Análisis - Universidad Tecnológica de Pereira

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ANÁLISIS
Instrumental I
Manual de
PRACTICAS DE LABORATORIO
Federmán Castro Eusse
Universidad Tecnológica de PEREIRA
Facultad de Tecnología
ESCUELA DE TECNOLOGIA QUIMICA
Programas en Tecnología Química y
Química Industrial
2014
3
Cuarta edición
2014
Impreso por
medios propios del profesor
© 2014
Federmán Castro Eusse
Tecnólogo Químico U.T.P.
Licenciado en educación Tecnología Química U.T.P.
Especialista en Instrumentación Física U.T.P.
Magíster en Docencia Universitaria U.P.N.
Área de desempeño Docente Química Analítica.
Profesor Titular.
Otros materiales didácticos realizados por el profesor son:
Análisis Instrumental I Algunos Métodos Fotométricos y Electrométricos Apuntes de Clase.
Análisis Instrumental II. Técnicas Cromatográficas Apuntes de Clase.
Monografía sobre medición del pH.
ISBN 8065 – 65 -8
Cámara Colombiana del libro
Agencia ISBN, Bogotá D.E
Enero 2014
Impreso en Colombia – Printed in Colombia
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INTRODUCCION
El manual tiene como finalidad facilitar el desarrollo del programa actual de la asignatura laboratorio de
análisis instrumental I.
En el encontrará: El objetivo general del curso, justificación y metodología de trabajo, contenido del curso,
criterios y forma de evaluación, plan de distribución de prácticas, una orientación para la elaboración de los
informes y la referencia bibliográfica de apoyo para el desarrollo del curso y consultada para la elaboración
del manual.
Para el desarrollo de las actividades en el laboratorio el estudiante debe estar familiarizado con los sistemas
de manejo de datos y debe poseer un conocimiento básico de los conceptos principios y leyes en los cuales
se fundamentan las técnicas analíticas y de las clases de errores que se presentan en el trabajo de laboratorio.
En caso contrario debe consultar un texto sobre análisis instrumental o química analítica de los recomendados
en la bibliografía, en los cuales encontrará buena información al respecto.
De acuerdo con el programa de análisis instrumental I este manual contiene métodos de análisis fotométrico
y electrométrico. De los métodos fotométricos se tratan las técnicas relacionadas con: refractometría,
polarimetría y fotometría visible. No aparecen las técnicas de espectroscopia ultravioleta, infrarroja, absorción
atómica, emisión de llama; ni la cromatografía de gases, las cuales hacen parte del curso de laboratorio de
análisis instrumental II. De los métodos electrométricos se incluyen las técnicas relacionadas con: La
Potenciometría, Conductimetría, Electrogravimetría y culombimetría.
Para desarrollar cada técnica la instrucción presenta: La información sobre el objetivo de la práctica, las
actividades a realizar antes, en y después del laboratorio; la relación de los equipos, materiales y reactivos
necesarios para la ejecución de la práctica, un resumen de conceptos, principios y leyes fundamentales ya
estudiados en el curso teórico sobre los cuales versa la técnica a practicar. Además contiene la parte
operativa, o de ejecución en el laboratorio; aquí se informa el manejo del equipo a utilizar, algunos aspectos
técnicos sobre los mismos y los procedimientos para las determinaciones analíticas típicas a realizar.
Se incluye un formato guía para toma de datos, el cual permitirá consignar los aspectos más importantes a
medida que se desarrolla la práctica y facilita la elaboración del informe; dichos formatos contienen preguntas
de reflexión sobre las actividades realizadas. Aparecen esquemas ilustrativos de los equipos, los cuales
permiten identificarlos en el laboratorio, reconocer cada una de sus partes y llevar fácilmente a la práctica las
instrucciones de manejo. Las prácticas han sido adaptadas a los recursos existentes en el laboratorio, tanto en
servicios, como equipos, vidriería, reactivos y otros materiales.
Los contenidos, extensión y profundidad de las prácticas están relacionados con los objetivos, metodología
intensidad horaria y valor horas crédito de la asignatura. En la novena unidad del manual se presenta un
resumen de lo relacionado con las buenas prácticas de laboratorio y la noma NTC-ISO/IEC 17025.
Como anexo se presenta al final del manual el reglamento de trabajo en los laboratorios de química de la
universidad.
El profesor agradece a los compañeros profesores y alumnos sus comentarios y aportes para el
mejoramiento del presente material docente.
Federmán Castro E
Profesor
Enero de 2014
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INSTRUCCIÓN 1
1. Generalidades
1.1 Objetivos
Aprobado el curso el estudiante estará en capacidad de:
 Distinguir los equipos y las partes básicas de los instrumentos para análisis fotométrico y
electrométrico.
 Conocer la función de cada parte.
 Calibrar y manejar técnicamente los equipos.
 Determinar las condiciones apropiadas para un análisis.
 Aplicar las buenas prácticas de trabajo en el laboratorio.
 Presentar y evaluar resultados.
Lo anterior se logrará mediante la ejecución de prácticas de adiestramiento operativo y de aplicación analítica,
en 16 sesiones de laboratorio de cuatro horas semanales durante el semestre académico.
1.2 Justificación
El curso de laboratorio de Instrumental I, es un complemento al curso teórico de Análisis Instrumental I que le
permite al estudiante aprender las técnicas analíticas instrumentales de uso común y aplicarlas al análisis
químico, cualitativo y cuantitativo, tanto en compuestos orgánicos como inorgánicos, en control de calidad y
procesos.
El estudio de las aplicaciones y limitaciones que presentan estos métodos instrumentales de análisis, junto al
trabajo práctico en la solución de problemas analíticos, proporciona al estudiante herramientas eficaces para
el desarrollo de los laboratorios de otras asignaturas que complementan su formación; permitiéndole hacer
comparaciones con las técnicas volumétricas y gravimétricas de los métodos analíticos clásicos, y provee
elementos de juicio para seleccionar el método de análisis más apropiado, dependiendo de las
determinaciones analíticas a realizar; de los criterios de calidad analítica y de los medios y recursos de que se
disponga.
1.3 Metodología
Para realizar las prácticas en forma racional y eficiente el estudiante deberá revisar previamente los
aspectos físico químicos básicos relacionados con las técnicas analíticas a practicar y formarse una
representación mental de los objetivos y de las actividades a realizar.
Las prácticas serán ejecutadas por subgrupos de 2 estudiantes quienes se ayudarán mutuamente en las
labores de preparación, trabajo en el laboratorio, análisis de resultados y elaboración del informe, pero serán
individualmente responsables del trabajo total o de cualquiera de sus partes.
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1.4 Programa
1.4.1 Introducción
Una Sesión en la cual se explica el contenido del programa y la metodología para el desarrollo del curso,
reglamento y normas de seguridad para el trabajo en el laboratorio. Explicación general sobre el procedimiento
en un análisis químico, ejercicio práctico sobre manejo de datos: tablas, gráficas, cálculos de parámetros de
calidad analítica e información sobre la forma de presentación de los informes.
