introducción a la experimentación química ya - analytica-2

INTRODUCCIÓN A LA EXPERIMENTACIÓN QUÍMICA Y A LAS
TÉCNICAS INSTRUMENTALES I
QUIMICA ANALITICA (MODULO DE VOLUMETRÍAS)
Practicas de aula
6 de octubre (viernes) a las 11 horas
Troncal: 9 créditos
Q. Analítica y Q. Física (4,5+4,5)
Química Analítica:
0,5
Prácticas de Aula (2h+2h+1h Prueba escrita)
2,0
Volumetrías y Gravimetrías (20 h)
2,0
Reaccionabilidad (20 h)
VOLUMETRÍAS Y GRAVIMETRÍAS
Métodos clásicos de análisis basados en la aplicación directa de los equilibrios
químicos en disolución
Volumetrías
Medida del volumen de un reactivo valorante
Gravimetrías
Pesada de una masa de un sólido precipitado
VOLUMETRÍAS
Reacción volumétrica
aA +bB
cC+dD
Analito
Productos
Valorante (Volumen medido)
El analito está contenido en una muestra y acompañado de una matriz analítica
Condiciones de la R.V.
Rápida
Cuantitativa
Estequiométrica
Selectiva
Con posibilidad de indicar el P.F.
P.Final: Momento en que se detiene la adición de reactivo valorante
P.Estequiométrico: Momento en que se ha añadido la cantidad estequiométrica
de reactivo valorante
Si PF  PE se produce un error de valoración
Si PF = PE no hay error de valoración
A veces la R.V. se hace con el analito en la bureta y el valorante en el vaso
Curva de valoración
A lo largo de la R.V. varían las concentraciones de las especies implicadas. Dicha
variación se estudia mediante un Cuadro de valoración, donde se representa dicha
variación en función del grado de avance de la reacción.
X = (mmoles de valorante añadidos) /( mmoles de valorante estequiométricos)
reactivo
La representación gráfica de alguna de esas variaciones de concentración en
función de x. P.e. en ácido base: pH-x
Acido Fuerte <> Base Fuerte
14,000
12,000
10,000
pH
8,000
6,000
4,000
2,000
0,000
0,00
0,50
1,00
pH aproximado
1,50
2,00
x
2,50
pH exacto
Reactivo valorante
Este reactivo debe ser de concentración exactamente conocida pues a partir de él
se va a determinar la cantidad de analito en la muestra. Preparación:
1) Pesada de una cantidad exactamente conocida de una sustancia Tipo
Primario que se lleva a un volumen exactamente conocido.
2) Preparación de forma aproximada y normalización frente a una sustancia
Tipo Primario mediante la correspondiente volumetría
Su concentración se expresa siempre en Molaridad: moles L ó moles/l ó M
Indicador
Sistema que nos indica el P.F. de la R.V. Puede ser un instrumento o una sustancia
química (como en este Laboratorio). A su vez pueden dividirse en:
1) Externo: Sustancia química que origina un cambio perceptible en las
cercanías del P.E.
2) Interno: La propia R.V. sufre un cambio perceptible en el P.F. (Es
autoindicadora)
Cálculos
En este Lab. solo se hacen volumetrías directas que se basan en una única R.V.
(salvo en el caso de los métodos con yodo que son por desplazamiento). Veremos
aquí solo el caso más habitual:
1) Se debe ajustar correctamente la reacción volumétrica:
aA +bB
cC+dD
2) Los cálculos se basan en la relación estequiométrica:
molesA molesB

a
b
mmolesA mmolesB

a
b
MA VA MBVB
(Si el volumen se da en L)

a
b
MA VA MBVB
(Si el volumen se da en mL)

a
b
A partir de ahí hay varias posibilidades: puede calcularse MA o puede calcularse la
cantidad de A es decir el nº de moles o mmoles, que posteriormente se transforma
en masa. La fórmula es:
(P )
(mas a)A  (molesA) (Pmol)A  (mmolesA) mol A
1000
Esta es la masa de analito presente en la alícuota analizada. Posteriormente se
convierte en unidades de concentración: g/L ; % (P/V) (g A en 100 mL); % (P/P) ;
mg/Kg ; mg/L (ppm) ; g/Kg (ppb) ; y algunas más exóticas: grados,
volúmenes....
