Reporte 2 Cuanti

Universidad de San Carlos de Guatemala Facultad de Ingeniería Escuela de Ciencias Área de Química Laboratorio de: Análisis Cuantitativo Impartido por: Adela Marroquín Sección: B

PRÁCTICA NO. 2 EQUILIBRIOS DE SOLUBILIDAD: DETERMINACIÓN DE SULFATOS

Emilia Virginia Pontacq Alfonso 2011-14623 Guatemala, 14 de agosto del 2012

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INDICE

Resumen

5

Objetivos

7

Marco Teórico

9

Marco Metodológico

13

Resultados

15

Interpretación de Resultados

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Conclusiones

21

Bibliografía

23

Apéndice 

Muestra de Cálculo

25



Datos Calculados

29



Anàlisis de error

33



Datos Originales

35

3

4

RESUMEN

Para la determinación de sulfatos sobre un equilibrio de solubilidad se formó un precipitado a partir de sulfato de sodio y cloruro de bario disueltos en agua a diferentes proporciones. Este precipitado fue el sulfato de bario, el cual no es soluble en agua y presenta un color blanco, y fue separado de la solución a través de métodos gravimétricos. Conociendo el peso de este precipitado se lograron realizar los cálculos estequiométricos para determinar el porcentaje de iones sulfato y trióxido de azufre en la muestra.

Se realizaron dos mezclas, una fría y una caliente, las cuales se agitaron, filtraron, lavaron y secaron para obtener el precipitado únicamente y eliminar impurezas. Para la realización de los cálculos se utilizó el factor gravimétrico, el cual relaciona el peso formula del analito sobre el peso formula de precipitado obtenido.

Las condiciones de trabajo en el laboratorio fueron de una presión atmosférica de 0.84 atm y una temperatura de 25°C.

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OBJETIVOS

General Estudiar los equilibrios de solubilidad mediante el empleo de técnicas gravimétricas para un análisis macro-cuantitativo.

Específicos:

1. Emplear correctamente la técnica de gravimetría para la obtención de un precipitado razonando los principios químicos y fisicoquímicos involucrados. 2. Determinar el porcentaje de sulfatos en una muestra a partir de un precipitado obtenido y medido. 3. Determinar el porcentaje de una sustancia en una muestra mediante el empleo del factor gravimétrico.

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MARCO TEORICO

Análisis Gravimétrico

El análisis gravimétrico es una técnica analítica que se basa en la medición de la masa. Un tipo de experimento de un análisis gravimétrico implica la formación, separación y determinación de la masa de un precipitado. Generalmente este procedimiento se aplica a compuestos iónicos. Una muestra de una sustancia de composición desconocida se disuelve en agua y se convierte en un precipitado al hacerla reaccionar con otra sustancia. El precipitado se filtra, se seca y se pesa. Si se conoce la masa y la fórmula química del precipitado formado, es posible calcular la masa de un componente químico determinado (es decir, el anión o el catión) en la muestra original. Por último, a partir de la masa del componente y de la masa de la muestra original, se puede determinar la composición porcentual en masa del componente en el compuesto original.

Los pasos necesarios en el análisis gravimétrico, después de haber disuelto la muestra, se pueden resumir como sigue: 1. Preparación de la solución Se deben ajustar las condiciones de la solución para mantener baja solubilidad del precipitado y obtenerlo en una forma adecuada para la filtración. Los factores a considerar son: el volumen de la solución, el intervalo de concentración de la sustancia de prueba, la presencia y las concentraciones de otros constituyentes, la temperatura y el pH. 2. Precipitación Condiciones a considerar: a. El precipitado debe ser lo suficientemente insoluble para que la cantidad perdida por solubilidad sea imperceptible. 9

b. Debe estar constituido por cristales grandes que se puedan filtrar con facilidad. c. La contaminación debe ser imperceptible. 3. Digestión Los cristales grandes crecen a expensas de los pequeños cuando se permite que un precipitado esté en presencia del licor madre (la solución de la cual se precipitó). Ésta mejora la pureza y la cristalización del precipitado. 4. Filtración 5. Lavado Las impurezas coprecipitadas, en especial las que están en la superficie, se pueden eliminar lavando el precipitado después de filtrar, el cual estará humedecido con el licor madre, que también se remueve mediante el lavado. 6. Secado o Incineración Se calienta para remover el agua y el electrolito adsorbido del líquido de lavado. Por lo regular se puede hacer calentando de 110 a 120°C durante 1 a 2 h. 7. Pesado (Ver Datos Originales) 8. Cálculos (Ver Muestra de Cálculo)

