Reporte 2- Determinacion de Sulfatos

ÍNDICE

Página 3

1. Resumen

5

2. Objetivos

7

3. Marco Teórico

11

4. Marco Metodológico

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5. Resultados

15

6. Interpretación de Resultados

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7. Conclusiones

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8. Bibliografía 9. Apéndice 9.1 Datos Originales

21

9.2 Muestra de Cálculo

21

9.3 Datos Calculados

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1

1. RESUMEN

En la práctica “Equilibrios de solubilidad: determinación de sulfatos”, se preparó una solución de sulfato de sodio, de la cual se tomó una alícuota de 50ml para calentarla a punto de ebullición y de esta forma disolver totalmente la sal. Luego se tomó una alícuota de 10ml de cloruro de bario de la solución previamente preparada, y se agregó a la alícuota de sulfato de sodio. Se dejó reposar la solución, permitiendo la digestión de la muestra, que consiste en el crecimiento de los cristales del precipitado. Luego se filtró el precipitado, por último se secó la muestra en el horno y se pesó al día siguiente. Se realizaron 4 diferentes corridas, en donde se determinó el peso del precipitado, para así calcular el porcentaje de sulfatos y trióxido de azufre que se encuentran en él. Por lo que la media obtenida tiene un valor de 2.006% para los sulfatos y 1.672% para el trióxido de azufre. El error de precisión se obtuvo mediante el análisis del coeficiente de variación, el cuál fue de 67.92%, lo que indica que los datos obtenidos de precipitado no fueron precisos. 2

Se toma en cuenta que la práctica se realizó a una temperatura de 23°C y a una presión de 0,83 atm.

3

2. OBJETIVOS

General Realizar un análisis gravimétrico satisfactorio para la determinación de sulfatos y sulfitos en el precipitado, como también evaluar el equilibrio de solubilidad.

Específicos 1. Analizar los pasos del análisis gravimétrico, tomando en cuenta los principios químicos y físicos implicados en el mismo. 2. Calcular el porcentaje de sulfatos y sulfitos presentes en la muestra. 3. Determinar el porcentaje de error de las muestras de sulfatos y sulfitos.

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3. MARCO TEÓRICO 5

Análisis Gravimétrico El análisis gravimétrico es uno de los métodos más exactos y precisos de análisis macrocuantitativo. En este proceso, el analito se convierte selectivamente en una forma insoluble. El precipitado separado se seca o se incinera, tal vez convirtiéndolo en otra forma, para pesarlo con exactitud. A partir del peso del precipitado y un conocimiento de su composición química, se puede calcular el peso del analito en la forma deseada. Un análisis gravimétrico satisfactorio consiste en un número de operaciones importantes diseñadas para obtener un precipitado puro y filtrable adecuado para pesarse. Para que se pueda aplicar la precipitación el analito debe cumplir ciertas propiedades: Baja solubilidad, alta pureza al precipitar, filtrabilidad y composición química definida. Operaciones para el análisis gravimétrico Primer paso: Preparación de la muestra: Puede requerirse alguna forma de separación previa para eliminar los materiales de interferencia. También 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 que se deben considerar incluyen el volumen de la solución durante la precipitación; el intervalo de concentración de la sustancia de prueba; la presencia y las concentraciones de otros constituyentes; la temperatura, y el pH.

Paso Dos: Precipitación

6

El objetivo es aislar de la muestra problema el o los componentes en forma sólida (precipitado), haciéndola reaccionar con un reactivo específico. Es necesario que el precipitado obtenido sea suficientemente insoluble para que la cantidad perdida por solubilidad sea despreciable. Debe estar constituido por cristales grandes para minimizar contaminación de interferentes. En primer lugar, el precipitado debe ser lo suficientemente insoluble como para que la cantidad perdida por solubilidad sea imperceptible. Debe estar constituido por cristales grandes que se puedan filtrar con facilidad ya que todos los precipitados tienden a arrastrar algo de los otros constituyentes de la solución. Cuando se realiza la precipitación, se agrega un ligero exceso del reactivo precipitante para disminuir la solubilidad por acción de masas (efecto del ion común) y para asegurar la precipitación completa. Se debe evitar un gran exceso del agente precipitante porque aumenta los riesgos de adsorción en la superficie del precipitado, además de constituir un desperdicio. La finalización del precipitado se verifica esperando hasta que este se haya sedimentado. Paso tres: Digestión Cuando se permite que un precipitado esté en presencia del licor madre (la solución de la cual se precipitó), los cristales grandes crecen a expensas de los pequeños. Este proceso se llama digestión. Las pequeñas partículas tienden a disolverse y volver a precipitar en las superficies de los cristales grandes. Esto disminuye notablemente el área superficial. Asimismo, las imperfecciones de los cristales tienden a desaparecer, y las impurezas adsorbidas o atrapadas, a entrar en solución. La digestión por lo regular se lleva a cabo a temperaturas elevadas para acelerar el proceso, aunque en algunos casos se hace a la temperatura del laboratorio. Esto aumenta tanto la filtrabilidad del precipitado como su pureza.

