, CRISTALERÍA Y REACTIVOS................. ............. .... 7   SEGURIDAD EN EL LABORATORIO .................................................................................................. 13 

PRÁCTICA NO. 1 ......................................................................................................................................... 17  DETERMINACIÓN DE DUREZA DE AGUA POR ........................................................................................... 17  TITULACIÓN COMPLEJOMÉTRICA ........................................................................................................... 17 

PRÁCTICA NO.2 .......................................................................................................................................... 24  DETERMINACIÓN DE ÍNDICES DE REFRACCIÓN Y REFRACCIONES ESPECÍFICAS DE DIFERENTES SUSTANCIAS.  DETERMINACIÓN DE SACAROSA EN AGUAS CARBONATADAS Y MIEL DE ABEJA POR REFRACTOMETRÍA.... 24 

PRÁCTICA NO.3 .......................................................................................................................................... 32  32  DETERMINACIÓN DE COMPOSICIÓN DE UN ACEITE ESENCIAL  POR CROMATOGRAFÍA DE GASES……………..33 

PRÁCTICA NO.4 ……………………………………………………………………………………………………………………………................ 36 DETERMINACIÓN DE CAFEÍNA Y ÁCIDO ACETIL SALICÍLICO EN UN ANALGÉSICO ANALGÉSICO POR CROMATOGRAFÍA DE LÍQUIDOS DE ALTA RESOLUCIÓN…………………………………………………………………………………………………………….36  PRÁCTICA NO.5 .......................................................................................................................................... 42  DETERMINACIÓN DEL CONTENIDO DE ÁCIDO FOSFÓRICO EN BEBIDAS DE COLA POR TITULACIÓN  POTENCIOMÉTRICA................................................................................................................................ 42  PRÁCTICA NO.6………………………… NO.6……………………………………………… ………………………………………………… ………………………………………………………… …………………………………………………… …………………………… …… 50  

DETERMINACIÓN DE LA CONCENTRACIÓN MICELAR CRITICA (CMC) DE UN DETERGENTE UTILIZANDO UN MÉTODO CONDUCTIMÉTRICO………………………………………………………………………………………………………………50 

PRÁCTICA NO.7 .......................................................................................................................................... 55  DETERMINACIÓN DE HIERRO EN SUPLEMENTOS VITAMÍNICOS UTILIZANDO 1,10-FENANTROLINA POR  ESPECTROSCOPÍA VISIBLE ....................................................................................................................... 55 

 

 

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CALENDARIZACIÓN No 

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TEMA

Introducción Uso de Balanza y Bureta

Volumetría De Formación de Complejos

SEMANA 

TIPO DE METODOLOGÍA

•  Presentación de laboratorio. •  Revisión de reglamentos. •  Explicación de contenidos del

Pre-Laboratorio, PostLaboratorio y Cuaderno del curso. •  Asignación de puestos y grupos.

Enero 18  –  23  23

Enero 25  –  30  30 Sección A

Repaso de evaluación del uso de Bureta, Balanza Analítica y equipo volumétrico de laboratorio  Febrero 01  –  06  06 Determinación de Dureza de Agua Sección B

Potenciometría Determinación del contenido de ácido fosfórico en bebidas de cola PRÁCTICA ROTATIVA   por titulación potenciométrica  Espectroscopía Determinación de Hierro utilizando 1,10-fenantrolina por Visible espectroscopía visible en: Vino, PRÁCTICA ROTATIVA  Prenatales y Cereal Determinación de índices de refracción y refracciones Refractometría específicas de diferentes sustancias. Determinación de sacarosa en PRÁCTICA ROTATIVA  aguas carbonatadas y miel de abeja  por refractometría. Uso de Picnómetro 

Febrero 08  –  13  13 Febrero 15 - 20 Febrero 22 - 27 Marzo 01 - 06

Marzo 08 - 13 Marzo 15 - 20

Visita Técnica Virtual a Empresa Marzo 22 - 25 Determinación de la concentración Conductometría miscelar crítica (CMC) en un Abril 05 - 10 PRÁCTICA detergente por titulación Abril 12 - 17 ROTATIVA  conductométrica Cromatografía Determinación de la composición de Gases de un aceite esencial por cromatografía de gases Abril 19  –  24  24 Cromatografía Determinación de ácido Abril 26 - 30 de Líquidos acetilsalicílico y cafeína en un PRÁCTICA ROTATIVA 

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CONTENIDO /NOMBRE DE LA PRÁCTICA 

Sincrónico

Trabajo Presencial y asincrónico Trabajo Presencial y asincrónico Trabajo Presencial y asincrónico

Trabajo Presencial y asincrónico

Sincrónico Trabajo Presencial y asincrónico

Trabajo Presencial y asincrónico

analgésico líquidos de por altacromatografía resolución de EXAMEN FINAL DE LABORATORIO

Mayo 03  –  08  08

Presencial y sincrónico

 

 

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GENERALIDADES  

I.  REQUISITOS PARA EL LABORATORIO 1.  2.  3.  4. 

Presentarse puntuales puntuales a la entrada del laboratorio. l aboratorio. Usar lentes de protección y bata completamente cerrada. Las personas con cabello largo deberán sujetarlo hacia atrás. Utilizar zapatos cerrados y calcetas o calcetines, así como pantalón largo que cubra

hasta eltener tobillo.un cuaderno de laboratorio, empastado y con las hojas numeradas, 5.  Deben dejando las primeras tres páginas para hacer un índice, el cual de deberá berá ser actualizado constantemente. 6.  Llevar su cuaderno de laboratorio y su pre-laboratorio para poder ingresar al Laboratorio y realizar la práctica. 7.   Antes de comenzar las prácticas, ddeberán eberán leer todo el material que se encuent encuentra ra en el manual de laboratorio, antes de las guías. 8.  El pre y post-laboratorio deberán ser entregados en la fecha estipulada, escritos a máquina o computadora. NUNCA PODRÁ ENTREGAR ENTREGAR UN PREL PRELAB AB TARDE, PUES NO TENDRÁ LA CAPACIDAD CAPACIDAD DE REALIZAR SU PRÁCTICA. PRÁCTICA. CON RESPECTO AL POS POSTLAB, TLAB, POR CUALQUIER SITUACIÓN FUERA DE SU ALCANCE, TENDRÁN LA OPORTUNIDAD DE ENTREGAR CON TRES DÍAS DE ATRASO UN MÁXIMO DE DOS POSTNOTA ENreporte 10 PUNTOS DÍA DE corresponde ATRASO. 9.  LABORATORIOS, El pre-laboratorio DISMINUYENDO tiene un valor de SU 30 % de su y el 70POR % restante al post-laboratorio. II.  TRABAJO DE LABORATORIO  A.  CONTENIDO Y PUNTUACIÓN DEL CUADERNO DE LABORATORIO Puntuación Fecha de realización de la práctica 0 Título de la práctica  práctica  0 Objetivos (mínimo 3: 1 General y 2 Específicos) 1 Procedimiento en diagrama de flujo (puede ser copia del 0.5 Prelaboratorio)   Prelaboratorio) En cuadros: Toxicidades (si las hay) Formas de desechos (si las hay)  Antídotos (si los hay) hay)   Cuadro de propiedades físicas de los compuestos (si las hay) Datos obtenidos con las respectivas observaciones TOTAL

0.5 1 2 5

Si alguno de los pasos anteriores no es aplicable, los puntos serán redistribuidos redistribuidos dentro de los demás componentes del cuaderno de laboratorio.

 

  B.  PRELABORATORIO

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Puntuación Carátula ▪  Título de la práctica ▪  Fecha ▪  Nombre del estudiante o de los integrantes del grupo ▪  Número de carné ▪  Nombre de la universidad y carrera ▪  Nombre del curso Introducción Fundamento teórico Objetivos Metodología Bibliografía  Anexos ▪  Fotos, cuadros, cálculos, cálculos, esquemas,  esquemas, etc. ▪  Preguntas Prelaboratorio TOTAL

0

3 10 4 5 2 3 3 30

Si alguno de los pasos anteriores no es aplicable, los puntos serán redistribuidos redistribuidos dentro de los demás componentes del prelaboratorio. C.  POSTLABORATORIO Encabezado Resumen o Abstract Resultados Observaciones Discusión Conclusiones Preguntas del Postlab* Bibliografía consultada  Apéndice: tablas, tablas, cálculos TOTAL

Puntuación 0 6 10 5 20 15 5 1 8 70

* En caso de no existir esta sección, los puntos se sumarán a la Discusión. Si alguno de los pasos anteriores no es aplicable, los puntos serán redistribuidos redistribuidos dentro de los demás componentes del post- laboratorio. Para una información detallada acerca del contenido del informe, consulte el documento  “Guía para la elaboración de reportes científicos y técnicos” disponible en el portal del

laboratorio.

 

 

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III.  DISTRIBUCIÓN DE LA NOTA DE LABORATORIO Examen corto al inicio de la práctica Cuaderno de laboratorio Reporte (pre y postlaboratorio) Ensayo técnico Examen final de laboratorio TOTAL

Puntuación 12 6 48 4 30 100

IV.  REGLAMENTO INTERNO DE LABORATORIO Los Laboratorios de Química Química deben considerarse considerarse como potenciales ááreas reas de peligro. Las personas que trabajan en ellos deberán tener una conducta seria y responsable y sujetarse a este reglamento. 1.  En el laboratorio sólo pueden permanecer las personas directamente involucradas en un trabajo o práctica asignados a este sitio. 2.  Los estudiantes no pueden trabajar solos en un laboratorio. 3.  Es prohibido comer, beber y fumar f umar en las áreas de los laboratorios. 4.  Los alumnos no deben ingresar al laboratorio antes de la hora estipulada para su curso, ni salir durante el período de práctica sin autorización del instructor. 5.  Los alumnos pueden salir del laboratorio al concluir la práctica y haber dejado su área de trabajo limpia y ordenada. Sobre el catedrático de laboratorio recae la responsabilidad de supervisar y completar la limpieza y el orden del laboratorio. l aboratorio. 6.  Nadie debe permanecer en el laboratorio sin la debida protección de ojos (con anteojos protectores) y de ccuerpo uerpo (con bata de manga larga y zapatos zapatos cubiertos). Cuando se trabaje con materiales calientes, corrosivos, altament altamentee volátiles, pulverizados finamente y otros, que requieren especial cuidado, se deben emplear protectores adecuados (guantes, planchas aislantes, mascarillas, etc.). 7.  Cuando se efectúan operaciones que generan gases o vapores inflamables o tóxicos, es imperativo el uso de la campana de extracción. 8.  En el caso de emplear cilindros de gases comprimidos, estos deben estar adecuadamente sujetados a la pared o a la mesa. Al ser ttransportados ransportados deb debee hacerse únicamente por medio de una carretilla carr etilla apropiada. ¡NO DEBEN SER RODADOS! 9.  El transporte de cantidades considerables de sustancias peligrosas fuera del laboratorio debe hacerse dentro de una cubeta plástica protectora y con autorización del preparador de química. 10. Todo incidente anormal (derrames, roturas, incendios, etc.) ocurrido en el laboratorio o durante actividades relacionadas, que puedan causar una lesión o daño mayor, debe ser inmediatamente al instructor para que por tome las amedidas del caso. Posteriormente, sireportado fuese pertinente, debe reportarlo escrito la Coordinación de laboratorios o al Preparador de Laboratorio. En caso grave, se dará aviso al Director de Departamento y a la Administración de la Institución.

 

  7 11. Los estudiantes están obligados a seguir las indicaciones del instructor para inmediatamente solucionar solucionar los problemas surgidos por el incidente.

12. El instructor de laboratorio es responsable de asegurarse del buen funcionamiento de la campana de extracción, la ducha, la fuente de ojos y los extinguidores presentes en el área (dichos extinguidores son revisados por el mantenimiento de la institución). 13. En caso que se interrumpa el servicio de agua o electricidad, se deben suspender las actividades y ordenadamente evacuar el laboratorio. 14. A    A  todo alumno o asistente que desacate este reglamento se le puede negar el continuar con su curso. Una reincidencia llevaría a medidas más drásticas.  V.   ALGUNAS REGLAS REGLAS GENERALES SO SOBRE BRE USO DE LA LABORATORIO, BORATORIO, CRISTALERÍ CRISTALERÍA A  Y REACTIVOS Referente al estudiante 1.  Todos los estudiantes estudiantes deberán hacer hacer uso de batas en los períodos de lab laboratorio. oratorio. Estas deberán usarse siempre abotonadas para que brinden una mayor protección en caso de accidentes con líquidos corrosivos u otros; además, lentes protectores. 2.  Debido a que el espacio de trabajo en el área de laboratorio es reducido, r educido, no se aceptará que el estudiante lleve suéteres, libros, cuadernos y cartapacios que no tengan relación con el material de laboratorio. Dejar todo esto en los casilleros o en el área designada designada para tal efecto. 3.  El estudiante deberá llevar siempre un cuaderno empastado en el cual se asegura de no perder sus resultados de laboratorio, pues si lo hace en las guías de laboratorio, por ser hojas sueltas, éstas fácilmente se pierden. 4.  El área de trabajo asignada a cada estudiante o grupo deberá quedar perfectamente limpia y seca al terminar la práctica, y el material usado perfectamente lavado. 5.  Cada estudiante o grupo de laboratorio se responsabilizará de su área de trabajo tr abajo y de su material. Cualquier daño o ruptura de dañado materialdeberá de laboratorio serindicacio reportado inmediatamente al instructor. El material reponerse deberá según las indicaciones nes de la coordinación de laboratorios. 6.  No se permite a los estudiantes realizar experimentos sin autorización y presencia del instructor. Nunca se deb deberán erán dejar los experime experimentos ntos sin vigi vigilancia. lancia. 7.  No guarde materiales ni reactivos en la campana de extracción, siempre manténgala limpia y libre. 8.   Antes de dejar el laboratorio todos los estudiantes deberán cerciorarse que todas las llaves de los lavaderos estén cerradas (sentido de las agujas del reloj) y que las llaves de aire, gas o vacío estén en su posición cerrada empujadas hacia el mueble. Referente al manejo de cristalería y reactivos  A.  Calentamiento y enfriamiento

 

 

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1.  Los procesos de evaporación deben ser vigilados continuamente, un recipiente calentado después de que se evapore el líquido que contiene puede rajarse o explotar.

2.  Nunca coloque material caliente en superficies frías o mojadas, ya que podría romperse debido al cambio de temperatura. A pesar que los productos PYREX PYREX y VICOR pueden pueden soportar cambios extremos de temperatura, siempre actúe con cuidado. 3.  No caliente cristalería que esté rajada, ya que está más expuesta a romperse. 4.  Enfríe despacio todo el material para prevenir rajaduras, a menos que se use Vicor el cual puede pasar de un calentamiento al rojo a agua helada sin dañarse. dañarse . 5.  Las quemaduras son causadas por calor, pero también por luz ultravioleta, rayos infrarrojos y materiales ext extremadamente remadamente fríos. Nunca toque hielo seco o gases líquidos con sus manos descubiertas. B.  Fuentes de calor Mecheros Bunsen 1.   Ajuste su me mechero chero a modo de de ob obtener tener una llama suave. Calentará despacio, ppero ero má máss uniformemente. El calentamiento uniforme muchas veces es crítico para ciertas reacciones químicas. 2.   Ajuste el anillo y rejilla que soporta su cristalería sobre el mechero de modo que la llama toque el vidrio abajo del nivel del líquido. Calentamiento arriba del nivel del líquido podría resultar en rajaduras de la cristalería. 3.  Cuando se calientan tubos de ensayo, rotarlos uniformemente sobre la llama. 4.  Calentar líquidos despacio. Calentamiento rápido puede causar ebullición fuerte y derramamiento del líquido. 5.   Antes de desconectar su mec mechero hero Bunsen Bunsen asegúrese asegúrese que la llave del gas esté cerrada. Planchas calientes o estufas 1.  En una plancha para calentar toda la superficie calienta uniformemente. Además, la superficie permanece caliente un tiempo después de desconectada. Tenga cuidado con esto. 2.  Siempre use una estufa o plancha más grande que el utensilio calentado. C.  Mezcla, agitación y uso de reactivos 1.  No mezcle ácido sulfúrico con agua dentro de un cilindro graduado. El calor de la reacción podría quebrar la base. 2.  Cuando esté diluyendo un ácido (especialmente ácido sulfúrico) recuerde siempre que se agrega el ácido al agua. Si se agrega agua al ácido conc concentrado entrado obtendrá una reacción exotérmica que podría provocar accidentes accidentes..

 

  9 3.  Nunca pipetee con la boca soluciones ácidas o fuertemente alcalinas, ni reactivos tóxicos. Use perillas de hule.