GRAVIMETRÍAS
Reacción gravimétrica
aA +bB
Analito
cC+dD
Producto insoluble (Forma precipitada)

Tratamiento térmico
dD
(Forma de pesada) Masa medida
La forma precipitada debe ser:
La forma pesada debe ser:
Poco soluble
No estar contaminada
Fácilmente filtrable y lavable
Composición definida y constante
Inalterable (luz, O2, H2O...)
Peso molecular elevado
Etapas
1)
2)
3)
4)
Precipitación en un vaso de precipitados
Filtración del precipitado a través de papel de filtro
Lavado del precipitado para eliminar impurezas adsorbidas
Tratamiento térmico que quema el papel y transforma la f.ppda. en f. de
pesada. Se hace en un crisol de porcelana.
5) Pesada (Crisol+precipitado). Previamente el crisol ha sido calcinado en
vacío y pesado
6) Cálculos: Se basan en la relación estequiométrica entre el Analito y la
Especie Pesada.
molesA
molesD
a (Pmol)A

;(mas a)A  (mas a)D
 (mas a)A (fac torgravimétri
c o)
a
d
d (Pmol)D
RELACIÓN DE PRÁCTICAS
Volumetrías Acido-Base
I)
Acidimetrías: Preparación, normalización y utilización de HCl 0,1 M
(mezclas alcalinas)
II)
Alcalimetrías: Normalización y utilización de NaOH 0,1 M (mezclas
fosfóricas y vinagre)
Volumetrías complexométricas
Normalización y utilización de AEDT (dureza del agua del grifo)
Volumetrías red-ox
I)
Permanganimetrías: Normalización y utilización de KMnO 4 (H2O2 y Fe)
II)
Métodos con yodo. Normalización y utilización de Na 2S2O3 (Cu, acidez)
Gravimetría
Determinación de Fe como óxido férrico
ASPECTOS PRÁCTICOS
MATERIAL DE VIDRIO
Es el más u sado en los l aboratori os de an álisis.
(Pyrex y Jen a) borosilicatos temperatu ras > 200ºC
In erte excepto a l os ál calis y HF ( H 2 SO 4 con centrado) .
LIMPIEZA DEL MATERIAL DE VIDRIO
Jabón caliente y agua. Enju agar con agua.
HCl con centrado y lavar con agu a y lu ego agu a destilada.
H 2 SO 4 + HNO 3 . Agua . Agua destilada.
Mez cla crómica toda la n och e ( si poca materia orgánica ),
satu rado de K 2 Cr 2 O 7 . Agua. Agu a destilada
K OH 1 M en etan ol du rante 1 n och e. Agua. Agu a destilada
K Mn O 4 10 g/l un a n och e. ClH con cen trado. Agua. Agu a destilada
H 2 SO 4
Una vez limpios se dej an escu rri r o bi en se secan con una
corri ente de ai re caliente, tapándol os despu és para protegerl os del
pol vo. El material volumétrico n o se introdu ce en estu fas.
MATERIAL VO LUMÉT RICO
Es el materi al u sado para medi r volúmen es. Pu ede medir desde ml
(in cluso µl) h asta litros.
Efecto de la temperatura:
La Tª varía el volumen del líquido y el tamañ o del recip ien te de
vi drio.
El vidri o ti en e u n coeficiente de dilatación térmica pequ eñ o 0.001
0.001 - 0.003% /ºC.
El coeficien te de expan sión de u na disolu ción acu osa diluida es
0.025 % / ºC
Las di soluci on es aumentan más de volumen qu e l os recipi en tes de
vi drio
Las medidas volumétricas se refi eren gen eralmente a una
temperatu ra de 20ºC
PIPETAS
Se u san para el trasvase de un volu men con ocido de líquido, y de
man era precisa. Existen pipetas para medi r desde 0.1 ml hasta 50 ml.
Es material de vertido : el volumen c erti ficado es el volu men vertido.
Hay varios tipos de pipetas:
- Pipetas aforadas: de volumen fij o.