Condiciones favorables de la precipitación

Mediante estas condiciones se minimiza la sobresaturación y la obtención de cristales grandes. a. Precipitar a partir de una solución diluida. b. Agregar lentamente reactivos de precipitación diluidos, con agitación constante. La agitación evita excesos locales del reactivo. c. Precipitar a partir de una solución caliente. Esto aumenta la solubilidad. La solubilidad no debe ser demasiado grande, o la precipitación no será cuantitativa. El grueso de la precipitación se puede realizar en solución caliente, y luego enfriar en solución para hacer cuantitativa la precipitación.

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d. Precipitar a un pH lo más bajo que sea posible en el que se mantenga la precipitación cuantitativa. Muchos precipitados son más solubles en medio ácido, y esto reduce la rapidez de precipitación. Son más solubles porque el anión del precipitado se combina con los protones de la solución.

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MARCO METODOLOGICO

Material y Equipo 

2 Beackers de 250 ml



1 Varilla de agitación



Un soporte universal y una rejilla de advesto



Un embudo de vidrio



Papel filtro



2 balones de aforo de 100 ml



Soluciones: o

Solución de sulfato de sodio (10%)

o

Solución de cloruro de bario (1%)

Procedimiento

1. Se prepararon las soluciones como se indica en la lista anterior (100 ml de cada una) 2. Se tomó una alícuota de 50 ml de la solución de sulfato de sodio. 3. Se calentó a ebullición 4. Se agregaron 10 ml de la solución de cloruro de bario. 5. Se dejó reposar la solución alrededor de 30 minutos. 6. Se filtró el precipitado. 7. Se lavó la solución con agua caliente hasta la desaparición de humos. 8. Se secó y pesó el papel filtro. 9. Se repitieron los pasos 1 a 8 para una segunda muestra, pero a ésta no se le aplicó calor antes de verterle la solución de cloruro de bario (se exceptuó el paso 3). 13

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RESULTADOS

Tabla VIII

Razonamientos de los pasos 3 al 8 en función a los principios químicos y fisicoquímicos implicados

Paso

Descripción

Razonamiento

3

Calentar a ebullición la solución de

Aumento de solubilidad para obtener una

Na2SO4

sobresaturación al agregar el precipitante.

4

Agregar el BaCl2

Reacción de simple desplazamiento endotérmica

5

Se deja reposar la solución

Proceso de digestión para obtener cristales más grandes y estables.

6

Se filtra el precipitado

7

Se lava la solución con agua caliente

Proceso de peptización

8

Se seca y pesa el papel filtro

Se remueve el agua del precipitado

Fuente: Marco Teórico

Tabla IX

Porcentaje de sulfatos en la muestra

Solución

Precipitado (g BaSO4)

Porcentaje SO4-2 (%)

Rendimiento (%)

Solución calentada

0,087

52,5

77,61

Solución no calentada

0,171

103,2

152,55

Fuente: Datos Calculados, Tablas II y III

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Tabla X

Porcentaje de sulfatos como trióxido de azufre en la muestra Solución

Precipitado (g BaSO4)

Porcentaje SO3 (%)

Solución calentada

0,087

43,74

Solución no calentada

0,171

85.96

Fuente: Datos Calculados, Tablas V y VI

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INTERPRETACION DE RESULTADOS

Razonamiento de los pasos 3 al 8 en función de los principios químicos y fisicoquímicos implicados en los mismos.

Paso 3: Proceso de ebullición de la solución de Na2SO4 Calentar la solución a ebullición implica un aumento de la temperatura, que a la vez aumenta la solubilidad de la solución. Es preferible realizar la precipitación a partir de una solución caliente. Al dejar enfriar la solución sin mover el sistema de reacción, o sin raspar las paredes del vaso que contiene la solución, se obtendrá una solución sobresaturada lo que favorece a una nucleación rápida para formar un gran número de partículas pequeñas.

Paso 4: Adición de 10 ml de la solución de cloruro de bario. Al mezclar cloruro de bario con la solución calentada de sulfato de sodio, ocurre una reacción de desplazamiento donde el sodio se encuentra más arriba de la serie de actividad que el bario, lo que produce la siguiente reacción:

Esta reacción es endotérmica, ya que absorbe calor para formar el precipitado.