4.  Cuando un reactivo ha pasado la boca del recipiente contenedor, ha pasado el punto sin regreso. NUNCA regrese reactivos que ha ttomado omado en exceso a su recipiente original, compártalo con sus compañeros. 5.  Los tapones de los frascos de reactivos nunca se deben colocar sobre la mesa. Para evitar contaminacioness se sostendrán en la mano. contaminacione 6.  Líquidos y soluciones pueden desecharse en los lavaderos siempre que no sean substancias que que ataquen al PVC (consultar con ssuu instructor). Se debe lavar lueg luegoo con abundante agua. 7.  Sólidos nunca se desechan en el lavadero, se deben envolver en toallas y botarlos al basurero. 8.  Cuando pese un reactivo en la balanza NUNCA lo haga directamente en el plato, use papel encerado, un pesa filtro o un vidrio de reloj. Limpie siempre el plato de la l a balanza y firme el registro (balanza analítica). Deje la balanza siempre en cero. 9.  NUNCA disuelva reactivos sólidos en balones aforados. Hágalo primero en un beaker (vaso de precipitados) y luego trasvase su solución. 10. Rotule siempre todos los reactivos que se preparen con fecha, nombre, concentración y fórmula. D.  Unión y separación de materiales de vidrio 1.  Cuando las piezas no estén en uso por un largo período de tiempo, separe uniones, llaves de buretas, tapones de de vidrio esmerilado, etc., para prevenir que se peguen. peguen. Remueva la grasa de las uniones. Llaves y tapones de teflón deben aflojarse un poco para aumentar la vida del material de sello. 2.  Para un fácil almacenamiento y re-uso, poner una tira de papel encerado entre las uniones de vidrio. 3.  Si una unión se pega, el siguiente procedimiento generalment generalmentee la despegará. Sumergir la unión en un recipiente que contenga Coca Cola fresca, recién vertida. Usted deberá ver como el líquido penetra las superficies unidas. Cuando Cuando las superficies estén mojadas (5 a 10 minutos) remueva la unión y enjuague la con agua. Asegúres Asegúresee que má máss del 50% de las paredes interiores interiores estén mojadas ant antes es de someterla someterla al calor de la llama). Luego caliente levemente la pared exterior de la unión rotándola r otándola por 15-20 segundos sobre una llama baja de un mechero. Remueva luego de la llama y lentamen lentamente te y con cuidado tuerza las dos partes de la unión separándolas. separándolas. Si no se separan repita el procedimiento. Al usar este método de separación de uniones de vidrio, nunca use la fuerza. 4.  Las uniones, tapones, llaves, etc., de vidrio vidri o esmerilado deberán lubricarse con fr frecuencia ecuencia para prevenir que se peguen. 5.  Cuando trate de insertar un vidrio en un tapón de hule, lubrique bien ambos con agua o con glicerina. Use también una toalla para protegerse las manos manos en caso de que se rompa el vidrio.

 

 

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6.  Pula a la llama los extremos de las varillas de vidrio antes de insertarlas en mangueras flexibles. 7.  Si le resulta imposible remover un termómetro de un tapón de hule, hul e, corte el tapón con un bisturí o navaja. No fuerce el ttermómetro ermómetro ya que se podría romper. 8.   Al usar un lubricante use una pequeña capa alrededor de la parte superior de la unión. Evite engrasar las partes inferiores del aparato. 9.  Tres tipos de lubricantes se usan: a) grasa de hidrocarbonos la cual puede quitarse fácilmente con la mayoría de solventes de laboratorio, incluso con acetona. acetona. b) Debido a que la grasa de hidrocarbonos es fácil de remover, grasa de silicones se prefiere generalmente para para procesos de altas temp temperaturas eraturas o de alto vac vacío. ío. Se puede remove removerr fácilmente con cloroformo. c) Para reacciones de ext extracción racción de largo plazo se usa una una grasa orgánica insoluble insoluble tal como glicerina. Se puede remover fácilmente con agua. agua. 10. Lave el material de vidrio tan pronto como sea posible después de usarse. Cuando no se puede limpiar el material con agua y jabón, use mezcla crómica disponible en los laboratorios. Tenga mucho cuidado al usar esta mezcla que es extremadamente corrosiva. 11. La grasa se puede remover r emover fácilmente hirviendo el material en una solución de carbonato de sodio. Acetona u otro solve solvente nte también puede usarse. 12. Cuando lave pipetas, tenga cuidado de no golpearle las puntas ya que son muy sensibles a los golpes y pueden astillarse, nunca introduzca una pipeta en la boca de la llave para enjuagarla, el agua puede venir con mucha presión y tirarla. 13. NUNCA guarde soluciones alcalinas en cristalería volumétrica, los tapones pueden pegarse y es sumamente difícil separarlos. E.  Manejo de material de vidrio para medir volúmenes La calibración hecha por el fabricante del equipo volumétrico que se usará en el laboratorio está dentro del error aceptable para nuestros fines, fines, por lo que el estudiante no deberá hacer ninguna calibració n especial. Simplemente convie conviene ne llamar la atención al hecho de que los aparatos calibración y las soluciones usadas en volumetría deben emplearse a la temperatura ambiente cuando se haga a la medida, puesto que la mayor parte de soluciones acuosas aumentan 0.02% en volumen por cada grado Celsius (ºC) ( ºC) de elevación de temperatura por encima de la ambiental (20 ºC). 1.  Matraces aforados: están calibrados para contener volúmenes dados a la temperatura impresa en las paredes, cuando el borde inferior del menisco formado por el líquido coincida con el anillo anillo del cuello del del matraz. Este tipo de matraz no debe calentarse. calentarse. 2.  Probetas: están calibradas para contener volúmenes variables indicados en su graduación y son menos precisas que los matraces matraces volumétricos o afo aforados. rados. Al emplearlas, el menisco del líquido debe quedar tangente a la graduación de la probeta. 3.  Buretas: se emplean para medir volúmenes variables. variables. Las que tengan llaves esmeriladas deben estar ligeramente engrasadas. engrasadas. Una bureta de 50 mL no debe vaciarse más aprisa de 0.7 mL por segundo, pues si no, se adhiere mucho líquido a las paredes y el volumen que baja es inferior al que marca marca el menisco. Deben limpiarse limpiarse exhaustiva exhaustivamente mente antes de

 

 

11 usarse. El engrase se hace de manera que su manejo sea más fácil y suave, sin permitir ningún escape de líquido. El lubricante no debe contamina contaminarr la parte graduada de la bureta. El líquido sobrante no debe descartarse invirtiendo la bureta, sino a través de la punta.

4.  Pipetas calibradas al contenido (marcadas T.C. → To Contain): En la calibración de estas pipetas el fabricante toma en cuenta el volumen de líquido que se queda en el interior de la pipeta al drenarla y por lo tanto es necesario soplarlas al final. 5.  Pipetas calibradas al vacío (marcadas T.D. →  To Deliver): Al calibrar estas pipetas únicamente se toma en cuenta el volumen de líquido que se obtiene al drenarlas y por consiguiente no se debe debenn soplar. Cuando esta estass pipetas tienen uno o dos anillos esmerilados en el extremo superior se deben soplar. 6.  Forma de usar la pipeta: Tómese la pipeta por el tercio superior entre los dedos pulgar, medio y anular. anular. Introduzca la punta en el líquido y suc succione cione por extremo libre con la perilla de hule. Vigile constanteme constantemente nte el menisco que asciend asciendee por el tallo para evitar que el líquido llegue a la perilla perilla de hu hule. le. Cuide de mantener la pipeta pipeta sumergida cuando cuando succione o de lo contrario al succionar aire, gran parte del líquido entrará a la perilla. Cuando el menisco haya subido una pulgada arriba de la marca superior, rápidamente ocluya el orificio superior con yema del dedo índice, sosteniendo la pipeta entre el pulgar, el medio y el anu anular. lar. Controlando la presión con el índice sobre el orific orificio, io, se per permite mite al líquido contenido drenar hasta que la parte inferior del menisco coincida con la marca superior de lacontra pipeta.la Para la solución el recipient recipiente e deseado, apoyeellalíquido punta de la pipeta pareddescargar del mismo y quite eleníndice del orificio, drenando hasta la marca deseada. F.  Seguridad personal 1.  Use pinzas o guantes de asbesto para remover objetos de la fuente caliente. Recuerde que aunque el vidrio no esté al rojo vivo produce quemaduras fuertes al estar caliente. Coloque todo objeto caliente en planchas de asbesto. 2.  Cuando use un frasco con ácido asegúrese de que el exterior quede limpio, ya que si el ácido goteó fuera de éste, una segunda persona podría quemarse al tomar luego el ffrasco rasco de ácido. 3.  Derramamiento de ácido, materiales cáusticos, materiales o soluciones fuertemente oxidantes en la ropa o piel deberán lavarse inmediatamente con grandes cantidades de agua. 4.  Se debe tener especial cuidado al manejar mercurio. Una pequeña cantidad en el fondo de una gaveta gaveta puede llegar a contaminar la atmósfera del del laboratorio. La toxicidad del mercurio es acumulativa y la habilidad de este elemento de amalgamarse con otros metales es bien conocida. Después de un accidente con mercurio, termómetros rotos, etc., el área deberá ser cuidadosamente aspirada para recoger en su totalidad las gotas de mercurio. Recipientes qque ue contengan mercurio debe deberán rán estar muy bien cerrados cerrados..  Agregue azufre en el área que derramó mercurio.  

5. Nunca bebareactivo de un beaker. Nunca pruebe reactivos para identificarlos. Cuando qquiera uiera oler algún o producto producto de una reacción, nunca lo haga directame directamente. nte. Desplace una pequeña cantidad del vapor hacia su nariz con la mamo. 6.  Nunca llene un recipiente recipiente con un reactivo que no sea el que dice le etiquet etiqueta. a. Descarte el

 

 

contenido de los recipientes no etiquetados.

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7.   Al trabajar con cloro, cloro, sulfuro de hidrógeno, monóxido de carbono, cianuro de hidrógeno y otras sustancias sumamente tóxicas, use siempre la campana en un área bien ventilada. 8.   Al trabajar con materiales materiales volátiles, volátiles, recuerde que eell calor causa expansión, expansión, y la represión de la expansión puede causar una explosión. 9.  El ácido perclórico es especialmente peligroso porque explota al contacto con materia orgánica. No use perclórico sobre bancos de madera y tenga cuidado de no derramarlo sobre su piel u otro material orgánico. G.  Medidas de precaución Incendios Debido al uso de solventes volátiles altamente inflamables, tales como éter, acetona, cloroformo, tolueno, xileno, etc., uno de los mayores riesgos en el laboratorio es el incendio. Las precauciones siguientes son muy importantes: 1.  Localice la posición de los extinguidores de incendios, la manta, la ducha y el botiquín de primeros auxilios y memorice dicha posición. 2.  Nunca encienda fósforos o permita que enciendan encendedores, mecheros, etc. o se activen contactos eléctricos que produzcanPara chispas cuando se esté trabajando con líquidos inflamables; límpielos inmediatamente. desechar desecha r tales líqu líquidos, idos, viértalos en un recipiente designado para descarte de solventes orgánicos. 3.  En caso de incendios sobre las personas o en sus ropas use inmediatamente la manta o la ducha. 4.  Para todos los otros incendios use los extinguidores de CO 2. DEFINITIVAMENTE NO use agua para combatir incendios de solventes orgánicos, generalmente esto contribuye a expandir el incendio. 5.  No busque fugas de gas inflamable con llama directa. Materiales venenosos 1.   Volátiles: La mayor parte de los solventes solventes y cianuros, deberán manejarse en la campana campana para gase. pipetas. Las soluciones cianuros deberán medirse medirsedebe con descartarse buretas y nunca nu deberán emplearse El excesodede soluciones de cianuro ennca frascos de desechos. Los tetracloruros sson on tóxicos a largo plazo. 2.   Venenos no volátiles: Las soluciones de éstos nunca deben succionarse con pipetas por medio de la boca, deberá emplearse una perilla de hule. Materiales cáusticos o corrosivos: 1.   Ácidos minerales fuertes:  ácidos   ácidos sulfúrico, clorhídrico, nítrico, perclórico, fluorhídrico y fosfórico (H2SO4, HCl, HNO3, HClO4, HF y H3PO4). Estos destruyen destruyen rápidamente los tejidos. Los accidentes más frecuentes son provocados por proyecciones de dichos ácidos por descuidos en su manejo. 2.   Álcalis minerales:  minerales:   hidróxidos hidróxidos de sodio y potasio (NaOH y KOH). Son también corrosivos y destruyen los tejidos. La disolución de eestos stos álcalis en agua agua produce también liberación liberación de gran cantidad de energía en forma de calor.

 

  13 3.  En caso de contacto bucal con ácido o álcali debe lavarse la boca rápidamente con bastante agua; luego, si el contacto fue con ácido, lave su boca con solución de bicarbonato de sodio. Si el contacto fuera con álcali lave su boca con solución solución de ácido cítrico.

4.  En el caso de derrame de ácidos o álcalis sobre las manos, mesas o piso de laboratorio, lave con abundante agua inmediatamente. 5.  Lesiones de piel por álcalis:  lave  lave el área afectada con c on abundante agua y luego con solución de ácido bórico al 1%. 6.  Lesiones de piel por bromo:   cúbrase cúbrase el área afectada con glicerol y frótese hasta que penetre en la piel y reaccione reaccione con el bromo que hubiere hubiere penetrado en los poros. Luego séquese y aplique picrato de butesín. 7.  Lesiones en los ojos:  lávese   lávese inmediatamente con agua. Luego lávese usando una copa con bicarbonato de sodio en solución si la lesión fue con ácido y con ácido bórico en solución si la sustancia fuera un álcali. Busque luego asistencia médica. 8.  En el caso de exposición cutánea con fenol, irrigue el área con gran cantidad de etanol y luego con abundante cantidad de agua.  VI.  SEGURIDAD EN EL LABORATOR LABORATORIO IO En el laboratorio se requiere trabajar con ciertas sustancias químicas, las cuales pueden ser muy peligrosas, por ello el trabajo en el laboratorio requiere el estudio de una serie de normas de seguridad que eviten posibles accidentes: NORMAS GENERALES 1.  Cada estudiante o pareja de laboratorio se responsabilizará de su área de trabajo y de su material. 2.  Cada estudiante debe utilizar bata para evitar que posibles proyecciones de sustancias químicas lleguen a la piel o prendas de vestir. 3.  Las personas con cabello largo deberán sujetarlo hacia atrás.  

4. 5.  6. 

En el laboratorio está terminantemente prohibido fumar, tomar bebidas o ingerir alimentos. No se debe utilizar lentes de contacto dentro del laboratorio. Siempre al terminar una práctica, verifique que todas las llaves de gas y agua estén debidamente cerradas.

ROPA DE LABORATORI LABORATORIO O Se debe utilizar siempre bata dentro del laboratorio, preferiblemente de algodón. La utilización de la bata protege a la piel y además puede ser quitada fácilmente en caso de que se derrame alguna sustancia pe peligrosa. ligrosa. Debe usar ropa cerrada. Los ojos son particularmente suscep susceptibles tibles a lesiones de modo permanente por las sustancia sustanciass corrosivas y por fragmentos que saltan. Es imprescindible la utilización de gafas de seguridad, si usted utiliza lentes con graduación, estos deben caber dentro de las gafas. No es recomendable la utilización de lentes de contacto dentro del laboratorio, debido a que cualquier gas o líquido se puede impregnar en estos y causar daños muy severos a los ojos.

 

  14 Se debe utilizar guantes en caso que esté manipula manipulando ndo sustancias corrosivas o que pueda ser peligroso por la absorción cutánea. Si usted es alérgico a la sustancia a utilizar, deberá utilizar los guantes siempre.

La clase de guantes a ser utilizados depende de la clase de químico a utilizar; la selección del guante a utilizar es función de la resistencia química del material. Los guantes de látex tienen una resistencia limitada a las sustancias químicas peligrosas más comunes del laboratorio. No deben ser utilizados en operaciones en donde la contaminación sea anticipada y deben ser removidos inmediatament inmediatamentee y lavar las manos de inmediato porque se contaminan. Guantes más resistentes incluyen materiales como caucho natural, neopreno, nitrilo, butilo,  Viton y cloruro de de polivinilo. Las mascarillas deben ser utilizadas cuando se trabajan con sustancias químicamente peligrosas por inhalación; cuando trabaje con este tipo de sustancias, hágalo en la campana de extracción. Debe utilizar zapato cerrado y pantalón para evitar el contacto directo de algún químico con la piel en caso de derrame. LESIONES En caso cualquier lesión, por más leve que pueda parecer, ésta debe ser tratada inmediatamente. Por ello se debe tener un manual y equipo de primeros auxilios a mano. Hay ciertos reglamentos que puede seguir en caso de una emergencia: ▪ 

Uso de la ducha: La ducha debe ser utilizada si se derrama algún químico tóxico o corrosivo sobre usted, lavándolo con grandes cantidades de agua antes de recibir algún tratamiento de primeros auxilios. Inclusive algunos segundos pueden evitar una quemadura seria; usted debe cerciorarse del lugar en donde se encuentre la ducha. El retiro de productos insolubles en agua se puede facilitar utilizando jabón en el área afectada. Debe remover toda la ropa contaminada.

▪ 

Lavadero de ojos: Si algún producto químico entra en contacto con sus ojos, debe lavarlos inmediatamente en el lavadero ojos. Familiarícese el lugarlosenpárpados donde éstos se encuentren y la utilización de losde mismos. Asegúrese decon mantener abiertos para lavar todo el globo ocular. Todas las lesiones en los ojos deben ser atendidas inmediatamente por un doctor.

▪ 

Inhalaciones: En caso de asfixia, se debe aflojar la ropa y quitar collares u otros objetos que impidan la libre respiración. Se debe consultar a un médico inmediatamente. Para evitar accidentes de esta naturaleza, se debe trabajar en un área ventilada o en la campana de extracción. Si se debe comprobar el olor de alguna sustancia, la forma de hacerlo es echar con la mano hacia la nariz un poco de vapor, pero nunca inhalarlo directamente desde el recipiente.

▪ 

Ingestión de químicos: Si el químico no ha sido tragado, se deben hacer gárgaras con mucha agua, asegurándose de que no se esté tragando ninguna cantidad de líquido. Si la sustancia ha sido tragada, no induzca vómito, consuma alrededor de 25 mL de agua para

 

 

diluirlo en el estómago. Cualquiera que sea el caso, busque asistencia médica inmediatamente.