1.4.2 Refractometría
Dos Sesiones
Reconocimiento de los diferentes modelos de refractómetros y de sus partes externas e internas,
instrucciones de manejo, de calibración y de medición. Análisis cualitativo, análisis cuantitativo de mezclas
binarias, gráficas de calibración. Aplicaciones en control de calidad y procesos.
1.4.3 Polarimetría
Dos Sesiones
Reconocimiento de los diferentes modelos de polarímetros y de sus partes externas e internas, instrucciones
de manejo, de calibración y de medición. Análisis cualitativo, análisis cuantitativo de soluciones ópticamente
activas, gráficas de calibración. Aplicaciones: Fisicoquímicas, en control de calidad y procesos.
1.4.4 Fotometría
Cuatro Sesiones
Reconocimiento de los diferentes modelos de espectrofotómetros y de sus partes externas e internas.
Observación de la función de las partes, instrucciones de manejo, de calibración y de medición. Estudio
cualitativo en la identidad de compuestos por medio de curvas espectrales. Análisis cuantitativo: Gráficas de
calibración, determinación de aniónes, catiónes y otros compuestos. Aplicaciones: En control de calidad y
procesos.
1.4.5 Potenciometría
Dos Sesiones
Reconocimiento de los diferentes modelos de medidores de pH (potenciómetros, pH metros) y de sus partes
externas e internas, instrucciones de manejo, de calibración y de medición. Análisis cualitativo (identificación de
indicadores), cuantitativo: Titulaciones ácido base y Oxido-reducción. Aplicaciones: Fisicoquímicas, en control
de calidad y procesos.
1.4.6 Conductimetría
2 Sesiones
Reconocimiento de los diferentes modelos de medidores de conductividad (conductímetros) y de sus partes
externas e internas, instrucciones de manejo, de calibración y de medición. Mediciones de resistencia
(resistividad) y conductividad (conductividad específica), titulaciones ácido base y de precipitación, gráficas de
calibración. Aplicaciones en: control de calidad y procesos, en la determinación del producto de solubilidad,
del grado de pureza de sustancias y contenido de electrolitos en diferentes productos y procesos.
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1.4.7 Electrogravimetría
Dos Sesión
Reconocimiento de los diferentes modelos de equipos para hacer electrodepósitos (electrolizadores) y de sus
partes externas e internas, instrucciones de manejo, de calibración y mediciones. Estudio del proceso de
electrodeposición y culombimétrico. Análisis cuantitativo (electrogravimétrico y culombimétrico), Aplicaciones:
Fisicoquímicas, en procesos y recubrimientos electroquímicos.
1.4.8 Trabajo final
Una Sesión
Determinación de iones (aniones o catiónes), o de algunos otros compuestos en una muestra preparada
artificialmente, aplicando una cualquiera de las seis técnicas analíticas desarrolladas en el curso, que el
estudiante de acuerdo con los criterios de calidad analítica, considere conveniente aplicar para la solución
del problema analítico.
1.5 plan de prácticas
Métodos Fotométricos
Semana
Subgrupos
AyB
CyD
EyF
G – H -I
1
2-3
4-5
6-7
8-9
Introducción
Introducción
Introducción
Introducción
Refractometría
Polarimetría
Fotometría
Fotometría
Polarimetría
Refractometría
Fotometría
Fotometría
Fotometría
Fotometría
Refractometría
Polarimetría
Fotometría
Fotometría
Polarimetría
Refractometría
Métodos Electrométricos
Semana
Subgrupos
A-B-C
D-E-F
G-H-I
10-11
12-13
14-15
16
Potenciometría
Electrogravimetría
Conductimetría
Conductimetría
Potenciometría
Electrogravimetría
Electrogravimetría
Conductimetría
Potenciometría
Trabajo Final
Trabajo Final
Trabajo Final
1.6 Sistema de evaluación
1.6.1 Actividades a evaluar
A. Preparación previa en aspectos teóricos, planificación de la práctica y cálculos previos.
B. Trabajo en el laboratorio: Cálculos, preparaciones, normas de seguridad, manejo y cuidado de los equipo.
C. Resultados, informe y sustentación del informe.
9
1.6.2 Valor de los criterios de evaluación
Máxima nota 5.00 equivalente a 500 puntos
1.6.3 Distribución en porcentajes y valor en puntos para cada técnica.
Unidad
1
2
3
4
5
6
7
8
Total
Introducción
Técnica analítica
Ejercicio Gráficas
Refractometría
Polarimetría
Fotometría
Potenciómetro
Conductimetría
Electrogravimetría
Trabajo Final
%
5
10
10
25
20
10
5
15
100%
Actividades
A B C
5
5 15
10 15 25
10 15 25
25 40 60
20 35 45
10 15 25
5 10 10
10 15 50
95 150 255
Puntos
25
50
50
125
100
50
25
75
500
1.7 Instrucciones para elaborar los informes1
Presentar un buen informe técnico no es difícil y debemos darle toda la importancia que tiene, porque en ellos
damos a conocer nuestra claridad mental sobre un tema y nuestra capacidad para hacernos entender en forma
analítica y sintética. Se han establecido normas para su elaboración y presentación con el propósito de que
sean fáciles de leer, de entender y concisos, sin sacrificar su contenido y profundidad.
En el caso sencillo de una práctica tenemos oportunidad de aplicar algunas de dichas normas y criterios,
dejando de ser el informe algo mecánico. Se puede seguir la norma Icontec o las relacionadas para la
publicación de artículos científicos para su presentación o tener en cuenta como mínimo las siguientes
indicaciones:
1.7.1 Tipo de papel: Tamaño carta, blanco. Se define el tamaño para facilitar el manejo y archivo. No debe
haber ninguna hoja, gráfico o anexo más pequeño ni que sobresalga. Por esto si existe una gráfica grande se
deberá plegar convenientemente.
1.7.2 Carátula: Debe contener: nombre de la institución o empresa, título del informe, autor y fecha. El título
del informe debe ser muy conciso pero escogido para que dé una idea que corresponda con el contenido,
algunos asignan la frase del título después de elaborar el informe, generalmente es algo casi evidente.
1.7.3 Introducción: Con ella se empieza el informe, pero a veces es mejor redactarla de último. La
introducción debe dar una idea general pero muy sintética del contenido del informe. Debe expresar el objetivo
de la práctica, las dificultades y limitaciones de importancia que se presentaron, se menciona en forma global
los estudios realizados, el principal equipo empleado y la sustancia o sustancias sin anotar resultados
experimentales.
1.7.4 Contenido: La forma de presentación varía según se trate de una investigación, de un trabajo técnico o
de una práctica. Para el caso de una práctica consultada, planificada, ejecutada y evaluada por el
estudiante, se iniciará con el resumen de la consulta y con la explicación de las relaciones pertinentes; luego
Recuerde: para elaborar sus informes y gráficas fácilmente siga las anteriores instrucciones. Por favor consúltelas y póngalas en práctica. Esto le facilita el
trabajo.