Paso 5: Dejar reposar la solución durante 30 minutos. Al dejar reposar la solución se lleva a cabo la digestión, proceso que indica que se permite que el precipitado esté en presencia del licor madre y que los cristales grandes crezcan a expensas de los pequeños. La digestión mejora la pureza y la cristalinidad del precipitado.

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Pasos 6 y 7: Filtración del precipitado y lavado con agua caliente Luego de filtrar el precipitado, éste se lava con agua caliente para que se de a cabo la peptización. Este proceso hace que la cantidad de moléculas de disolvente entre las capas aumente, haciendo que la capa secundaria se encuentre pobremente adherida y las partículas se revierten al estado coloidal.

Paso 8: Secado del precipitado en el papel filtro El precipitado filtrado se procede a calentar para remover el disolvente y los electrolitos de lavado. Este secado por lo general se puede hacer calentando de 110 a 120°C durante un par de horas.

En la práctica se preparó un precipitado a partir de la mezcla de cloruro de bario (al 1%) y sulfato de sodio (al 10%) para determinar la cantidad de sulfatos y trióxido de azufre presentes en la muestra original por medio de cálculos de análisis gravimétrico.

Para un proceso de precipitación exitoso se calentó la solución de sulfato de sodio para aumentar su solubilidad y que así quedara una mezcla totalmente homogénea. Al verte la solución de cloruro de bario se observó la formación de un precipitado blanco que quedó suspendido en el fondo del Beacker (el sulfato de bario es más denso que el agua). La solución fueron agitadas constantemente pare evitar excesos locales del reactivo. Para favorecer la precipitación se dejó reposar la mezcla para que se formaran los cristales del precipitado (digestión). Luego de media hora de reposo se filtró la mezcla para obtener el precipitado en el papel filtro. Se lavó con agua para evitar oclusión y para retirar el licor madre del precipitado. Se observó que el agua filtrada aún poseía un color blanco, lo cual indica que no todo el precipitado quedó atrapado en el papel filtro, por lo que se repitió el proceso para recuperar la mayor cantidad de sulfato de bario posible.

Por último, se procedió a meter el precipitado en el horno para eliminar impurezas volátiles y el agua empleada para el lavado, y así obtener un precipitado “libre” de impurezas. Luego de alrededor de 12 horas de secado se pesaron las muestras obtenidas en la balanza analítica para 18

determinar el peso del precipitado y así proceder a realizar los cálculos estequiométricos y gravimétricos correspondientes.

Se preparó de igual manera una mezcla a temperatura ambiente (la solución de sulfato de sodio no fue previamente calentada) para observar ambos procesos de formación. Al mezclar ambas soluciones se observó de igual manera la formación de un precipitado en el fondo del Beacker. Este precipitado se formó a una rapidez mayor que el formado a partir de una solución caliente debido a que la solubilidad no fue aumentada al inicio (por lo tanto la solución no estaba completamente diluida) y esto provocó un grado de sobresaturación más alto, el cual aumenta la rapidez de nucleación. La formación de un mayor número de núcleos por unidad de tiempo produce fácilmente más cristales totales de un tamaño más pequeño. La superficie total de los cristales es mayor y hay más peligro de que se adsorban impurezas.

La explicación anterior se refleja en los datos obtenidos al final de la práctica y de los cálculos correspondientes (Ver Tabla IX). Para la solución calentada se obtuvo un precipitado de 0,0807g mientras que de la solución no calentada se obtuvo un precipitado de 0,171g. Para la primera muestra se determinó un porcentaje de sulfatos de 52.449% con un rendimiento de reacción del 77.61%. Esto indica que en la muestra se recuperó un poco mas de la mitad de sulfatos y que el resto pudo ya sea no haberse formado o no haberse quedado atrapado en el papel filtro. Para la muestra no calentada se tiene que el porcentaje de sulfatos es del 103.17% con un porcentaje de rendimiento del 152,55%. Estos porcentajes indican que el proceso se precipitación no se llevó a cabo como debía de ser por los factores previamente enunciado.

Al calentar las muestras en el horno se pueden formar otras especies, las cuales pueden ser determinadas como porcentaje de la muestra original. En este caso el ion sulfato presente en el precipitado de sulfato de bario en el horno, pudo haberse transformado en trióxido de azufre en forma gaseosa. Para determinar el porcentaje de trióxido de azufre se calculó el factor gravimétrico para obtener la proporción del analito sobre la sustancia obtenida (Ver Tabla X). En la muestra calentada se obtuvo un porcentaje de trióxido de azufre de 43.74%, que al ser sumado al 52,5% de sulfato presente en la muestra, se obtiene casi el 100% de la muestra 19

original, mientras que el resto pudo haberse convertido en otra especie libre o no haber sido filtrada. Para la solución no calentada se obtuvo un porcentaje de trióxido de azufre de 85.96%. Al comparar el porcentaje de sulfatos con el de trióxido en esta muestra se observa que se obtuvo más cantidad de precipitado que la esperada por la estequiometria. Nuevamente, estos porcentajes no son confiables porque la precipitación no se llevó a cabo de la manera más correcta.