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Un medio de intoxicación común es por medio de las manos. Algunos venenos se absorben rápidamente a través de la piel y todos ellos pueden adherirse en las manos, y finalmente terminar en la boca. Luego de haber estado expuestas a las sustancias peligrosas, las manos deben lavarse con abundante agua y jabón. ▪ 

Cortadas o quemaduras: En caso de recibir alguna cortada o quemadura, busque recibir primeros auxilios de inmediato. Las cortadas o quemaduras se pueden evitar siguiendo estas reglas: 1.  Nunca se debe introducir un tapón de hule en una varilla de vidrio sin antes haber humedecido el tubo y el agujero del tapón. Se recomienda la utilización de un trapo para hacer esta operación. 2.  Los bordes agudos o filosos de un tubo de vidrio deben ser eliminados con calor. 3.  No se debe sacar a la fuerza un tapón de hule que se haya pegado a la superficie s uperficie del vidrio, se debe lubricar primero el área con agua, intentando después sacar el tapón dándole vueltas. 4.  No tomar un trozo de vidrio si no se sabe si está caliente; para mayor seguridad utilice pinzas. 5.  No utilizar instrumentos que estén rajados o rotos. En caso de leve derrame de alguna sustancia, si es un ácido o una base fuerte, lave el área con abundante agua, pero si el derrame es abundante o se trata de alguna sustancia muy tóxica o corrosiva, informe inmediatamente a su instructor. USO DE LA CAMPANA DE EXTRACCIÓN Siempre que haga algún experimento que implique la formación de algún humo, vapor tóxico o necesite evaporar alguna sustancia, sustancia, debe hacerlo en la campana de extracción. Las sustancias químicas químicas que se guarden en este lugar deben ser utilizadas solamente ahí y no se deben extraer. No meta la cabeza a la campana innecesariamente al hacer ajustes al equipo. EN CASO DE INCENDIO

Si el fuego es pequeño, trate de apagarlo utilizando un extintor adecuado (normalmente se utiliza un extintor para fuegos tipo ABC), esto se hace apuntando hacia la base del fuego.  Apague todas las llaves de gas. Infórmese de la localización exacta de los l os extintores, alarmas contra incendio, mantas contra el fuego y otras medidas de seguridad en el laboratorio, así como el uso de estos aparatos. Si el fuego es de grandes proporciones, no intente apagarlo, evacue el lugar y vaya a un lugar seguro. Evite entrar en pánico.

 

  UTILIZACIÓN DE REACTIVOS

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 Al momento de utilizar reactivos químicos, químicos, es preciso comprobar dos veces veces lo escrito eenn la etiqueta a fin de asegurarse que no se emplea un producto por otro. Muchos accidentes ocurren por no leer cuidadosamente cuidadosamente la etiqueta de los ffrascos. rascos. Cuando los reactivos se contaminan, los experimentos se echan a perder y pueden ocurrir accidentes. Para evitar esto: 1.  Descarte los reactivos usados y no los regrese a los frascos originales. UTILICE LOS FRASCOS PARA DESECHOS. 2.  Nunca introduzca en un frasco de reactivo los goteros o pipetas que tiene en su gaveta; en vez de ello, vierta un poco de rreactivo eactivo en un vaso de precipitados o matraz llimpio impio y seco y de ahí tome las cantidades necesarias con el gotero o la pipeta. 3.  Procure no colocar la parte interna de los tapones de vidrio o corcho sobre las partes de su gaveta que estén llenas l lenas de polvo o sustancias químic químicas. as. Si el tapón es de cabeza plana, colóquelo boca arriba sobre la mesa. Cuando tenga que hacer una solución de agua y ácido, NUNCA NUNCA vierta  vierta el agua al ácido, hágalo SIEMPRE vertiendo el ácido al agua muy lentamente. Evite el contacto directo entre sustancias incompatibles incompatibles (como ácidos con bases) y si debe hacerlo siga las indicaciones del instructor al pie de la letra.

 

 

PRÁCTICA No. 1

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DETERMINACIÓN DE DUREZA DE AGUA POR TITULACIÓN COMPLEJOMÉTRICA (Volumetría de formación de complejos) I.  OBJETIVOS  

• • 

Estudio y aplicación los complejos en muestras el anális análisis isde volumétrico. Determinación de la de dureza de distintas agua.

II.  TEORÍA  A.  Formación de complejos EDTA El científico Schwarzenbach publicó en el año 1945 el primero de una serie de estudios fundamentales sobre los ácidos poliaminocarboxílicos poliaminocarboxílicos como agentes analíticos quelantes. El más importante de ellos es el ácido etilendiaminotetraacético, abreviado AEDT (o comúnmente EDTA por sus siglas en inglés), que se ha convertido en uno de los reactivos titulantes más utilizados. utilizados. Al igual que otros tipos de reacciones de titulación, titulación, la formación de complejos debe ser rápida, estequiométrica y cuantitativa; todas estas condiciones son cumplidas por las titulaciones con EDTA. Una reacción de formación de complejos involucra un catión metálico Mn+ y otra entidad iónica o molecular L, llamada ligando , que contiene al menos un átomo con un par de electrones libres. Los ligandos se lllaman laman unidentados cuand cuandoo pueden ligar al catión por por enlace coordinado a través de un solo par de electrones, y multidentados, cuando son varios los pares de electrones electrones para la formación de los enlaces enlaces coordinados. Cuando un ligando multidentado forma más de un enlace coordinado con el mismo átomo metálico se forma una estructura anular y se dice que el complejo formado es un quelato . La gran importancia que ha alcanzado el EDTA como agente titulante se debe a que forma for ma quelatos de 1:1 con muchos cationes metálicos. metálicos. La terminación comp completa leta de una titulación complejométrica está gobernada por la estabilidad del complejo que se forma, y esta estabilidad aume aumenta considerablemente considerablemente ccuando uando intervie intervienen nen ligand ligandos polidentados. EDTA combina lasnta propiedades coordinantes del grupo amonio y del os grupo carboxilato, El lo que hace especialmente especialmente estables los quelatos quelatos que forma con los cationes cationes metálicos. Es un agente acomplejante efectivo porque puede formar anillos quelatos de cinco miembros con un solo catión metálico, por la donación de cuatro o a veces tres pares de electrones de los grupos carboxilatos carboxilatos y de los los átomos de nnitrógeno. itrógeno. La estructu estructura ra específica del complejo varía con el catión metálico, el cual queda hexa o penta coordinado con el ligando. El tetraanión del EDTA, tiene la siguiente estructura:

Otras razones por las que es muy recomendable el uso de EDTA, además de la estabilidad de los complejos que forma, son las siguientes:

 

 

18 • Se

puede obtener cierta selectividad debida a diferencias de estabilidad de los complejos formados y en base base al control del pH de la solución. Según sea el pH del del medio, la formación de los complejos metal-EDTA puede representarse por las siguientes ecuaciones ecuaciones en el caso de un catión divalente: M2+  + H2 Y   Y 2−  → MY 2−  + 2H+  M2+  + HY 3−  → MY 2−  + H+  M2+  + Y 4−  → MY 2− 

En condiciones fuertemente básicas se titula Ca 2+, en condiciones básicas se titulan los cationes de metales metales como magnes magnesio, io, estroncio y bario. A valores intermed intermedios ios de pH se titulan los cationes de manganeso, hierro(II), las tierras raras, cobalto, níquel, cobre, aluminio, aluminio, cinc, ca cadmio, dmio, plomo, etc. etc. En condiciones condiciones ácidas se titulan los cationes mercurio, bismuto, cobalto(III), cromo, hierro(III), galio, indio, selenio, titanio y vanadio. • La

sal disódica del EDTA constituye un patrón primario aceptable para análisis cuantitativo.

• El

punto final de las titulaciones de EDTA puede determinarse adecuadame adecuadamente nte con indicadores visuales visuales o por métodos in instrumentales. strumentales.

• Las determinaciones se ajustan a cualquier rango de concentraciones.

Un factor importante en la aplicación de las titulaciones con EDTA ha sido el desarrollo de indicadores adecuados adecuados que permiten llevar a cabo titulacione titulacioness en soluciones diluidas. diluidas. Los indicadores para iones metálicos son generalment generalmentee colorantes que forman complejos con iones metálicos, con la característic característicaa de que el complejo formado tiene un color diferente al del indicador indicador libre. Los complejos met metal-indicador al-indicador se forman en ciertos rang rangos os de concentración del metal, metal, en forma similar a lo que sucede con los indicadores de pH y concentración de hidronio. Uno de los primeros indicadores desarrollados fue el 1-(1-hidroxi-2-naftilazo)-6-nitro-2naftol-4-sulfonato, naftol-4-sulfonat o, conocido con el nombre de Negro de Eriocromo T. Este indicador tiene la desventaja de dar un viraje difuso cuando en la muestra se encuentra solamente calcio, ymetil-2-fenilazo)-2-naftol-4-sulfónico, de ser poco estable en solución. Paraconocido sustituirlocomercialmente se ha utilizado el con ácidoel1-(1-hidroxi-4nombre de Calmagita, el cual tiene la ventaja de ser estable en solución acuosa y dar un viraje más claro que el Negro de Eriocromo T. Otro indicador utiliza utilizado do en la titulación ddel el calcio es la calcona, que funciona satisfactoriament satisfactoriamente. e. Cuando se usan métodos instrumentales para la detección del punto final (generalmente (ge neralmente por el uso de electrodos) es recomendable r ecomendable valorar el titulante contra carbonato de calcio, metales puros como cinc, cadmio o cobre, o contra sales de cadmio, pues así se puede obtener mayor exactitud. B.  Dureza del agua La "dureza" del agua sedeldebe principalmente la presencia de calcio y magnesio. La "dureza temporal" agua se debe a losa bicarbonatos desales estosdeelementos y puede eliminarse por por ebullición. Esta forma de dureza se determina ccuantitativamente uantitativamente por la simple titulación con una solución patrón de ácido (utilizando naranja de metilo como

 

 

indicador). La "dureza perma permanente" nente" se debe principalmente principalmente a la presencia presencia de sulfatos y cloruros de calcio y magnesio, y no es afectada por la ebullición del agua.

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La dureza se puede determinar por titulación con la sal disódica del EDTA de acuerdo con el procedimiento corriente de valoración complejométrica de calcio y magnesio. El concepto de dureza, que indica el contenido total de sales alcalinotérreas, se expresa en “grados”, de acuerdo a lo siguiente:  ▪  ▪  ▪ 

 “Grado de dureza alemán, dH°”, corresponde a 10 mg/L de CaO    “Grado de dureza inglés, eH°”, corresponde a 10 mg/0.7 L de CaCO 3   “Grado de dureza francés, fH°”, corresponde a 10 mg/L de CaCO3 

Como la dureza del agua se debe principalmente a la presencia de sales cálcicas, cálcica s, únicamente se expresa en función de sales cálcicas. Se acostumbra también expresar la dureza de las aguas en partes por millón (ppm) de CaO ó de CaCO 3  3 . La determinación de calcio y magnesio en muestras de agua constituye un  procedimiento  procedim iento normalizado para la determinación determinación de la dureza del agua. La valoración directa di recta con EDTA a pH 10, con Negro de Eriocromo T como indicador, da la suma de calcio y magnesio (dureza total). Para mantener constante el pH en un valor de 10 se utiliza una solución reguladora de amoníaco y cloruro de amonio.

La reacción que a ese pH tiene lugar entre el EDTA y los iones metálicos determinados (calcio y magnesio) puede representarse por: M2+  + HY 3−  →  MY 2−  + H+  Durante la titulación con la solución de EDTA primero se titulan los cationes calcio y después los magnesio; en el punto final, los iones magnesio que están formando un complejo débilmente asociado con con el Negro de Eriocomo T y dand dandoo un color rojo a la solución reaccionan con el titulante, dejando libre al indicador y produciéndose así un cambio de color a azul: MgNET−  + HY 3−  →  HNET2−  + MgY 2−  (rojo vivo) (azul) Cuando sólo se está determinando calcio en una muestra que no contiene magnesio, no debe usarse este indicador, a menos que se agregue a la solución de EDTA una pequeña cantidad de solución de cloruro de magnesio antes de valorarla para asegurarse una concentración de magnesio adecuada para la formación del complejo coloreado magnesioindicador. Cuando se quiere determinar calcio en una solución que contiene calcio y magnesio, se hace precipitar el magnesio como Mg(OH) 2 y se titula el calcio utilizando calcona como indicador. La calcona forma un ccomplejo omplejo rojo-rosado con el calcio y en el punto de equivalencia, al quedar libre, da un color azul limpio a la solución. Cuando se titula agua dura, que generalmente contiene interferentes, debe añadirse a la muestra cianuro de sodio el cual previene la interferencia de metales como cobre y hierro, hierr o,

 

 

éstos forman complejos más estables con el cianuro y así se logra que no reaccionen con el EDTA.

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III.  MATERIALES Y REACTIVOS  A.  Materiales ▪  ▪  ▪  ▪  ▪  ▪  ▪  ▪  ▪  ▪  ▪  ▪  ▪ 

3 balones volumétricos de 250 mL 1 beaker de 150 mL 1 frasco de polietileno de 100 mL 2 frascos de polietileno de 250 mL 1 bureta de 50 mL 2 pipetas Pasteur con bulbo 1 probeta de 10 mL 1 probeta de 25 mL Papel pH 3 erlenmeyer de 125 mL 3 erlenmeyer de 250 mL 1 pipeta volumétrica de 10 mL 1 pipeta volumétrica de 15 mL

▪  ▪  ▪  ▪  ▪  ▪  ▪  ▪  ▪  ▪  ▪  ▪ 

Estufa con agitador Barra magnética para agitación  Varilla de vidrio para agitación 2 beakers de 250 mL 1 perilla para pipeta volumétrica 1 espátula analítica 1 soporte universal 1 pinza para bureta 1 balanza seminalítica 1 balanza analítica 1 Embudo de vidrio Pizeta con agua desmineralizada

B.  Reactivos  Agua desmineralizada desmineralizada ▪  Carbonato de calcio grado analítico ▪  EDTA sal disódica grado analítico ▪  HCl al 37 % grado gr ado reactivo ▪  Cinta de magnesio grado analítico ▪  Negro de Eriocromo T ▪  Trietanolamina ▪  Cloruro de amonio IV.  PROCEDIMIENTO ▪ 

▪  ▪  ▪  ▪  ▪  ▪ 

Hidróxido de amonio concentrado Etanol absoluto Calcona Metanol Dietilamina Muestra de agua proporcionada por el estudiante

 A.   Antes de la práctica práctica ▪  ▪ 

Seque alrededor de 1.00 g de Carbonato de Calcio grado patrón durante 1 hora a 110 °C en el horno. Seque alrededor de 2.00 g de EDTA sal disódica grado analítico durante 2 horas a 80 °C en el horno.

B.  Preparación de soluciones 1.  SOLUCIÓN DE SAL DISÓDICA DE EDTA Disuelva alrededor de 0.93 g de dihidrato de la sal disódica de EDTA (pesado por diferencia) en 125 mL de agua. Afore a 250 mL. Asegúrese que la disolución sea sea completa.  

2. Pese SOLUCIÓN 6.75 gREGULADORA de cloruro de amonio en un beaker de 150 mL y disuélvalos en 20 mL de agua. Agregue 57 mL de solución concent concentrada rada de hidróxido de amonio (d = 0.88), agite y diluya a 100 mL con agua. Mida el pH de esta solución y compárelo con el esperado. Transfiera a un frasco de ppolietileno olietileno limpio.

 

 

21

3.  SOLUCIÓN ESTÁNDAR DE CALCIO Esta solución será compartida por mesa. Pese por diferencia hacia un balón volumétrico de 250 mL alrededor de 0.2500 g de carbonato de calcio. Añada ácido clorhídrico conce concentrado, ntrado, gota a gota, hasta que la sal se disuelva. disuelva. Afore con agua desionizada. Transfiera Transfiera a un frasco de polietileno limpio. 4.  SOLUCIÓN ESTÁNDAR DE MAGNESIO. Esta solución será compartida por mesa. Pese por diferencia hacia un balón volumétrico de 250 mL, alrededor de 0.0550 g de magnesio (cinta de magnesio magnesio grado analítico lib libre re de óxido). Añada ácido clorhídrico concentrado gota a gota hasta disolver el metal. Afore con ag agua. ua. Transfiera a un frasco de polietileno. 5.  SOLUCIONES INDICADORAS INDICADORAS (deben ser soluciones frescas) Disuelva 0.10 g de Negro de Eriocromo T en un medio constituido por 15 mL de trietanolamina y 5 mL de etanol absoluto. Prepare 25 mL de una solución de Calcona C alcona al 0.40 % (p/v) en metanol. C.  Titulaciones (trabajar en triplicado) 1.   Valoración de la solución de EDTA con mezcla de soluciones patrón de calcio y magnesio, utilizando Negro de Eriocromo T como indicador. indicador. Transfiera 15 mL de la solución patrón de calcio y 10 mL de la solución patrón de magnesio a un erlenmeyer erlenmeyer de 250 mL. Agregue 10 mL de la soluc solución ión reguladora (verifique que la solución quede a un pH cercano a 10 antes de agregar el indicador) y 4 gotas de la solución ind indicadora icadora de Negro de Eriocromo T. Calcule el volumen teórico de la solución de EDTA a utilizar en la titulación y luego titule agitando adecuadamentee (se toma como punto final el mo adecuadament momento mento en que todo el matiz rojo ha desaparecido y la solución toma un color azul nítido). 2.   Valoración de la solución EDTA con mezcla de soluciones patrón de calcio y de magnesio, utilizando Calcona como indicador. indicador. Transfiera 15 mL de la solución patrón de calcio y 10 mL de la solución patrón de magnesio a un erlenmeyer erlenmeyer de 12 1255 mL. Agregue 5 mL de dietilamina (verifique que la dietilamina tampone la solución a un pH de 12.5, provocando la precipitación de Mg(OH)2), 5 gotas gotas de indica indicador dor Calcona y agite. Calcule el volumen teórico teórico de solución de EDTA a utilizar en la titulación y luego titul titulee agitando adecuadamente (se toma como punto final el momento en que ha desaparecido el color rojo-r rojo-rosado osado y la solución toma un color azul nítido). 3.  Usando una probeta, transfiera una alícuota de 100 mL de agua de chorro, de pozo, o de otro tipo, hacia un erlenmeyer de 25 2500 mL. Agregue solución reguladora e indicador y titule, procediendo como en el inciso C.1. 4.  Usando una probeta, transfiera una alícuota de 100 mL de la misma muestra de agua hacia un erlenmeyer erlenmeyer de 25 2500 mL. Agregue gotas de dietilamina dietilamina (verificar (verificar pH) e indicador y titule, procediendo como en el inciso C.2.

