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INTRODUCCIÓN Tanto el análisis gravimétrico como el volumétrico, hacen parte del análisis cuantitativo. El primero determina la cantidad proporcionada de un elemento, radical o compuesto presente en una muestra, eliminando todas las sustancias que interfieren y convirtiendo el constituyente o componente deseado en un compuesto de composición definida, que sea susceptible de pesarse. El segundo, determina el volumen de una disolución de concentración conocida (disolución valorante) que se necesita para reaccionar con todo el analito, y en base a este volumen se calcula la concentración del analito en la muestra. Objetivos -Calcular el contenido de humedad a partir de la pérdida de peso de una muestra. -Estandarizar una solución para determinar su concentración real. -Determinar el contenido de ácido acetilsalicílico de una aspirina mediante una volumetría ácido-base. FUNDAMENTOS TEÓRICOS EXPRESIONES DE CONFIABILIDAD DE UNA MEDIDA: PRECISION: Reproducibilidad que reside en un resultado numérico. Medida el grado incertidumbre debido a errores en determinados. La precisión se puede mejorar tomando un número grande de medidas y haciendo un análisis estadístico, si conocemos el error de una determinación lo podemos expresar como el error mismo (ABSOLUTO) o como función de la magnitud de la medida (RELATIVA). EXACTITUD: Medida o índice de cuan cerca está el valor medida del verdadero (si se conoce el real). Lo podemos considerar como expresión de la incertidumbre total. Debido a que el valor verdadero no se conoce, usaremos el promedio aritmético de una serie de determinaciones como el valor verdadero. La diferencia entre el valor observado y el promedio la llamamos desviación (residuo). Si la desviación es pequeña comparada con la magnitud de la cantidad medida, decimos que la medida es precisa. Una medida precisa no es necesariamente una medida exacta. ANALISIS GRAVIMETRICO: En química analítica, el análisis gravimétrico o gravimetría consiste en determinar la cantidad proporcionada de un elemento, radical o compuesto presente en una muestra, eliminando todas las sustancias que interfieren y convirtiendo el constituyente o componente deseado en un compuesto de composición definida, que

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  INTRODUCCIÓN

Tanto el análisis gravimétrico como el volumétrico, hacen parte del análisis cuantitativo. El primero determina la cantidad proporcionada de un elemento, radical o compuesto presente en una muestra, eliminando todas las sustancias que interfieren y convirtiendo el constituyente o componente deseado en un compuesto de composición definida, que sea susceptible de pesarse. El segundo, determina el volumen de una disolución de concentración conocida (disolución valorante) que se necesita para reaccionar con todo el analito, y en base a este volumen se calcula la concentración del analito en la muestra.Objetivos

-Calcular el contenido de humedad a partir de la pérdida de peso de una muestra.-Estandarizar una solución para determinar su concentración real.-Determinar el contenido de ácido acetilsalicílico de una aspirina mediante una volumetría ácido-base.

FUNDAMENTOS TEÓRICOS

EXPRESIONES DE CONFIABILIDAD DE UNA MEDIDA:PRECISION: Reproducibilidad que reside en un resultado numérico. Medida el grado incertidumbre debido a errores en determinados. La precisión se puede mejorar tomando un número grande de medidas y haciendo un análisis estadístico, si conocemos el error de una determinación lo podemos expresar como el error mismo (ABSOLUTO) o como función de la magnitud de la medida (RELATIVA).

EXACTITUD: Medida o índice de cuan cerca está el valor medida del verdadero (si se conoce el real). Lo podemos considerar como expresión de la incertidumbre total. Debido a que el valor verdadero no se conoce, usaremos el promedio aritmético de una serie de determinaciones como el valor verdadero. La diferencia entre el valor observado y el promedio la llamamos desviación (residuo). Si la desviación es pequeña comparada con la magnitud de la cantidad medida, decimos que la medida es precisa. Una medida precisa no es necesariamente una medida exacta.

ANALISIS GRAVIMETRICO:En química analítica, el análisis gravimétrico o gravimetría consiste en determinar la cantidad proporcionada de un elemento, radical o compuesto presente en una muestra, eliminando todas las sustancias que interfieren y convirtiendo el constituyente o componente deseado en un compuesto de composición definida, que sea susceptible de pesarse. La gravimetría es un método analítico cuantitativo, es decir, que determina la cantidad de sustancia, midiendo el peso de la misma (por acción de la gravedad).Métodos utilizados en el análisis gravimétrico:

MÉTODO POR PRECIPITACIÓN: Técnica analítica clásica que se basa en la precipitación de un compuesto de composición química conocida tal que su peso permita calcular mediante relaciones, generalmente estequiometrias, la cantidad original de analito en una muestra.MÉTODO POR VOLATILIZACIÓN: En este método se miden los componentes de la muestra que son o pueden ser volátiles. El método será directo si evaporamos el analito y lo hacemos pasar a través de una sustancia absorbente que ha sido previamente pesada así la ganancia de peso corresponderá al analito buscado; el método será indirecto si volatilizamos el analito y pesamos el residuo posterior a la volatilización así pues la pérdida de peso sufrida corresponde al analito que ha sido volatilizado.

ANALISIS VOLUMETRICO:El análisis volumétrico es una técnica basada en mediciones de volumen para calcular la cantidad de una sustancia en solución, y consiste en una valoración (titulación), que es el proceso de determinación del volumen necesario de solución (solución patrón) que reacciona con una masa o volumen determinado de una muestra. La adición de solución patrón se

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continúa hasta alcanzar el punto llamado punto final, momento cuando el número de equivalentes de una sustancia es igual al número equivalentes de la otra.

ESTANDARIZACION DE SOLUCIONES:En química analítica, una solución estándar o disolución estándar es una disolución que contiene una concentración conocida de un elemento o sustancia específica, llamada patrón primario que, por su especial estabilidad, se emplea para valorar la concentración de otras soluciones, como las disoluciones valorantes. Un "estándar simple" se obtiene por dilución de un único elemento o sustancia en un disolvente en el cual es soluble y con el que no reacciona. Como la mayoría de las muestras reales, contienen un variado rango de distintas sustancias, y si se mide la concentración de un elemento o sustancia en concreto, la muestra puede tener una composición diferente de la que se utilice como estándar. De hecho se suele usar por comodidad con fines comparativos los "estándares simples": disoluciones estándares del elemento o sustancia pura en el disolvente. Esto puede ocasionar inexactitudes, por eso algunas "muestras estándares" son diseñadas específicamente para que sean lo más parecidas posibles en su composición a las "muestras reales" que pretendemos determinar.

PATRÓN PRIMARIOUn patrón primario también llamado estándar primario es una sustancia utilizada en química como referencia al momento de hacer una valoración o estandarización. Se debe tomar en cuenta la cantidad de patrón primario que debe pesarse para un análisis. Se recomienda una masa de 100 mg (ó 50 mg como mínimo) ya que de esta manera se reduce el error relativo de la pesada, veamos:

Tomando en cuenta el error absoluto de la balanza:  0,0001 g Error relativo de la pesada:

Entonces:

Asumiendo que un error aceptable es de 0,1% y el error absoluto de la balanza, tenemos:

De esta manera:Wmin = 0,1 g = 100 mg

Dónde: Er = Error relativo (%) Ea = Error absoluto W = peso del patrón

EL ACIDO ACETILSALICILICOEl ácido acetilsalicílico o AAS (C9H8O4), también conocido con el nombre de Aspirina®, es un fármaco de la familia de los salicilatos, usado frecuentemente como antiinflamatorio, analgésico, para el alivio del dolor leve y moderado, antipirético para reducir la fiebre y antiagregante plaquetario indicado para personas con alto riesgo de coagulación sanguínea, principalmente individuos que ya han tenido un infarto agudo de miocardio. Los

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efectos adversos de la aspirina son principalmente gastrointestinales, es decir, úlcera gástricas y

sangrado estomacal La reacción química de la síntesis de la aspirina se considera una esterificación. El ácido salicílico es tratado con anhídrido acético, un compuesto derivado de un ácido, lo que hace que el grupo alcohol del salicilato se convierta en un grupo acetilo (salicilato-OH ? salicilato-OCOCH3). Este proceso produce aspirina y ácido acético, el cual se considera un subproducto de la reacción.

DESARROLLO EXPERIMENTAL

Análisis gravimétrico: Gravimetría por volatilización. 1. Usted realizará la determinación de humedad en una muestra de NaOH. Para ello seguirá el

siguiente procedimiento: 2. Pesar con exactitud 2 g de muestra en un platillo de aluminio perfectamente seco,

extendiendo la muestra en una capa lo más fina posible sobre la base del platillo. 3. Colocar el platillo con su contenido en estufa a 105 ºC por 30 minutos. 4. Retirar el platillo, enfriar en desecador y pesar. 5. Volver a colocar el platillo en la estufa y desecar nuevamente durante otros 5 minutos.