Paso cuatro: Lavado y filtrado 7

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. Muchos precipitados no se pueden lavar con agua pura porque ocurre la peptización; ésta es lo contrario de la coagulación. El proceso de coagulación, es al menos parcialmente reversible. El lavado con agua diluye y elimina los iones extraños. El resultado es que las fuerzas repelentes entre las partículas vuelven a ser fuertes, y éstas regresan de manera parcial al estado coloidal, pasando a través del filtro. Esto se puede evitar agregando un electrólito al líquido de lavado. El electrolito debe ser volátil a la temperatura que se va a usar para el secado o la incineración, y no debe disolver el precipitado. Paso cinco: Secado Si el precipitado que se recolecta está en forma adecuada para pesarse, se debe calentar para remover el agua y el electrólito adsorbido del líquido de lavado. En general, se requiere la incineración a una temperatura mucho más alta si un precipitado se debe convertir a una forma más adecuada para el pesado. Impurezas en los precipitados Los

precipitados

tienden

a

arrastrar

de

la

solución

otros

constituyentes que son normalmente solubles, haciendo que el precipitado se contamine. Este proceso se llama coprecipitación. Hay diversas maneras de contaminación: 1. Oclusión e inclusión: En el proceso de oclusión, el material que no es parte de la estructura del cristal se atrapa dentro de un cristal. Si tal captura mecánica ocurre durante un proceso de precipitación, el agua contendrá las impurezas disueltas. La inclusión ocurre cuando iones, generalmente de tamaños

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y cargas similares, se atrapan dentro de la retícula cristalina. Éstos no son procesos de equilibrio. 2. Adsorción superficial: Como ya se ha mencionado, la superficie del precipitado tiene una capa adsorbida primaria de los iones reticulares en exceso. Esto provoca adsorción superficial, la forma más común de contaminación. Estas capas adsorbidas a menudo se pueden remover por lavado o se pueden reemplazar por iones que se volatilicen fácilmente. 3. Reemplazo isomorfo: Se dice que dos compuestos son isomorfos si tienen el mismo tipo de fórmula y cristalizan en formas geométricas similares. Cuando sus dimensiones reticulares son aproximadamente iguales, un ion puede reemplazar a otro en el cristal, dando como resultado un cristal mixto. 4. Posprecipitación: A veces, cuando se deja que el precipitado esté en contacto con el licor madre, una segunda sustancia formará lentamente un precipitado con el agente precipitante.

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4. MARCO METODOLÓGICO

Algoritmo de Procedimiento 1. Se preparó una solución de sulfato de sodio al 10% en 100ml de agua. 2. Se preparó una solución de cloruro de bario al 1% en 50ml. 3. Se tomó una alícuota de 50ml de la muestra de sulfato de sodio y se calentó a ebullición. 4. Se agregó 10ml de solución de cloruro de bario a la alícuota de sulfato de sodio. 5. Se dejó reposar la solución durante 30min. 6. Se filtró el precipitado. 7. Se calentó la solución con agua caliente hasta la desaparición de humos. 8. Se secó y pesó la muestra dentro del papel filtro previamente tarado. 9. Se realizaron 4 corridas totales sobre la experimentación para determinar por medio de datos estadísticos el error.

Diagrama de flujo de procedimiento

10

n

si

5. RESULTADOS

11

Tabla I. Razonamiento del paso 3 al 8, en función de principios químicos y fisicoquímicos. Pas Descrip Químic o ción o

3

Calentar a ebullición

4

Agregar Cloruro de Bario

Físico

Razonamiento

X

Es un cambio físico, ya que se debe precipitar a partir de una solución de Na2SO4 caliente, ya que esto aumenta la solubilidad (S). Existe un cambio químico porque el Bario se une al Sulfato para formar Sulfato de Bario, que es un precipitado.

x

5

Dejar reposar la solución

X

6

Filtrar

X

7

Lavado

X

8

Secado y pesado

x

Es un cambio físico porque al dejar reposar y enfriar la solución antes de filtrar favorece el proceso de digestión, en donde se forman los cristales. Es un cambio físico porque únicamente hay separación del precipitado. Es cambio físico, ya que se retiran impurezas de la muestra. Es cambio físico porque se remueve el excedente de agua y se obtiene la masa de precipitado.

