Química Analítica - Volumetría de precipitación, Ejercicios de Química Analítica

¡Descarga Química Analítica - Volumetría de precipitación y más Ejercicios en PDF de Química Analítica solo en Docsity! Informe Nº5 Volumetría de complejación Integrantes: - Casemayor, Sabrina Comisión C Fecha de entrega: 27/10/2022 Introducción: Los carbonatos de calcio y magnesio son responsables de neutralizar la acidez clorhídrica en el estómago cuando son ingeridas las tabletas antiácidas. Los iones multivalentes como y son determinados en solución por el uso de las volumetrías de complejación𝐶𝑎2+ 𝑀𝑔2+ en las cuales se utilizan los agentes complejantes de carácter quelante que coordina con esos iones metálicos como el EDTA. Parte 1: Normalización de EDTA Se pipetean 20 mL de solución patrón de calcio, los cuales se añaden a un erlenmeyer de 250 mL para luego agregar 5 mL de solución reguladora a pH 10 con una cantidad apropiada de indicador NET (solución toma color rojo vinoso). Además se realiza un ensayo en blanco con 5 mL de solución reguladora a pH 10, 20 mL de agua destilada y el indicador NET (solución toma color rojo vinoso). A ambas soluciones se le agrega desde bureta EDTA 0,04M hasta el viraje de rojo vinoso a azul. 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒 𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖ó𝑛 𝑐𝑜𝑛 𝑝𝑎𝑡𝑟ó𝑛 𝑑𝑒 𝐶𝑎𝑙𝑐𝑖𝑜: 𝑉 𝐸 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑠𝑎𝑦𝑜 𝑒𝑛 𝑏𝑙𝑎𝑛𝑐𝑜: 𝑉 𝐵 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑒𝑔𝑖𝑑𝑜 (𝑉 𝐸 − 𝑉 𝐵 ) = 𝑉 𝐶 Luego de la titulación, se obtuvo: 𝑉 𝐸 = 20, 6 𝑚𝐿 𝑉 𝐵 = 0, 8 𝑚𝐿 𝑉 𝐶 = 19, 8 Cálculos: 𝑀 𝐸𝐷𝑇𝐴 = 𝑀 𝐶𝑎 𝑥 𝑉 𝑎𝑙𝑖𝑐 𝑉 𝐶 𝑀 𝐸𝐷𝑇𝐴 = 0,04 𝑀 𝑥 20 𝑚𝐿 19,8 𝑚𝐿 = 0, 0404 𝑀 𝑚𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝐸𝐷𝑇𝐴 = 𝑀 𝐸𝐷𝑇𝐴 𝑥 𝑉 𝐶 𝑚𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝐸𝐷𝑇𝐴 = 19, 8 𝑚𝐿 𝑥 0, 04162 𝑀 = 0, 824 𝑚𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝐸𝐷𝑇𝐴 Promedios: GRUPO 1 GRUPO 2 GRUPO 3 GRUPO 4 GRUPO 5 GRUPO 6 Promedio Volumen Corregid o (mL) 20 19,7 19,8 19,8 19,8 20,2 19,9 Parte 2: Determinación de Ca2+ y Mg2+ Se pesa 1,3230 gr de tableta antiácida, que se lleva a un vaso de precipitado de 100 mL y se tritura con varilla de vidrio. Luego, se le añade 10 mL de HCl 3M (presenta una efervescencia) y se lleva a calentar en un agitador magnético bajo campana. Cuando está listo, se lleva a