Retirar, enfriar y pesar. 6. Continuar la desecación hasta alcanzar peso constante. 7. Calcular el contenido de humedad a partir de la pérdida de peso de la muestra. 8. Cada integrante del grupo deberá realizar el procedimiento de pesada.

ANÁLISIS VOLUMÉTRICO:

ESTANDARIZACIÓN DE SOLUCIONES

Antes de realizar una titulación debemos estandarizar la solución con un patrón primario.

1. Preparar una disolución de hidróxido sódico de concentración perfectamente conocida. Esto no puede realizarse por pesada ya que el hidróxido sódico se contamina de diferentes formas y además en una proporción desconocida. Es por ello necesario preparar primero la disolución y posteriormente valorarla con un patrón primario.2. Preparar 200 mL de disolución acuosa de hidróxido sódico 0.5 M.3. Pesar una cantidad en g de hidróxido sódico, disolverlos en un vaso de precipitados, verterlos en un matraz aforado de 200 mL y finalmente enrasar.Nota: Esta disolución será aproximadamente 0.5 M, pero necesitamos conocer su concentración exacta. Para ello haremos reaccionar una alícuota de la disolución preparada con un patrón primario. La pregunta surge rápidamente ¿qué masa de patrón primario se debe pesar? Debemos tener en cuenta que cuanto más patrón pesemos, más cantidad de disolución consumiremos. Tres factores condicionarán el volumen de disolución a valorar que debamos consumir:No debe ser un volumen demasiado grande ya que en este caso deberemos llenar dos veces la bureta (en general de 25 mL) y estaremos incrementando el error instrumental.Además el precio de los reactivos consumidos no aconseja la utilización de más reactivo del necesarioNo debe ser demasiado pequeño, pues en este caso la imprecisión relativa de la medida se hace muy grande.4. Pesar aproximadamente 1 gramo de patrón primario para consumir aproximadamente 10 mL de la disolución preparada.

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Nota: La cantidad exacta pesada (alrededor de 1 g ) se debe pesar y anotar con el máximo número de decimales posible (p. ej. 1.023 g), ya que de la precisión de esta medida depende en gran parte la precisión de la concentración de la disolución preparada. Si ahora disolvemos la masa de patrón pesada en un volumen de agua (no importa la magnitud de ese volumen ya que no afecta al número de moles de la sustancia patrón).5. Añadimos un par de gotas de indicador, la valoración se realizaría como sigue.

Gráfico 3.2.1. TitulaciónDeterminación del ácido acetilsalicílico de una aspirinaMaterial y productos necesariosErlenmeyer, Bureta, Mortero, Aspirina, Agua destilada, Disolución de NaOH. 0,5 M y Fenolftaleína.Procedimiento1. Determina la masa de una aspirina con la balanza.2. Tritura la aspirina con ayuda del mortero y con un poco de agua se vierte todo el contenido en el erlernmeyer, procurando que no queden restos en el mortero; completa el volumen hasta 20 cm3 con agua y añade unas gotas de fenolftaleína.3. Llena la bureta previamente lavada con NaOH 0,5 M y enrásala a cero. Coloca el erlenmeyer debajo de la bureta y añade lentamente la base sobre la disolución de aspirina, a la vez que agitas intensamente hasta observar el viraje del indicador (color rosado que persista agitando 15 segundos). Lee el volumen de base consumida.Cálculos y Análisis de Resultados

Análisis GravimétricoMasa inicial (g) NaOH: 2g

No. veces calentamiento

Masa (g) NaOH

1 1.997

2 1.996

3 1.992Tabla 4.1.Calculamos media aritmética:

Calculamos desviación estándar:

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Calculamos contenido de humedad a partir de la pérdida de peso de la muestra:

Calculamos error absoluto y error relativo:

-La masa real del compuesto NaOH al cual se le retiró humedad corresponde a 1.995g por promedio aritmético, puesto que luego del calentamiento se observó y se mantuvo un peso constante. El contenido de humedad de la muestra analizada es bajo, correspondiente al 0,5%.-0.0026 es la desviación estándar, la cual indica que tal alejado se encuentra un valor del promedio. En este caso resultó con un alto grado de precisión y exactitud puesto que los valores de masa son muy cercanos entre sí. Por tanto decimos que el sesgo es bajo. Además de que los errores absoluto y relativo son muy mínimos, lo cual indica que no se cometieron muchos errores sistemáticos y/o aleatorios.

o Análisis Volumétrico

V (cm3) de NaOH 0,5 M añadidos

pHmedido

0 3,99

2,0 4,90

4,0 5,63

5,2 10,33

6,0 11,91

8,0 12,33

10,0 12,51

12,0 12,61

14,0 12,68

16,0 12,76

20,0 12,81

24,0 12,85Tabla 4.2.

Gráfico 4.2Calculamos la concentración real de NaOH:

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-La gráfica de volumen gastado vs pH nos permite observar el comportamiento de la solución estandarizada a medida que se realiza la titulación. El viraje se obtiene cuando se agregan 5.2ml de NaOH, ya que el cambio de pH es evidente y aumenta progresivamente a medida que se agrega más de la solución de NaOH a la solución de patrón primario de Ftalato de potasio.-Se calculó la concentración real de NaOH y se observa un grado de exactitud y precisión alto, lo que indica que se cometieron pocos errores sistemáticos y por ende, el sesgo es bajo. Esta apreciación se puede corroborar con los errores absoluto y relativo respectivamente, que representan un margen de error de 2% y 4%.Aspirina:Masa de la aspirina =0.60gVolumen de NaOH consumido =5.6mlMasa molecular del ácido acetilsalicílico (C9H8O4) =180g/molReacción química:

N° de moles de NaOH consumidos =

N° de moles de ácido acetilsalicílico =La estequiometría de la reacción entre el ácido acetilsalicílico y el NaOH es 1:1, por tanto en la tableta están presentes 2.688x10-3 moles de Ácido acetilsalicílico.Masa de ácido acetilsalicílico =

Porcentaje en ácido de la aspirina =

Masa de ácido acetilsalicílico que indica la caja que tiene cada aspirina =500mgCalculamos los errores:

-El contenido porcentual del ácido acetilsalicílico en la aspirina corresponde al 96,6% casi el 100% del ácido. Lo cual nos indica que este ácido tiene la mayor concentración en la tableta de la aspirina en comparación a los demás componentes y sustancias químicas que deben coexistir.-Se determinó el número de moles del ácido, estableciendo que en la reacción química el ácido acetilsalicílico y el NaOH tienen una relación de 1:1; por tanto, el número de moles consumido de NaOH corresponde al número de moles de C9H6O8.-Se determinó la masa en g (o en mg si se realiza la conversión) del ácido en la tableta de aspirina con base al peso molecular del ácido como tal, multiplicando por el número de moles del mismo, sobre la unidad de conversión 1 mol. Resultando 0.483g que es igual a 483mg.-Se tuvieron errores sistemáticos a la hora de pesar la tableta en la balanza analítica, tal vez por problemas de calibrado, sin embargo los errores absoluto y relativo no sobrepasan el 10% límite y es aceptable. El grado de exactitud y precisión es aceptable, por lo que el sesgo está en un rango medio, ni alto ni bajo.

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APLICACIONES DEL ANÁLISIS GRAVIMÉTRICO Y VOLUMÉTRICO EN   INGENIERÍA   AMBIENTAL:

-Análisis Gravimétrico: Determinación de sólidos disueltos, totales, volátiles o fijos. Determinación de contenido de humedad de los suelos: Aguas subterráneas

En acuíferos de aguas subterráneas saturados, todos los espacios de poros disponibles se llenan con agua (contenido de agua volumétrico = porosidad). Por encima de la franja capilar, los espacios de poro tienen aire en ellos. La mayoría de los suelos tienen un contenido de agua inferior a la porosidad, que es la definición de condiciones no saturadas, y constituyen el sujeto de hidrogeología denominado zona no saturada. La franja capilar de la tabla de agua es la línea divisoria entre condiciones saturadas e insaturadas. El contenido de agua en la franja capilar disminuye al aumentar la distancia por encima de la superficie de la capa freática.Una de las principales complicaciones que se plantea en el estudio de la zona no saturada, es el hecho de que la conductividad hidráulica no saturada es una función del contenido de agua del material. Cuando el material se seca, las vías de conexión húmeda a través del medio se hacen más pequeñas, la conductividad hidráulica disminuye con un menor contenido de agua de una forma no lineal.Una curva de retención de agua es la relación entre el contenido de agua volumétrico y el potencial hídrico del medio poroso.-Análisis volumétrico: Son mucho más rápidos que los gravimétricos y se utiliza en ingeniería ambiental para evaluar parámetros de calidad de agua tales como: DQO, DQO, OD, CD, Cloruros, etc.En síntesis, en Ingeniería Ambiental se aplica de forma práctica el desarrollo del método volumétrico y gravimétrico en la determinación de acidez, alcalinidad, cloruros, dureza, metales, sólidos disueltos, volátiles y sedimentables en muestras de agua naturales. Así como en muestras de suelos.