1
10
vendrá el plan de la práctica. Si la práctica tiene resumen teórico e instrucciones detalladas, estas no se
transcriben ni se anexan al informe. Basta anotar y describir brevemente el sentido de aquellas relaciones o
conceptos que fueron objeto de análisis en la práctica. Luego se describe el equipo y sus características
técnicas, también se informa sobre su estado de funcionamiento. Si el dibujo o esquema se encuentra en
la instrucción no es necesario repetirlo. Es mejor estudiar catálogos o software demostrativos y mencionar
los nuevos modelos de equipos especificando sus características técnicas más avanzadas y funcionales. Si
considera conveniente hacer un esquema, hágalo en forma sencilla y clara. Recuerde en la práctica se
aprenden cosas que no están en las instrucciones. Se debe considerar las aplicaciones del equipo y las
técnicas analíticas en el control de calidad y procesos de diferentes productos industriales.
Viene luego lo relativo a estudios; esto es, datos, resultados, observaciones y conclusiones. Su presentación
debe pensarse un poco. Si una práctica tiene varias partes, quizá cada una tenga un sentido completo y
además en su conjunto cumplan un propósito general. En este caso se presentará todo lo relativo a una parte:
Consulta bibliográfica, preparaciones, datos experimentales, cálculos, tablas, gráficas, observaciones y
conclusiones propias de esa parte. Luego se coloca un título y se desarrolla la siguiente parte. Al final irán las
observaciones, discusión, evaluación de resultados y conclusiones generales, si las hay. Pero si existen varias
partes íntimamente relacionadas y la información se puede condensar en una tabla común, o en gráficas
superpuestas, no se debe disgregar innecesariamente, porque se pierde el sentido de correlación y se dificulta
la comparación, el análisis y las conclusiones.
1.7.5 Aclaraciones
1.7.5.1 ¿Qué son los datos y resultados?
Es toda la información cualitativa y cuantitativa sobre los hechos y fenómenos experimentales estudiados o
directamente derivados de ellos; tales como clases de muestras, cálculos para preparaciones, cantidades,
concentraciones, mediciones, cualidades sensoriales, gráficas, cálculos de constantes o valores a partir de las
mediciones, criterios de calidad analítica y parámetros estadísticos, cálculos de error, datos bibliográficos, etc.
1.7.5.1.1 Discusión de resultados
Consiste en examinar juiciosa y minuciosamente los resultados experimentales, confrontándolos con los
verdaderos o esperados, para determinar su confiabilidad o posibles mejoras en la forma de obtenerlos.
1.7.5.2 ¿Qué es una observación?
Son notas aclaratorias de los factores o hechos que se considera que afectaron la precisión o exactitud de las
apreciaciones o mediciones experimentales, tales como limitaciones o fallas instrumentales, químicas y
operativas, cambios o aproximaciones fortuitas en la metodología, etc. Deben ser hechos concretos y
realmente observados.
1.7.5.3 ¿Qué es una conclusión?
Es todo lo que se deduce del análisis crítico de los resultados, por ejemplo si se cumplió o no una ley y por
qué, la identificación de una sustancia, si el error de las mediciones es o no normal y por qué, si la práctica tuvo
o no éxito y por qué, recomendar un cambio en la metodología o un estudio adicional y por qué, etc. Esto es la
parte final y no debe faltar.
1.7.5.4. Presentación de los datos y los resultados
El informe debe ser conciso pero suficientemente explícito y claro para que no sean necesarias explicaciones
verbales. No omitir títulos o subtítulos para separar las partes independientes o las etapas de la práctica. No
reducir el informe a una simple transcripción de datos y operaciones; tratar de darle forma usando frases cortas
11
para anunciar o explicar la parte numérica. Antes de hacer un cálculo se debe definir el significado de los
símbolos y de los valores que aparezcan en él.
1.7.6 Tablas
En lo posible, los datos y resultados deben ordenarse en forma de tabla. Si en una tabla hay columnas o filas
que son resultado de operaciones, se debe explicar la forma de hacer el cálculo, es decir, los cálculos
repetitivos se hacen una sola vez como ejemplo.
Encima de la tabla debe haber un título que informe las variables que se analizan, las condiciones y factores
que permanecieron constantes y que afectarían los resultados si se cambiaran; además en dicho título se debe
dar referencias de las gráficas trazadas con datos de la tabla.
Cada columna o fila de la tabla se identifica con el nombre de la variable y sus unidades. La primera columna o
fila, según sea la disposición de las variables en la tabla, será para la numeración continua de las filas o
columnas de la tabla. La segunda para la variable independiente; la tercera para la variable dependiente. Los
valores anotados en cada columna deben tener el mismo número de cifras decimales.
1.7.7 Gráficas
Se puede usar el papel en forma horizontal o vertical, pero la abscisa será siempre para la variable
independiente.
Debajo de la gráfica irá un título similar al de las tablas. Además, cada coordenada se marca con la escala
numérica, el nombre de la variable (no el símbolo) y sus unidades. Por eso al trazar las coordenadas se deja
espacio suficiente para escribir esta información. Al mirar una gráfica de calibración debe verse una sola línea
continua sin cambio de pendientes al azar o repentinos; la línea que se trace, recta o curva, debe ser un
representación de la tendencia promedio del fenómeno, puede aparecer dispersión de datos a lado y lado de la
línea indicativa del grado de correlación entre las variables o el grado de precisión experimental.
Los símbolos para ubicar los puntos experimentales (cruces, triángulos, círculos pequeños) no deben ser muy
tenues para que se noten después de trazar la línea. Sí en el mismo papel van varios gráficos, use símbolos
diferentes para los puntos de cada una.
Cualquier extrapolación de una línea más allá de los puntos experimentales se debe hacer con línea
discontinua. Lo mismo si hay una zona de la línea que se considera que no está definida por carencia de
datos.
Un problema secundario, pero incomodo, se presenta cuando los números con los que hay que trabajar son
muy grandes (por ejemplo, un millón, 1.000.000) o muy pequeños (por ejemplo, una millonésima, 0.000001).
Cómo deberían distribuirse las divisiones principales de los ejes en estos casos? escribir todos los números
requerirían tanto espacio que las señales estarían muy juntas y serían difíciles de leer.
El siguiente arreglo resuelve esta dificultad: Un número como 1.000.000 se indica en el eje simplemente como
"1". Se designa el eje si es el " " como
, puede ser muy confuso, por lo menos la primera vez que
se usa. Para obtener un dato es necesario tener en cuenta que
; por lo tanto:
12
En este procedimiento, un valor como 0.000001 debe indicarse en el eje de la siguiente manera: "1" con la
notación en la parte inferior de que la cantidad que representa en la gráfica es
; por lo tanto
, iguales consideraciones se tienen en cuenta si la representación de los números es
en el eje .