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CONCLUSIONES

1. Se debe precipitar a partir de una solución caliente y totalmente diluida para aumentar el rendimiento de reacción.

2. Se debe agitar constantemente la solución para evitar excesos locales del reactivo.

3. No debe excederse el tiempo de reposo del precipitado para evitar la precipitación de otras especies.

4. Se debe emplear el papel filtro correcto para evitar el paso de precipitado y retener la mayor cantidad posible. 5. Se debe usar el factor gravimétrico correcto para hallar cualquier especie en una muestra.

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BIBLIOGRAFIA

1. Cristian, Gary “Química analítica” (2009) Sexta edición. Editorial McGraw-Hill. México., Páginas 313-323

2. Chang, Raymond “Química”. (2010). Décima edición. Editorial McGraw-Hill. México. Página 151

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MUESTRA DE CÁLCULO

1. Determinación del factor gravimétrico

[Ecuación I]

Ejemplo: determinar el factor gravimétrico de sulfato en una muestra de BaSO4

2. Determinación del porcentaje de sustancia buscada en una muestra

[Ecuación II]

Ejemplo: determinar el porcentaje de sulfatos en la muestra obtenida

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3. Cálculo estequimétrico para la determinación de gramos teóricos de precipitado de BaSO4

4. Determinación del porcentaje de rendimiento

[Ecuación III]

Ejemplo: Determinar el porcentaje de rendimiento de la obtención de precipitado de BaSO4 en la muestra caliente

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DATOS CALCULADOS

Factor gravimétrico para la obtención de SO4--2

Tabla I

Solución

Precipitado (g BaSO4)

Factor Gravimétrico

Solución calentada

0,087

0,4116

Solución no calentada

0,171

0,4116

Fuente: Muestra de cálculo, Ecuación I

Tabla II

Porcentaje de Sulfatos presentes en la muestra

Solución

Precipitado (g BaSO4)

Factor Gravimétrico

%SO4-2

Solución calentada

0,087

0,4116

52,5

Solución no calentada

0.171

0,4116

103,2

Fuente: Muestra de cálculo, Ecuación II

Tabla III

Porcentaje de rendimiento de la precipitación de BaSO4

Solución

Precipitado (g BaSO4)

Peso Teórico BaSO4 (g)

Rendimiento (%)

Solución Calentada

0,087

0,112

77,61

Solución No Calentada

0,171

0,112

152,55

Fuente: Muestra de cálculo, Ecuación III

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Tabla IV

Factor gravimétrico para la obtención de SO3

Solución

Precipitado (g BaSO4)

Factor Gravimétrico

Solución calentada

0,087

0,3429

Solución no calentada

0,171

0,3429

Fuente: Muestra de cálculo, Ecuación I

Tabla V

Porcentaje de SO3 presentes en la muestra

Solución

Precipitado (g BaSO4)

Factor Gravimétrico

%SO3

Solución calentada

0,087

0,3429

43,74

Solución no calentada

0.171

0,3429

85,96

Fuente: Muestra de cálculo, Ecuación II

Tabla VI

Porcentaje de rendimiento de la precipitación de BaSO4

Solución

Precipitado (g BaSO4)

Peso Teórico BaSO4 (g)

Rendimiento (%)

Solución Calentada

0,087

0,112

77,61

Solución No Calentada

0,171

0,112

152,55

Fuente: Muestra de cálculo, Ecuación III

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ANALISIS DE ERROR

1. Determinación del Error Relativo Porcentual

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[Ecuación IV] Donde: %E = Error relativo porcentual De= Dato experimental Dt= Dato Teórico

Ejemplo: calcular el error relativo porcentual del precipitado obtenido en la práctica. |

Tabla VII

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Error relativo para cada muestra

Solución

Dato Experimental (g)

Dato Teórico (g)

Porcentaje de Error (%)

Solución calentada

0,087

0,1121

23,4

Solución no calentada

0,171

0,1121

52,5

Fuente: Análisis de Error, Ecuación IV

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