MÉTODOS VOLUMÉTRICOS DE ÁCIDO-BASE

DEFINICIÓN:Los métodos volumétricos acido-base son aquellos donde el analito reacciona con un agente oxidante o reductor de concentración conocida. Estos métodos tienen mucha aplicación en la determinación de una amplia variedad de especies inorgánicas, orgánicas y bioquímicas.

CARACTERÍSTICAS DE UNA REACCIÓN VOLUMÉTRICA: Completa Rápida Estequiometria Procedimiento fácil

CLASIFICACIÓN DE MÉTODOS VOLUMÉTRICOS

Los tipos de reacciones en que suelen basarse las volumetrías son: ácido-base, de neutralización, oxidación-reducción, precipitación y complejación.

En las volumetrías ácido-base se valora una disolución de un ácido o una sal de base débil y ácido fuerte, mediante una base (alcalimetría), o bien, una base o una sal de base fuerte y ácido débil, mediante un ácido (acidimetría).

En las volumetrías de oxidación-reducción o redox, el reactivo valorante (oxidante o reductor) provoca la oxidación o reducción de la sustancia a analizar.

En las volumetrías de precipitación, el reactivo valorante provoca la precipitación de un compuesto de composición bien definido.

En las volumetrías de complejación, el reactivo forma un complejo con la sustancia a analizar. Si aquel es una complexona la volumetría se denomina complexometría.

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La mayoría de las reacciones usadas en volumetría son de neutralización y redox, para las que se dispone de buenos indicadores tanto químicos como físicos. Por su parte las de precipitación no tienen muchos químicos y los físicos no siempre son apreciables. Las de formación de complejos, antes prácticamente reducidas a las valoraciones de CN- con Ag+ y las mercurimetrías, actualmente han ido adquiriendo mayor importancia.Algunas de las reacciones son útiles ara la determinación de compuestos orgánicos. Así la acidimetría puede aplicarse a la determinación de aminas, las alcalimetrías a la determinación de fenoles... pero en la valoración de compuestos orgánicos se utilizan, además, reacciones características de la química orgánica, tales como reacciones de hidrólisis, de adición... Con frecuencia las reacciones con los compuestos orgánicos tienden a ser excesivamente lentas, por lo que se acude con más frecuencia a las volumetrías por retroceso.En las volumetrías directas, la reacción se verifica entre la sustancia a determinar y el reactivo valorante. En las indirectas se verifica entre una sustancia producida o que ha reaccionado cuantitativamente con la que se quiere determinar y el reactivo.Patrón Primario:Es un compuesto de alta pureza que sirve de referencia en todos los métodos volumétricos y gravimétricos. La exactitud de un método depende críticamente de las propiedades de este compuesto.

TIPOS DE VALORANTES:

Es obvio que en los métodos volumétricos de análisis químico cuantitativo, tiene gran importancia el grado de exactitud con que se conocen la concentración de la disolución del reactivo valorante. Por ello, siempre que sea posible debe emplearse como tal una sustancia:

Que pueda obtenerse en estado de alto grado de pureza. Que las impurezas que le acompañan (en proporción no mayor del 0.02%) sean fácilmente

investigables. Que tenga una composición definida (a ser posible sin agua de cristalización). Que tenga un peso equivalente elevado, para que el error relativo de la pesada sea despreciable. Que sea estable en disolución.

A las sustancias que cumplen las condiciones anteriores, se les conoce con el nombre de sustancias de tipo primario, y a sus disoluciones, que pueden prepararse con gran exactitud pesando una cantidad dada de compuesto y disolviéndolo en un volumen determinado de disolvente, disolución patrón.Muy pocos reactivos cumplen con todos estos criterios, de ahí que el analista solo tiene acceso a un número limitado de patrones primarios. Por esta razón, a veces es necesario utilizar compuestos menos puros, o patrones secundarios, en lugar de un patrón primario; teniendo que determinar la pureza de ese patrón secundario mediante análisis cuidadosos.Las sustancias de tipo primario más comúnmente utilizadas en las distintas volumetrías son:

En las de neutralización: Na2CO3, Na2B4O7, HgO, H2C2O4. En las de oxidación-reducción: Na2C2O4, KBrO3, KIO3, I2, K2Cr2O7. En las de precipitación: AgNO3 y NaCl.

Cuando el reactivo adecuado o disponible no es puro, ni reúne las demás características de un patrón primario, la concentración de su disolución se determina, no por pesada directa del soluto simplemente, sino por valoración con una disolución patrón.Titulación (o valoración)

Es un procedimiento en el que se añade un patrón a la solución de un analito hasta que se considere completa la reacción entre el analito y el reactivo.Valoración por retroceso (o retro-titulación)Es un procedimiento donde el exceso de solución patrón utilizada para consumir un analito se determina mediante titulación con una segunda solución patrón. Este método suele emplearse cuando la velocidad de reacción entre el analito y el reactivo es lenta o cuando la solución patrón es inestable.

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PUNTO EQUIVALENCIA:Es el punto en una titulación en el que la cantidad de titulación patrón añadido equivale a la del analito. También se puede decir que es un valor teórico que no se puede determinar experimentalmente. Solo se puede estimar su posición observando algún cambio físico asociado a la condición de equivalencia. Este cambio se llama punto final de la titulación.Punto Final de Titulación:Es el cambio físico observado que se asocia con una condición de equivalencia química. En los métodos volumétricos, el error de titulación

Et = Vpf – VpeDonde, Vpe, es el volumen teórico de reactivo necesario para alcanzar el punto de equivalencia y Vpf es el volumen real gastado para alcanzar el punto final.

CURVAS DE VALORACIÓN:Las curvas de valoración son la representación gráfica de la variación de una propiedad (pH, potencial, conductividad...) a lo largo de la valoración, ya sea en función del volumen añadido, del porcentaje de muestra valorada, etc. Además, las curvas de valoración suministran información valiosa acerca de la precisión con la que se puede localizar el punto de equivalencia y procuran información para seleccionar el método más adecuado de determinación del punto final. La información derivada de la curva de valoración será útil para:

Conocer la concentración del valorante o valorado en el punto de equivalencia. Determinar la velocidad de cambio de esa concentración cerca del punto de equivalencia, y por

ende la precisión con que se puede localizar dicho punto. Decidir el intervalo de concentraciones en que será factible la valoración.

La comprensión de las curvas de valoración supone un profundo conocimiento de los equilibrios que gobiernan el comportamiento de un sistema químico.Una curva de valoración puede presentar tramos rectos (curva de valoración lineal) o bien presentar un aspecto sigmoideo (curvas logarítmicas).

CURVAS DE VALORACIÓN LINEALESEn las curvas lineales existe una proporcionalidad directa entre la propiedad que se mide y la variable independiente. Su representación suele consistir en dos rectas que se cortan en forma de V, de L, etc., según la cual sea la especie causante de la variación de la propiedad física (sustancia a valorar, reactivo, producto da la reacción); para su trazado bastan tres o cuatro puntos antes y después del punto de equivalencia, algo alejados de él, y de cuya intersección se obtiene la posición del punto final. A veces resulta una porción curva en las inmediaciones del punto de equivalencia que refleja la amplitud de la reversibilidad de la reacción volumétrica, por lo que las lecturas efectuadas en las proximidades de dicho punto carecen de significación.Estas curvas se obtienen siempre con indicadores físicos. Ejemplos de valoraciones que dan curvas lineales son las amperométricas, fotométricas, conductimétricas.