matraz de 250 mL y se enrasa con agua destilada. La tableta antiácida era de marca Rennie y contenía 680 mg (0,680 gr) de carbonato de calcio y 80 mg (0,08 gr) de carbonato de magnesio con algunas impurezas. Parte 2.1: Determinación Mg2+ En un erlenmeyer de 250 mL se coloca con pipeta de doble aforo 20 mL de muestra y se lleva a volumen de 50 mL de agua destilada con 3 mL de solución reguladora pH 10 más el indicador NET (coloración rojo vinoso). Además se realiza un ensayo en blanco, con 3 mL de solución reguladora de pH 10 que se diluye con 70 mL de agua destilada más el indicador NET (también se torna de color rojo vino). A ambos ensayos, se los realiza por duplicado y se titulan con EDTA desde bureta hasta el cambio de rojo vinoso a azul. 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒 𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖ó𝑛 𝑐𝑜𝑛 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎: 𝑉 𝑀 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑠𝑎𝑦𝑜 𝑒𝑛 𝑏𝑙𝑎𝑛𝑐𝑜: 𝑉 𝐵 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑁𝐸𝑇 (𝑉 𝑀 − 𝑉 𝐵 ) = 𝑉 𝑁𝐸𝑇 𝑇𝑖𝑡𝑢𝑙𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑁º 1 𝑉 𝑀 = 15, 4 𝑚𝐿 𝑉 𝐵 = 0, 8 𝑚𝐿 𝑉 𝑁𝐸𝑇 = 14, 6 𝑚𝐿 𝑇𝑖𝑡𝑢𝑙𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑁º 2 𝑉 𝑀 = 15, 5 𝑚𝐿 𝑉 𝐵 = 0, 9 𝑚𝐿 𝑉 𝑁𝐸𝑇 = 14, 6 𝑚𝐿 Cálculos: 𝑉 𝑁𝐸𝑇 𝑥 𝑀 𝐸𝐷𝑇𝐴 = 𝑚𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝐶𝑎 + 𝑚𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑀𝑔 14, 6 𝑚𝐿 𝑥 0, 0404 𝑀 = 0, 5454 𝑚𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝐶𝑎 + 𝑚𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑀𝑔 0, 04444 𝑚𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 = 𝑚𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑀𝑔 2. a) La concentración disponible del agente quelante en el medio de reacción depende del pH. Justifique planteando los equilibrios ácido base asociados. Indique cómo se define el factor αY y en qué condición su valor se aproxima a uno. ⇒ 𝐸𝑛 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 𝑏á𝑠𝑖𝑐𝑜: 𝐻 4 𝑌 + 𝑂𝐻− ↔ 𝐻 3 𝑌− + 𝑂𝐻− ↔ 𝐻 2 𝑌2− + 𝑂𝐻− ↔ 𝐻𝑌3− + 𝑂𝐻− ↔ 𝑌4− ⇒ 𝐸𝑛 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 á𝑐𝑖𝑑𝑜: 𝑌4− + 𝐻+ ↔ 𝐻𝑌3− + 𝐻+ ↔ 𝐻 2 𝑌2− + 𝐻+ ↔ 𝐻 3 𝑌− + 𝐻+ ↔ 𝐻 4 𝑌 El factor αY permite sacar la fracción entre la molaridad de cada EDTA protonado o no protonado como el Y4- con la molaridad total del EDTA: