química analítica departamento de química analítica experimental iii

QUÍMICA ANALÍTICA
EXPERIMENTAL III (1802)
DEPARTAMENTO DE QUÍMICA ANALÍTICA
FACULTAD DE QUÍMICA
ESTABLECIMIENTO DE LA TRAZABILIDAD DE LAS MEDICIONES DE HIERRO EN
ALEACIONES DE COBRE POR EL MÉTODO ASTM E478-03.
OBJETIVO:
Asegurar la trazabilidad al SI de las determinaciones espectrofotométricas de Fe(II) por el método
ASTM E478-03.
PRINCIPIOS:
Se entiende por trazabilidad a la propiedad del resultado de una medida o del valor de un
estándar que se puede relacionar con referencias específicadas, generalmente estándares
nacionales o internacionales, a través de una cadena ininterrumpida de comparaciones todas con
incertidumbres determinadas. [1]
En este experimento se utilizarán las disoluciones de reserva que se emplean para preparar las
disoluciones patrón de calibración del método espectrofotométrico, para la determinación de Fe(II)
mediante titulaciones con EDTA a pH= 2.5, empleando ácido sulfosalicílico o tiocianato de potasio
como indicadores de fin de reacción. Posteriormente se calcularán las incertidumbres asociadas a
la concentración de Fe(II) para poder definir una cadena de trazabilidad.
METAS:
• Determinar la concentración de Fe(II) por titulación con EDTA, en las disoluciones de reserva
empleadas para preparar las disoluciones patrón de calibración del método
espectrofotométrico de determinación de hierro en aleaciones de cobre (método ASTM E47803)
• Normalizar disoluciones de EDTA de diferentes concentraciones empleando un patrón primario
de cinc.
• Realizar titulaciones complejimétricas: de zinc con EDTA utilizando eriocromo negro T y de
Fe(II) usando ácido sulfosalicílico o tiocianato de potasio como indicadores de fin de reacción,
a pH´s regulados.
• Calcular la incertidumbre sobre la concentración de Fe(II) en las disoluciones patrón de
calibración del método espectrofotométrico ASTM E478-03.
ENUNCIADO DEL PROBLEMA:
¿Cuáles son los límites de confiabilidad y la incertidumbre de las mediciones sobre la
concentración de Fe(II) con EDTA que realizarás experimentalmente, con las cuales podrás definir
la cadena de trazabilidad sobre las mediciones realizadas en las disoluciones de reserva
empleadas para preparar las disoluciones patrón de calibración del método espectrofotométrico?
FUENTES DE INFORMACIÓN .
Consultar:
• Ramette R.W. Equilibrio y Análisis Químico. Fondo Educativo Interamericano, México,
1981 p.62-66
PREGUNTAS Y EJERCICIOS PREVIOS
1. Revisar lo referente a patrón primario, secundario. Averiguar si el EDTA puede
considerarse como reactivo patrón primario y qué condiciones debe satisfacer el zinc para
ser patrón primario. Consultar Vogel. [2]
1
EQUIPO MATERIAL Y REACTIVOS
MATERIALES
1 Propipeta
1 Balanza analítica
2 matraces volumétricos de 1000 mL
1 matraz volumétrico 250 mL
1 Espátula
1pipeta volumétrica de 10 mL
1 Pizeta
1 vidrio de reloj
1 Pipeta volumétrica de 5.0 mL
1 Pipeta volumétrica de 10.0 mL
4 Vasos de precipitados de 100 mL
1 Pipeta graduada de 5 mL
1 Bureta de 10 mL con pinza
1 Bureta de 25 mL con pinza
6 matraces Erlenmeyer de 125 mL
REACTIVOS
Cloruro de amonio R.A.
Zinc en polvo R.A.
Sal disódica del EDTA R.A.
Amoniaco conc. R.A.
Mezcla de eriocromo negro /KCl al
1%
Disolución de ácido sulfosalicílico
al 2% en agua destilada
HCl 5 M
NaOH 1 M
Rojo de metilo
Disolución de Fe(III) 0.01 M
Glicina R.A.
PREPARACIÓN DE LAS DISOLUCIONES
I Preparación de la disolución patrón primario de Zinc 0.01M
1. Descapar 1g de zinc puro granulado, con una disolución diluida de ácido clorhídrico para
eliminar la capa superficial de óxido. Se enjuaga con agua, con alcohol y con acetona, se deja
secar. En un vaso de precipitados de 100 mL, limpio y seco, pesar con precisión,
aproximadamente 0.16g de zinc puro granulado. Añadir 6 mL de HCl 6N y tapar el vaso con un
vidrio de reloj. Esperar hasta que todo el zinc se disuelva. Levantar el vidrio de reloj con
precaución e incorporar en el mismo vaso de precipitados, las salpicaduras de la disolución de
ataque, enjuagando con un chorrito de agua destilada de la piseta. Hacer lo mismo con las
paredes del vaso, con una pequeña cantidad de agua destilada. Transferir el contenido del
vaso de precipitados a un matraz volumétrico de 250.0 mL, enjuagar el vaso con por lo menos
dos porciones de agua destilada y agregarlas al matraz volumétrico.