CURVAS DE VALORACIÓN NO LINEALESLas curvas no lineales son las más conocidas y en ellas suele existir una relación directamente proporcional entre la propiedad que se mide y el logaritmo de la concentración (o actividad) de las especies involucradas en la reacción. Así, en potenciometría existe una relación lineal entre el potencial medio y el logaritmo de las actividades de acuerdo con la ecuación de Nerst.Se adopta como punto final el de máxima pendiente de la curva sigmoidea resultante, que generalmente se corresponde con el punto de inflexión.Las curvas de valoración no lineales suelen dar resultados menos exactos y son más engorrosas de obtener y manejar que las lineales, siendo necesario el trazado completo de la curva, especialmente en las proximidades del punto de equivalencia. La localización del punto final en este tipo de curvas es algunas veces problemático cuando no coincide el punto de equivalencia con el punto de inflexión. Esto ocurre cuando la curva de valoración no es simétrica (valoración de ácidos débiles, etc.)

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No obstante, a efectos prácticos se toma el punto de inflexión sin errores considerables.Otra forma de encontrar el punto final en las curvas logarítmicas es representando la curva derivada, es decir, la relación entre la variación del parámetro que se mide respecto del incremento de volumen, frente al volumen adicionado. En algunos casos puede incluso ser útil representar la curva correspondiente a la segunda derivada.

INDICACIÓN DEL PUNTO FINAL.Como se ha indicado, en las proximidades del punto de equivalencia se produce el cambio brusco de alguna propiedad de la disolución, cambio que esta relacionado con la aparición del primer exceso de valorante. Para su selección correcta es preciso conocer el funcionamiento de los equilibrios iónicos en la disolución donde tiene lugar la valoración y el fundamento físico-químico del sistema indicador.Si se dispone de indicadores visuales no es necesaria la obtención de la curva de valoración. El indicador deberá elegirse para que varíe de color coincidiendo con el cambio brusco de la propiedad en la zona del punto de equivalencia. Solo cuando se utilizan indicadores físicos (electrodo de vidrio, electrodos selectivos de iones) será necesaria la representación gráfica de la curva de valoración.

INDICADORES QUÍMICOS ÁCIDO-BASE

Un indicador químico es un ácido o base débil cuya forma disociada tiene diferente color que la forma sin disociar ello es debido a que están formados por sistemas resonantes aromáticos, que pueden modificar la distribución de carga según la forma que adopten. Esta alteración por el desplazamiento hacia una forma más o menos disociada, hace que la absorción energética del sistema se modifique y con ello el color. Por ejemplo, el siguiente equilibrio describe el comportamiento de un indicador de tipo acido, HIn.

En este caso, la disociación se ve acompañada por cambios en la estructura interna del indicador y ocasiona un cambio de color. El equilibrio para un indicador de tipo básico In, es:

CLASIFICACIÓN DE LOS INDICADORES.

Indicadores químicos o visualesEn el caso de los indicadores químicos la propiedad que normalmente experimenta un cambio es la coloración, detectándose el punto final por el cambio de color de la disolución que se produce cuando varía el pH, potencial,... se subdividen en:Auto-indicadoresCuando el propio valorante o el analito actúan de indicador. El ejemplo más típico es el del permanganato.Indicadores coloreadosSon los más utilizados; suelen incorporarse al sistema a valorar, introduciéndolos directamente en la disolución del analito, pero otras veces actúan externamente desde fuera de la disolución, extrayéndose entonces pequeñas fracciones de esta y ensayando frente al sistema indicador. Sus coloraciones deben ser intensas para percibir claramente el cambio aun cuando se añadan en muy pequeña proporción con objeto de que se consuman cantidades insignificantes de disolución valorada. Algunas veces una misma sustancia puede actuar de indicador en diversos tipos de reacciones.Indicadores fluorescentesSu funcionamiento es parecido al de los indicadores coloreados, aunque son menos numerosos. El final de la valoración se pone de manifiesto por la aparición, desaparición o cambio de la fluorescencia de la disolución problema sometido a la luz ultravioleta.Indicadores de adsorción

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Son sustancias que cambian de color al ser adsorbidas o desorbidas por los sistemas coloidales que se forman en el seno de la disolución problema como resultado de la reacción entre el analito y el valorante.

INDICADORES FISICOQUÍMICOS.

Con frecuencia se utilizan diversos instrumentos para seguir la variación de la propiedad física a lo largo de la valoración. El método de valoración suele recibir el nombre del sistema instrumental utilizado para detectar el punto final; valoraciones potenciométricas, conductimetrías, amperometrías, espectrofotométricas, termométricas, siendo los métodos electroquímicos los más utilizados. Sin embargo los métodos físico-químicos de indicación de punto final retardan la volumetría al requerir el trazado de las curvas de valoración, con lo que suele disminuir la frecuencia de los análisis.Frente a los indicadores químicos, los métodos instrumentales alcanzan una mayor sensibilidad, precisión, resolución y no interferencia de partículas en suspensión o de especies coloreadas. Además, se prestan a una automatización más sencilla ya que den directamente una señal fácil de manipular electrónicamente y capaz de ser digitalizada para analizarla con un ordenador.El método de detección utilizado para cada caso particular depende de la reacción que tenga lugar y de la posible presencia de interferencias. Así para la valoración de un ácido fuerte con una base fuerte basta la fenolftaleína, pero si la disolución es coloreada puede ser preferible recurrir a la conductimetría.Error de valoración.La diferencia existente ente la concentración real del analito en la disolución y la hallada experimentalmente constituye el error de valoración. Este error se puede descomponer en:

Error químico: debido a la diferencia entre el punto final y de equivalencia. Error visual: debido a la limitada capacidad ocular para comparar colores. Error de indicador: debido al consuma de solución valorante por el propio indicador para que

se transforme y de lugar al cambio observable.Mientras que el error químico podrá ser por defecto o por exceso según que el indicador vire antes o después del punto de equivalencia, el error de indicador será siempre por exceso en las volumetrías directas y por defecto en las de retroceso.Usualmente los dos últimos errores son pequeños comparados con el primero que es el que realmente prevalece. El error químico nace de la diferencia existente entre el punto de equivalencia y el punto final, divergencia que dependerá del sistema indicador utilizado y es inherente al método.El error de valoración se puede calcular teóricamente y siempre es posible determinarlo experimentalmente. Generalmente es aditivo, es decir se suma al volumen teórico de disolución consumido en la valoración, independiente de que la cantidad de sustancia a valorar sea grande o pequeña. Por ello la mejor forma de evaluarlo es titular dos o más disoluciones de concentraciones conocidas y muy diferentes entre sí.Con frecuencia se suele compensar el error de valoración realizando una determinación en blanco, es decir con todos los componentes menos el analito y restar el volumen consumido al obtenido en la determinación volumétrica del analito.Para los indicadores físico-químicos no tienen sentido los errores anteriores por lo que son más exactos, pero están también sujetos a la posible respuesta defectuosa del instrumento de medida y un trazado gráfico incorrecto al detectar el punto final de la curva de valoración registrada.Criterio de selección:El pH requerido para la conversión de color aproximada exige una proporción: 1/10 entre las concentraciones de las formas conjugadas del indicador en equilibrio. Partiendo de la forma ácida del indicador, Partiendo de la forma básica del indicador.Propiedades ideales:

Posee carácter (ácido/base) más débil que el analito Presente en concentraciones muy bajas que no interfieren con la curva de valoración

Produce cambios perceptibles y nítidos de color en el P.E.

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VARIABLES QUE INFLUYEN EN EL COMPORTAMIENTO

El intervalo de pH en el que el indicador exhibe un cambio de color depende de la temperatura, de la fuerza iónica del medio y de la presencia de disolventes orgánicos, y de partículas coloidales. Algunos de estos efectos, en particular los dos últimos, pueden ocasionar que el intervalo de viraje se desplace una o dos unidades de pH.Características de un indicador:Titulación Característica del indicador

Ácido-baseEs un ácido o base débil que presenta diferente color en la forma protonada y disociada

ComplejométricaSe acompleja con el ión que se está analizando y presenta un color característico diferente a cuando el complejo se disocia

PrecipitaciónForma precipitados coloreados con el primer exceso de titulante.

Oxidación – reducciónAnte el primer exceso de titulante se oxida, o reduce según el caso, y presenta distinta coloración en ambos.

CARACTERÍSTICAS DE SELECCIÓN:

Se debe de usar la cantidad mínima de indicador necesariaPara producir el cambio perceptible de coloración en el P.E.

El indicador no altera su color significativamente hasta queSe sobrepase el P.E.

Esto último suele requerir la conversión 1/10 entre las formasConjugadas del indicador.Intervalo de viraje:Expresión que permite seleccionar el indicador de viraje en zona ácida o básica de acuerdo con su pKa! Suelen ser ácidos o bases orgánicas débiles y la zona de viraje de cada indicador se sitúa aproximadamente entre una unidad de pH por debajo y una unidad por encima del valor de su pKa.Zona de viraje= (pKa-1, pKa+1)

INDICADORES ÁCIDO-BASE COMUNES

La lista de indicadores ácido-base es grande y comprende numerosos compuestos orgánicos. Se pueden conseguir indicadores casi para cualquier intervalo de pH que se desee. En la siguiente tabla se presenta una lista de los más comunes y de sus propiedades. Obsérvese que los intervalos de viraje varían de 1.1 a 2.2 con un promedio cercano a 1.6 unidades.