 

   V.  CÁLCULOS Y RESULTADOS

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1.  Calcule la molaridad de la solución EDTA con su respectivo límite de confianza al 95 %, sobre la base de los dos tipos de indicadores indicadores util utilizados. izados. Compare los resultados anteriores y discuta. 2.  Calcule la dureza total de la muestra de agua, con su respectivo límite de confianza al 95 %, en términos de ppm de Ca C a y CaCO 3. 3.  Calcule la dureza cálcica y magnésica de la muestra de agua, con su respectivo r espectivo límite de confianza al 95 % en términos de ppm de Ca y CaCO3  y de Mg y MgCO3 respectivamente.  VI.  PREGUNTAS PRE-LAB 1.  Calcule el pH de la solución amortiguadora preparada. 2.  Presente la estructura química del Negro de Eriocromo T, explique por qué puede ser empleado también como indicador ácido-base. Presente la estructura química de la Calcona. 3.  Reporte cuales son los máximos niveles de la dureza total que puedan aceptarse para el agua de uso doméstico en Guatemala y para el agua de uso en calderas industriales. Explique Explique uno de los métodos más usados en la industria i ndustria para “ablandar”

el agua. POST-LAB 1.  Explique el proceso de desionización de agua por medio de resinas de intercambio iónico. 2.  Calcule la molaridad de la solución de EDTA asumiendo que la sal empleada es un estándar primario y compare este resultado con el obtenido en la valoración de calcio usando Calcona como indicador. Comente sus resultados. 3.  Una alícuota de 25.00 mL de una solución de Al2(SO4)3 y NiSO4 se diluyó exactamente a 500.0 mL, y el Al 3+ y el Ni 2+ en una alícuota de 25.00 mL fueron acomplejados por la adición de 40.00 mL de EDTA 0.1175 M. La solución se reguló a un pH 4.8 con solución reguladora. Después de la ebullición de la solución so lución por un corto tiempo para 3+ acelerar la formación del complejo de Al , el exceso de EDTA se tituló ti tuló con 10.07 mL 2+ de Cu  0.00993 M. Se añadió un exceso de F  a la solución caliente, que desplazó el EDTA enlazado al Al 3+. El EDTA liberado consumió 26.30 mL de la solución estándar de Cu2+. Calcule los mg/mL de NiSO4 y Al2(SO4)3 en la muestra.  VII.  BIBLIOGRAFÍA  Ayres, G. H.  Análisis Químico Cuantitativo. (Trad.: S. V. Pérez) Harla, Harper & Row Latinoamericana. Latinoamerica na. México. 11972. 972. 47 4700 pp. Christian, G. D. Analytical Chemistry  Chemistry . 6th ed. Wiley. 2007. USA.

 

 

Norma COGUANOR NGO 29 001:99. AGUA POTABLE. Especificaciones. Comisión

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Guatemalteca de Normas. Guatemala. 1999. Day, R. A., Underwood, A. L. Quantitati Quantitative ve Analysis. 6th ed. Prentice-Hall. USA. 1991. 685 pp. Skoog, D., West, D., Holler, F., Crouch, S. Fundamentos de Química Analítica . 8ª ed. Thomson Learning, México. 2005. +1065 pp.

 

 

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PRÁCTICA No.2

DETERMINACIÓN DE ÍNDICES DE REFRACCIÓN Y REFRACCIONES ESPECÍFICAS DE DIFERENTES SUSTANCIAS. DETERMINACIÓN DE SACAROSA EN AGUAS CARBONATADAS Y MIEL DE ABEJA POR REFRACTOMETRÍA I.  OBJETIVOS • 

Familiarizarse con el manejo del refractómetro de Abbé.

• 

Determinar los índices de refracción y las refracciones específicas de algunos compuestos y utilizar estos datos para identificar y cuantificar compuestos.

• 

Determinación del contenido de sacarosa en dos muestras de agua carbonatada y en una de miel de abeja utilizando el refractómetro.

II.  TEORÍA Cuando un rayo de luz pasa de un medio a otro de diferente densidad, la dirección en que se propagan sus rayos cambia. A este fenómeno se le conoce como refracción. refracción. El  El índice de refracción,  , se define como la razón de los senos de los ángulos formados por el rayo de luz incidente y refractado r efractado respecto a un plano perpendicular a la interfase atravesada por el rayo:  

senθ sen θ inc =

senθ sen θ refr 

 

El índice de refracción es una propiedad específica de cada interfase y varía con la temperatura, con la longitud de onda de la luz considerada y con la presión. Los datos tabulados en la literatura para los índices de refracción de diversas sustancias generalmente están referidos al vacío como primer medio. Generalmente los índices de refracción se reportan a una temperatura de 20 ºC y con luz de las líneas D de emisión del sodio (doblete amarillo a 589.0 y 589.6 nm). La refractometría no es una técnica analítica muy popular, sin embargo tiene una gran variedad de aplicaciones prácticas y algunas teóricas. Se utiliza con frecuencia en la industria azucarera para el análisis de soluciones de azúcares; se emplea también en la industria de aceites y en la industria de alimentos en general, y es útil tanto como técnica de análisis cualitativo como para análisis cuantitativo de soluciones. El índice de refracción de una muestra puede relacionarse con su densidad y su peso molecular para obtener la refracción r efracción específica y la refracción molecular del compuesto, y estas dos cantidades pueden ser de gran utilidad para el estudio o la caracterización del mismo.

 

 

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Refractómetro de Abbe

Equipo de medición basado en el principio de ángulo límite, está diseñado para realizar operaciones con precisión y rapidez, requiere cantidades pequeñas de muestra y tiene una precisión de ±2 x 10-4. En este instrumento se mantiene una capa fina del líquido que se mide contra la hipotenusa del prisma de refracción P, mediante el prisma auxiliar P´, cuya hipotenusa esta finamente esmerilada. Se ilumina el prisma auxiliar y la luz que se difunde en la superficie esmerilada choca en ángulos diversos sobre el límite entre el líquido y el prisma principal. Esta luz entra en el prisma de refracción en ángulos que varían hasta el ángulo límite, por consiguiente cuando se mira con un anteojo la luz que emerge del prisma de refracción, se ve un campo dividido que se halla en parte oscuro y en parte iluminado con una línea divisoria neta entre las dos porciones.  Análisis de mezclas mezclas  Además del índice de refracción, otra cantidad útil es la refracción específica de un compuesto, r D  D , que está dada por la relación de Lorentz y Lorenz: r  D

=

 

2

2

 

−1   +

2

1 

 

  

siendo    la  la densidad del compuesto. En el caso de mezclas para las cuales los volúmenes de componentes sean aditivos, como sucede para compuestos similares, la composición de la mezcla está relacionada con su índice de refracción y los índices de refracción de sus componentes. La refracción específica es una propiedad aditiva de las sustancias. A partir de este hecho puede establecerse una ecuación para calcular la refracción de una mezcla a partir de las refracciones del soluto y el solvente. La ecuación es la ssiguiente: iguiente: M rm = X ra + Y rb  Según X gramos sustancia de refracción , mezclados conconY gramosesto, de una sustanciadedeuna refracción específica r b, danespecífica M gramosr ade una mezcla refracción específica rm.  Análisis de Azúcar Azúcar por Refractómetro Refractómetro El análisis del porcentaje de azúcar en una solución (°Brix) se puede realizar con el refractómetro debido al cambio de densidad del agua como consecuencia de la dilución del sólido (azúcar) en el medio. La determinación de una curva de calibración utilizando diferentes concentraciones de azúcar refinada en agua permite tener una aproximación de la medición de la misma en soluciones más complejas como pueden ser el agua carbonatada o una solución de miel de abeja; en estos casos el resultado se identifica como “total de sólidos disueltos” y no como “% sacarosa disuelta” la cual únicamente

podrá ser utilizada para la solución estándar. Las impurezas no solubles afectan la exactitud de la medición por lo tanto es deseado eliminar las mismas por filtración. La temperatura afecta la densidad, por lo tanto se debe corregir utilizando datos de la literatura. El análisis de azúcar por refractometría es una técnica muy utilizada en los ingenios azucareros para identificar los cambios de concentración del jugo de caña hasta el proceso de cristalización en los l os evaporadores (tachos). Esta técnica de análisis también

 

 

es ampliamente aplicada en la fabricación del vino para medir la cantidad de azúcar que se fermenta para la obtención del grado alcohólico del producto.

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III.  MATERIALES, EQUIPO Y REACTIVOS  A.  Materiales y Equipo ▪  ▪  ▪  ▪  ▪  ▪ 

Refractómetro Abbé 3L 1 caja de kimwipes u otro papel limpialentes 10 pipetas Pasteur con bulbo Frasco de vidrio para desechos orgánicos Papel filtro #1 ó #2 de 7 cm de diámetro Soporte universal

▪  ▪  ▪  ▪  ▪  ▪  ▪  ▪ 

 Anillo de hierro hierro Embudo pequeño Balanza analítica 1 termómetro de alcohol, escala hasta 100 °C Picnómetro 7 beakers de 50 mL 7 beakers de 10 ó 30 mL  Algodón

B.  Reactivos ▪  ▪  ▪  ▪  ▪  ▪  ▪ 

 Aceite de algodón algodón  Aceite de oliva  Aceite de maíz maíz Tolueno grado reactivo Cloroformo grado reactivo Diclorometano grado reactivo Etanol grado reactivo

▪  ▪  ▪  ▪  ▪  ▪ 

Glicerina grado reactivo  Acetona Mezcla de cloroformo-tolueno clorof ormo-tolueno Miel de abeja  Azúcar Refinada (sacarosa)  Agua Carbonatada (2 marcas)

IV.  PROCEDIMIENTO  A.  Previo a la práctica: instrucciones para manejo del refractómetro 1.  Consulte el manual de referencia del refractómetro de Abbé 3L, el cual se encuentra disponible en el portal electrónico del laboratorio. 2.  En la página 7 encontrará una figura con la descripción de las partes del equipo. Copie esta figura en su cuaderno e identifique i dentifique las partes señaladas. 3.  En la página 10 encontrará las indicaciones sobre el cuidado básico asociado al instrumento. Incluya un resumen breve y esquemático de esta sección en su cuaderno. 4.  En la página 11 encontrará las instrucciones básicas para el manejo del equipo. Elabore en su cuaderno un diagrama de flujo que reúna estas instrucciones. 5.  En la sección de Bibliografía y en el portal electrónico del laboratorio encontrará unos vínculos a sitios de Internet donde podrá encontrar procedimientos ilustrados sobre el uso de este equipo. B.  Calibración del refractómetro 1.  Determine el índice de refracción del agua desmineralizada, así como la l a temperatura de la misma.

 

 

2.  Utilice este valor como referencia para corregir todas las lecturas que obtenga.

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C.  Índices de refracción de aceites En la industria de aceites comestibles se emplea el índice í ndice de refracción como una medida de la pureza de las muestras y como indicación de la identidad de éstas. Obtenga el índice de refracción de muestras de aceite de algodón, aceite de oliva y aceite de maíz. Compare los valores que obtenga con los que se encuentran reportados en la literatura. D.  Índices de refracción y refracciones específicas de líquidos orgánicos 1.  Determine el índice de refracción de tolueno, cloroformo, diclorometano, alcohol etílico y glicerina. A partir del índice de refracción calcule la refracción específica de cada líquido. NOTA:  Maneje  Maneje estos líquidos con cuidado pues varios de ellos son cancerígenos y se absorben a través de la piel. 2.  En el laboratorio recibirá una mezcla de cloroformo y tolueno. Determine con un picnómetro la densidad de la mezcla y luego mida su índice de refracción (investigue el procedimiento correcto para utilizar el picnómetro). Calcule la refracción específica de la muestra y su composición en peso. E.  Medición de sacarosa por refractometría 1.  Prepare 25 mL de cada una de las soluciones de azúcar refinada-agua para las siguientes concentraciones concentraciones de porcentaje en peso: 10, 20, 35, 50, 65 y 85. 2.  Filtre por gravedad una pequeña porción de cada solución y reciba cada una en un beaker pequeño debidamente identificado. 3.  Realice la medición del índice de refracción para cada una de las soluciones en el equipo tomando en cuenta las instrucciones de uso del equipo. Anote la temperatura que indica el termómetro del prisma. 4.  Limpie las caras del prisma con mucho cuidado entre cada medición utilizando en este caso un algodón humedecido con alcohol. 5.  Realice una gráfica de % sacarosa (ºBrix) vs. Índice de refracción de la muestra, tomando en cuenta la temperatura de medición y la corrección de los datos necesaria (según tabla No.1 y 2 en el Apéndice). 6.  Tome una muestra de agua carbonatada (marca #1), aplique una gota en el prisma y haga la medición en triplicado del índice í ndice de refracción. 7.  Repita la medición con una muestra de agua carbonatada de la marca #2. 8.  Pese unaagregando muestra de miel(concentración: de abeja en un beacker de 50 mL y diluya la muestra 25 5g gdede agua 16.67% p/p).

 

 

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9.  De la misma forma en que se realizó la medición con el agua carbonatada, tome la muestra y aplique una gota de miel de abeja en el prisma para su medición en triplicado.

 V.  RESULTADOS 1.  Corrija todos sus datos de índice de refracción tomando como referencia de calibración el índice de refracción del agua. 2.   Ajuste todos sus datos de índice de refracción obtenidos a temperatura ambiente para mediciones realizadas a 20 ºC. 3.  Informe los índices de refracción de las muestras de aceite que analizó y discuta la posibilidad de emplear este parámetro como un medio de identificación y de control de calidad. 4.  Informe los índices de refracción y las refracciones específicas de los líquidos orgánicos con los que trabajó y compárelos contra los reportados en la literatura a 20 ºC. 5.  Informe la composición en peso de la mezcla de cloroformo y tolueno que rrecibió ecibió en el laboratorio y compare su resultado con el valor teórico. 6.  Determine el contenido de sacarosa y grados Brix de las muestras de agua carbonatada. Compare contra lo indicado en la norma COGUANOR NGO 34 154. 7.  Determine el contenido de sacarosa y grados Brix de las muestras de miel de abeja. 8.  Compare el índice de refracción de las soluciones de azúcar con lo reportado en la literatura (soluciones de sacarosa) y comente acerca de la diferencia de los resultados.

 

   VI.  PREGUNTAS

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PRE-LAB 1.  Haga un esquema de un refractómetro de Abbé y explique su funcionamiento. funcionamiento. 2.  Indique qué otros tipos de refractómetros hay y cuáles son los usos que se les da en la industria. 3.  Explique con un diagrama el fenómeno de refracción de la luz. POST-LAB 1.  Mencione qué otro método para la medición del contenido de azúcar se utiliza en la industria y dé una breve reseña de su fundamento f undamento.. 2.  Si trabajara en un ingenio azucarero y le comentan que han comprado un nuevo refractómetro para la medición de soluciones de sacarosa y que lo utilizarán para medir la concentración de la misma en el jugo de caña con impurezas obtenido en la molienda al inicio del proceso, ¿cuál sería su comentario?, tomando en cuenta que se espera precisión del análisis y ¿qué tratamiento recomendaría para la muestra y para qué considera serviría dicho análisis?  VII.  BIBLIOGRAFÍA  ABBE-3L REFRACTOMETER  REFRACTOMETER  Bausch & Lomb, Reference Manual  ABBE-3L  , Rochester New York.

Donoghue, J. T. Quantitative Chemistry: An Experimental Approach.   Bogden & Quigley, Inc. U.S.A. 1972. Herrera Z., A. C. Tesis: Estudio de métodos para determinar sacarosa y azucares reductores en miel virgen de caña en Ingenio PICHICHI, S.A. Pereira, 2011. Meloan, C. Kiser, R. Problemas y Experimentos en Análisis Instrumental. Editorial Reverté Mexicana, S. A. México. 1973. Meloan,Co. C.,Inc. Pomeranz, Y. Food Analysis Laboratory Experiments. The AVI Publishing U.S.A. 1973. Pomeranz, Y., Meloan, C. E. Food Analysis: Theory and Practice.  2nd  ed. The AVI Publishing Co. USA. 1982. Principles s of Instrumental Analysis. 3rd ed. Saunders College Publishing. Skoog, D. A. Principle U.S.A. 1985.