1.8 Representación de datos por medio de gráficas
Al trazar cualquier gráfica a partir de un cuadro de datos experimentales que expresan
deben considerar los siguientes criterios:
en función de , se
a. La gráfica debe ser clara, fácil de leer y de construir. En particular, debe ser posible precisar valores de y
de un punto con un mínimo de esfuerzo y ver de inmediato lo que representan (por ejemplo: absorbancia,
transmitancia, intensidad, índice de refracción, ángulo de giro, conductividad, pH, mili-voltios, longitud
de onda, número de onda, emisión, área, volumen, peso, concentración etc.)
b. La gráfica debe abarcar la mayor parte del papel o la pantalla y no debe estar limitada a un área
pequeña. Si los puntos sobre la gráfica se encuentran muy juntos pierden mucho de utilidad.
Para aplicar las consideraciones anteriores, se puede construir una gráfica con los datos de la siguiente tabla:
Tabla No. 1 Datos para cuantificar polimétricamente una sustancia ópticamente activa y trazar la
gráfica 1. Tomados a una temperatura de 25C
No. Patrón
1
2
3
4
5
Muestra
Problema
12.0 16.0 20.0
X
Concentración: 4.0 8.0
g/100 mL
Ángulo de giro 6.2 11.5 18.8 24.3 29.6
° Angulares
15
1.8.1 Procedimiento para construir la gráfica:
1. Distribuir el papel milimetrado (de uso corriente para gráficas), dejando en la parte baja los espacios
necesarios para los nombres de la variable y el título de la gráfica.
2. Observar el número de divisiones principales en ambos ejes.
3. Definir los valores para el origen en el eje y en el eje .
4. Establecer el intervalo de los datos a Graficar, (dato mayor menos dato menor).
5. Definir los valores de las divisiones principales y dar los valores de la escala, dividir el número de divisiones
principales o secundarias disponibles por el número de unidades a graficar y redondear las cifras buscando
obtener múltiplos de 1, 2 o 5. (Algunas veces es necesario para obtener una buena escala aplicar ensayo y
error)
6. Numerar las divisiones principales.
13
7. Marcar los ejes con los nombres de las variables y sus unidades.
8. Ubicar cada punto.
9. Trazar la gráfica. (Ver gráfica 1 página 17)
10. Extrapolar (usar línea discontinua). (Ver gráfica 2 página 18)
11. Dar un título a la gráfica (en la parte inferior del eje ).
12. Escribir la ecuación de ajuste por mínimos cuadrados si se efectúo. (Ver gráfica 3 página 18)
13. Referenciar la tabla de datos con la cual se construye.
1.8.2 Ajuste de la línea por el método de mínimos cuadrados
Muchos procedimientos analíticos utilizan mediciones instrumentales de un parámetro
directamente proporcional a la concentración de la analita.
físico que es
La determinación de la concentración, midiendo: la Absorbancia de una solución con un espectrofotómetro, el
área bajo los picos obtenidos en un cromatograma, el índice de refracción con un refractómetro de Abbé, el
ángulo de giro en un polarímetro, son ejemplos típicos. Se prepara la serie de soluciones de concentración
conocida y se obtiene la respuesta del instrumento para cada uno de estos patrones.
Luego la respuesta se gráfica contra la concentración para obtener una curva de calibración. En muchos casos
existe una relación lineal entre la concentración y la respuesta del instrumento, es decir, la gráfica es una línea
recta. Sin embargo, los puntos experimentales rara vez caen exactamente sobre la línea debido a los errores
indeterminados en las lecturas del instrumento. El problema que enfrenta el analista es trazar la mejor línea
recta a través de los puntos, para así minimizar el error al determinar la concentración de una muestra
desconocida utilizando la gráfica de calibrado. Es un proceso subjetivo decidir por donde se ha de trazar la
línea y sin duda diferentes analistas podrían diferir un poco en su decisión. Por fortuna, la estadística provee
una relación matemática que permite al químico calcular objetivamente la pendiente y la ordenada al origen de
la mejor línea recta. En estadística se llama análisis de regresión a este procedimiento y, cuando se aplica al
caso más simple, el de la relación en línea recta, se llama método de mínimos cuadrados. Al utilizar la
gráfica de calibración, no sólo se puede determinar la mejor línea recta, también se pueden especificar las
inexactitudes. Las deducciones matemáticas de éste método están fuera del alcance de éste curso. Los libros
de estadística y quimiometría pueden proveer de buena información a los interesados.
Se ilustra el método aplicándolo al caso correspondiente a los datos de la tabla No.1.
En nuestro trabajo de laboratorio con las técnicas relacionadas con fotometría de absorción y emisión,
refractometría, polarimetría, Conductimetría, cromatografía; la relación entre las variables que analizamos
obedecen la ecuación de la línea recta.
( )
Donde
es la pendiente (llamada sensibilidad de calibración en los criterios de calidad analítica), y la
ordenada al origen (el software de algunos equipos hace la ordenada al origen igual a cero en la regresión
lineal por cero, si se le ordena). También se considera que los errores de , las concentraciones de los
patrones, están libres de error. Se supone que el hecho de que los puntos que representan los datos no caigan
exactamente sobre la línea se debe por completo a los errores indeterminados en las lecturas del instrumento
14
. La suma de los cuadrados de las desviaciones de las lecturas reales del instrumento y los valores correctos,
son minimizados al ajustar los valores de la pendiente, y la ordenada al origen . Si en verdad existe una
relación lineal entre y , la línea pasará a través de la mejor estimación de los valores verdaderos de la
media.
La estadística proporciona las siguientes ecuaciones para encontrar la pendiente
(
( )
)
(
y el intercepto :
( )
)
Donde representa el número de puntos empleados. La tabla No.2 contiene no sólo los valores de y de
la tabla No.1, si no también los valores , ,
y de la suma de todos estos términos que son necesarios
para determinar los valores de la pendiente , el intercepto , de acuerdo a las ecuaciones ( ) y ( ).
Las calculadores científicas y programas como Excel permiten trabajar con la regresión lineal lo cual facilita
determinar estos valores y construir las gráficas. Los equipos modernos de instrumentación química (Ej. Los
espectrofotómetros geneyis 5,10, shimadzu UV-1700, evolution 60, evolution 201) vienen dotados con
software estadístico y graficador para manejar los datos y presentar los resultados analíticos.
Tabla No. 2 Método de mínimos cuadrados
4
6.2
24.8
16
38.44
m=
8
11.5
92
64
132.25
12
18.8
225.6
114
353.44
60  90.4 - 5  1323,2
= 1.48
(60 )2 - 5  880
16
24.3
388.8
256
590.49
b=
20
29.6
592.0
400
876.16
1323,2  60 - 90.4  880
= 0.2
(60 )2 - 5  880
Reemplazando estos valores en la ecuación ( ) tenemos:
Y reemplazando los valores de de la tabla No.1 obtenemos los nuevos valores para , de manera que al
graficarlos se deben obtener puntos que caen dentro de la línea recta, eliminando la subjetividad para trazar la
gráfica con los datos experimentales.
Tabla No. 3 Valores de
Temperatura 25C
en función de ajustados por mínimos cuadrados para trazar la gráfica 3.