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PESO EQUIVALENTE. NORMALIDAD

Las definiciones de "peso equivalente" y de "normalidad" son esencialmente las mismas para todos los casos del análisis volumétrico; sin embargo, es más fácil comprender sus aplicaciones tratándose de reacciones en las que los elementos no cambian de valencia, como son las reacciones por sustitución, cuyo ejemplo más sencillo lo encontramos en las reacciones de neutralización; tratándose de proceso de oxidación – reducción, la comprensión del sistema de calcular es menos fácil para el principiante, debido a los cambios que sufren los iones.En una reacción volumétrica de neutralización la reacción fundamental es:

Ella indica que el peso equivalente del hidrogeno (1.008g) reacciona cuantitativamente neutralizando el peso equivalente de un hidroxilo (17.008), para dar lugar a la formación de una molécula de agua. En esta reacción el ión hidrogeno representa a un ácido monobásico y el ión hidroxilo a una base monovalente, pudiéndose escribir entonces:

Es decir, que el peso molecular del ácido clorhídrico (36.46), o sea su peso equivalente, reacciona exactamente con el peso molecular del hidróxido de sodio (40.00), que también es su peso equivalente. Si se tiene una solución de de ácido clorhídrico que contenga, por litro, 36.46g del ácido, esa solución de acuerdo con la definición es una solución normal, por otra parte, una solución de hidróxido de sodio con 40.00g por litro es también una solución normal; ambas son equivalentes entre sí, puesto que las cantidades de de ácido y de hidróxido son capaces de reaccionar cuantitativamente, es decir, de neutralizarse; por lo tanto si se mezcla entre sí, un litro de la solución normal del ácido con un litro de la solución normal de la base, se obtendrán dos litros de solución neutra (suponiendo que al mezclar no hay variación de volumen). Volúmenes iguales de dos o más soluciones de la misma normalidad, son equivalentes entre sí, o bien, que soluciones de la misma normalidad se equivalen volumen a volumen.

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TITULACIÓN DE LAS SOLUCIONES

En la determinación de la normalidad o titulación de las soluciones, los casos más comunes son los siguientes:

a) Un peso conocido de una sustancia Q.P. se hace reaccionar con la solución en cuestión, y se relaciona el peso de aquella con el volumen empleado de ésta.

b) Un volumen de la solución que se titula se hace reaccionar cuantitativamente con el volumen correspondiente de una solución de titulo conocido.

c) Se valora gravimétricamente la sustancia contenida en la solución cuyo titulo se desea conocer, y se relaciona con la normalidad.Ejemplos:

1) Con carbonato de sodio puro y seco se determina la normalidad de una solución de ácido clorhidrico, obteniéndose los siguientes datos:Peso de carbonato de sodio empleado……………………………..0.2343gVolumen de la solución ácida requeridaPara neutralizar el carbonato………………………………………...39mlEl peso equivalente del carbonato de sodio es la mitad de su peso molecular,

Puesto que el ácido carbónico tiene dos átomos de hidrogeno substituidos por dos átomos de sodio, es decir, se trata de un ácido dibasico. El mili equivalentes del carbonato de sodio es 0.053g ósea la cantidad correspondiente a 1ml de solución normal. Entonces si 0.053g equivalen a 1ml, la cantidad de Na2CO3 pesada para la titulacion, en nuestro ejemplo 0.2343g equivaldrán a equis mililitros normales. Estos a su vez corresponden a los 39 ml de la solución ácida de normalidad NX luego tenemos:

Que es la normalidad y se expresa por 0.01133 NEl cálculo de la normalidad en casos similares se hará según la siguiente formula general:

2) Para titular una solución de ácido sulfúrico se empleo carbonato de calcio puro y seco, obteniéndose los datos siguientes:Peso de la muestra de carbonato………………………….0.5000gVolumen del ácido empleado……………………………….32mlTeniendo en cuenta que el peso equivalente del carbonato de calcio es:

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NORMALIDAD DE UNA SOLUCION OBTENIDA POR MEZCLA DE DOS O MAS SOLUCIONES

1er ejemplo: mezcla de dos soluciones de diferente normalidad, pero de la misma sustancia.Se mezclan 800 ml de solución de NaOH, con 200 ml de solución también de NaOH, 0.9229 N; ¿Cuál es la normalidad de la solución resultante?Se convierten los 800 ml en normales, multiplicándolos por su normalidad, y lo mismo se hace con los 200 ml:

800  0.2530 = 202.40 ml normales200  0.9220 = 184.40

Como cada ml normal corresponde a un miliequivalente, el total de éstos será:202.40 + 184.40 = 386.80 m.e.

Contenidos en 800 + 200 = 1000 ml de la solución. Como la normalidad es igual al número de miliequivalentes por ml, tenemos:

DILUCIÓN CON AGUA, DE UNA SOLUCIÓN DE NORMALIDAD CONOCIDA, PARA LLEVAR A OTRA NORMALIDAD DESEADA

En algunos casos se desea obtener, por dilución de una solución concentrada, otra solución de determinada normalidad, bien sea para que esta quede expresada en números redondos, o bien para que la concentración tenga determinado título, expresado en términos de un compuesto o elemento.1er ejemplo: se desea diluir un volumen de 700 ml de una solución de 0.1208 N para obtener una solución exactamente decinormal ¿Qué volumen de agua es necesario añadir a aquél?Teniendo en cuenta que toda solución normal contiene un mili equivalente por mililitro (cualquiera que sea la sustancia disuelta), los 700 ml contendrán 700  0.1208 = 84.56 m.e. si esta solución se diluye, el número total de mili equivalentes no se modificará, y sólo variara la relación con respecto al volumen. Para obtener la solución 0.1 N deseada, bastara con buscar el volumen total que, conteniendo 84.56 m.e., a cada mililitro le corresponderá 0.1 de m.e.

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PREPARACIÓN DE UNA SOLUCIÓN DE DETERMINADA NORMALIDAD, MEZCLANDO DOS SOLUCIONES

El número de mili equivalentes contenidos en el volumen de la solución que se desea obtener, debe ser igual a los mili equivalentes de las dos soluciones que se mezclan: el cálculo del volumen de cada una de ellas se efectúa algebraicamente en la forma siguiente; designando por:A = normalidad de la solución concentrada.B = normalidad de la solución diluida.C = normalidad de la solución deseada.X = volumen de la solución A.Y = volumen de la solución B.M = volumen deseado de la mezcla.Tenemos:

Ejemplo: se tienen dos soluciones de la misma sustancia: una es 0.1224 N y la otra 0.0826 N. se desea obtener un litro de solución 0.1 N exacta. Se pregunta: ¿Qué volúmenes deberán mezclarse de cada una de las soluciones?Aplicando la fórmula:

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562.81 y 437.19 son los volúmenes que es necesario mezclar de la solución más diluida y de la más concentrada, respectivamente para obtener un litro de solución exactamente 0.1 N.

DETERMINACIÓN DEL PORCIENTO DE UN COMPUESTO EN UNA SUSTANCIA DADA

El porciento de pureza de una sustancia puede ser determinado volumétricamente, si se conocen la normalidad y el volumen de la solución empleada en la titilación y el peso de la muestra analizada.FORMULA:

ME = mili equivalente de la sustancia que se determina.Ml = volumen empleado en la titulación.N = normalidad de la solución usada.P = peso de la muestra en gramos.Ejemplo: para determinar el porciento de NaOH en una muestra, con solución aproximadamente normal de ácido clorhídrico, se pesan 0.8250g del producto, los cuales requieren 18 ml de la solución de ácido, que es 1.0335 N.