Willard, H. H., Merritt, L. L., Dean, J. A., Settle, F. A. Instrumen Instrumental tal Methods of Analysis.  th 6  ed. D. Van Nostrand Company. USA. 1981. Sitios web de referencia sobre el uso del equipo: Hanson, J. Chemistry Lab Techniques. Refractometry , de University of Puget Sound, 2004, en: en:http://www2.ups.edu/faculty http://www2.ups.edu/faculty/hanson/labte /hanson/labtechniques/ chniques/refractometry/operation.h refractometry/operation.htm tm

 

 

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 VIII.   ANEXOS Tabla No.1: Índices No.1: Índices de refracción para Sacarosa a 20°C

 ABBE-3L REFRACTOMETER  REFRACTOMETER ) (Fuente: Bausch & Lomb, Reference Manual  ABBE-3L

 

 

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Tabla No.2: Corrección No.2: Corrección de Índices de refracción temperatura arriba y debajo de 20°C

(Fuente: Bausch & Lomb, Reference Manual  ABBE-3L  ABBE-3L REFRACTOMETER  REFRACTOMETER )

 

 

PRÁCTICA No.3

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DETERMINACIÓN DE LA COMPOSICIÓN DE UN ACEITE ESENCIAL POR CROMATOGRAFÍA DE GASES I.  OBJETIVOS Familiarizarse con la técnica de cromatografía de gases. Determinar los diferentes componentes de un aceite esencial. Comparar los componentes de diferentes aceites esenciales. Interpretar un cromatograma

•  •  •  • 

II.  TEORÍA  Aceites esenciales esenciales La fabricación de aceites esenciales constituye un sector industrial de gran importancia. Su desarrollo se ha basado en el conocimiento de su composición, con el aislamiento y la determinación de la estructura y de las propiedades de sus componentes. Muchos aceites esenciales se usan en las industrias de perfumería y de aromas para alimentos y algunos componentes aislados, o sus derivados, han encontrado aplicación como medicamentos, atrayentes o repelentes de insectos, productos intermediarios de síntesis, etc. El conocimiento científico de los componentes de los de aceites esenciales y de su estructura molecular, ha permitido el desarrollo de la industria perfumes y aromatizantes sintéticos para alimentos. Actualmente, las empresas ofrecen en sus catálogos cientos de productos de este tipo, desde componentes para perfumes y aromas de frutas, hasta aromas para coñac, etc. Los aceites esenciales son mezclas muy complejas de muchos componentes, en muchos de ellos se han identificado entre 100 y 150 compuestos. III.  MATERIALES, EQUIPO Y REACTIVOS  A.  Materiales y Equipo  Viales cromatográficos cromatográficos de 11.5 .5 mL con tapón rosca ▪  Jeringa para inyección i nyección manua manuall ▪ 

▪ 

Cromatógrafo de Gases HP6890, de inyector manual, horno con temperatura programable, software con parapuerto el procesado de datos cromatográficos (ChemStation revisión A), equipado con detector de ionización de llama (FID) ( FID) ajustado a 280 ºC, con flujo de Hidrógeno de 40 mL/min, flujo de Aire de 450 mL/min y Nitrógeno a 20 mL/min para ajuste de flujo. La columna cromatográfica utilizada para la separación de los analitos es de tipo HP-88 de 100 m de largo, 250 µm de diámetro interno y 0.20 µm de grosor de película de fase estacionaria.

B.  Reactivos ▪  ▪ 

 Aceite esencial de cardamomo, mandarina, limón  Aire grado UHP

▪  ▪ 

Hidrógeno grado UHP Nitrógeno grado UHP

IV.  PROCEDIMIENTO 1.  Revise los siguientes videos para conocer el manejo del equipo GC Agilent 6890: https://www.youtube.com/watch ?v=jjL8iophLSc Sc   https://www.youtube.com/watch?v=jjL8iophL

 

 

https://www.yo https://www.youtube.com/watch utube.com/watch?v=IoyrskZ8B3 ?v=IoyrskZ8B3ss 

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2.  Anote la condiciones condiciones generales de trabajo, inc incluyendo luyendo los ssiguientes iguientes pparámetros: arámetros: •  •  •  •  •  • 

•  • 

Columna: largo, diámetro, fase líquida (tipo), soporte (tipo). Columna: largo, Gas acarreador: identidad, acarreador: identidad, presión de entrada, presión y flujo en la columna. Inyector: identidad, Inyector:  identidad, características generales y modo de trabajo. Detector: identidad Detector:  identidad y características generales. Temperatura:   inyector, detector, columna (si es variable, indicar valores Temperatura: iniciales, finales, razón de cambio y tiempos). Graficador / Integrador / Procesador de señal: si señal:  si se utiliza un graficador o integrador, anote el rango de voltaje y velocidad del papel; si se utiliza un sistema computarizado para captura y procesamiento de señal, anote el nombre y versión del software utilizado, así como el sistema operativo en que trabaja. Si hay modificaciones de una corrida a otra, anótelas. Cuando el instructor le indique que el equipo está listo para inyectar, deberá inyectar entre 0.5-1 microlitro de muestra de aceite esencial.

 V.  RESULTADOS 1.  Incluya copia de todos los lo s cromatogramas. 2.  Tabule los datos de tiempos de retención y las áreas bajo la curva de los cromatogramas de las muestras de aceites esenciales y las muestras estándar corridas en cromatografía cromatografía de gases. Con base en los datos datos tabulados liste, liste, para cada muestra de aceite esencial corrida, los componentes tentativamente asignados. Compare con lo reportado en la literatura. Discuta cualquier cualquier limitación o problema del método, y el porqué de de la asignación asignación “tentativa”. “tentativa”. Razone y discuta discuta acerca del del

orden de elución de los componentes. 3.  Realice un análisis semicuantitativo de la muestra de la siguiente forma: para los componentes mayoritarios que hayan sido integrados obtenga la suma total del área de los picos y utilice este valor para establecer un porcentaje relativo de cada componente. Compare estos valores con referencias reportadas en la literatura. 4.   Aunque en esta práct práctica ica no se hará aná análisis lisis ccuantitativo, uantitativo, indique cómo se procedería para cuantificar los componentes de las muestras, luego de verificar su identidad.  VI.  PREGUNTAS PRE-LAB 1.  Investigue sobre los siguientes compuestos: -pineno, -pineno, sabineno, mirceno, limoneno, cineol, p-cimeno, linalool, acetato de linalilo, -terpineol, -terpinil acetato, geraniol, borneol, canfeno, citral, citronelol. Incluya su estructura química y puntos de ebullición. 2.  El procesador de señal del cromatógrafo de gases arrojará varios resultados, entre éstos están: área, tiempo de retención, presión y temperatura. ¿Cuáles de los parámetros anteriormente mencionados le ayudarán a identificar cada componente? Explique. POST-LAB 1.  Investigue cromatográfica identificar los componentes de los aceites esenciales, otra si notécnica se utilizaran solucionespara estándar. 2.  Para esta práctica no se requirió una preparación previa de la muestra. Explique por qué y en qué casos sí se necesitaría.

 

 

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 VII.  BIBLIOGRAFÍA Devon, T. K., Scott, A. I. Handbook of Naturally Occurring Compounds. Vol. II: Terpenes.  Academic Press. USA / Great Britain. 1972. McNair & Bonelli. Basic Gas Chromatography . Varian Aerograph. USA. 1969. (O su traducción: Monografía 23, Se Serie rie de Química, OEA. USA. 1981) Primo Yúfera, E. Química Orgánica Básica y Aplicada. De la molécula a la industria. Tomo II. Editorial Reverté. España. 1995. 1263 pp. Disponible en: https://books.google.com.gt/books?id=a om.gt/books?id=aU_aBXvA U_aBXvAB3MC&pg=PA852 B3MC&pg=PA852&dq=aceites &dq=aceites+esenciale +esenciale https://books.google.c s+importancia+industrial&hl=es419&sa=X&ved=0ahUKEwihva_2_IzfAhXm01kKHVufAgAQ6AEIMDAB#v=onepage&  q=aceites%20esenciales%2 q=aceites%20e senciales%20importanc 0importancia%20indu ia%20industrial&f=false strial&f=false Robinson, T. The Organic Constituents of Higher Plants.  4th ed. Cordus Press. USA. 1980. 319 pp. Skoog, D. A. Principles of Instrumental Analysis . 3rd ed. Saunders College Publishing Co. USA. 1985. Skoog, D. A., Holler, F. J., Nieman, T. A. Principles of Instrumental Analysis.  5th ed. Brooks/Cole. USA. 1998. 849 pp. Skoog, D. A., Leary, J. J. Anális  Análisis is Instrumen Instrumental  tal . 4a  ed. McGraw-Hill. España. 1994. 935 pp. Smith, R. M. Gas and Liquid Chromatography in Analytical Chemistry . John Wiley & Sons. Great Britain. 1988. Willard, H. H., Merrit, L. L., Dean, J. A., Settle, F. A. Instrumental Methods of Analysis . 7th. ed. Wadsworth. USA. 1988. Wijesekera, R.O.B. Practical manual on the essential oils industry . Geneva, UNIDO. 1992.

 

 

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PRÁCTICA No.4 DETERMINACIÓN DE ÁCIDO ACETILSALICÍLICO Y CAFEÍNA EN UN  ANALGÉSICO POR CROMATOGRAFÍA DE LÍQUIDOS DE ALTA RESOLUCIÓN I.  OBJETIVOS • 

Familiarizarse con la técnica de cromatografía de líquidos de alta resolución (HPLC).

• 

Conocer las principales características y limitaciones de las diferentes técnicas de cromatografía y sus aplicaciones en el análisis de productos farmacéuticos.

• 

Comprender la importancia de las técnicas de análisis químico instrumental como herramienta para el control de calidad en la industria farmacéutica.

• 

Determinar cuantitativamente cuantitativamente el contenido de ácido acetilsalicílico y cafeína en muestras farmacéuticas.

II.  TEORÍA  A.  Cromatografía Dado que entre los métodos de anális análisis is químico sólo algunos son selectivos y muy pocos son realmente específicos, en la mayoría de los análisis se hace necesaria, previo a la cuantificación, cuantificació n, la separación ddel el analito de ttodos odos los posibles interferente interferentes. s. La técnica más utilizada para realizar esta separación previa es la cromatografía ; lo que es más, en el caso de ciertas muestras complejas no existe otra técnica, fuera de la cromatografía, que permita una buena separación de sus componentes. Se puede decir que la cromatografía es un método físico de separación en el cual los componentes de la muestra se distribuyen entre dos fases: f ases: una fase estacionaria de gran área superficial y una fase fluida que se mueve a través de la fase estacionaria eluyen eluyendo do los componentes de la muestra; la separación de los componentes resulta de sus diferentes velocidades de migración dado su diferente grado de interacción con estas dos fases. El nombre de la téc técnica nica se deriva de uno de sus primeros primeros usos, la separación de pigmentos vegetales (clorofila, xantofilas, carotenos) que da lugar a la formación de bandas de diferentes colores. La fase móvil puede ser un gas o un líquido, y la fase estacionaria, un sólido o un líquido; de esto resulta que se puede hablar de cuatro tipos de cromatografía: gas-sólido, gaslíquido, líquido-sólido y líquido-líquid líquido-líquido. o. B.  Cromatografía de líquidos (fase móvil en estado líquido) Muchas muestras complejas que requieren la separación de sus componentes para ser analizadas no pueden ser trabajadas por cromatografía en fase gaseosa (cuando la fase móvil es un gas), dada dada su baja volatilida volatilidad, d, su termolabilibad o su difícil difícil resolución. resolución. Éste es el caso de muestras con componentes iónicos, muestras naturales que se descomponen

 

 

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con calentamiento, calentamiento, polímeros y otros compuestos de aalto lto peso fórmula. La cromatografía líquida, por trabajarse a temperatura ambiente con solventes puros o mezclados de diferente polaridad y con diferentes fases estacionarias, sólidas o líquidas, sí permite la separación de los componentes de las muestras en cuestión.

La cromatografía líquida puede realizarse en diferentes sistemas; dependiendo del tipo de fase estacionaria y de la configuración del sistema, se habla de cromatografía líquida en papel, en capa fina, en columna columna abierta o en columna a alta presión. presión. Cuando se trabaja en papel o capa fina, la fase móvil migra por efectos de capilaridad; cuando se trabaja en columna abierta, la fase móvil fluye por efectos de la fuerza de gravedad gr avedad o aplicación de vacío; y cuando se trabaja en columna a alta presión, la fase móvil fluye por efectos de una bomba. En el caso de la cromatografía líquida en columna, la fase estacionaria está empacada dentro de dicha columna y es común ir variando la composición de la fase móvil para optimizar la separación de los componentes de la mezcla; al proceso de interacción de los componentes de la muestra con las fases estacionaria y móvil, provocando diferentes velocidades de migración, hasta llegar a la parte final de la columna, se le llama elución . Lo eluido pasa directamente a un detector, obteniéndose un cromatograma  o,  o, en ausencia de tal sistema, se va recolectando r ecolectando en diferentes fracciones que luego son analizadas por otra técnica (por ejemplo: espectrofotometría). espectrofotometría). Al comparar con sustancia sustanciass de referencia se puede obtener información cualitativa y cuantitativa de los componentes separados de la muestra. Uno de los equipos de análisis más utilizados en el control de calidad de algunas industrias (por ejemplo: industria farmacéutica, industria de alimentos, etc.) es el cromatógrafo de líquidos de alta presión o alta resolución   (( HPLC , por sus siglas en inglés), en el cual se utiliza una bomba para hacer fluir la fase móvil a través de la fase estacionaria. Los componentes básicos básicos de un sist sistema ema de cromatografía líquida de alta resolución son: recipiente(s) que contiene(n) el (los) solvente(s) a usar como fase móvil, bomba(s) para forzar la fase móvil a través del sistema, manómetro para medir la presión del sistema, inyector para introducir la muestra, columna protectora o guardiana para prevenir la contaminación de la columna analítica, columna analítica, detector y sistema de registro/procesamientoo de datos. registro/procesamient Dependiendo del tipo de compuestos que se quieran separar, se utilizan solventes (eluyentes) de diferentes polaridades (acuosos y no acuosos) y fases estacionarias de diferentes tipos; de esta forma el proceso de separación puede darse por adsorción a una fase estacionaria sólida, por partición entre la fase móvil y una fase estacionaria líquida, por intercambio iónico entre los componentes iónicos de la muestra y una fase estacionaria iónica, o por exclusió exclusiónn de tamaño. En el caso de HPLC, el pro proceso ceso de separación utilizado con más frecuencia frecuencia es la aadsorción dsorción a una fase estacionaria estacionaria sólida. Cuando la fase estacionaria está formada por sustancias polares, tales como ácidos carboxílicos, amidas y alcoholes, la separación se conoce como cromatografía en fase normal . Cuando la fase estacionaria está formada por sustancia sustanciass no polares, tales como hidrocarburos saturados y olefinas, la separación se conoce como cromatografía en fase reversa;  esta  esta última es la que ha encontrado mayores aplicaciones apli caciones en los métodos más comunes. Según el tipo de compuestos se quieran determinar, se utiliza diferente detector: fotométrico UV-Vis, fotométricoque fotométrico IR, fluorométrico, refractométrico, electrométrico, etc. En algunos casos, cuando el detector disponible no es sensible a los compuestos de interés, es posible determinar éstos derivatizándolos, antes o después de la separación

 

 

cromatográfica, a modo de transformarlos químicamente en compuestos a los cuales sí es sensible el detector.

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La señal obtenida en el sistema procesador de señal constituye una serie particular de bandas o picos llamada l lamada cromatograma  que,  que, para cualquier tipo de cromatografía, es una gráfica de intensidad de respuesta del detector en función de tiempo de retención. Comparando el tiempo de retención (tR ) correspondiente a cada componente de la muestra con el tR   correspondiente a compuestos estándar, se puede hacer análisis cualitativo, ya que el tiempo indica ausencia o posible presencia  de  de compuestos, para un conjunto dado de fases fases estacionaria/ estacionaria/móvil, móvil, temp temperatura eratura y flujo de fase móvil. Por otra parte, comparando la altura o el área bajo el pico de un componente de la muestra con la altura o el área bajo el pico del compuesto estándar correspondiente, se puede hacer análisis cuantitativo cuantitativo de la muestra, ya que el área y la altur alturaa de un pico son proporcionales a la concentración del compuesto correspondiente. correspondiente. En muchos análisis por cromatografía puede ser insuficiente indicar la posible presencia de una sustancia sustancia en la muestra. Tal es el caso del análisis de droga drogas, s, sustancias sustancias contaminantes, sustancias sustancias peligro peligrosas sas y otros. En estos casos es impresc imprescindible indible el uso de un sistema de detección que permita la identificación inequívoca de las sustancias presentes. Es aquí donde se ppresenta resenta la necesidad necesidad de ut utilizar ilizar un Espectrómetro de Masas o  Detector Selectivo de Masas   como dispositivo de de detección. tección. Este si sistema stema produce patrones de fragmentación fr agmentación característ característicos icos para cada compuesto que recibe, los cuales son comparados con bibliotecas electrónicas de referencia r eferencia permitiendo una identificación más segura de cada analito. La desventaja de este equipo es su elevado cost costo, o, lo que restringe su uso sólo a pruebas en las que realmente se necesite identificar los componentes de una muestra de forma rápida y confiable.

 

 

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III.  MATERIALES, EQUIPO Y REACTIVOS  A.  Materiales y Equipo ▪  ▪  ▪  ▪  ▪  ▪  ▪  ▪  ▪  ▪  ▪  ▪  ▪ 

1 probeta de 10 mL 1 probeta de 25 mL 1 pipeta automática de 1000 µL 3 puntas para pipeta automática

▪ 

32 balones volumétricos de 100 mL 50 mL 14 balones volumétricos de 10 mL 1 mortero con pistilo 1 embudo de vidrio de vástago corto Papel filtro Sistema para filtración de solventes para HPLC 1 piseta con agua desmineralizada 1 espátula analítica

▪ 

▪  ▪  ▪ 

▪  ▪  ▪  ▪ 

1 balanza analítica 2 beaker de 250 mL 1 varilla de vidrio para agitación Cromatógrafo de líquidos de alta resolución, HPpara 1100fase reversa de 25 Columna C18 cm x 4.6 mm de diámetro interno, 5 µm de diámetro de partícula 1 anillo de hierro 1 soporte universal 8 filtros de membrana de 0.45 µm 1 membrana de 0.45 µm para filtrar solventes

B.  Reactivos ▪  ▪  ▪  ▪  ▪  ▪ 

 Agua grado HPLC HPLC Metanol grado HPLC  Ácido acético glacial glacial  Ácido acetilsalicílico acetilsalicílico grado est estándar ándar Cafeína grado estándar Muestra de algún medicamento que contenga ácido acetilsalicílico y cafeína. Por ejemplo: Cafiaspirina, Aspirina Forte, etc.