Fuente: Elaboración propia.

Tabla II. Porcentaje de sulfato y trióxido de azufre en la muestra. Corrid %Sulfat %Sulfitos a os 1 0.9826 0.8189 2 1.4048 1.1708 12

3 4

1.6266 4.0103

1.3557 3.3424

Fuente: Datos Calculados, Tabla lV y V.

Tabla III. Error de Precisión Porcent aje (%) Sulfato s Sulfitos

Media

Desviació n Estándar

Coeficient e de Variación (%)

2.0061

1.3626

67.92

1.6719

1.1356

67.92

Fuente: Datos Calculados, Tabla Vl.

6. INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS

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En la realización de la práctica “Equilibrios de solubilidad: determinación de sulfatos”, se procedió a la preparación de un precipitado, Sulfato de Bario (BaSO 4), por medio de la reacción entre el Cloruro de Bario (BaCl 2) y el Sulfato de Sodio (Na2SO4). El precipitado se formó por la adición de 10ml del agente precipitante, en este caso BaCl2, a la solución de Na2SO4, de la cual se tomó una alícuota de 50ml. La solución de Na2SO4 previamente es puesta a calentar hasta llegar a ebullir, por lo que el BaCl2 es agregado de forma lenta a la solución de Na 2SO4, agitando constantemente la mezcla llamada liquido madre; ya que de esta forma se mantiene baja la (Q), que representa el grado de sobresaturación. Esta se deja reposar durante 30min, para que tenga un tiempo prudencial de formación del precipitado (los cristales). Debido a la baja velocidad de formación de cristales, los materiales extraños salen más fácilmente de la red cristalina, evitando así la contaminación por oclusión. Por lo que la contaminación disminuye. De igual forma no se descarta que el precipitado se encuentre puro en un 100%. Al dar un tiempo prudencial para que suceda la digestión, se forma un compuesto de muy baja solubilidad (BaSO4), debido a la sobresaturación. La sobresaturación debe mantenerse a un nivel bajo pues al ser muy alta la nucleación aumenta el crecimiento del área superficial de los cristales; favoreciendo la adsorción superficial, que es una forma común de que hayan impurezas en la superficie del precipitado; por lo que esta se mantiene baja añadiendo el BaCl2 con lentitud y constante agitación. Luego de la formación del precipitado BaSO4, este es separado de su líquido madre por medio de papel filtro, con el propósito de obtener solamente los cristales y que estos sean lavados para evitar impurezas. Debido a que los precipitados, al formarse, rara vez son puros; debe ser posible eliminar las impurezas o, cuanto menos, reducirlas para que no afecte el resultado. 14

Una vez separado y lavado el precipitado BaSO 4 de la solución, se procede a secarlo en un horno por una hora, para eliminar el remanente de humedad, y así finalmente pesarlo y realizar los debidos cálculos para la determinación de gramos obtenidos del precipitado. Como se realizaron 4 corridas se obtuvo un promedio del precipitado obtenido siendo este de 0.2638g. También se obtienen los gramos de sulfato presentes en el precipitado, los cuales son obtenidos de acuerdo a la reacción de precipitación y la debida estequiometria; lo cual da como resultado un 2.006% de SO4. De igual forma se obtienen los gramos de trióxido de azufre presentes en el precipitado, dando un 1.672%. Al analizar el coeficiente de variación, se determina que el error de precisión es alto, ya que este indica el grado de variabilidad de los datos respecto a la media y estos varían considerablemente respecto a esta. Dicho coeficiente tiene un valor de 67.92% indicando un alto error de precisión, por lo que hay mayor heterogeneidad en los datos experimentales.

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7. CONCLUSIONES

1. El análisis gravimétrico requiere de gran exactitud para la obtención de resultados confiables, realizando todos los pasos implicados en el mismo, como también razonando los fenómenos químicos y físicos que se dan en él. 2. El porcentaje medio de sulfatos obtenidos en el precipitado tiene un valor de de 2.006% para los sulfatos y 1.672% para el trióxido de azufre. 3. El coeficiente de variación obtenido fue de 67.92%, el cual indica alta variabilidad en los datos experimentales, por lo que no se encuentra dentro del límite aceptable para un analista.