TITULACIONES EN LAS QUE CADA MILILITRO DE LA SOLUCIÓN EMPLEADA TIENE UNA RELACIÓN SENCILLA CON EL PORCIENTO DE LA SUBSTANCIA QUE SE VALORA

En otros casos es vez de preparar una solución empírica, es preferible usar las soluciones del sistema normal, fijando únicamente el peso de las muestras que se analizan.Estos cálculos se basan en la formula general para obtener el procedimiento.Ejemplo:

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TRANSFORMACIÓN DEL TÍTULO DE UNA SOLUCIÓN EN LA NORMALIDAD RESPECTIVA Y VICEVERSA

A menudo es conveniente transformar una normalidad en titulo respectivo, referido a un elemento o compuesto, o hacer la transformación de titulo a normalidad.Este calculo se hace comprensible si se tiene en cuenta que el titulo de una solución normales igual al miliequivalente del soluto, tomando como ejemplo una solución normal de NaOH, el titulo de ella es 0.010g de hidróxido de sodio, el igual se puede expresar en cualquier otro compuesto, tomando las cantidades equivalentes.Si se trata de una solución en 0.5 N (medio normal), su titulo en términos de NaOH es 0.010 0.05 = 0.020g y en términos de H2SO4 es 0.19  0.5 =0.245g.Para convertir normalidad de una solución a titulo a términos de una sustancia dada, se multiplica la normalidad por el miliequivalente de dicha sustancia.Ejemplo: ¿Cuál será el titulo de una solución de 0.1056 N expresada en términos de Ag? el peso equivalente de la plata es igual a su peso atómico, ose a 107.88; su miliequivalente es 0.10788 por lo tanto el titulo de la solución 0.1056 N expresada en términos de Ag es.

0.1056  0.10788 = 0.01139g de Ag.Inversamente, para transformar el titulo de una solución en la normalidad respectiva, basta en dividir el titulo entre el mili equivalente de la sustancia en la que se expresa el titulo.

MOL - Molaridad

En el año 1961 se tomaron acuerdos internacionales entre las principales sociedades de química y física respecto a la unidad de masa de los elementos, estos acuerdos especifican que para la mencionada se tomo como base el carbono, su formula C12 que tiene un valor de la doceava parte de base de carbono C12 esta unidad es de gran interés en la química y sobre todo en la física moderna, ya que masa y peso no son sinónimos. En el análisis químico cuantitativo, al tratar de la balanza analítica explicamos las razones por las cuales podemos tomar el peso de un cuerpo como igual a su masa. Pero en la física si es necesario diferenciar un concepto del otro con toda precisión. En nuestros cálculos en química analítica los hemos ejecutado tomando como base los pesos atómicos y los pesos moleculares de las sustancias. Sin embargo no nos hemos ocupado de esas cantidades químicas, en los átomos, o las moléculas.

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La conmovida expresión del numero de abagadro, nos define la cantidad de átomos contenidos en el peso atómico de los elementos, expresado en gramos, así 12 g exactamente de C12 ,

contiene el número de átomos de carbono, ósea 6.022 x 10 Este sirvió de base para la unidad buscada la que se designa con el nombre de MOL, aunque no es de uso muy común el análisis cuantitativo. Un mol es el peso gramo molecular de una sustancia, es el peso molecular expresada en gramos. La definición únicamente se refiere a la suma de los pesos atómicos de los elementos contenidos.

MÉTODOS DE ANÁLISIS VOLUMÉTRICO

PRINCIPIOS GENERALESUn método de análisis volumétrico se basa en una reacción química como: aA+ tT= productoEn donde a representa las moléculas analítica de A, que reacciona con t moléculas de reactivoT.El reactivo T se adiciona con una buena bureta, en forma creciente como una solución de concentración conocida.A esta solución se le conoce como estándar, su concentración se determina mediante un proceso llamado estandarización. La adicción del titulante es continua hasta que se ha añadido una cantidad de titulante.Este cambio de color puede o no ocurrir en el punto de equivalencia exacto.Al momento que el indicador cambia de color se le denomina punto final.Uno de loa aspectos importantes en el análisis volumétrico es seleccionar el indicador que haga coincidir estos dos puntos.En término titulacion se refiere al proceso en el cual se mide la cantidad de volumen requerido para alcanzar el punto de equivalencia.

REACCIONES QUE SE UTILIZAN EN LAS TITULACIONES

1.- REACCIONES ACIDO – BASE: Existen un gran número de ácidos y bases que se pueden determinar mediante la volumétrica. Si HA representa el acido que va a ser determinado y BOH la base de las reacciones son:

Los titulantes son por lo general soluciones estándares de electrolitos fuertes, con el hidróxido de sodio y el acido clorhídrico.

REACCIONES DE OXIDACIÓN – REDUCCIÓN (REDOX)Las reacciones químicas que involucra la oxidación son muy utilizadas en análisis volumétrico. Por ejemplo, El hierro en el estado de oxidación de +2 puede titularse con una solución estándar de sulfato de cerio (IV):

3.- REACCIONES DE PRECIPITACION: Un procedimiento volumétrico muy empleado es el de la precipitación del cation plata con un anion halógeno. La reacción es:

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REACCIONES DE FORMACIÓN: Un ejemplo de reacción en el cual se forma un complejo estable es aquella que ocurre entre la plata y los iones cianuro:

Esta reacción es la base llamado método de Liebig para la determinación de cianuro, como el acido etilendiaminotetracetico (EDTA).

REQUISITOS PARA LAS REACCIONES UTILIZADAS EN ANÁLISIS VOLUMÉTRICO

Una reacción debe satisfacer ciertos requisitos antes de que pueda ser utilizada.1.- La reacción debe ocurrir de acuerdo a una reacción química definida. No deben existir reacciones colaterales.2.- La reacción debe terminar por completo en el punto de equivalencia.Otra forma de decir esto es que la constante de equilibrio de la reacción debe ser muy grande.3.- Debe contarse con un método para determinar cuando se alcanza el punto de equivalencia. Debe estar disponible un indicador o algún método instrumental que permita el análisis cuando debe tener la adición del titulante.4.- Es conveniente que la reacción sea rápida para que la titulación pueda realizarse en unos cuantos minitos.Consideremos la determinación de la concentración de una solución de acido clorhídrico mediante la titulacion con solución estándar de hidróxido de sodio.

En el punto de equivalencia, el PH de la solución cambia drastimente con unas cuantas gotas de titulante y existan varios indicadores que responden a este cambio de PH cambiando de color.Por otro lado, la reacción del acido bórico con el hidróxido de sodio

Por esta razón, el cambio de PH que ocurre con unas cuantas gotas de titulante en el punto de equivalencia es muy pequeña y el volumen de titulante que se necesita para llegar a el, no puede Determinarse con precisión.La reacción entre el alcohol etílico y el acido acético también es inadecuada para una titulacion. Es muy lenta y no llega a completarse la reacción entre el estaño (II) y el perganmanato de potasio no es satisfactorio a menos que se excluya el aire.Puede ocurrir una reacción colateral si esta no se elimina. Ya que el estaño se oxida fácilmente con el oxigeno atmosférico. La presipitacio de ciertos iones metálicos con Ion sulfuro cumple con todos los requisitos establecidos antes, menos con el 3, porque no hay indicadores adecuados para la titulación

ESTEQUIOMETRIA

A la rama de la química que estudia las reacciones en peso que existan entre los elementos y los compuestos de las reacciones químicas se le llama estequimetria.Aquí analizaremos los métodos utilizados para expresar la cantidad de soluto en solución y los cálculos estequimetricos relacionados con las soluciones, ya que las soluciones acuosas son muy utilizados en la mayoría de las áreas del análisis cuantitativo.

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PESO MOLECULAR Y PESO FÓRMULA

El termino peso formula – gramo (o peso formula) es la suma de los pesos atómicos de todos los átomos contenidos en la formula química de una sustancia y normalmente es el mismo que el peso molecular de este, algunos químicos utilizan el peso formula en lugar del peso molecular en los casos que resultan inapropiado hablar de moléculas de una sustancia, particularmente aquellos en los que se trata con compuestos iónicos. Por ejemplo en caso del cloruro sádico, las

pequeñas unidades que se encuentran en el solidó son iones Na y Cl la molécula de NaCl no existe como tal. Ya que el mol según se definió arriba, se refiere también a las moléculas, utilizaremos el término peso molecular como sinónimo de peso formula en tales casos. Se entiende que este uso no indica nada respecto a la estructura del compuesto en las situaciones en donde ocurre la formación o disociación de complejos en solución, utilizaremos el termino formalidad para expresar la concentración que indique la cantidad total de una sustancia adicionada a una Sión, y a la molaridad para indicar las concentraciones de las especies individuales en el equilibrio.