IV.  PROCEDIMIENTO Las partes A y B se llevarán a cabo en el Laboratorio de Química Específica, B-4. El resto del procedimiento se realizará en el Laboratorio de Análisis Fisicoquímico Fisicoquímico y Microbiológico Especializado, T-110A, con el apoyo de la Ing. Luisa Arias.  A.  Preparación de soluciones de calibración 1.  En un balón volumétrico de 50 mL prepare una solución madre de Aspirina y Cafeína disolviendo 0.0500 g de ácido acetilsalicílico (AAS) y 0.0500 g de cafeína usando metanol como disolvente, en un balón de 50 ml. 2.  Soluciones de calibración para AAS y cafeína: usando balones volumétricos de 10 mL, a partir de las soluciones madre de AAS y cafeína prepare soluciones combinadas de calibración de 20, 40, 60, 80 y 100 ppm de cada componente en metanol.

B.  Preparación de solución de muestra 1.  Tome el peso de 5 tabletas de un analgésico que contenga AAS y cafeína, y pulverícelas utilizando un mortero.

 

 

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2.  Pese 300.0 mg de muestra y disuélvala en 20-30 mL de metanol. Transfiera cuantitativamente a un balón volumétrico de 50 mL (haga suficientes lavados con metanol). Afore con metanol. 3.  Preparar una dilución 1:10, tomando 5 ml de la solución anterior en un balón de 50 ml. Aforar con metanol. Esta solución servirá para cuantificar la cafeína. Si el tiempo lo permite y su instructor lo indica, trabaje en triplicado. 4.  Prepare una dilución 1:10, tomando 1 ml de la solución anterior en un balón de 10 ml. Aforar con metanol. Esta dilución servirá para cuantificar AAS. C.  Preparación del equipo y acondicionamiento de la columna 1.   Antes de la práctica, revise los sigu siguientes ientes vide videos os con la desc descripción ripción del eequipo quipo HPLC HP 1100 (Agilent 1100): https://www.youtube.com/watch?v=S_ko3Iqf5 https://www.youtube.com/watch ?v=S_ko3Iqf5T8 T8   https://www.yo https://www.youtube.com/watch utube.com/watch?v=iQvd8Oy2 ?v=iQvd8Oy2A2k  A2k   https://www.youtube.com/watch utube.com/watch?v=QFMpsgHBI ?v=QFMpsgHBIxM xM   https://www.yo 2.  En el laboratorio anote las condiciones generales de trabajo, incluyendo los siguientes parámetros: •  •  •  •  • 

• 

Columna: largo, diámetro, fase estacionaria (tipo), tamaño de partícula de soporte  (tipo). Fase móvil: identidad, variación con el tiempo, flujo, presión. Detector: identidad del módulo y parámetros correspondientes.  Volumen de inyección. Procesador de señal: se utilizará un sistema computarizado para captura y procesamiento de señal. Anote el nombre y versión del software utilizado, así como el sistema operativo en que trabaja. Si hay modificaciones de una corrida a otra, anótelas.

3.  Prepare 500 mL de la siguiente mezcla para fase móvil: metanol/ácido acético 1% en una proporción 40:60. 4.  Filtre la fase móvil, las soluciones de calibración y las muestras a analizar utilizando una membrana de 0.45 µm (para evitar que impurezas entren y contaminen la columna cromatográfica). Para filtrar la fase móvil arme un sistema de filtración al vacío según como se lo indique su instructor. 5.  Prepare el HPLC configurando una longitud de onda de 254 nm en el detector. 6.   Verifique que los niveles de fase móvil (metanol, metanol/agua y metanol/ácido metanol/ácido acético) sean suficientes en los recipientes de fase móvil del equipo. 7.   Acondicione el equipo utilizand utilizandoo metanol y luego metanol metanol/agua. /agua. 8.   Ajuste el flujo flujo de la fase móvil a 1.0 mL/min. D.  Calibración del cromatógrafo y análisis de muestras

 

 

1.  Cambie la fase móvil a la mezcla metanol/ácido acético 1 % y permita que la línea base estabilice (15 a 30 minutos). Haga el ajuste de cero.

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2.   Al estar preparado el equipo inyecte inyecte 20 µL de la solución a analizar. 3.  Determine el tiempo de retención y el área bajo la curva de los picos de AAS y cafeína presentes en las soluciones estándar, y elabore una curva de calibración.  

4.  Verifique Determineensi el la volumen etiqueta adeinyectar la muestra de la elsolución contenido de muestra esperado dará de un AAS área y cafeína. de pico que quede dentro del intervalo de calibración e inyecte la muestra problema. 5.   Al terminar todos los anális análisis is enjuague la columna con metanol/agua (40: (40:60) 60) segú segúnn las condiciones previamente establecidas establecidas para el equipo. 6.  Cambie la fase móvil a metanol 100 % según el método previamente diseñado para el equipo. E.  Tratamiento de residuos Todos los residuos se neutralizan y se colocan en un recipiente adecuado debidamente identificado para ser enviados a incineración.  V.  CÁLCULOS Y RESULTADOS 1.  Presente los resultados obtenidos durante la práctica con sus correspondientes condiciones de trabajo. 2.  Exprese sus resultados resultados en términos de mg ddel el analito por tableta. Recuerde inclui incluirr todas las incertidumbres de las mediciones, así como de todos los resultados finales. 3.  Compare sus resultados con los valores especificados en la etiqueta de la muestra analizada y calcule calcule el porcentaje de variación. Tome en considerac consideración ión los criterios de la USP para la composición de medicamentos. Discuta en función de las características del método de análisis y de la muestra analizada, entre otras.

 

   VI.  PREGUNTAS

41

PRE-LAB 1.  Investigue sobre los compuestos activos más comunes en los preparados analgésicos (acetaminofén, ácido acetilsalicílico, fenacetina, etc.) y sobre otros compuestos activos o inertes que pueden estar presentes (cafeína, ácido salicílico, almidón, etc.). Incluya espectro UV, estructuras químicas, puntos de ebullición, solubilidad, función, etc. 2.  Tomando en cuenta el flujo de fase móvil de 1 mL/min y que el análisis de cada solución tomará aproximadamente 10 min, estime el volumen de fase móvil a consumir, tomando en cuenta el tiempo de estabilización del equipo y que se analizarán 5 soluciones de calibración y 1 ó 2 muestras. POST-LAB Proponga modificaciones al método para que sus resultados tengan suficiente respaldo estadístico como para cumplir con un análisis de control de calidad, partiendo del muestreo hasta la cantidad de réplicas que deban ser analizadas. Tome como referencia los criterios relacionados con la norma ISO 17025 y/o la USP.  VII.  BIBLIOGRAFÍA CRC Handbook of Chemistry and Physics.  CRC Press Inc., U.S.A. (cualquier edición

reciente).

Kagel, R. A., Farwell, S. O. “Analysis of Currently Available Analgesic Tablets by Modern Liquid Chromatography”, Chromatography”, Journal of Chemical Education. Vol. 60, No.2, p.163166. O’Neil, M. (Ed.) The Merck Index. 14th ed. Merck & Co., C o., Inc. USA. 2006.

Sawyer, D. T., Heineman, W. R., Beebe, J. M. Chemistry Experiments for Instrumental Methods.  John Wiley & Sons. 1984. USA. Skoog, D., West, D., Holler, F., Crouch, S. Fundamentos de Química Analítica . 8ª ed. Thomson Learning, México. 2005. +1065 pp. Skoog, D. A., Holler, F. J., Nieman, T. A. A . Principle Principles s of Instrumental Instrumental Analysis.  5th ed. Brooks/Cole. USA. 1998. 849 pp.

 

 

PRÁCTICA No.5

42

DETERMINACIÓN DEL CONTENIDO DE ÁCIDO FOSFÓRICO EN BEBIDAS DE COLA POR TITULACIÓN POTENCIOMÉTRICA I.  OBJETIVOS • 

Familiarizarse con los métodos potenciométricos con electrodo selectivo de iones para la medición de pH.

• 

 Aplicar la potenciometría para la elaboración de una curva de titulación ácido fuertebase fuerte y utilizar esta información para la estandarización de una solución de NaOH.

• 

Comparar un método de volumetría de neutralización contra uno potenciométrico para la valoración de una solución básica.

• 

 Aplicar la potenciometría para la elaboración de la curva de titulación entre un ácido débil polifuncional polifuncional y una base fuerte, así como para el análisis de una muestra real.

• 

 Aplicar métodos de cálculo diferencial para el análisis e interpretación de curvas de titulación.

II.  TEORÍA La potenciometría se define como el método analítico que emplea la medición de la diferencia de potencial entre electrodos para determinar la actividad de los iones en solución, y con ello determinar determinar la concentración de dichos iones. iones. El equipo requerido para efectuar las mediciones potenciométricas es un potenciómetro  y  y una celda electroquímica   constituida por un electrodo de referencia  y  y un electrodo indicador . Las cuantificaciones cuantificaciones por potenciometría se hacen directamente con electrodos indicadores selectivos para los iones de interés, o indirectamente a través de titulaciones. titulaciones. El pH de una solución se mide con un electrodo selectivo para hidronio, el cual en algunos casos está en un mismo cuerpo combinado con el electrodo de referencia. La curva de titulación, en una titulación potenciométrica, puede seguirse punto por punto graficando los valores sucesivos del potencial de la celda en función del volumen (o miliequivalentes) miliequivale ntes) del titulante aañadido. ñadido. Las adicione adicioness del titulante deben ser en incrementos lo más pequeño posibles de forma que se obtenga una adecuada densidad de puntos conforme va va cambiando eell potencial de la celda. A lo largo de las partes inicial inicial y media de la titulación, el potencial de la celda varía var ía gradualmente, pero cerca del punto final, el potencial de la celda cambia bruscamente a medida que el logaritmo de la concentración de los iones iones que están siendo titulados titulados sufre una vvariación ariación rápida. Por lo tanto, en la gráfica de potencial de la celda en función de volumen de titulante añadido hay una porción de máxima pendiente que corresponde a la máxima velocidad de cambio de potencial de la celda por unidad de volumen de titulante añadido. En titulaciones potenciométricas de neutralización se grafica el pH en función del titulante agregado, y el punto de equivalencia e quivalencia de la titulación corresponde con el punto de inflexión de esta curva de de titulación. Una forma más más precisa de ident identificar ificar el punto final eess graficando la primera derivada de la curva de titulación, es decir, el cambio de pH por unidad de volumen añadido, pH/ V, en función del promedio del volumen de titulante añadido. El punto final es señalado por el máximo en esta nueva curva curva y puede obtenerse

 

 

43

en base al promedio del volumen de titulante añadido en ese punto máximo de la primera derivada, y en base a la curva original de titulación. titulación. Una forma aún más precisa precisa de identificar el punto final es graficando la segunda derivada de la curva de titulación, 2pH/ V2, en función del promedio del del volumen de titulante añadido. añadido. El punto final eess señalado por el punto en que la segunda derivada es igual a cero y el pH corr correspondiente espondiente puede obtenerse en base al promedio del volumen de titulante añadido en ese cero de la segunda derivada y en base a la curva original de titulación.

 Ácido fosfórico en las bebidas bebidas de co cola la Las bebidas de cola están consideradas entre las de mayor consumo en las poblaciones estudiantiles. Se han hecho diversos estudios asociad asociados os a las posibles consecuencias sobre la salud debidas al consumo excesivo de dichas bebidas. Estos estudios incluyen: potencial erosivo sobre los dientes debido a la acidez, efectos adversos secunda secundarios rios debidos al alto contenido de cafeína (por ejemplo: hipertensión, reacciones alérgicas y trastornos gastrointestinales) y efectos adversos sobre el metabolismo del calcio debidos al alto contenido de ácido fosfórico. Una forma de determinar el contenido de ácido fosfórico en las bebidas de cola es utilizar una titulación potenciométrica, elaborando una curva de titulación de pH vs. volumen añadido de base estándar. estándar. En este caso, la medición de pH se realiza por medio de un electrodo combinado. Esta técnica permite locali localizar zar con mayor exactitud exactitud los puntos de equivalencia de la titulación al compararla con el uso de un indicador de pH, además, evita la dificultad de observar el punto final en un medio oscurecido por el color de la bebida. Es importante considerar que este método aplica a bebidas que no contienen ácido cítrico, cítr ico, por lo que debe verificarse en la etiqueta del recipiente que no esté presente dicho compuesto en la formulación. f ormulación. De igual forma, las bebidas tampoco deben contener ácido láctico o aspartame (“Nutrasweet”), por lo que tampoco es aplicable a bebidas de  dieta. III.  MATERIALES, EQUIPO Y REACTIVOS  A.  Materiales y Equipo ▪  ▪  ▪  ▪  ▪  ▪  ▪  ▪  ▪  ▪  ▪ 

2 Potenciómetros Hanna HI 8519 con electrodo para pH 2 buretas de 50 mL 3 beakers de 250 mL 2 beakers de 30 mL 1 beaker de 600 mL 1 balón volumétrico de 1 L 1 probeta de 10 mL 1 probeta de 100 mL 1 frasco de polietileno de 1 L 1 espátula analítica 1 soporte universal

▪  ▪  ▪  ▪  ▪  ▪  ▪  ▪  ▪  ▪ 

1 pinza para bureta 1 pinza universal 1 balanza semianalítica 1 balanza analítica 1 Embudo de vidrio o plástico Pizeta con agua desmineralizada 1 palangana plástica 1 estufa con agitador 1 barra magnética para agitación 1 vidrio de reloj para beaker de 250 mL

B.  Reactivos ▪  ▪  ▪  ▪ 

 Agua desmineralizada desmineralizada 1 frasco gotero con fenolftaleína como indicador NaOH grado reactivo Ftalato ácido de potasio grado analítico previamente secado

 

  ▪  ▪  ▪ 

10 mL de solución 3.5 M de KCl o solución para almacenar electrodos de pH Soluciones buffer de pH 4 y 7 Muestra de bebida de cola proporcionada por el estudiante

44

IV.  PROCEDIMIENTO  Recuerde realizar realizar las determinaciones determinaciones en triplicado hasta donde sea posible (exc (excepto epto la calibración del potenciómetr po tenciómetro). o).

 A.  Calibración del potenciómetro para medición de pH 1.  Consulte el manual del potenciómetro Hanna HI 8519 e incluya en el diagrama de flujo de su cuaderno el procedimiento para calibrar y hacer mediciones de pH con este equipo. 2.  Calibre el potenciómetro utilizando soluciones buffer buffer de pH 4 y 7. 3.  Recuerde que debe tomar la temperatura de las soluciones que mida para realizar la corrección de temperatura correspondiente. B.  Preparación y valoración de solución NaOH 0.1 N, aproximadamente 1.  PREPARACIÓN DE 1.0 L DE UNA SOLUCIÓN DE NaOH 0.1 N PARTIENDO DE NaOH SÓLIDO a.  Utilizando una balanza de precisión de 0.01 g, pese dentro de un beaker de 250 mL la cantidad de NaOH necesaria. b.   Agregue agua desionizada al beaker y disuelva el NaOH con agitación. CUIDADO: REACCIÓN EXOTÉRMICA. Si es necesario necesario,, utili utilice ce un baño con agua a temperatura ambiente para facilitar la disolución del sólido. c.  Cuando la solución esté a temperatura ambiente, transfiérala a un balón volumétrico de 1.0 L. Haga lavado lavadoss en el beaker con con agua desionizada desionizada y agréguelos al al balón. Afore a un litro y homogenice la solución. Transfiérala a un frasco de polietileno, limpio, adecuadamente rotulado y previamente enjuagado con la solución 2.  Utilizando la balanza analítica, transfiera a un beaker de 250 mL aproximadamente 0.0025 moles de ftalato ácido de potasio (secado a 110 °C por tres horas hor as y guardado en un pesasustancias pesasustancias ddentro entro de la deseca desecadora). dora). Agregue alrededor de 100 mL de agua desionizada y disuelva la sal. Añada una barra para agitación magnética y coloque el erlenmeyer en una estufa con agitación. 3.  Realice la estandarización de la solución de NaOH utilizando el electrodo de pH junto con el indicador de fenolftaleína para comparar la respuesta del electrodo con el cambio de color del indicador. Lave el electrodo con agua desmineralizada y déjelo que escurra brevemente sin dejar que se seque. Arme su sistema tal y como se muestra en la figura siguiente. Asegúrese que el electrodo quede completamente sumergido en lamás solución sin tocar las paredes del recipiente. r ecipiente. Si es necesario puede añadir un poco de agua.

 

 

45

(Holmquist et al., al., 2007) 4.  Prepare un cuadro para tabular el volumen de titulante añadido y la lectura de pH correspondiente. Añada 1 mL de solución titulante mientras agita la solución. Detenga la agitación, espere 15 segundos para que la lectura del potenciómetro estabilice y anótela en su cuaderno. Si la lectura no es estable, agite de nuevo por 30 segundos e intente hacer la lectura nuevamente. 5.  Continúe la titulación añadiendo cada vez suficiente solución de NaOH para lograr cambios de pH de 0.2 unidades. Cuando observe un aumento en la relación pH/ V, titule más lentamente, agregando el titulante de 0.20 en 0.20 mL. Tome nota del volumen de NaOH en que el indicador cambie de color a un rosado pálido. 6.  Continúe la titulación por lo menos 5 mL más allá del punto de equivalencia o hasta alcanzar un pH de 10.5; pasado el punto de equivalencia, al disminuir pH/ V, las adiciones de titulante se pueden hacer de 1.00 en 1.00 mL. 7.   Al terminar, lave el electrodo con agua desmineralizada desmineralizada ccuidando uidando de no tocar el bulbo de vidrio y colóquelo dentro de un beaker conteniendo agua desmineralizada limpia. No deje que el electrodo se seque.

C.  Preparación de la muestra de bebida de cola La muestra de bebida de cola debe ser proporcionada por el estudiante, tomando en consideración que en la etiqueta de la bebida no exista ninguna indicación de contenido de ácido cítrico ni edulcorantes artificiales. 1.  Transfiera 100.00 mL de la bebida de cola a un beaker de 250 mL y cúbralo con vidrio de reloj limpio. 2.  Caliente la solución y manténgala en ebullición por 5 minutos para eliminar todo el CO2 disuelto. Enfríe el beaker colocándolo colocándolo en un baño ddee agua fría. D.  Titulación de la muestra de bebida de cola 1.  Llene de nuevo la bureta con solución de NaOH.