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17

8. BIBLIOGRAFÍA

1. AYRES, H. Gilbert, “Análisis Químico Cuantitativo”, Segunda Edición, Harla, 1970, Paginas: 193-204. 2. FLASCHKA, H. A y BARNARD, A.J, “Química Analítica Cuantitativa”, Primera Edición (español), Editorial Continental, 1978, Páginas: 63-80. 3. Anónimo, “Gravimetría”, [En línea], , [Consultada: 16 de diciembre de 2013] 4. María Antonia Dosal, “Análisis Cuantitativo de Analitos previa separación por precipitación”, [En línea], , [Consultada: 16 de diciembre de 2013].

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9. APÉNDICE 19

1. Datos Originales Adjunta la hoja al final del reporte. 2. Muestra de Cálculo 2.1.

Reacción química general

Na 2 SO 4 + BaCl 2 → Ba SO 4 +2 NaCl

SO 4−2+ Ba+2 → Ba SO 4

2.2

Factor gravimétrico moles anali peso fórm . analito ¿ GF= ׿ peso form . precipitado moles precipitado (Ecuación 1)

Ejemplo: Determinar el factor gravimétrico para calcular el porcentaje de sulfatos en la muestra de BaSO4. 96.06 g /mol SO 4−2 1mol SO 4−2 GF= × =0.41158576 g 1 mol Ba SO 4 233.39 Ba SO 4 mol

2.3

Porcentaje en peso de sulfatos

20

buscado=

peso del precipitado ( g ) ×GF ×100 peso de la muestra (g)

(Ecuación 2) Ejemplo: Determinar el porcentaje de sulfatos en el precipitado de BaSO 4, en la muestra total de 6.00g. El precipitado tiene un peso de 0.135g.

buscado=

0.135 g × 0.41158576 ∗100=0.93 6.00 g

*Nota: Para la determinación del peso de sulfitos en el precipitado se aplica el mismo procedimiento, haciendo uso de las ecuaciones 1 y 2. Ejemplo: Determinar el porcentaje de sulfitos en el precipitado de BaSO 4, en la muestra total de 6.00g. El precipitado tiene un peso de 0.135g.

g SO3−2 1 mol SO 3−2 mol GF= × =0.34303098 g 1 mol Ba SO 4 233.39 Ba SO 4 mol 80.06

buscado=

2.4

0.135 g × 0.34303098 =0.77 6.00 g

Media aritmética

∑ X´ = n

xi (Ecuación 3)

Dónde: 21

X´ =¿ Media aritmética

x i=¿

Dato

n=¿ Número total de datos Ejemplo: Determinar la media para los 4 datos de porcentaje de sulfatos en el precipitado. 0.9261+0.6398+1.5979+ 2.0617 X´ = 4 X´ =1.3064

2.5

Desviación estándar σ=

√

∑ ( x−´x )2 n−1 (Ecuación 4)

Dónde: σ

= Desviación estándar

n

= Número total de datos

(x− ´x )

= Dato experimental menos la media aritmética

Ejemplo: Calcular la desviación estándar para los 4 datos de porcentaje de sulfatos en el precipitado. σ=

√

(0.93−1.31)2+(0.64−1.31)2+(1.60−1.31)2 +(2.06−1.31)2 3 22

σ =0.644046

2.6

Coeficiente de variación CV =

σ ×100 X´ (Ecuación 5)

Dónde: σ

= Desviación estándar

X´

= Media aritmética

Ejemplo: Calcular el coeficiente de variación para la determinación de sulfatos. CV =

0.644046 ×100=49.30 1.306372

3. Datos Calculados Tabla IV. Porcentaje de Sulfatos. Corrida

Peso Precipit ado (g)

1 2 3 4

0.1350 0.1710 0.1980 0.5510

GF

Peso muestra (g)

%Sulfatos

0.4116 0.4116 0.4116 0.4116

5.655 5.010 5.010 4.525

0.9826 1.4048 1.6266 5.0118

Fuente: Muestra de Cálculo, Ec. 1 y 2.

Tabla V. Porcentaje de Sulfitos. 23

Corrida

Peso Precipit ado (g)

GF

Peso muestra (g)

%Sulfitos

1 2 3 4

0.1350 0.1710 0.1980 0.5510

0.3430 0.3430 0.3430 0.3430

5.655 5.010 5.010 4.525

0.8189 1.1708 1.3557 4.1770

Fuente: Muestra de Cálculo, Ec. 1 y 2.

Tabla VI. Error de precisión.

% Sulfato s % Sulfitos

Media

Desviació n Estándar

Coeficient e de Variación (%)

2.2564

1.8562

82.26

1.8806

1.5470

82.26

Fuente: Muestra de Cálculo, Ec. 3, 4 y 5.

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