4.0 8.0 12.0 16.0 20.0
6.1 12.0 18.0 23.9 29.8
15
Figura 1.1 Gráfica de calibración para cuantificar una sustancia ópticamente activa (sin
extrapolación a cero y sin ajustar por mínimos cuadrados)
Figura 1.2 Gráfica de calibración para cuantificar una sustancia ópticamente activa (considerando
en cero el origen para las coordenadas x y, ajustada por mínimos cuadrados)
16
Figura 1.3 Gráfica de calibración para cuantificar una sustancia ópticamente activa (extrapolando a
cero y ajustada por mínimos cuadrados)
17
18
1.8.3 Ejercicio de aplicación 2
Para cuantificar por refractometría una mezcla de dos solventes orgánicos de concentración desconocida, los
datos obtenidos en el laboratorio para ser graficados, se consignaron en la tabla siguiente:
Tabla No. 4 Datos
Patrón No.
Concentración
mL de soluto/100 mL solución
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
10.0
20.0
30.0
40.0
50.0
60.0
70.0
80.0
100.0
X
1.3330
1.3360
1.3400
1.3420
1.3440
1.3480
1.3500
1.3535
90
.0
1.3580
1.3615
1.3410
1. Siga las instrucciones dadas para la elaboración de las gráficas y grafique en papel milimetrado los datos de
la tabla No.4
2. Construya la gráfica.
3. Si hay puntos que salen de la recta, haga un ajuste por mínimos cuadrados.
4. Construya nuevamente la gráfica con los datos obtenidos, indique la ecuación con la cual realizó el ajuste.
5. Según la tabla de datos inicial, dentro de qué rango de concentración se encuentra la concentración x? De
la solución problema Sp.
6. Según la primera gráfica, cuál es el valor de la concentración x de la solución problema Sp?
7. Según la segunda gráfica (ajustada por mínimos cuadrados), cuál es el valor de la concentración x de la
solución problema Sp?
8. Cuál es el valor de la concentración x de la solución problema Sp calculado mediante el uso de la ecuación?
9. Cuál de los cuatro valores de concentración para x Encontrados para la solución problema Sp considera de
mayor confiabilidad y por qué?
10. A un estándar de la misma solución con una concentración del 55% se le determinó el índice de refracción
a 27C, obteniéndose un valor de 1.3460.
10.1 Halle su concentración mediante el cálculo con la ecuación.
10.2 Con qué porcentaje de error determinó la concentración del estándar, mediante el uso de dicha gráfica o
la ecuación. Para el cálculo utilice la expresión:
Donde:
porcentaje de error
2
Nota: El presente ejercicio debe ser desarrollado por cada subgrupo de estudiante y entregado antes del próximo laboratorio. Cualquier duda que se
presente en su realización por favor consultarla al monitor o al profesor.
19
dato experimental
dato real
10.3 Si la técnica admite un % de error de  2%. ¿Se encuentra dentro de éste margen?
10.4 Si el error es mayor o menor de  2% y proviniera de un trabajo experimental que haría para corregirlo?
10.5 ¿Cuál es el posible porcentaje de error con el cual determinó la concentración de la solución problema x
con respecto al % de error cometido con el estándar, si tanto la muestra como el estándar se trabajaron en
igualdad de condiciones?. Para el análisis de estos datos considere los valores encontrados para la solución x
y el estándar mediante la aplicación de la ecuación.
10.6 Considerando el
si es mayor o menor de  2%, corrija la concentración de la solución problema
x Considerando el % de error cometido.
10.7 Calcule el % de error instrumental con el cual determinó la concentración del estándar y de la solución
problema x, teniendo como base una incertidumbre en la medición del de
para cada medida.
(Consultar fórmula para calcular el % de error instrumental refractométrico cuando se utiliza gráfica de
calibración en la página 34)
10.8 Calcule la sensibilidad de calibración, el límite de detección y el límite de cuantificación de la
técnica, usando los datos de la gráfica de calibración ajustada por mínimos cuadrados o la ecuación.
11. Haga el cálculo del coeficiente de correlación de la gráfica ajustada por mínimos cuadrados y la
interpretación del dato obtenido. (Consultar lo relacionado con el manejo de datos en libros de química
analítica y textos de estadística o quimiometría).
20
1.9 Procedimiento a seguir en un análisis químico3
1.9.1 Toma de la muestra: Tomar una muestra homogénea y Representativa de la materia objeto de
análisis.
1.9.2 Conservación de la muestra: si no, es posible su análisis Inmediato, puede ser necesario
cualquiera de los siguientes procedimientos:
a.
b.
c.
d.
Adicionar conservantes.
Conservar a temperatura superior a la ambiente (calefacción).
Conservar a temperatura inferior a la ambiente (refrigeración).
Protección de la luz para evitar descomposición por foto reacciones (guardar en frasco color ámbar
o recubierto en papel color negro o en un cuarto oscuro).
e. Conservar en desecador para evitar su hidratación.
f. Conservar en atmósfera inerte para evitar su oxidación (por ejemplo en atmósfera de N2).
1.9.3 Selección de la técnica analítica de acuerdo con los siguientes criterios:
a. La exactitud y precisión requerida.
b. Cantidad de muestra disponible.
c. Intervalo de concentración.
d. Sensibilidad y límite de detección.
e. Interferencias, selectividad.
f. Número de muestras.
g. Propiedades fisicoquímicas de la matriz de la muestra.
h. Costos.
I. Tiempo.
j. Facilidad y comodidad.
k. Disponibilidad del equipo.
l. Habilidad del operador.
1.9.4 Tomar un alícuota: Es una parte proporcional al Tamaño de la muestra. Pesar una cantidad (en
base seca o base húmeda). O Medir un volumen. Esta es la base para relacionar la parte (analita), con
el todo (La muestra) y hacer los cálculos cuantitativos.
1.9.5
3
Tratamiento de la muestra: depende de la técnica analítica y puede comprender los
siguientes procesos según el método analítico seleccionado:
Se debe consultar y tener muy en cuenta para el análisis Químico y trabajo en el laboratorio.
21
a. Triturado, tamizado, homogeneizado (mezclado), Disolución (si se trata de sólidos).
b. Eliminación de sustancias interferentes o separación del compuesto de interés: esto incluye técnicas
adicionales de filtración, destilación, centrifugación, precipitación, sublimación, cristalización, formación de
complejos, intercambio iónico, electrólisis, cromatografía etc.
1.9.5.1 Tratamiento simultáneo con la muestra de un estándar
confiabilidad en los resultados del análisis.
certificado para garantizar la
Precaución: En los pasos 1.9.1, 1.9.2, 1.9.4, 1.9.5 es donde se puede cometer el mayor número de
errores.
1.9.6 Preparaciones de:
1.9.6.1 patrones los cuales son la base para comparar la muestra.
1.9.6.2 Preparación del blanco.
1.9.7 Manejo del equipo: Conocer la forma de operar correctamente el equipo con las precauciones y
normas de seguridad tanto para la integridad física del analista como la del equipo.
1.9.8 Lectura del parámetro a medir en el quipo de los patrones, muestras y estándar.
1.9.9 Manejo de datos:
1.9.9.1 Construcción de tablas de datos.
1.9.9.2
1.9.9.3
1.9.9.4
1.9.9.5
Construcción de gráficas.