 

 

46

2.   Arme de nuevo el sistema para titulación, titulación, pero esta vez colocan colocando do el beaker con la muestra previamente descarbonatada. Añada la barra para agitación magnética y suficiente agua para cubrir el electrodo.

3.  Inicie la agitación y titule la muestra con NaOH de la misma forma en que lo hizo para la estandarización, pero sin agregar indicador. Para esta titulación debe esperar 2 puntos de equivalencia, uno cerca de pH 4 y otro cerca de pH 8. Continúe la titulación hasta llegar a pH 10.5. 4.   Al finalizar, asegúrese de limpiar totalmente el electrodo. Prepare una solución 3.5 M de KCl. Coloque un poco de esta solución en la tapadera del electrodo. Coloque la tapadera en la punta del electrodo y asegúrese que el bulbo quede sumergido en la solución. E.  Tratamiento de residuos Todos los residuos se neutralizan y descartan en el lavadero utilizando suficiente agua.  V.  CÁLCULOS Y RESULTADOS 1.   A partir de los datos de valoración del NaOH, calcule el error de la fe fenolftaleína nolftaleína como indicador del punto final. 2.  Realice una gráfica de pH vs. volumen de NaOH añadido, tanto para estandarización como para la titulación de la muestra. 3.  Realice una gráfica de la primera y segunda derivadas derivadas partiendo de pH/ V vs. (V1  + V 2)/2. A partir de estas gráficas, localice los puntos de equivalencia asociados a cada titulación. 4.  Calcule la molaridad de la solución de NaOH. 5.  Calcule el contenido de ácido fosfórico en la muestra problema en términos de porcentaje peso/volumen. Si sus resultados muestran que Vp.eq2  > 2 Vp.eq1, entonces en la muestra original estaban presentes las especies H3PO4  y H2PO4-. Si es así, calcule la concentración de ambas. 6.  Compare el resultado obtenido para el contenido de H3PO4 en la bebida carbonatada con el valor límite establecido en normas internacionales que regulen el contenido de aditivos en bebidas.  VI.  PREGUNTAS PRE-LAB 1.  Explique si es posible que Vp.eq2 < 2Vp.eq1 en la titulación de ácido fosfórico. 2.   Asuma que es posible encontrar el tercer punto de equivalencia en la titulación titulación del ácido fosfórico. ¿Cuál sería la relación entre V p.eq3 con respecto a Vp.eq1 y Vp.eq2? 3.  Presente un diagrama del electrodo combinado para pH y explique su funcionamiento.

 

  47 POST-LAB 1.  Explique de qué forma puede interferir el CO 2  de la bebida carbonatada en la titulación del ácido fosfórico.

2.  Se tituló el ácido fosfórico presente en una muestra de 100 mL de bebida de cola usando una solución 0.1025 N de NaOH. El primer punto de equivalencia se observó después de añadir 13.11 mL de titulante, mientras que el segundo punto se observó después de añadir 28.55 mL. Calcule la concentración de H 3PO4  y H2 PO4-  en la muestra. 3.  Haga un cuadro comparativo que muestre ventajas y desventajas entre la volumetría ácido-base y la titulación potenciométrica.  VII.  BIBLIOGRAFÍA  Ayres, G. H.  Análisis Químico Cuantitativo. (Trad.: S. V. Pérez) Harla, Harper & Row Latinoamericana. Latinoamerica na. México. 11972. 972. 47 4700 pp. Cheng, F. Experiment 11. POTENTIOMETRIC POTENT IOMETRIC ANALYSIS ANALYS IS OF ACID IN SOFT DRINKS: COLA VS. UNCOLA. Univesity of Idaho. 2007. Disponible en version electrónica en: http://www.chem.uidaho.edu/faculty/ifcheng/Chem%2 http://www.chem.uidaho.edu/f aculty/ifcheng/Chem%20253/chem_2 0253/chem_253_homepage.htm 53_homepage.htm Holmquist, D. D., Randall, J., Volz D. L. “Determining the Phosphoric Acid Content in Soft Drinks”. Chemistry with Vernier. Vernier Vernier. Vernier Software & Technology. 2007.

Disponible en versión electrónica en: http://www.vernier.com/cmat/cwv.htm http://www.vernier.com/cmat/cwv.htmll

Lozano-Calero, D., Martín-Palomeque, P. “Determination of Phosphorus in Cola Drinks”. Journal of Chemical Education,  73(12),  73(12), 1996, p.1173-1174. Murphy, J. “Determination of phosphoric acid in cola beverages: a colorimetric an pH titration experiment for general chemistry”. Journal of Chemical Education,  

60(5), 1983, p.420

th

O’Neil, M. (Ed.) The Merck Index. 14  ed. Merck & Co., C o., Inc. USA. 2006. Sawyer, D. T., Heineman, W. R., Beebe, J. M. Chemistry Experiments for Instrumental Methods.  John Wiley & Sons. US USA. A. 1984.

Skoog, D., West, D., Holler, F., Crouch, S. Fundamentos de Química Analítica . 8ª ed. Thomson Learning, México. 2005. +1065 pp. CRC Handbook of of Chemistry and Physics.  CRC Press Inc., U.S.A. (cualquier edición

reciente).

 

 

PRÁCTICA No. 6

48

DETERMINACIÓN DE LA CONCENTRACIÓN MICELAR CRITICA (CMC) DE UN DETERGENTE UTILIZANDO UN MÉTODO CONDUCTIMÉTRICO I.  OBJETIVOS • 

Familiarizarse con la técnica de conductimetría y el uso del conductímetro.

• 

Utilizar un método conductimétrico de análisis para determinar la concentración micelar crítica de un detergente.

II.  TEORÍA  A.  Conductimetría La conducción eléctrica que se lleva a cabo en una solución se debe al movimiento de las partículas con carga efectiva. efectiva. Cuando un camp campoo electrostático se aplica a una so solución, lución, los iones son acelerados acelerados instantán instantáneamente eamente hacia hacia los electrodos. Estos iones alcanzan alcanzan una velocidad máxima que depende depende en parte del potencial aplicado, del tamaño y carga de los iones y de la viscosidad viscosidad de la solución. Si el potencial ap aplicado licado se duplica, la velocidad máxima se duplica, y el doble de iones llega al electrodo en una misma unidad de tiempo, lo que implica que la conduc conductancia tancia también se duplica. Puede verse que las soluciones electrolíticas obedecen la Ley de Ohm: Ohm: V = iR  

(1)

La conductancia G  se  se define como el recíproco r ecíproco de la resistencia: =

1 

  → [Ω− = ℎ− ] 

(2)

En estas fórmulas R  es   es la resistencia del cuerpo de solución considerado, expresada en ohms; V  es  es la diferencia de potencial aplicado, e i  es  es la corriente cor riente producida. La conductancia de un cuerpo homogéneo de sección transversal uniforme es proporcional al área A área A de  de su sección e inversame inversamente nte proporcional a su longitud l:   1 = =     =

1

  =  = =       

(3) (4)

Donde k  es   es la conductancia específica o conductividad expresada en -1cm-1. Para una celda conductimétrica cuyos electrodos tienen dimensiones A dimensiones A y  y l, se define la constante de celda como  =  /A.  l/A. La conductancia específica de una solución en una celda conductimétrica puede obtenerse determinando primero la constante de la celda, , lo que puede lograrse indirectamente midiendo la resistencia resistencia de una soluci solución ón de conducta conductancia ncia específica conocida conocida (KCl 0.02000 -1 -1 N, k = 0.002768  cm   a 25°C). La conductancia específica depende de las

concentraciones equivalentes equivalentes y de llas as movilidades de los iones pr presentes esentes en la solución.  

 

49

 Ya que todos los iones en una solución son capaces de contribuir a la conductancia, la conductancia total medida es la suma de las contribuciones en todos los iones presentes. Los aparatos que se emplean, en combinación con las celdas conductimétricas, para determinar la resistencia de una solución son llamados puentes de conductividad . La mayor parte de circuitos de uso común se basan en puentes de Wheatstone que operan con corrientes alternas en el rango de 60 a 10 000 Hz y con un voltaje aplicado de 6 a 10 V. Los electrodos empleados en las celdas conductimétricas conductimétricas son genera generalmente lmente de platino. Para aumentar significativamente significativamente el área de los electrodos y evitar efectos de "envenenamiento" "envenenamiento" o polarización se electrodeposita sobre ellos una capa irregular de platino, "platino negro", con lo que su su área efectiva aaumenta umenta con considerablemente. siderablemente. Las celdas comerciales traen comúnmente especificado especificado el valor de su constante. constante. Sin embargo, este valor varía con con el tiempo y, según la forma en que se ha manejado la celda, puede cambiar considerablemente.. Antes de guardar considerablemente guardar una celda de conductividad, ésta debe se serr lavada múltiples veces con agua de conductividad , es decir, con agua cuidadosamente destilada y desionizada. La celda debe guardarse con agua de conductividad, conductividad, pues eell valor de su constante puede cambiar por deterioro de los electrodos si éstos se llegan a secar completamente.  Algunas observaciones observaciones iimportantes mportantes en conductimet conductimetría: ría: • 

• 

•  •  •  • 

Toda la cristalería y material que se utilice debe estar escrupulosamente limpio, pues el método es muy sensible y, por tanto, pequeñas cantidades de contaminantes pueden interferir significativa significativamente. mente. El agua de conductividad se prepara llevando ll evando a ebullición agua desionizada durante unos 10 minutos en un recipiente bien limpio, la cual debe guardarse, mientras aún está caliente, en un recipiente limpio que debe mantenerse bien tapado. No debe ponerse la celda en contacto con soluciones muy concentradas ya que éstas pueden contaminar seriamente los electrodos y dañarlos.  Al efectuar la medición no debe haber burbujas de aire sobre la superficie de los electrodos. Si la resistencia varía y no se consigue un valor estable, probablemente se debe a que el sistema no está en equilibrio térmico. En experimentos de conductimetría, el valor en peso equivalente para una sustancia se obtiene dividiendo el peso fórmula de la especie por la carga positiva total representada en la fórmula de esta especie.

B.  Coloides Micelares Los coloides pueden ser divididos en dos clases generales, según la estructura de sus compontes: los coloides moleculares, en los que los átomos están unidos por enlaces químicos, y los coloides micelares están constituidos por partículas que no son moléculas de gran si nounidas que están constituidos porEstos agregados muchas exhiben moléculas pequeñas que setamaño, mantienen por fuerzas débiles. coloidesdemicelares propiedades de solubilidad especiales que pueden ser investigadas por técnicas conductométricas. Los detergentes sintéticos, algunas tintas y algunos jabones son las sustancias que más comúnmente pueden formar coloides micelares.

 

 

50

Este tipo de compuestos que forman coloides micelares y que generalmente son surfactantes (presentes en bajas concentraciones pueden hacer disminuir significativamente significativamente la tensión superficial del solvente) poseen una estructura alongada y altamente asimétrica. Tienen un extremo apolar hidrofóbico y en el otro extremo polar hidrofílico. A bajas concentraciones estos compuestos forman soluciones acuosas simples. Sin embargo, sus moléculas empiezan a asociarse en micelas solubles cuando la concentración crítica para la formación de las micelas alcanza la concentración micelar crítica, CMC. Para muchos agentes -4

surfactantes como los detergentes, esta concentración se encuentra en el rango de 10  a 10-5 M. C.  Concentración Micelar Crítica (CMC) La concentración umbral a la que comienza la micelización se conoce como concentración crítica de micelas. La tensión superficial no es la única propiedad de la solución que muestra una variación en la pendiente cuando se representa contra una concentración creciente. Por ejemplo: la conductividad de la solución disminuye al llegar a la CMC debido a la menor movilidad de las micelas más grandes. Dividir por concentración para convertir a conductividad equivalente equivalente conduce a una fuerte rreducción educción en la última cantidad en el CMC. Gráfica No.1. Variación de las propiedades de una solución surfactante a partir de su concentración

Fuente: (Hiemenz, Paul C. 1997)

Tabla No. 1. Concentración crítica micelar de algunos surfactantes

 

 

51

Fuente: (Hiemenz, Paul C. 1997) III. 

MATERIALES, EQUIPO Y REACTIVOS

 A.  Materiales y equipo ▪  ▪  ▪  ▪  ▪  ▪  ▪  ▪ 

1 conductímetro 1 estufa con agitación 1 barra magnética para agitación 5 balón volumétrico de 100 mL 1 pipeteador de 25 mL 1 soporte universal 1 vidrio de reloj 1 espátula

▪  ▪  ▪  ▪  ▪  ▪ 

1 pipeteador de 10 mL 1 beaker de 100 mL 1 balanza analítica 1 pipeta volumétrica de 10 mL 1 pipeta volumétrica de 1 mL 1 beaker de 400 mL

B.  Reactivos ▪  ▪  ▪ 

IV. 

 Agua de conductividad conductividad Dodecil sulfato de sodio 1.5x10-2 N (como detergente) Cloruro de potasio PROCEDIMIENTO

Revise el manual de usuario del equipo Multi-parameter Testr 35 Series, particularmente el procedimiento para ajustarlo a modo Conductivity y tomar lecturas simples. Recuerde que no deberá cambiar ningún otro parámetro de la configuración del equipo.  A.  Preparación del agua de conductividad 1.  Caliente suficiente agua destilada-desionizada destilada-desionizada y deje que hierva durante 10 min. 2.  Retírela de la fuente de calentamiento y colóquela sobre un cuadro cerámico para que se enfríe. Asegúrese de dejar bien tapado el recipiente. r ecipiente. 3.  Recuerde que el agua debe estar a temperatura ambiente para poder utilizarla.

 

 

4.  Esta agua le servirá para preparar todas sus soluciones y para lavar el conductímetro utilizando la piseta con agua de conductividad. co nductividad.

52

B.  Calibración del sistema conductométrico 1.  Prepare 100 mL de una solución estándar de KCl que sea exactamente 0.1000 N (solución madre), utilizando KCl grado analítico seco y agua de conductividad. Tome en cuenta la pureza de este compuesto para sus cálculos. 2.  A  A partir de la solución madre prepare 100 mL de cada una de las siguientes soluciones: 0.01 N, 0.001 N y 0.0006 N de KCl. 3.  Compruebe el buen funcionamiento del equipo de conductividad. 4.  Lave la celda con agua de conductividad. Mida la conductividad y la temperatura al agua de conductividad; a 25°C deberá obtenerse un valor menor o igual a 5 µS/cm. Si esto no se cumple, tómelo en cuenta para hacer las correcciones del caso en todas sus lecturas. 5.  Seque la celda por fuera f uera y lávela con la solución estándar estándar de KCl. Mida la conductancia específica de las soluciones estándar. El equipo cuenta con un corrector automático por temperatura, por lo que la lectura que obtendrá corresponderá al valor a 25 °C. 6.  Lave bien la celda con agua de conductividad y déjela sumergida en esta agua mientras no la esté utilizando. Cuadro No. 3.1  Valores de conductividad conductividad d dee solucio soluciones nes de KCl a 25 °C Concentración de KCl Conductividad (eq/L) (µS/cm) 0.0006 84 0.001 146.9 0.01 1413 0.1 12880 Fuente: Williams and Seibold, 2013. C.  Preparación de la muestra 1.  Prepare 100 mL de dodecil sulfato de sodio con una concentración de 1.5x10 -2 N. Para prepararla utilice agua de conductividad. Transfiera los 100 mL de la solución a un beaker de 400 mL, coloque el beaker en la estufa con agitación baja para no formar burbujas. 2.  Mida la conductividad de la solución inicial y anote también su temperatura. 3.  Recuerde debe hacer todas sus mediciones cuando las soluciones ya han alcanzado el equilibrio térmico. Anote dicha temperatura. 4.   Agregue 10 mL de agua de conductividad a la solución, espere que se equilibre y anote el nuevo valor de conductividad y su respectiva temperatura como primer dato en su tabla de medición.

 

 

5.  Realice el inciso número 3 con las siguientes adiciones de agua de conductividad, siendo en total un volumen de agua por agregar de 240 mL. No. Medición

 Volumen de  Agua de conductividad (mL)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

10 10 10 10 25 25 25 25 50 50

TABLA No. 3.2 Conductividad Temperatura de solución °C (µS/cm)

53

Normalidad (eq/L)

D.  TRATAMIENTO DE RESIDUOS 1.   Verifique que todas las soluc soluciones iones finales finales estén ne neutras utras y descá descártelas rtelas por el drenaje drenaje con suficiente agua del chorro. 2.  Descarte las soluciones de KCl de la misma forma.  V. 

CÁLCULOS Y RESULTADOS

1.  Escriba la fórmula estructural del dodecil sulfato de sodio e indique su peso fórmula y su peso equivalente 2.  Grafique la conductancia en función de normalidad para el dodecil sulfato de sodio. Extrapole las dos porciones lineales de la curva y encuentre el punto en que se intersectan y la concentración micelar crítica, compare este valor con el dado por Hiemenz. Extrapole para encontrar la conductanci conductanciaa específica a concentración cero. 3.  Para cada medición calcule la conductanc conductancia ia equivalente y grafique estos valores en función de la raíz cuadrada de la normalidad de la solución. Determine la concentración micelar crítica por extrapolación y compare con el valor obtenido anteriormente y el dado en la literatura. Determine el valor de la conductancia equivalente a normalidad cero.  VI.PREGUNTAS  VI.PREGU NTAS PRELAB 1.  Indique si es necesario hacer correcciones a las conductancias de las soluciones medidas debido a la conductancia del agua utilizada. 2.  Presente un esquema de la celda de conductividad utilizada y señale sus características.