2. Antes de llevar hasta la marca del aforo con agua destilada, añadir una o dos gotas de rojo de
metilo y NaOH gota a gota hasta el cambio de color del indicador. No agregar sosa en
exceso. En este momento, es posible que la disolución presente turbidez, lo cual es normal.
Agregar 15 mL de disolución amortiguadora de pH 10 constituida por NH4Cl / NH3 agitar hasta
que la turbidez desaparezca y completar hasta la marca de aforo con agua destilada.
3. Preparar un blanco de reactivos de todo el procedimiento descrito en los incisos anteriores,
emplear las mismas cantidades de todos los reactivos utilizados excepto el zinc.
II Preparación y Normalización de una disolución de EDTA 0.01 M
1. En un vaso de precipitados de 100 mL, limpio y seco, pesar 0.94 g de la sal disódica del EDTA ,
disolver en 30 mL de agua destilada y transferir el contenido del vaso de precipitados a un
matraz volumétrico de 250.0 mL, enjuagar el vaso con dos porciones de agua destilada e
incorporar cada enjuague al matraz volumétrico. Llevar hasta la marca del aforo con agua
destilada. Homogeneizar la disolución.
2. Enjuagar una bureta limpia con una pequeña porción de la disolución de EDTA por normalizar,
descartar el enjuague y llenar con la misma disolución. Cerciorarse que no persistan burbujas
de aire en el cuerpo de la bureta ni tampoco en la punta después de la llave.
2
3. Tomar 5.0 mL de la disolución patrón de cinc 0.01 M, con la pipeta volumétrica y transferirlos a
un matraz Erlenmeyer de 125mL. Agregar 3mL de disolución amortiguadora de pH=10
(NH4Cl/NH3), 50mL de agua destilada y el indicador eriocromo negro T. Proceder a titular con la
disolución de EDTA hasta observar el vire del indicador. Realizar el proceso por triplicado.
4. Repetir el procedimiento anterior empleando 5.0 mL de la disolución “blanco de reactivo”
preparada en la sección I, inciso (3).
III Preparación y Normalización de una disolución de EDTA 0.001 M
Preparar por dilución de la disolución de EDTA 0.01 M otra de concentración 0.001 M y
normalizarla con una disolución de cinc que también se prepara por dilución de la disolución de
cinc. 0.01 M, siguiendo un procedimiento similar al propuesto en la sección II inciso (3).
Nota: La disolución stock de reserva de Fe(II) que se emplea para preparar las disoluciones patrón
-3
de calibración del método espectrofotométrico, tiene una concentración aproximada de 2 x 10 M,
razón por la cual, se debe trabajar con disoluciones de zinc y de EDTA del mismo orden de
concentración, para disminuir los errores asociados con el gasto del volumen consumido en la
titulación empleando una bureta apropiada.
Preparación de una disolución amortiguadora de amonio/amoniaco 9.7M, y
pH= 10
En un vaso de 100 mL pesar y disolver 16.9 g de cloruro de amonio R.A., transferir el
contenido del vaso de precipitados a un matraz volumétrico de 250.0 mL, enjuagar el vaso con
dos porciones de agua destilada y cada enjuague incorporarlo al matraz volumétrico. Adicionar
en el mismo matraz volumétrico, 143 mL de amoniaco concentrado, llevar hasta la marca del
aforo con agua destilada. Homogeneizar la disolución.
IV Preparación del indicador eriocromo negro T
En un mortero se prepara una mezcla al 1% de eriocromo negro T con KCl sólido.
V Preparación del indicador ácido sulfosalicílico
Se prepara una disolución al 2.0% p/v del reactivo en agua.
VI Preparación de una disolución amortiguadora de glicina 2M, pH = 2.5
En un vaso de 100 mL pesar y disolver 37.5 g de glicina R.A. Con la ayuda de un
potenciómetro previamente estandarizado, llevar el pH de la disolución a 2.5 por adición de
HCl 5M. Transferir el contenido del vaso de precipitados a un matraz volumétrico de 250.0 mL,
enjuagar el vaso con dos porciones de agua destilada y cada enjuague incorporarlo al matraz
volumétrico, llevar hasta la marca del aforo con agua destilada. Homogeneizar la disolución.
VII Preparación de una disolución de tiocianato de potasio al 15 % p/v
En un vaso de precipitados de 100 mL pesar y disolver 15.0 g del reactivo en agua y llevar
a 100.0 mL con agua destilada.
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
A continuación se desarrollarán tres actividades (A, B y C), las dos primeras tienen
como finalidad que el estudiante se familiarice con el vire de los indicadores de fin
de reacción (ácido sulfosalicílico o tiocianato de potasio), empleados en la
titulación de Fe(III) con EDTA. Se trabajará con una concentración de Fe(III)
0.01M, superior a la del experimento C, con el fin de que se aprecie claramente el
vire de los indicadores. En la actividad C, se realizará la titulación de Fe(II)
3
(previamente se oxida el Fe(II) a Fe(III) con peróxido de hidrógeno) proveniente de
la disolución stock de reserva para la preparación de las disoluciones de
calibración del método espectrofotométrico.