Obtención de expresiones matemáticas (Ecuaciones).
Interpolación de datos de la muestra y el estándar para hallar los resultados.
Parámetros estadísticos (Cálculos de: media, desviación estándar, varianza, coeficiente de
variación).
1.9.9.6 Exactitud (cálculos de error: % de error, error Absoluto, error relativo, sesgo).
1.9.10 Interpretación, evaluación y discusión de los resultados, con base en los criterios de calidad
analítica: Incertidumbre, Exactitud, precisión, confiabilidad, error instrumental, Sensibilidad de calibración,
sensibilidad analítica, límite de detección, límite de cuantificación, selectividad, reproducibilidad
fundamentos y conceptos de las buenas prácticas de laboratorios y aseguramiento de la calidad en los
Laboratorios de Química Analítica (Norma ISO 17025). Informes de resultados (formatos, manejo de
software)
1.9.11 Grabar condiciones del análisis y resultados o simplemente anotarlos.
1.9.12 Convalidar la técnica analítica, estandarizarla, normalizarla y certificarla ante la entidad
competente.
22
Programas en Tecnología Química y química Industrial
Laboratorio de Análisis Instrumenta I
INSTRUCCIÓN 2.0
2.1 Practicas de refractometría
Objetivos: Reconocimiento de los diferentes modelos de refractómetros y de sus partes externas e internas,
distinguir los componentes básicos de un refractómetro y su función. Calibrar y manejar correctamente el
refractómetro. Medir el índice de refracción y calcular la refracción específica y molar de diferentes tipos de
sustancias para su identificación. Analizar cuantitativamente mezclas binarias comunes mediante la variación
del índice de refracción con la composición de la mezcla, utilizando gráficas de índice de refracción contra
concentración.
Determinación del grado brix a diferentes sustancias. Aplicar la técnica refractométrica en el control de calidad
de: Licores, jarabes, solventes, alimentos y otros productos comerciales.
Conocer las características técnicas de los nuevos modelos de refractómetros mediante catálogos, videos o
software demostrativos.
Actividades
a. Estudiar la instrucción 2.0 Al entrar al laboratorio debe Conocer su contenido.
b. Realizar los cálculos matemáticos requeridos para la preparación de los reactivos y patrones con
anterioridad a la ejecución de las determinaciones.
b. Realizar en el laboratorio la instrucción 2.5
c. Aplicar las normas de las buenas prácticas de laboratorio (Leer la instrucción 9 página 197).
d. Llenar el formato guía para toma de datos 2.6
Equipos materiales y reactivos
1 refractómetro, con termómetro, sistema termostático y llave o atornillador para calibrarlo.
1 gradilla.
12 tubos de ensayo de 100x12
1 frasco lavador de polietileno.
1 pipeta graduada en centésima o milésimas de 1 mL.
1 Pera pipetiadora de tres vías, jeringa o dispensador.
23
1 gotero.
Algodón o papel suave para la limpieza del refractómetro.
1 sustancia (líquido puro) de índice de refracción conocido para calibrar el Refractómetro.
1 vidrio de calibración para calibrar o verificar la calibración del refractómetro.
Alcohol o acetona para la limpieza de los primas.
2 solventes orgánicos de los cuales debe conocer su
, densidad, peso molecular y % de pureza.
Solución de cloruro de níquel 0.25 M
Alfabromonaftalina o anilina como líquido de contacto para sólidos.
Problema (P1): Sustancia líquida transparente. Para hallarle el índice de refracción e identificarla.
Problema (P2): Líquido coloreado. Para hallarle el índice de refracción usando luz transmitida y luz reflejada.
Problema (P3): Un sólido. Para hallarle el índice de refracción.
Problema (P4): Solución de sacarosa para determinación de los grados Brix.
Productos comerciales para hallar el brix (salsa de tomate, mermelada, mil de abejas, licores, almíbar etc.)
Problema (P5): Mezcla binaria de los dos solventes orgánicos
Para hallar su composición cuantitativa.
Problema (P6): Solución coloreada de cloruro de n para hallar su concentración.
Problema (P7): Producto comercial para hallar su concentración.
24
2.2 Índice de refracción
Cuando una radiación incide de un medio a otro en forma no perpendicular, se desvía de su dirección, decimos
que se refracta. Este fenómeno se debe al cambio de velocidad de la radiación al pasar de un medio a otro.
En el vacío las radiaciones se muevan con la máxima velocidad
. El índice de
refracción de una sustancia, se define como la relación . Siendo la velocidad de la radiación en el vacío, y
la velocidad de la radiación en la sustancia.
El valor del índice de refracción de una sustancia depende de la temperatura, de la longitud de onda de la
radiación y de la pureza De la sustancia. Oscila entre 1.3 y 1.8 para líquidos y entre 1.3 y 2.5 para sólidos,
aproximadamente.
2.3 Dispersión
Si un haz contiene radiaciones de diferente longitud de onda, cada radiación se desviará a un ángulo diferente
al pasar de un medio a otro. Decimos que el haz se dispersa. El grado de dispersión producida depende de la
sustancia a la cual entra el rayo. Más exactamente depende de como varía el índice de refracción de la
sustancia en función de la longitud de onda de la radiación.
2.4 Refractómetro de Abbé
Es un instrumento que sirve para determinar el índice de refracción de una sustancia con la línea del sodio,
así como sus propiedades dispersivas, y grados brix usando luz blanca o luz de sol. La luz blanca es una
mezcla de radiaciones con longitudes de onda desde 400 hasta 800 nm.
2.4.1 Partes de un refractómetro de Abbé.
Independientemente del modelo, diseño o marca, un refractómetro de Abbé consta de las siguientes partes
esenciales (observar diagrama figura 2.1):
a Fuente de luz blanca: la luz solar, un bombillo o una lámpara.
b y c Dos prismas de cuarzo o de vidrio: entre estos dos prismas se coloca la sustancia cuyo índice de
refracción se va a determinar. El prisma b se denomina prisma de iluminación, se distingue por que la
superficie que toca la sustancia no es pulida. No debe ser pulida para que produzca luz difusa que penetre a la
sustancia a analizar en diferentes direcciones.
El prisma c se denomina prisma de medición y tiene la superficie pulida. Es esencial conservarla pulida, no se
debe rozar con pipetas de vidrio u objetos que puedan rayarla.
d Espejo giratorio: Sobre este espejo llegan los rayos que se refractan al pasar de la sustancia al prisma de
medición y producen una zona iluminada y una zona oscura donde no llega ningún rayo. La posición del límite
de las dos zonas depende del índice de refracción de la sustancia que se coloque entre los prismas. El control
que gira este espejo se llama perilla de medición. Girando el espejo se puede hacer que el rayo llegue hasta el
ocular.