 

 

54

POSTLAB 1.  Prediga la forma de la gráfica de conductancia espec específica ífica contra la concentració concentraciónn a 50 °C, en relación a la forma que la gráfica tiene a 25 °C. 2.  Justifique el hecho de que la extrapolación de la conductancia equivalente a normalidad cero dé un valor diferente a cero. 3.  ¿Cómo influye la longitud de la cadena carbonatada de una molécula anfipática en el valor de su concentración micelar crítica?

 VII. 

BIBLIOGRAFÍA

Hiemenz, Paul C.  C. Principles of Colloid and Surface Chemistry . 3rd Ed,, Editorial Marcel Dekker, 1997, USA, 360pp, Disponible en:  en:  https://www.academia.edu/331 95689/Principles-of-Colloid-andiples-of-Colloid-and-SurfaceSurfacehttps://www.academia.edu/33195689/Princ Chemistry_1_.pdf Skoog, D., West, D.  Análisis Instrumental . 1ª ed. Nueva Editorial Interamericana, México. 1975. +718 pp. Thermo Fisher Scientific. Instruction manual Multi-parameter testr 35 series   pH/Conductivity/TDS/Salinity pH/Conductivity/T DS/Salinity/Temperature. /Temperature. http://www.4oakton.com/sellshe ton.com/sellsheets/35425-00, ets/35425-00,-05,-10.pd -05,-10.pdf  f   http://www.4oak Williams, M, Seibold, C. Conductivity: Mettler Toledo SevenEasy Conductivity Meter. University of Colorado. 2013. Consultado el 14/11/2018. http://snobear.colorado.edu/cgi-bin/Kiowa/Kiowa.con.pl?cond. http://snobear.colorado.edu/cgi-bin/Kiowa /Kiowa.con.pl?cond.doc.html doc.html 

 

 

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PRÁCTICA No.7

DETERMINACIÓN DE HIERRO EN SUPLEMENTOS VITAMÍNICOS UTILIZANDO 1,10-FENANTROLINA POR ESPECTROSCOPÍA VISIBLE I.  OBJETIVOS •  • 

Familiarizarse con técnicas cuantitativas de la espectroscopía visible. Estudiar y aplicar de forma práctica el espectofotómetro de absorción molecular en la región visible.

• 

Cuantificar hierro total (Fe+2 y Fe+3) en muestras de suplementos vitamínicos.

II.  TEORÍA La región visible del espectro se utiliza principalmente para la determinación de los elementos que forman especias coloreadas con ciertos reactivos; en contraste, la región ultravioleta es empleada principalmente para determinar compuestos orgánicos que de por sí absorben en esa región del espectro. Los métodos fotométricos de la l a región visible son más apropiados para la determinación de elementos de transición. En el cuarto período de la tabla periódica, los elementos de transición van desde el Escandio hasta el Zinc; los iones de estos elementos contienen electrones en orbitales d   donde donde se pueden producir saltos electrónicos por absorción de cuantos de radiación electromagnética. Los procesos de este tipo dan lugar a importantes transiciones electrónicas o transferencias de carga, y por ello resultan muy eficientes en la absorción de radiación electromagnética en la reg región ión visible. Como ejemplo de iones que sufren este proceso se tienen: el ion permanganato (violeta) y el ion cromato (amarillo), los cuales absorben por transferencia de carga. Este tipo de trasferencia de carga explica los colores intensos del FeCl4- (amarillo) y del FeBr4- (rojo). Los átomos o moléculas unidos al átomo metálico central de los complejos se denominan ligandos. Son numerosos los reactivos orgánicos que dan complejos coloreados con los iones metálicos. Algunos de estos complejos se extraen fácilmente en disolventes no acuosos. En el cuadro 8.1 se presentan algunos de los reactivos colorimétricos más usados para metales. CUADRO 8.1 REACTIVOS COLORIMÉTRICOS COLORIMÉTRICOS MÁS USADOS PARA DETERMINA DETERMINACIÓN CIÓN DE METALES REACTIVO Peróxido de Hidrógeno (H2O2) Tiocianato Fenantrolina y derivados 8-hidroxiquinoleina Ditizona

METAL Ti, V, Mo, U Fe, Co, Mo, W, U, Nb, Ti Fe, Cu, Ru Al, Ga, In, Mg, U, V Cu, Ag, Zn, Cd, Hg, Pb

Dietilditiocarbamato de sodio Ditiol(4-metil-1,2Ditiol(4-metil-1,2-dimercaptobenceno) dimercaptobenceno)

Cu W Sn,Bi,Mo,

El compuesto 1,10-fenantrolina se combina como ligando con iones metálicos, gracias a los electrones no compartidos de los dos átomos de nitrógeno, ni trógeno, de la forma siguiente:

 

 

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 N

 

N

3

Fe2+

Tres moléculas de fenantrolina rodean a un ion ferroso formando un complejo intensamente rojo, cuya absortividad molar máxima es 1.1x10 4  cm-1mol-1 L, a 510 nm. Las tres moléculas de fenantrolina que rodean al ion ferroso encajan formando un producto compacto, y si las posiciones contiguas a los átomos de nitrógeno (posiciones ( posiciones 2 y 9 en la 1,10-fenantrolina) fueran sustituidas, por ejemplo, por grupos metilo, no se podrían coordinar las tres moléculas alrededor de un solo ion ferroso. Un complejo similar al del ion ferroso se forma con el ion férrico, pero éste es de color verdoso y es menos estable. La parte importante de la molécula de fenantrolina en cuanto a la formación de complejos es la cadena  –N=C –C=N –, que con el ion metálico forma un quelato con un anillo de cinco miembros (quelato significa un anillo cerrado por enlaces coordinados). La unidades  –N=C –, a su vez, forman parte de anillos aromáticos. Así, los compuestos siguientes también forman complejos rojos con los iones ferroso: 2,2 Bipiridina, 4,7-di 4,7-difenilfenil1,10-fenantrolina, 2,4,6-tripiridil-s-triazina (indique las estructuras en su cuaderno de laboratorio).  Al emplear los reactivos orgánicos pa para ra el ion ferroso, conv conviene iene recordar pr primero imero que hay que añadir un agente reductor para reducir el Fe(III) a Fe(II), y segundo, que hay que regular el pH dentro dentro de ciertos límites. Si la solución es demasiado ácida, ácida, los protones quedan unidos a los átomos de nitrógeno e impiden su combinación con los iones metálicos; si es demasiado básica, se forma el hidróxido de hierro hierr o en lugar del complejo correspondiente de la fenantrolina. La necesidad necesidad de regulación del pH es una característica común de todos los reactivos reactivos orgánicos formadores de complejo complejos. s. Estos reactivos se combinan con los iones metálicos cediendo pares de electrones que, por otra parte, pueden ser cedidos tamb también ién a los protones protones.. En general: pH demasiado bajo   reactivo + H+  →  reactivo•H+  pH demasiado alto   ion metálicon+  + nOH- →  hidróxido metálico El intervalo del del pH efectivo ppuede uede ser muy limit limitado ado o ser ser más amplio. En el caso del hierro(II) y la 1,10-fenantrolina, el intervalo es amplio, aproximadamente aproximadamente de 3 a 8.

 

 

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III.  MATERIALES, EQUIPO Y REACTIVOS  A.  Materiales y Equipo ▪  1 mortero y pistilo ▪  2 beaker de 150 mL ▪  1 erlenmeyer de 125 mL ▪  4 balón volumétrico de 100 mL ▪  5 balones volumétricos de 50 mL ▪  ▪  ▪  ▪  ▪  ▪  ▪  ▪ 

21 probeta probeta de de 10 50 mL mL 3 pipetas de 1 mL 5 pipetas de 5 mL 4 pipetas de 10 mL 1 espátula 1 balanza analítica 1 pipeteador naranja de 25 mL

▪  ▪  ▪  ▪  ▪  ▪  ▪  ▪  ▪ 

1 pipeteador verde de 10 mL 1 estufa Pipeteador automático volumen máx 1000 µL 6 puntas desechables Pizeta con agua desmineralizada d esmineralizada Espectrofotómetro Genesys 10 UV Celdas de vidrio 1 cm de trayectoria óptica Papel limpialentes Papel milimetrado (el alumno lo deberá llevar a la práctica)

B.  Reactivos ▪  ▪  ▪  ▪  ▪  ▪ 

 Agua desmineralizada desmineralizada Clorhidrato de hidroxilamina  Acetato de sodio dihidratado, CH3COONa·3H2O 1,10-fenantrolina Hexahidrato de Sulfato de Hierro(II) y de amonio, FeSO 4(NH4)2SO4·6H2O  Ácido clorhídrico 6 M

IV.  PROCEDIMIENTO La muestra del suplement suplementoo vitamínico la deberán proporcionar los estudiantes. Tomar en cuenta que la práctica fue realizada con un suplemento con 15 mg de hierro aminoquelado por tableta, por lo que se recomienda verificar los factures de dilución de muestra según el contenido de hierro que tenga el suplemento o ajustar los valores de la curva de calibración.  A.  Previo a la práctica: instrucciones para manejo del espectrofotómetro 1.  Consulte el manual de operación del espectrofotómetro Genesys 10 UV, el cual se encuentra disponible en el portal electrónico del laboratorio. En ausencia de este documento puede consultar los siguientes: Genesys 10 UV-Visible Spectrophotometers (folleto informativo), Instructions for Using the Genesys 10UV Spectrophotometer, disponibles también en el portal. El laboratorio cuenta con la versión Genesys 10 UV. 2.  En base a estos documentos copie en su cuaderno de laboratorio las especificacio especificaciones nes técnicas correspondientes al equipo Genesys 10 UV. 3.  Incluya en su cuaderno una imagen o figura del equipo e identifique las partes principales. 4.  Elabore en su cuaderno un diagrama de flujo que incluya las instrucciones básicas para el manejo del espectrofotómetro en modo Absorbancia.

B.  Preparación de soluciones  

 

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1.  Solución de Fenantrolina. Disuelva Fenantrolina. Disuelva 0.10 g de cristales de 1,10-fenantrolina en 50 mL de agua caliente. 2.  Solución acuosa de Clorhidrato de hidroxilamina. Disuelva hidroxilamina. Disuelva 2.50 g en 25 mL de agua desionizada. 3.  Solución de Acetato de Sodio 0.5 M. Disuelva M.  Disuelva 3.5 g de CH3COONa·3H2O en 50 mL de agua desionizada. 4.  Solución estándar madre (100 ppm): Tome 1 mL de estándar de hierro (1000 µg/mL de Fe) y lleve a un volumen de 10 mL.  mL. Trasvase a un beaker, agregue 4 mL de ácido clorhídrico 6 M y mezcle, luego agregue 1 mL de hidroxilamina y agite nuevamente. nuevamente.  Agregue 5 mL de 1,10-fenantrolina 1,10-fenantrolina y agite; añada 10 mL de acetato de sodio y mezcle bien. Verifique que el pH de la solución se encuentre entre 3-4, si se encuentra por debajo de 3, agregue 5 mL más de acetato de sodio.  sodio.   Trasvasar a un balón de 100 mL, complete el volumen con agua y deje en rreposo eposo por 20 minutos (concentración estándar 100 µg/mL de Fe). A partir de la solución estándar madre realice las demás diluciones para la curva de calibración. Nota importante:  realice  realice disoluciones de los estándares según lo esperado en la muestra para curva de calibración. calibración.  C.  Soluciones para la curva de calibración 1.  Tome 5 balones volumétricos de 50 mL y agréguele a cada uno de ellos 0, 0.5, 1, 1.5 y 2 mL de la solución estándar madre de hierro (mediciones con la mayor exactitud posible). Afore con agua ddesionizada. esionizada. 2.  Cuidadosamente, utilizando lo menos posible de la solución, compruebe el pH con papel indicador; cualquier pH entre 3 y 4 es aceptable. Si fuera necesario, agregue acetato de sodio para llevar el pH por encima de 3. Afore las soluciones a 50 50 mL. D.  Medición de absorbancia de soluciones estándar 1.  Para lograr la máxima exactitud hay que dejar pasar dos o tres horas para que se desarrolle el color en las soluciones a su máximo, pero para finalidades corrientes, un tiempo de 15 a 30 minutos es suficiente. En este punt puntoo recuerde encender encender el equipo para permitir el calentamiento de la lámpara halógena. 2.  Siguiendo las instrucciones básicas de operación del equipo que aparecen en el diagrama de flujo de su cuaderno, obtenga el espectro de la solución estándar tratada de 2 ppm de Fe, haciendo lecturas de absorbancia cada 20 nm en la región entre 400 y 600 nm, ajustando ajustando el cero con la sol solución ución tratada de 0 ppm ppm de Fe (blanco). En la región alrededor del máximo es necesario leer cada 5 nm. 3.  Mida la absorbancia de las diferentes soluciones a la longitud de onda de absorción máxima del complejo (510 nm) y, usando papel milimetrado, represente gráficamente las lecturas de absorbancia en función de microgramos de hierro por mililitro, o ppm. La gráfica debe ser lilineal. neal. E.   Análisis de las las muestras

 

 

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1.  Usando la balanza analítica, determine el peso promedio de 3 tabletas del suplemento vitamínico y tritúrelas con la ayuda de un mortero y pistilo. Pese el equivalente a una tableta.

2.  En un beaker de 150 mL, coloque la muestra y agregue 25 mL de Ácido clorhídrico 6 M. Caliente hasta ebullición y deje hervir durante 15 minutos, si el volumen total disminuye a 15 mL, agregue agua desmineralizad desmineralizada. a. 3.  solución Retire el en beaker de ladeestufa, por pequeñas gravedad.cantidades Reciba la un balón 100 mLespere y lave 5el minutos beaker y yelfiltrar filtro con de agua caliente, cuidando no excederse del aforo. Termine de aforar cuando la solución este fría. A esta primera solución identifíquela como “Original”.  4.  De la solución “Original”, tom e una alícuota de 5 mL y transfiérala a un balón de 50 mL. Afore la solución con agua desmineralizada y rotule como solución “A”.  5.  De la solución “A” tome una alícuota de 10  mL, transfiérala a un Erlenmeyer de 125 mL y rotule como solución “B”. Por medio de una pipeta graduada, mida aproximadamente 0.5 mL acetato de sodio, agregue la solución por goteo y, cuando lleve 10 gotas, mezcle y mida el pH de la solución por medio de una tira de papel pH; la solución deberá tener un pH entre 3-4, si el pH es menor de 3 se deberá agregar más acetato de sodio, gota a gota, sin olvidar el conteo; de lo contrario si el pH fuera un valor mayor a 4, deberá descartar la solución y comenzar de nuevo tomando en cuenta la cantidad de gotas agregadas. 6.  Transfiera una alícuota de de 10 mL de la solución “A”  a  a un balón volumétrico de 50 mL, agregue las gotas de acetato de sodio anteriormente verificadas para neutralizar correctamente la solución. Adicione 2 mL de solución de hidroxilamina y 3 mL de solución de 1,10-fenantrolina, y afore con agua desmineralizada. 7.  Espere 15 a 20 minutos y mida la absorbancia de la muestra a 510 nm. 8.  Si obtiene una lectura fuera del rango de la curva de calibración, prepare nuevamente la muestra usando una dilución adecuada.

 V.  CÁLCULOS Y RESULTADOS 1.  Utilizando una hoja de cálculo, construya la curva de calibración. Haga una regresión lineal para obtener la ecuación de la recta. 2.  Calcule el contenido de hierro en su muestra del suplemento vitamínico y expréselo como mg de Fe por tableta. Compárelo con el valor indicado en el cuadro de información nutrimental del suplemento. Tome en consideración los criterios de la USP para suplementos vitamínicos. Recuerde queunenporcentaje este casodenovariación. debe calcular ningún porcentaje de error, pero sí puede estimar

 

 

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 VI.  PREGUNTAS PRE-LAB 1.  Presente la ecuación de la reacción del clorhidrato de hidroxilamina con el Fe(III). 2.  ¿Por qué no son de confianza las lecturas de absorbancia demasiado altas, por ejemplo superiores a 1.5? ¿Qué error err or instrumental puede presentarse? 3.  En muchos espectrofotómetros, el ancho de rendija es fijo y es aceptable. ¿Cuáles son las ventajas de una rendija estrecha, y cuáles las de una ancha? POST-LAB 1.  Presente el diagrama óptico del equipo que se encuentra en el manual de operación del mismo. Resalte con flechas la dirección del haz de luz, desde su salida de la fuente de tungsteno hasta su llegada al detector. Incluya una breve descripción de los componentes más importantes del aparato: Fuente, monocromador y detector. 2.  Describa un espectrofotómetro de un haz y uno de doble haz. Realice un cuadro comparativo que muestre ventajas y desventajas entre ambos equipos.  VII.  BIBLIOGRAFÍA Boston Collage, Experiment No.6, Spectrophotometric Determination of Iron in a  Vitamin Tablet  Tablet   Association of Official Analytical Chemists. Official Methods of Analysis Analys is of AOAC th International . 16  ed. AOAC International. USA.  Ayres, G. H.  Análisis Químico Cuantitativo. (Trad.: S. V. Pérez) Harla, Harper & Row Latinoamericana. Latinoamerica na. México. 11972. 972. 47 4700 pp. Day, R. A., Underwood, A. L. Quantitati Quantitative ve Analysis. 6th ed. Prentice-Hall. USA. 1991. 685 pp. Skoog, D. A., Leary, J. J. Anális  Análisis is Instrument Instrumental  al . 4a ed. McGraw-Hill. España. 1994. 935pp. Skoog, D., West, D., Holler, F., Crouch, S. Fundamentos de Química Analítica . 8ª ed. Thomson Learning, México. 2005. +1065 pp. Sitios web de referencia sobre el uso del equipo: ChemLab –   Instruments –   Spectrometer , de Darkmouth College, 1997-2000, en:

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Revisado y Aprobado VoBo Mgtr. Juan Carlos García Cerón Director de Ingeniería Química y Química en Alimentos