* de un en rase: vertido di recto
* de doble en rase
- Pipetas gradu adas con varias division es a l o largo del tubo de
vi drio  men os precisas.
En cu an to a su manej o:
 In trodu cir punta en el líquido.
 Aspirar por el otro extremo u n poco por en cima del nivel deseado
(en rase).
 Cerrar con el dedo ín dice de la man o derech a.
 Afl ojar el dedo para qu e el menisco del líquido coin cida con el
en rase. La punta de la pipeta se sitúa sobre el recipien te del líquido.
 Depositar el líquido en u n nu evo reci pien te. La pipeta se pon e
vertical. Si n o sal e más líquido se aproxi ma la pu nta a la pared del
“vaso”, contactando u n instan te. NUNCA SE SOPLA NI SE FUERZA
A CAER LA ÚLT IMA GO T A
 Si es de “doble en rase” aju star el segundo en rase : a la altura de l os
oj os.
 Previ amente se homogeneiz a aspirando un poco de líquido y
mojando las paredes
En el caso de líquidos n ocivos o corrosivos, se ha de su ccion ar o
h acer vací o con un a pera de goma, trampa de agua, aparatos
el éctricos, etc.
Hoy dí a existen micropipetas para l a medida exacta y preci sa
(veri ficarl o a lo l argo del tiempo) de pequ eñ os volúmen es, desde un os
5 µl hasta 10 ml. Poseen puntas desechabl es.
BURETAS
Se u san para VERTER VOLÚMENES variables de solu ci ón,
h abitu almente en vol umetrías. Es un materi al de medida de bu ena
preci sión.
La bu reta más simpl e consi ste en u n tu bo de vidrio de secci ón
ci rcular qu e lleva un a llave de vidrio esmerilado o de plásti co (tefl ón)
en la parte inferi or, seguido de un estrechamiento. Suel en ten er
también una aran dela de sellado qu e hay qu e reemplaz ar con cierta
frecu encia.
Las hay de diferente vol úmen es. Las más exten didas son de 50
ml , gradu adas en mililitros, décimas de mililitro y en 0.05 ml.
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En cu an to a su manej o:
Se ha de homogeneiz ar si empre con la di soluci ón de trabajo.
Posi ción vertical en el soporte. Una pinza de suj eci ón .
Se llena h asta pasar el cero. Mej or llen ar un a vez qu e n o varias .
Antes de enrasar , abrir la llave para eliminar el exceso de aire
del extremo inferi or.
En rasar, n o ti en e porqu é ser a cero, porqu e para averigu ar el
vol umen vertido se h ace por di feren cia.
Verter el líquido, la llave se controla con la mano iz quierda, y
con la derecha se agita.
Hacer un a tirada rápi da de aproximación al volumen equivalen te.
Realizar otras para definirl o exactamen te: diferen cia de sólo 0.1 ml
ó men or según la escala. No rellenar la bu reta du ran te la operación
de vertido.
Lavar la bu reta con agu a y en juagar con agu a destilada. Si se ut iliza
permangan ato lavarla primero con Cl H para evitar la deposi ci ón de
restos de Mn O 2 .
Se almacena en posici ón vertical, con la punta hacia arriba y l a llave
abierta
MATRACES AFO RADO S
Son recipi entes de cu ello estrech o y fon do plan o, provistos de
tapón esmerilado o de teflón, Están AFO RADO S PARA CONTENER UN
VO LUMEN determinado, presentando l a señ al de en rase en el cu ello y
en la parte an ch a la indicación de su capacidad a una Tª dada.
Su capacidad varía desde un os 2 ml hasta 5 litros. Se utilizan
para:
- Hacer dilucion es con alícu otas tomadas con una pipeta. Al fin al
en rasar con un gotero.
- Preparar disolu cion es (patron es).
- Se pu ede hacer pesadas sobre ell os (patron es líquidos). Si el
líquido es volátil dispon e de tapón .
CALIBRACIÓ N DEL MATERIAL DE VIDRIO
Exi sten dos tipos de material de vidrio en el mercado. Material
de tipo A (certifi cado con respecto a las especifi caci on es del NIST) y
materi al gen érico. En prin cipio el materi al tipo A no n ecesita
calibraci ón pero convi en e hacerl o porque h ay ¡sorpresas!.