25
Figura 2.1 Diagrama de las partes de un refractómetro de Abbé
e Escalas de lectura: Hay una escala de Índices de refracción y otra en porcentaje que corresponde a los
grados Brix o porcentaje de sólidos. Estas escalas van unidas al espejo que se mueven cuando el espejo
gira.
f Prismas amici giratorios o compensador de dispersión: Con base en el giro de estos prismas se pueden
determinar las propiedades dispersivas de la sustancia, así: la luz blanca al refractarse se dispersa en los
colores que la componen; por eso el límite entre la zona oscura y la zona iluminada aparece coloreado, girando
el compensador de dispersión se vuelven a mezclar los colores hasta obtener un límite bien definido y no
coloreado. La magnitud de giro necesario se lee en una escala y se denomina factor de dispersión Z.
La dispersión media D, se calcula como A + Bb. (características de cada refractómetro). El valor de las
constantes A y B se obtienen de tablas con base en el dato del índice de refracción de la sustancia, la
constante b se obtiene de tablas con base en el dato del factor de dispersión.
g, h, i Lente de calibración, retículo y ocular de enfoque: El retículo h son dos líneas muy finas que se
cortan en cruz, trazadas sobre un vidrio esmerilado que sirve como pantalla receptora del rayo de luz. Aquí
observamos la zona oscura y la zona iluminada si miramos por el ocular de enfoque, i.
26
2.5 Manejo del refractómetro
2.5.1 Instalación y limpieza
a. Saque con precaución el instrumento de su estuche e instálelo en un sitio firme. Si el refractómetro
usa luz solar, colóquelo en forma que llegue buena luz a la ventana del prisma de medición, con los
diagramas dados en el manual para cada refractómetro realice un reconocimiento de las partes internas
y externas; siga las instrucciones de manejo.
b. Instale el termómetro y ajuste el sistema Termostático a la temperatura deseada.
c. Separe los prismas levantando el prisma de iluminación. Limpie muy bien la superficie de ambos
prismas y las zonas aledañas, use una mota de algodón pequeña o un papel muy suave humedecido
con alcohol o acetona para retirar la suciedad por frotamiento, y luego un algodón seco para absorber y
secar.
Deseche los algodones usados y repita la operación hasta la limpieza total. Cualquier contaminante
afectará la medida que efectúe.
Precaución: Tenga cuidado de no rayar los prismas, no los roce con materiales u objetos duros o
ásperos. Al terminar el trabajo el instrumento debe guardarse limpio interna y externamente.
2.5.2 Calibración:
El Refractómetro se puede calibrar usando un líquido o un vidrio de índice de refracción conocido que
normalmente viene con el instrumento.
2.5.2.1 Calibración usando un líquido de referencia:
a. Ponga a circular el sistema termostático y ajústelo hasta que el termómetro del refractómetro le
marque en forma constante la temperatura deseada.
b. Sobre el prisma de medición limpio y seco coloque unas gotas del líquido de índice refracción
conocido hasta humedecer toda la superficie del prisma a la temperatura empleada. Cierre los
prismas y ajústelos bien. Normalmente el líquido más utilizado es agua con un alto grado de
pureza, para lo cual puede seleccionar el índice de refracción según la temperatura en la siguiente
tabla:
Tabla No. 2.5.1 Índice de refracción del agua de
Temperatura
°C
a
medido con la línea del sodio.
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
1.3335
1.3334
1.33333
1.3332
1.3331
1.3330
1.3329
1.3328
1.3327
1.3326
1.3325
1.3324
c. Si el líquido es transparente y poco coloreado las medidas se hacen con luz transmitida, para lo
cual se debe abrir la ventana del prisma de iluminación y cerrar la ventana del prisma de medición. Si
el líquido es opaco la medida se hace con luz reflejada y las ventanas van al contrario.
d. Mirando por el ocular ilumine la escala de índice de refracción lo mejor posible. Luego gire el ocular
para enfocar la escala hasta verla nítida.
27
e. Girando la perilla de medición se lleva la escala a indicar exactamente el índice de refracción del
líquido hasta el cuarto decimal. Ilumine bien el campo óptico.
f. Se Gira la perilla del compensador de dispersión hasta eliminar cualquier coloración que tenga el
límite del claro-oscuro. Pude ser necesario mover de nuevo el ocular para ver nítido el claro-oscuro
y el retículo.
g. Si el límite del claro-oscuro no coincide con el cruce del retículo, el refractómetro está
descalibrado. Para calibrarlo se gira el lente de calibración hasta llevar el claro-oscuro a coincidir con
él, usando una llave o un destornillador adecuado, o en otros modelos se ajusta el cloro oscuro con el
cruce del retículo y se mueve con la llave la escala hasta obtener el índice de refracción de la
sustancia de referencia.
2.5.2.2 Calibración con el vidrio.
a. Se ubica el baño termostático a la temperatura indicada en el vidrio de calibración.
b. Se Colocan dos gotas de Alfabromonaftalina o anilina sobre el prisma de medición limpio y seco.
c. El vidrio de calibración tiene dos caras perpendiculares pulidas. Coloque la cara mayor sobre las
gotas; la cara menor debe dirigirse hacia la fuente de luz. Presione un poco el vidrio para repartir
uniformemente el líquido.
d. Continúe con los pasos d, e, f, g, de la instrucción 2.5.2.1
2.5.3. Medición del índice de refracción de una sustancia
Nota: Si es un material sólido, se debe preparar puliendo perfectamente dos caras perpendiculares si el
material es transparente, o puliendo una cara si es opaco.
a. Se Realizan los pasos a, b y c de la instrucción 1.5.2.1 si se trata de un líquido, o los pasos a, b y c
de la instrucción 2.5.2.2 si es un sólido.
b. Mire por el ocular el campo óptico y gire la perilla de medición hasta que aparezca el claro-oscuro.
Ajuste el ocular para enfocar el retículo, elimine cualquier coloración girando el compensador de
dispersión y finalmente lleve el claro-oscuro hasta el cruce del retículo, con toda precisión.
c. Ilumine la escala, enfóquela y lea el índice de refracción, hasta el cuarto decimal.
d. Para calcular las propiedades dispersivas de la sustancia, si son requeridas, lea el factor Z en la
graduación que tiene el compensador de dispersión.
Observaciones:
 El líquido de contacto para sólidos (como la Alfabromonaftalina o la anilina4 ), debe tener un Índice
de refracción mayor que el sólido, ojalá cercano al índice del prisma.
 Si aparecen sombras irregulares o el límite del claro-oscuro es incompleto se debe a falta de sustancia
o mal ajuste de los prismas. Pueden presentarse también por presencia de burbujas o de líquidos
inmiscibles.
4
Precaución: Son sustancias tóxicas manipularlas cuidadosamente.
28
 Si el contraste del claro – oscuro no es bueno puede ser: mala limpieza, deficiente iluminación,
suciedad en las ventanas, ventanas abiertas al mismo tiempo, o propio de la sustancia.
 Si se van a analizar soluciones o compuestos volátiles, debe colocar cantidad suficiente, cerrar
inmediatamente los prismas y leer sin demora. Si ocurre que la solución se le evapora parcialmente,
debe secar los prismas y usar nueva muestra.
2.5.4. Medida de grados brix
Se procede como para la determinación del índice de refracción de líquidos, pero se lee en la escala que
está frente a la escala de índices de refracción. Observe que cero grados Brix corresponden a un índice de
refracción de 1.3330 que es el índice de refracción del agua pura, medido a 20°C.