INTRODUCCION DEL ANALIS GRAVIMETRICO

El análisis gravimétrico está basado en la Ley de las proporciones definidas, que establece que, en cualquier compuesto puro, las proporciones en peso de los elementos constituyentes siempre son las mismas, y en la Ley de la consistencia de la composición, que establece que las masas de los elementos que toman parte en un cambio químico muestran una relación definida e invariable entre sí.El análisis gravimétrico consiste en determinar la cantidad proporcionada de un elemento, radical o compuesto presente en una muestra, eliminando todas las sustancias que interfieren y convirtiendo el constituyente o componente deseado en un compuesto de composición definida, que sea susceptible de pesarse.Los cálculos se realizan con base en los pesos atómicos y moleculares, y se fundamentan en una constancia en la composición de sustancias puras y en las relaciones ponderales (estequiometría) de las reacciones químicas.Un cloruro soluble, como el cloruro de sodio, tratado con una sal soluble de plata, da un precipitado de cloruro de plata, que puede ser filtrado, lavado, desecado y pesado. La reacción química que se lleva a cabo se puede representar por la ecuación molecular:NaCl + AgNO3 NaNO3 + AgCl (sólido)(58,44) (169,87) (84,97) (143,32)que indica que 143,32 partes en peso de cloruro de plata se obtienen de 58,44 partes en peso de cloruro de sodio, entonces, cualquier peso dado de cloruro de plata proviene de cloruro de sodio en la misma relación.Ejemplo 1¿Qué peso de NaCl dará lugar a 0,500 g de AgCl?Solución:

g NaCl = 0,500 g AgCl x  = 0,2039 g NaClEl factor gravimétrico, NaCl / AgCl , es la relación del peso fórmula de la sustancia original, NaCl, a la sustancia pesada, AgCl; utilizando dicho factor se convertirá cualquier peso dado de AgCl en el peso de NaCl que lo origina. En términos generales:

g de sust. buscada = g de sust. pesada x en donde a y b son los coeficientes necesarios para representar la estequiometría de las sustancias involucradas en la reacción llevada a cabo. En el ejemplo 1, a = b = 1.Ejemplo 2Calcular el peso de BaCl2 que da lugar a 0,500 g de AgCl.

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Solución: Cada mol de BaCl2 produce 2 moles de AgCl:BaCl2 2AgCl(208,25) (2 x 143,32)El factor gravimétrico en este caso es BaCl2 / 2AgCl ; de donde

g BaCl2 = 0,500 g AgCl x  = 0,3633 g BaCl2

FACTORES GRAVIMÉTRICOS

Un factor gravimétrico (o factor químico) puede definirse como el peso de una sustancia deseada equivalente al peso unitario de una sustancia dada. Los factores gravimétricos se obtienen con base en las siguientes reglas:1. El factor gravimétrico está representado siempre por el peso atómico o el peso fórmula de la

sustancia buscada por numerador y el peso de la sustancia pesada por denominador.2. Aunque la conversión de la sustancia que se busca en la que se pesa se verifica mediante

una serie de reacciones, solamente estas dos sustancias están implicadas en el cálculo del factor; no se tienen en cuenta las sustancias intermedias.

3. El número de veces que los pesos atómicos o formulares de las sustancias figuran en el numerador y en el denominador del factor, debe representar la estequiometría de la reacción química que se lleva a cabo.

En la secuencia de reacciones representada a continuación:As2S3 2H3AsO4 2Ag3AsO4 6Ag+ 6AgCl(buscado) (pesado)el factor gravimétrico es As2S3 / 6AgCl . El numerador y el denominador no tienen ningún elemento en común, pero el factor representa la estequiometría de la reacción que tiene lugar. Se prescinde de las etapas intermedias, y sólo se tiene en cuenta la relación estequiométrica entre las sustancias inicial y final.Los factores gravimétricos son fundamentales para realizar los cálculos, especialmente cuando se hacen análisis repetidos de un determinado constituyente. Por ejemplo, el factor Cl / AgCl = 35,45 / 143,32 = 0,2473 es el mismo para todas las determinaciones de cloro pesado en forma de cloruro de plata, independientemente de la forma original del cloro que se determina.

CÁLCULO DE PORCENTAJES

Puesto que el factor gravimétrico representa el peso del elemento o compuesto deseado equivalente a un peso unitario del elemento o compuesto pesado, puede calcularse el peso de la especie deseada a partir de cualquier peso de la especie pesada. El porcentaje de esa sustancia presente en la muestra puede encontrarse dividiendo entre el peso de la muestra y multiplicando por 100.Ejemplo 3Una muestra de 0,400 g , que contiene cloruro, da un precipitado de cloruro de plata que pesa 0,250 g ; calcular el porcentaje de cloro en la muestra.Solución: el peso de cloro en la muestra se calcula así

g Cl = g AgCl x Cl / AgCl = 0,250 x  = 0,06184 g ClEste peso de cloro está contenido en 0,400 g de muestra; el porcentaje de cloro será entonces:

% Cl =  x 100 = 15,46 % ClEn general, se puede utilizar la siguiente fórmula para calcular porcentajes:

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% de X en la muestra = en la que X es la sustancia buscada, Y es la sustancia pesada, a y b son los coeficientes de X y Y, respectivamente, necesarios para expresar la relación estequiométrica correcta entre ambas sustancias.Ejemplo 4Una muestra de 0,500 g de magnetita impura (Fe3O4) se convierte por medio de reacciones químicas en Fe2O3 , que pesa 0,4110 g. ¿Cuál es el porcentaje de Fe3O4 en la magnetita ?Solución: el peso de Fe3O4 en la muestra se calcula así

g Fe3O4 = g Fe2O3 x 2Fe3O4 / 3Fe2O3 = 0,4110 g x  = 0,397 gy el porcentaje de Fe3O4 en la muestra es

% Fe3O4 =  x 100 = 79,4 % Fe3O4

CÁLCULO DE PESOS ATÓMICOS

El procedimiento experimental que normalmente se sigue para determinar valores de pesos atómicos es preparar, a partir del elemento, un compuesto con alto grado de pureza. Este compuesto se pesa y los porcentajes de sus constituyentes se determinan gravimétricamente. Los cálculos matemáticos que se realizan son exactamente similares a los de un análisis gravimétrico, excepto que el peso atómico del elemento deseado es el único factor desconocido.Ejemplo 52,56823 g de cloruro de sodio cuidadosamente purificado produjeron 6,2971 g de cloruro de plata. Suponiendo que los pesos atómicos del cloro y de la plata que se tomaron fueron de 35,457 y 107,880 respectivamente, calcule el peso atómico del sodio.

Solución: Peso del NaCl = peso del AgCl x 

2,56823 = 6,2971 x 

2,56823 = 6,2971 x Despejando Na:

Na =  - 35,457 = 23,002

CÁLCULOS EN LOS QUE INTERVIENE UNA MUESTRA EN PESO COMO FACTOR

En trabajo industrial, en donde se analiza un gran número de muestras de materiales similares, a veces es deseable regular el peso de la muestra de manera que el peso del producto final obtenido, multiplicado por un factor simple, sea exactamente igual al porcentaje del constituyente deseado. Debido a esto, y sin mucha experiencia en pesar con exactitud, es posible tener la muestra pesada directamente contra una tara, y al mismo tiempo, eliminar tanto los tediosos cálculos necesarios para cada análisis, como la posibilidad de errores matemáticos.El cálculo del porcentaje de un constituyente deseado en un análisis químico que requiera una determinación gravimétrica se realiza por medio de la fórmula:

% =  x 100

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Ejemplo 6El factor gravimétrico de cierto análisis es 0,3427. Se desea regular el peso de la muestra tomada de manera que (a) cada centigramo del precipitado obtenido represente el 1% del constituyente deseado, (b) el porcentaje sea el doble del número de centigramos del precipitado. ¿Qué peso de muestra debe tomarse en cada caso?Solución:a. La relación entre el peso del precipitado y el porcentaje del constituyente es tal, que 0,01 g ≈

1 %. Por tanto,

1 =  x 100 x = 0,3427 g

(b) 2 =  x 100 x = 0,1714 gEjemplo 7¿Qué peso de muestra debe tomarse en un tipo de análisis para que 10,00 mg de cloruro de plata precipitado represente el 1,00 % de cloro en la muestra?Solución: factor gravimétrico = Cl / AgCl = 0,2473

1,00 % Cl =  x 100

g muestra =  x 100 = 0,2473 g

CÁLCULOS REFERIDOS A LA MUESTRA SECA

Para las muestras que tienden a ganar o perder humedad con facilidad, los análisis en distintos tiempos y en condiciones diferentes de almacenamiento no resultan concordantes. Con estas muestras pueden seguirse dos procedimientos: (1) dejar secar la muestra al aire hasta constancia de peso; (2) desecar la muestra en una estufa a unos 110º C (procedimiento habitual).Los constituyentes se determinan con referencia a la muestra seca y después pueden referirse a la muestra tal como se recibe, conocida la pérdida de peso por desecación, que se determina aisladamente. Como en la desecación se elimina un constituyente de la muestra (el agua), los demás constituyentes quedarán en la muestra seca en una proporción superior a la que tenían en la muestra original.Ejemplo 8Una muestra de sal de Glauber comercial (Na2SO4 · 10H2O impuro) contiene el 20,0 % de SO3 . Una muestra exactamente de 1 g , desecada en estufa, deja un residuo que pesa 0,52 g. (a) Calcular el porcentaje de agua en la muestra . (b) Calcular el tanto por ciento de SO3 respecto a la muestra seca.Solución:Para resolver este tipo de problemas debemos tener en cuenta las siguientes fórmulas, las cuales nos servirán para calcular algunas cantidades:

% Y m.o. =  (1)

% Y m. d. =  (2)en donde Y es el constituyente analizado y las abreviaturas m.o. y m.d. significan muestra original y muestra desecada, respectivamente.a. Para hallar el porcentaje de agua en la muestra, debemos tener en cuenta la cantidad de

partida (1 g) y la cantidad obtenida por desecación (0,52 g)

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b. % de agua =  x 100 = 48,0 %c. Para calcular el porcentaje de SO3 podemos utilizar la ecuación (2) ya que se refiere a un

componente de la muestra desecada.