α 𝑌 = [𝑌4−] [𝐻 4 𝑌] + [𝐻 3 𝑌−] + [𝐻 2 𝑌2−] + [𝐻𝑌3−] + [𝑌4−] El valor de αY = 1 se puede obtener cuando el pH es muy alcalino, aproximadamente pH = 13 que es cuando el EDTA está totalmente desprotonado y además la concentración de los complejantes auxiliares disminuyen. b) La concentración del catión disponible en el medio de reacción depende de la presencia de complejantes secundarios. Justifique planteando los equilibrios de complejación asociados. Indique cómo se define el factor αM; ¿en qué condición su valor se aproxima a uno? 𝑀𝐿 𝑛 ↔ ...... ↔ 𝑀𝐿 2 ↔ 𝑀𝐿 ↔ 𝑀𝑛+ Al igual que el factor , el factor es la fracción entre la molaridad del catión metálicoα 𝑌 α 𝑀 sobre la concentración de los complejos de los diferentes ligandos auxiliares con el catión metálico: α 𝑀 = [𝑀𝑛+] [𝑀𝐿 𝑛 ] + ..... + [𝑀𝐿 2 ] + [𝑀𝐿] + [𝑀𝑛+] El valor de αM = 1 se puede obtener cuando el pH es muy ácido, y hay un exceso del metal por ende la concentración de los complejantes auxiliares es alta. c) Defina K eficaz (K condicional). A partir de los datos presentados en la Tabla 1, calcule K eficaz para los siguientes casos: Una K eficaz o de formación eficaz es un cociente de concentración que no es una verdadera constante de equilibrio pero que puede derivarse de esta. i) titulación de Ca2+ con EDTA en medio buffer [NH3]= [NH4 +]= 0.1 mol/L - (Kb NH3 = 1.75·10-5) 𝑝𝑂𝐻 = 𝑝𝐾𝑏 − 𝑙𝑜𝑔 [𝑁𝐻 3 ] [𝑁𝐻 4 +] ⇒ 𝑝𝑂𝐻 = 4, 77 − 𝑙𝑜𝑔 0,1 0,1 ⇒ 𝑝𝑂𝐻 = 4, 77 , 𝑝𝐻 = 9, 23 ⇒ 𝑆𝑒𝑔ú𝑛 𝑑𝑎𝑡𝑜𝑠 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑡𝑎𝑏𝑙𝑎: • 𝑝𝐻 = 9, 5 ⇒ α 𝑌 = 1. 5 𝑥 10− • [𝑁𝐻 3 ] = 0, 1 ⇒ α 𝑧 = 1, 79 𝑥 10−5 • 𝐶𝑎2+ = 𝑙𝑜𝑔 𝐾 𝑓 = 10, 69 ⇒ 𝐾 𝑓 = 4, 9 𝑥 1010 𝐾 𝐸𝐹𝐸 = 𝐾 𝑓 . α 𝑌 . α 𝑍 ⇒ 𝐾 𝐸𝐹𝐸 = 4, 9 𝑥 1010 . 1, 5𝑥 10− . 1, 79𝑥 10−5 ⇒ 𝐾 𝐸𝐹𝐸 = 1, 3 𝑥 108 ii) titulación de Mg2+ con EDTA en medio buffer [NH3]=[NH4 +]= 0.1 mol/L 𝑝𝑂𝐻 = 𝑝𝐾𝑏 − 𝑙𝑜𝑔 [𝑁𝐻 3 ] [𝑁𝐻 4 +] ⇒ 𝑝𝑂𝐻 = 4, 77 − 𝑙𝑜𝑔 0,1 0,1 ⇒ 𝑝𝑂𝐻 = 4, 77 , 𝑝𝐻 = 9, 23 ⇒ 𝑆𝑒𝑔ú𝑛 𝑑𝑎𝑡𝑜𝑠 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑡𝑎𝑏𝑙𝑎: • 𝑝𝐻 = 9, 5 ⇒ α 𝑌 = 1, 5𝑥 10− • [𝑁𝐻 3 ] = 0, 1 ⇒ α 𝑧 = 1, 79 𝑥 10−5 • 𝑀𝑔2+ = 𝑙𝑜𝑔 𝐾 𝑓 = 8, 79 ⇒ 𝐾 𝑓 = 6, 2 𝑥 108 𝐾 𝐸𝐹𝐸 = 𝐾 𝑓 . α 𝑌 . α 𝑍 ⇒ 𝐾 𝐸𝐹𝐸 = 6, 2 𝑥 108 . 1, 5 𝑥 10− . 1, 79𝑥 10−5 ⇒ 𝐾 𝐸𝐹𝐸 = 1655, 56 iii) titulación de Zn2+ con EDTA en medio buffer [NH3]=[NH4 +]= 0.1 mol/L 𝑝𝑂𝐻 = 𝑝𝐾𝑏 − 𝑙𝑜𝑔 [𝑁𝐻 3 ] [𝑁𝐻 4 +] ⇒ 𝑝𝑂𝐻 = 4, 77 − 𝑙𝑜𝑔 0,1 0,1 ⇒ 𝑝𝑂𝐻 = 4, 77 , 𝑝𝐻 = 9, 23 ⇒ 𝑆𝑒𝑔ú𝑛 𝑑𝑎𝑡𝑜𝑠 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑡𝑎𝑏𝑙𝑎: • 𝑝𝐻 = 9, 5 ⇒ α 𝑌 = 1, 5 𝑥 10− • [𝑁𝐻 3 ] = 0, 1 ⇒ α 𝑧 = 1, 79 𝑥 10−5 • 𝑍𝑛2+ = 𝑙𝑜𝑔 𝐾 𝑓 = 16, 50 ⇒ 𝐾 𝑓 = 3, 16 𝑥 1016 𝐾 𝐸𝐹𝐸 = 𝐾 𝑓 . α 𝑌 . α 𝑍 ⇒ 𝐾 𝐸𝐹𝐸 = 3, 16 𝑥 1016 . 