Para h acer la calibraci ón se h ace u na pesada (más preci sión y
exactitud) del volumen tomado con el instrumento de vidrio.
Gen eralmente se h ace con agua destilada, =1 g/ml (en
ocasi on es con Hg). La den sidad se pu ede cal cular con un pi cnómetr o.
Exi sten tablas para la correcci ón de la den sidad y volumen con la
temperatu ra.
No debe haber bu rbuj as de aire  desgasi ficar.
El volumen tomado con el materi al de vi drio se vi erte sobre un
recipiente tarado y se pesa. Esto se h ace por ej emplo 5 vece s para
h acer la media, y calcular la preci sión y exactitud de la medida.
SEGURIDAD E H IGIENE EN EL LABORATO RIO
Es recomen dabl e establ ecer un a serie de hábitos de trabaj o e
higi en e para evitar accidentes, mej orar la calidad de l os resultados y
trabaj ar en un ambien te más cómodo.
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En u n l abo r at o ri o n o s e d e be c om e r, be b er , n i f u m ar .
La b ata d eb e a br oc h ar s e. Z ap a to ce r r a do m ej or qu e san dal i as o
z apat o s abi e r to s .
Em pl e o d e g af a s d e se g ur i d ad , me j o r c o n p r ot ec ci ó n l at e r a l .
Usa r ga fa s g radu a das en l u ga r d e l e n ti l l as. Em pl ea r g afa s d e
s egu ri dad si e mp r e qu e s e man ej en áci d os o ba s e s f u e rt e s , o
lí qu i dos a ebu l li ci ón .
No l l ev a r jo y as o s im i l a re s . P el o l ar g o r ec og i do .
Po y at a s li mp i a s , y si n obj et o s i n n e c e s ari o s p a ra el tra baj o qu e s e
de sa r r ol l as. E st o s o bj et o s i n n e c e sa ri o s deb e n gu a rd a rs e en caj on e s
o a rm a ri os .
Pu e sto de t r ab a j o li mp i o y o rd e n ad o . Al fi n al d el dí a l impi ar el
mat e ri al y el pu es t o d e t rab aj o. O rd en a rl o .
A nt es de m a rc h a r : v e ri fi ca r el ci er r e d e gri f o s , l l ave s d e g as y el
apag ad o d e l o s i n st r u me n t os .
No o b st r ui r l a s pi l a s c on mat e ri al i n sol u bl e: vi dri o , ti e rr a o
pr odu ct o s s ól i do s  cu b o d e l a ba su ra .
El im i n ac i ón de r e a cti v os : si son t óxi c o s a r e ci pi en t es d e s ti n ado s
pa ra el l o (di sol u ci o n e s d e m et al e s y r e acti v o s) . Si e s c o r r o si vo : s e
vi e rt e so b r e l a ban dej a d e pl ás ti co d e l a pil a con el agu a del g ri fo
abi e rta (di l u ci ón ) .
L os r e a cti vo s ve r ti do s s ob r e l a m e s a d e b en n eu t ral i z ar s e an t e s
de su l i mpi ez a c on u n t rap o y agu a .
No p i pe te a r n un c a co n l a bo c a pr od u cto s tóx ic o s o p e l i gr o so s
(áci d os o ba s es c on c en t ra do s) , si n o c o n pe r as d e g om a o si st em as
ap ro pi ado s .
No ol e r di r ect am e n te u n vap o r . Ac e r ca r s e y e xpan di rl o c on l a
man o.
No t oc a r obj et o s cal i en t e s con l as man o s: u sa r pi n z as o u n a
bay et a.
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Si h ay qu e co rt a r m ate r i a l d e v id r io : h a c e rl o c on u an b ay et a n o
c on l as man o s. In tr odu ci r tap on e s en r e ci pi en t es d e vi d ri o con u n a
bay et a. Pu l i r l o s b o r de s d el ma t e ri al de vi dri o en l a l l ama.