% SO3 m. d. =  = 38,5 %

MÉTODOS GRAVIMÉTRICOS INDIRECTOS

Algunos pares de sustancias difíciles de separar pueden determinarse indirectamente si cumplen con las siguientes condiciones: (1) Pueden obtenerse conjuntamente en forma pura para la pesada; (2) contienen un elemento (ion) común que puede convertirse en otro producto y ser pesado como tal, o pueden ser convertidas en una mezcla de otros compuestos puros, que se pesan conjuntamente. Por ejemplo, el sodio y el potasio pueden transformarse conjuntamente en cloruros (NaCl y KCl) que se pesan. Disuelta esta mezcla de cloruros y transformado el ion cloruro en cloruro de plata, se pesa de nuevo. Los cálculos para estos métodos, y específicamente para este ejemplo, son los siguientes:Sea Y = g de NaCl + KCly X = g de NaCl , entonces (Y – X) = g de KClLuego se escriben los factores gravimétricos correspondientes:

G AgCl procedentes de NaCl = X 

G AgCl procedentes de KCl = (Y – X) 

G totales de AgCl = X  + (Y – X) Ahora se sustituyen los factores gravimétricos por valores numéricos

G totales de AgCl = X  + (Y – X) = 2,4524 X + 1,9222 (Y – X)

Al ser conocidos los pesos de AgCl y de la mezcla de cloruros, Y, se resuelve fácilmente la ecuación para calcular X (gramos de NaCl en la muestra). Una vez calculados los pesos de cloruro de sodio y cloruro de potasio, el resto de los cálculos gravimétricos pueden efectuarse de la manera usual.Los métodos indirectos no deben aplicarse a la determinación de un constituyente que esté presente en cantidades muy pequeñas, pues cualquier error en la determinación del otro constituyente, aunque sea pequeño, se reflejaría como error importante de signo contrario en este constituyente.Ejemplo 9En el análisis de una muestra de feldespato que pesa 0,4150 g se obtiene una mezcla de KCl + NaCl que pesa 0,0715 g. De estos cloruros se obtienen 0,1548 g de K2PtCl6 . Calcule el porcentaje de Na2O en el feldespato.Solución:Sea x = peso del NaCl en los cloruros combinadosEntonces, como los dos cloruros pesan 0,0715 g ,0,0715 – x = peso del KClAhora se calculan los gramos de NaCl a partir del K2PtCl6 :

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(0,0715 – x) x  = 0,1548Despejando x se tienex = 0,0240 g de NaClLuego se calcula el porcentaje de Na2O estableciendo el factor gravimétrico entre Na2O y NaCl

x 100 = 3,07 % de Na2OEjemplo 10En el análisis de una muestra de feldespato de 0,5000 g se obtiene una mezcla de cloruros de sodio y de potasio que pesa 0,1180 g . Un tratamiento posterior con AgNO3 produce 0,2451 g de AgCl. ¿Cuál es el porcentaje de Na2O y de K2O en la muestra?Solución:Seax = peso de KCly = peso de NaClx + y = 0,1180 (1)

Gramos de AgCl que se obtienen de x g de KCl = x  = 1,922 x

Gramos de AgCl que se obtienen de y g de NaCl = y  = 2,452 yEntonces : 1,922 x + 2,452 y = 0,2451 (2)Ahora se resuelve el sistema de ecuaciones que forman (1) y (2),

(La resolución de este sistema de ecuaciones queda como ejercicio para el lector)Resolviendo el sistema de ecuaciones se obtienen los valores:x = 0,0835 g de KCly = 0,0345 g de NaClPor último se calculan los porcentajes pedidos:

% K2O =  x 100 = 10,5 % K2O

% Na2O =  x 100 = 3,66 % Na2O

La gravimetría es un método muy importante en la búsqueda de depósitos minerales. Este método aprovecha las diferencias de la gravedad en distintos sectores. La gravitación es la aceleración (m/s2) de un objeto qué esta cayendo a la superficie. La gravitación normal (promedia) en la tierra es 9,80665 m/s2. Grandes cuerpos mineralizados pueden aumentar la gravitación en una región determinada porque rocas de mayordensidad aumentan la aceleración.

El método gravimétrico hace uso de campos de potencial natural igual al método magnético y a algunos métodos eléctricos. El campo de potencial natural observado se compone de los contribuyentes de las formaciones geológicas, que construyen la corteza terrestre hasta cierta profundidad determinada por el alcance del método gravimétrico (o magnético respectivamente). Generalmente no se puede distinguir las contribuciones a este campo proveniente de una formación o una estructura geológica de aquellas de las otras formaciones o estructuras geológicas por el método gravimétrico, solo en casos especiales se puede lograr una separación de los efectos causados por una formación o estructura geológica individual. Se

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realiza mediciones relativas o es decir se mide las variaciones laterales de la atracción gravitatoria de un lugar al otro puesto que en estas mediciones se pueden lograr una precisión satisfactoria más fácilmente en comparación con las mediciones del campo gravitatorio absoluto. Los datos reducidos apropiadamente entregan las variaciones en la gravedad, que solo dependen de variaciones laterales en la densidad del material ubicado en la vecindad de la estación de observación.

CONCLUSIONES

De esta experiencia se puede concluir que los análisis gravimétricos y volumétricos son de gran utilidad para el ingeniero ambiental, puesto que son de gran aplicabilidad para determinar los parámetros de calidad de agua, ya sea domésticas, residuales, potables, contaminadas, industriales, etc. Así como también, para determinar el grado de concentración de un contaminante por ejemplo, en un cuerpo de agua. Para lo cual se debe realizar una titulación volumétrica utilizando una solución estandarizada con un patrón primario (Ftalato de potasio u otros) que determina y corrobora la concentración real de dicho contaminante, que durante esta experiencia se tomó como la aspirina. Donde se determinó su masa y número de moles del principal ácido que la contiene, el ácido acetilsalicílico. Podemos constatar finalmente que se cumplieron los objetivos de la experiencia.Los laboratorios de análisis químico utilizan cada día más métodos instrumentales. Los métodos instrumentales de análisis cuantitativo se basan en medir una propiedad física o físico-química de la muestra relacionada con la masa de esta mediante una ecuación matemática. Las propiedades más utilizadas son: la cantidad de luz transmitida por la muestra, el potencial eléctrico, la conductividad eléctrica, etc. No obstante, muchos de estos métodos requieren una instrumentación compleja y normalmente cara, por lo que aún se practican los métodos volumétricos que utilizando material de laboratorio barato son precisos, rápidos y cómodos.

Los métodos de exploración ha tenido un gran impacto en la vida humana, ya que esta ciencia ha permitido encontrar muchos recursos que son explotados por el hombre para luego transformarlos y convertirlos en productos útiles y provechosos para su desarrollo y bienestar.El desarrollo de los métodos de exploración ha permitido crear nuevas y mejores técnicas he instrumentos, facilitando el descubrimiento de materiales radiactivos de alto nivel productivo.El auge alcanzado por los métodos de exploración y el perfeccionamiento en sus métodos prospectivos, permitirán a la humanidad contar con yacimientos de gran importancia ya que son estratégicos para el país.Actualmente, cada ciencia se preocupa por presentar sus deducciones de los fenómenos que estudia por medio de métodos o sistemas cada vez más precisos. De allí que los métodos de exploración se perfila como una ciencia de gran confiabilidad, debido a que cada instante se ve influenciada por los avances de gran número de ciencias con las cuales se relaciona.

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