1, 5 𝑥 10− . 1, 79𝑥 10−5 ⇒ 𝐾 𝐸𝐹𝐸 = 8, 49 𝑥 1010 iv) titulación de Zn2+ con EDTA en medio buffer [NH3]=[NH4 +]= 0.5 mol/L 𝑝𝑂𝐻 = 𝑝𝐾𝑏 − 𝑙𝑜𝑔 [𝑁𝐻 3 ] [𝑁𝐻 4 +] ⇒ 𝑝𝑂𝐻 = 4, 77 − 𝑙𝑜𝑔 0,5 0,5 ⇒ 𝑝𝑂𝐻 = 4, 77 , 𝑝𝐻 = 9, 23 ⇒ 𝑆𝑒𝑔ú𝑛 𝑑𝑎𝑡𝑜𝑠 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑡𝑎𝑏𝑙𝑎: • 𝑝𝐻 = 9, 5 ⇒ α 𝑌 = 1, 5 𝑥 10− • [𝑁𝐻 3 ] = 0, 5 ⇒ α 𝑧 = 3, 13 𝑥 10−8 • 𝑍𝑛2+ = 𝑙𝑜𝑔 𝐾 𝑓 = 16, 50 ⇒ 𝐾 𝑓 = 3, 16 𝑥 1016 𝐾 𝐸𝐹𝐸 = 𝐾 𝑓 . α 𝑌 . α 𝑍 ⇒ 𝐾 𝐸𝐹𝐸 = 3, 16 𝑥 1016 . 1, 5 𝑥 10− . 3, 13 𝑥 10−8 ⇒ 𝐾 𝐸𝐹𝐸 = 1, 48 𝑥 108 v) titulación de Ca2+ con EDTA en medio de NaOH pH= 12.5 ⇒ 𝑆𝑒𝑔ú𝑛 𝑑𝑎𝑡𝑜𝑠 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑡𝑎𝑏𝑙𝑎: • 𝑝𝐻 = 12, 5 (𝑢𝑡𝑖𝑙𝑖𝑧𝑜 𝑝𝐻 = 13 𝑝𝑜𝑟 𝑡𝑎𝑏𝑙𝑎) ⇒ α 𝑌 = 1, 0 • 𝐶𝑎2+ = 𝑙𝑜𝑔 𝐾 𝑓 = 10, 69 ⇒ 𝐾 𝑓 = 4, 9 𝑥 1010 • 𝐿𝑎 𝑐𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒𝑙 𝑏𝑢𝑓𝑓𝑒𝑟 𝑒𝑠 𝑚𝑢𝑦 𝑏𝑎𝑗𝑎 𝑝𝑜𝑟 𝑒𝑠𝑜 𝑢𝑡𝑖𝑙𝑖𝑧𝑎𝑚𝑜𝑠 α 𝑍 = 6, 38 𝑥 10−2 𝐾 𝐸𝐹𝐸 = 𝐾 𝑓 . α 𝑌 . α 𝑍 ⇒ 𝐾 𝐸𝐹𝐸 = 4, 9 𝑥 1010 . 1 . 6, 38 𝑥 10−2 ⇒ 𝐾 𝐸𝐹𝐸 = 3, 1 𝑥 109 d) ¿Cuál de todos los casos anteriores considera que será la titulación más favorable? ¿Por qué? La titulación más favorable será la última ya que al aumentar el pH disminuye claramente la concentración de ligandos auxiliares para que el calcio pueda formar el complejo con el EDTA. e) Compare cualitativamente los siguientes pares de curvas de titulación y explique las diferencias: i) La titulación de Ca en medio [NH3]= [NH4 +]= 0.1 mol/L con la titulación de Ca en medio de pH=12.5 (represente ambas en un mismo gráfico) 4. Una aplicación importante de la complejometría es la determinación del contenido de Ca y Mg. Puede considerar este video para tener una introducción al tema: https://youtu.be/B9hYXBRSXPI a) Defina dureza de agua e indique a qué se refiere con dureza total y con dureza cálcica de una muestra. El término “dureza del agua” hace referencia a la concentración de compuestos minerales que hay en una determinada cantidad de agua, particularmente de sales de magnesio y calcio en alta concentración. En cambio, “dureza total” es la suma de las concentraciones de calcio y magnesio, ambos expresados como carbonato de calcio, en miligramos por litro. y la “dureza cálcica” es la unidad de medida que