Principio
El ácido sulfosalicílico o el tiocianato de potasio se pueden emplear como
indicadores incoloros en la titulación de Fe(III) con EDTA, debido a que son
reactivos que forman complejos muy coloridos con el Fe(III) ( rojo vino con el ácido
sulfosalicílico y rojo sangre con el tiocianato de potasio), el vire de los indicadores
se observa cuando hay un cambio de color del rojo vino o rojo sangre al amarillo
pálido que es el color del complejo Fe(III)-EDTA.
Actividad A:
Titulación control de Fe(III) con EDTA empleando ácido sulfosalicílico como
indicador de fin de reacción
En un matraz Erlenmeyer de 125 mL colocar 5.0 mL de una disolución de Fe(III) 0.01 M,
agregar 5 mL de disolución amortiguadora de glicina 2M y pH=2.5, 50 mL de agua destilada,
calentar a aprox. 60°C durante cinco minutos, adicionar cinco gotas de indicador de ácido
sulfosalicílico al 2% y titular con disolución normalizada de EDTA 0.01 M, hasta vire del
indicador al amarillo.
Actividad B:
Titulación control de Fe(III) con EDTA utilizando tiocianato de potasio como
indicador
En un matraz Erlenmeyer de 125 mL colocar 5.0 mL de una disolución de Fe(III) 0.01 M,
agregar 5 mL de disolución amortiguadora de glicina 2M y pH=2.5, , 50 mL de agua destilada,
calentar a aprox. 60°C durante cinco minutos, adicionar cinco gotas de indicador de tiocianato
de potasio al 15% y titular con disolución normalizada de EDTA 0.01 M, hasta vire del indicador
al amarillo.
Actividad C:
Titulación de Fe(II) en la disolución stock de reserva empleada para preparar
las disoluciones patrón de calibración del método espectrofotométrico.
En un matraz Erlenmeyer de 125 mL colocar 10.0 mL de la disolución stock de reserva de
Fe(II), (conc. aproximada 2x10-3 M) agregar 5 mL de disolución amortiguadora de glicina 2M y
pH=2.5, adicionar 3 mL de agua oxigenada al 7.5% hervir durante cinco minutos, lavar las
paredes del matraz con agua destilada, incluir 5 mL de buffer de glicina 2 M pH = 2.5 y 1 mL de
disolución de ácido sulfosalicílico al 2%, 50 mL de agua destilada y titular con disolución
normalizada de EDTA 0.001 M, hasta vire del indicador al amarillo. Realizar el experimento por
sextuplicado.
CUESTIONARIO
1. Anotar los resultados experimentales y concluir sobre las actividades realizadas.
2. Calcula las incertidumbres sobre las concentraciones en las determinaciones realizadas.
3. Propón una cadena de trazabilidad de las mediciones realizadas sobre las disoluciones de
reserva empleadas para preparar las disoluciones patrón de calibración del método
espectrofotométrico.
4. Comparar los resultados promedio y desviaciones estándares entre los equipos de trabajo.
3+
4-
-
5. Calcular la constante condicional de la reacción Fe + Y = FeY en las condiciones en las que
se realiza la titulación. Se tienen los siguientes datos: logKFeY = 25.1, logβ FeHY = 1.3; para el
4
3+
3+
-
EDTA: pKai = 10.2, 6.1, 2.7, 2.0; hidrólisis de Fe : Fe + iOH = Fe(OH)i logβ i = 11.2, 21.2,
3+
28.7, 33.3. Complejos Fe /SCN : logβ j = 2.3, 4.2, 5.6, 6.4, 6.4. (HSCN se considerará ácido
fuerte).
Calcular la cuantitatividad de la reacción del hierro con EDTA en el punto de equivalencia y
concluir sobre la validez de la titulación.
Consultar el libro de Ringbom Capítulo IV, sección “Indicadores Incoloros de Metales” [3]
TRATAMIENTO DE RESIDUOS
Dar a los desechos el tratamiento o destino que se indique en el manual de seguridad de la
Facultad de Química, o de acuerdo a las instrucciones de su profesor.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS:
[1] NMX-Z-055:1996 IMNC Metrología – Vocabulario de términos fundamentales y generales;
equivalente al documento Intenational Vocabulary of Basic and General Terms in Metrology,
BIPM, IEC, IFCC, ISO, IUPAC, OIML, 1993.
a
Ed. p. 317 (Sección B2.
[2] VOGEL. A textbook of Quantitative Inorganic Análisis 4
Complexation Titration, Inciso X,50. Standard EDTA Solutions.
[3] Ringbom Complexation in Analytical Chemistry, Wiley, 1963 (En español: Formación de
Complejos en Química Analítica, Alambra, Madrid, 1979.
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