Co n l os m ec h er o s Bu n s en : c e r ra r el gas ( en l a lí n ea d e en t r ada ,
n o en el to rn i ll o del me ch e r o , r eg u l a pe r o n o ab r e y ci e r r a) cu an d o
n o s e va ya a u s a r. Cu i dado co n pa sa r l a goma po r en ci ma d e l a
ll ama. Al to ca rl o qu em a. C u an d o s e “c a l a” ( ob st ru cci ón )  emi t e u n
si l bi do y T ª .
Cu an d o s e c a l ie nt en t ub o s : n o di ri gi r el ex t r em o abi e r to h a ci a
u n o mi s mo u ot r o s. Pu e d e h ab e r p r oy e c ci on es vi ol en t a s d e lí qu i do.
La e bu l li ci ón d eb e s e r su a v e: c al en t a r po r l a pa rt e i n f e ri o r , n u n ca
s e d ej a fi j o s ob r e l a l l ama. Pi n z a d e ma de r a.
L os ác id o s (H 2 SO 4 ) se ec h an s o br e e l a g u a . Nu n ca a l re v é s.
Ve rt e r d e sp aci o l o s r ea cti v o s en é r gi co s: p o r ej . oxi dan t e s .
Ce r r a r lo s r ec i pi e nt es c on p r od uc to s vo l át i l es , e sp e ci al men t e
si est án c on c en t ra d o s, s On tó xi c o s o m al ol i en te s , H 2 S O 4 , C l H, N H 3 ,
HNO3.
T oda b o t el l a deb e e sta r et i qu et a d a . Si se ob s e r va u n f r as c o si n
i den ti fi ca ci ón d eb e r eti r a rs e d el l ab o rat o ri o .
Co n vi en e l e er l as et i qu et a s y n or m as d e s eg u ri d a d d e l o s
r ea cti v o s.
Al ej a r l o s p r odu ct o s i n f l am a bl e s o e x p lo s iv os d e l os f o c os de
cal o r . N o c al en t a rl o s n u n c a a fu eg o di r e ct o.
El de sp r en di mi en t o de ga s es t ó xi co s , i n fl amabl es o c on mal ol or
deb e h a c e r s e de n t r o d e vi tr i n a s c on l as gu i l l oti n as l o má s b aj a da s
po si bl e, y el e xt ra ct o r e n m ar ch a .
Cu an d o s e m on t en apa r at os : a s egu r a r s e d e qu e l as c o n e xi on e s
e stán bi en h ech a s: qu e n o h a y a fu g a s o em is i on e s de v a po r e s o
lí qu i dos .
L os mat r ac e s c on lí qu i dos a ebu l l ici ón , si st e ma s d e r efl u j o ,
de sti l aci on e s, kj el dh al ,. .. d eb en h ac e r s e baj o v i g il a nc i a c on ti n u a .
Ev it a r
la
c on t a mi n ac i ón
de
lo s
re a ct iv o s :
l i mpi ar
ad ecu ada m en t e l os va s os , es pátu l a, va ri l l as de agi taci ón , got e r o s ,
et c .
Tom a r de l r ec i pi en te l a c a nt id a d n ec es a r i a, n o m ás . No
de vo l ve r e l ex ce s o n u n ca al r e ci pi en te o ri gi n al . Uti l i z ar u n v as o
de p r e ci pi tado s c o m o d ep ó si to i n te rm e d i o
A gi t a r s ie mp r e : l a s c os a s n o s e me z c l an s ol as . U sa r v ari ll a, si n
sal pi ca r.
PR IME RO S A U X I L I O S
1. Proyecci ón de compu estos a los oj os: lavar con ch orro de agua
abun dante. Du cha lavaoj os.
2. Vertido de compu estos a l a pi el. Lavar con agua abun dan te (dar un
anti -inflamatorio ). O JO CO N LAS ALERGIAS
3. Qu emadu ra leve por cal or: pomada ( an t-iinflamatori a).
4. Cortes: lavar con agua, desin fectar con H 2 O 2 , o alcoh ol. Cubri r con
un a gasa.
5. In cen dio: extintor de pol vo (para ordenadores o equipos n o) o CO 2 .
Para la ropa es mej or tratar de “asfixiarlo” con bata o u na manta.
6. Lesi on es de importan cia: u rgen cia médica.
En caso de accidente: ¡AVISE SIEMPRE AL INSTRUCTOR!