dice cuánto calcio se encuentra disuelto en el agua (muestra) y se mide por ppm (mg/lt). b) Explique por qué la valoración de una muestra que contiene Ca y Mg suele realizarse en dos etapas, una a pH 10 (amortiguador de NH3/NH4 +) y otra a pH fuertemente alcalino. Le sugerimos que complemente la lectura del material de consulta y la bibliografía con estos videos que muestran el procedimiento: I) https://youtu.be/XOGg9sW8WXk (entre aproximadamente minuto 4:30 y 14:30; ejemplo utilizando NET/murexida) ; II) https://youtu.be/C-01H5k_bc0 (ejemplo utilizando NET/calcón). La valoración se realiza en dos pasos, ya que el calcio con el indicador NET no forman un complejo estable dando el cambio de coloración mucho antes del punto de equivalencia (punto final prematuro). Por esta razón, primero se titula el magnesio que sí forma un complejo estable con NET. Para esto, se prepara una solución con la muestra de magnesio y calcio, el indicador y la solución reguladora de pH 10 que nos permite un medio alcalino para valorar luego con EDTA donde se determina la cantidad de Mg2+. Después se empieza con la etapa II, que no solo contiene la muestra a analizar y la solución reguladora de pH 10, sino que también se agrega NaOH 5 M dando un pH mucho más alcalino para que precipite el Mg2+ en forma de Mg(OH)2 (no siempre visible). Esto se hace para poder determinar calcio con el indicador Murexida y que el magnesio no sea una interferencia. c) En las muestras que solo contienen Ca (y no Mg) existe una dificultad operativa que debe solucionarse, si se realiza la titulación con NET a pH=10. Describa el problema y la/s estrategia/s para resolverlo. El problema de realizar una titulación de calcio con el indicador NET, es que no forman un complejo estable por ende el punto final aparece mucho antes del punto de equivalencia, lo cual nos da error en el análisis. Por esta razón, hay 3 estrategias para poder resolver este problema: ↪Se agrega MgCl2.6H2O a la solución de Ca2+ para que el magnesio forme un complejo con el NET dejando libre al Ca2+ que directamente se titula con EDTA, y el MgNET genere el cambio de color en la solución luego de que el EDTA haya desplazado al indicador para formar complejo con el magnesio (MgY2-). ↪ Se agrega directamente MgY2- a la solución de calcio ↪ Se titula a la solución de calcio con EDTA y Mg2+ desde bureta