Aclaración: Esta escala indica porcentajes de sacarosa sólo si es una solución de sacarosa pura y se mide a
20°C.
Sin embargo, se usa para determinar aproximadamente los "grados Brix"5.Si la lectura no se hace a 20°C se
debe aplicar una corrección al respecto. (Ver tabla: 2.6.6 página 37)
2.5.5.
Análisis de mezclas
La composición de mezclas líquidas sencillas y homogéneas, pueden determinarse por las mediciones del
índice de refracción, después de que se haya preparado una gráfica de calibración. Algunos de los requisitos
para obtener un análisis seguro son:
a. precisión instrumental apropiada para la medición del índice de refracción.
b. Una gráfica de calibración de buena linealidad del índice de refracción contra el parámetro de
concentración utilizado.
c. Una variación representativa del índice de refracción con pequeños cambios en la concentración.
d. Una pendiente significativa de la gráfica de calibración para obtener una mayor sensibilidad.
La condición de una línea recta se puede satisfacer en las mezclas líquidas graficando
contra
concentración sobre una variedad de parámetros de concentración como: % en volumen, fracción molar,
molaridad; en rangos bajos y altos de concentración; con la gráfica que se obtenga la mayor pendiente será la
de más alta sensibilidad analítica. Existen más posibilidades de satisfacerla, si los constituyentes son
químicamente similares (mezclas que tienen un comportamiento ideal). Sin embargo, con pequeñas
variaciones de concentraciones, se obtiene casi siempre una gráfica lineal. Si la gráfica muestra una decidida
curvatura en el rango de la concentración de interés, puede ser de gran ayuda el volver a construir otra
gráfica con datos de índice de refracción contra otro parámetro de concentración. Muchos sistemas muestran
los máximos y los mínimos; por ejemplo el sistema de etanol y agua tiene un máximo
aproximadamente, en un 79.3% en peso de alcohol. Los componentes puros tienen valores de
1.3594 y 1.3325 respectivamente. En este caso, un análisis con una exactitud del 1% puede realizarse con un
Abbé en el rango de cero a 40% de etanol; pero podría hacerse con menos del 5% de exactitud cerca del
máximo.
5
Los grados brix se definen como el porcentaje de sólidos en soluciones acuosas.
29
2.5.5.1 Procedimiento:
a. A partir de dos solventes orgánicos de los cuales debe conocer su porcentaje de pureza, densidad,
peso molecular e índice de refracción, (observar tabla 2.6.5 página 36); realizar los cálculos matemáticos
para determinar el volumen de cada solvente necesario para preparar 1.0 mL de cada patrón, de una
serie de patrones de diferentes concentraciones para cubrir el rango de 0.0 a 1.0 en fracción molar y otra
serie de patrones para cubrir el rango de 0.0 a 100.0 en % v/v.
b. Calibre el refractómetro siguiendo las instrucciones 2.5.2 a una temperatura la cual debe mantenerse
constante.
),
c. Proceda a determinar el índice de refracción de cada patrón y el problema (P5) mezcla binaria (
haciendo un mínimo de cuatro lecturas en el instrumento para cada uno y obteniendo los valores
promedio.
d. A partir de una solución coloreada (cloruro de níquel), de concentración conocida, calcule el volumen
necesario para preparar 1.0 mL de cada patrón de una serie de patrones, para cubrir el rango de 0.00 a
0.25 en molaridad. Proceda de igual manera que en el ordinal c sustituyendo la mezcla mb1 por el
problema P6.
e. Determine los grados brix a las siguientes sustancias: Solución de sacarosa, salsa de tomate, miel de
abejas, vino, jugos de frutas concentrados, jarabes y algunos otros productos.
f. Consulte, planifique, ejecute y evalúe una aplicación de la técnica refractométrica en el control de
calidad de un producto comercial6.
Sugerencia: Etanol en un licor, contenido de ácido acético en un vinagre comercial, glucosa en suero, % de grasa en un alimento, mezclas binarias
de solventes industriales etc.
6
30
Programas en Tecnología Química y Química Industrial
Laboratorio de Análisis Instrumental I
Prácticas de Refractometría
2.6 Formato para toma de datos
Fecha
Día Mes Año
Estudiantes: ___________________________ Código: ____________
___________________________
____________
Refractómetros Utilizados:
Marca:
No.1 ________________ Rango de lectura en
__________ Precisión _______
Rango de lectura en grados Brix _________ Precisión ______
No.2 ________________ Rango de lectura en
__________ Precisión _______
Rango de lectura en grados Brix ___________ Precisión _______
Accesorios: __________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
Partes delicadas: ______________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
Cuidados y precauciones: ______________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
¿Observó alguna parte defectuosa o un mal funcionamiento? _______________________________
_____________________________________________________________________________________
¿Utilizó Sistema Termostático?__________________________________________________________
Calibración:
a. sustancia de referencia: _______________
_______
______
Requirió ajuste de calibración: No.1 _____ No.2 _____
b. Con vidrio de calibración:
_______
Corresponde con la calibración anterior: No.1_____ No.2_____
Valor de la desviación: No.1 ______ No.2 ______
31
Considera más confiable la calibración con el vidrio o con la Sustancia Por qué:
________________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________________
(Deje el Refractómetro calibrado con lo que considere más confiable).
Problema (P1): (Sustancia transparente)
Lectura: 1
2
3
4
Promedio
_____ _____ _____ _____
_______
Temperatura C
_____
_____
Sustancia más probable según la tabla: 2.6.5_____________________
Verificado con la sustancia _____________
Refracción específica_________ Refracción molar__________
Refracción según las refracciones atómicas___________
Conclusión sobre la identidad de la muestra problema No.1 ________________________________
______________________________________________________________________________________
Problema (P2): (Liquido coloreado)
Lectura:
1
2
3
4
Promedio
_____ _____ _____ _____
_______
Temperatura C
_________
______
Posición del claro oscuro: ______________________________________________________________
Grado de contraste: ____________________________________________________________________
¿Utilizó luz reflejada o luz transmitida?_______________
Problema (P3) (sólido)
Lectura:
1
2
3
4
_____ _____ _____ _____
Promedio
_______
Temperatura C
_______
_____
Posición del claro oscuro: ______________________________________________________________
Grado de contraste: ____________________________________________________________________
¿Utilizó luz reflejada o luz transmitida?___________________________________________________
Dificultades: ___________________________________________________________________________
Sustancia problema (P4) (Solución de sacarosa)
Porcentaje de sacarosa (grados brix):
Lectura:
%
1
2
3
4
_____ _____ _____ _____
Promedio
TemperaturaC
_________
32
_______
Porcentaje de sacarosa (grados brix) corregido según la tabla 2.6.6: ____%
Tabla: 2.6.1 Datos para construir la curva de calibración de
hallar la concentración de la solución problema (P5)
.
Patrones
Concentración
1
2
3
Tabla: 2.6.2 Datos para construir la curva de calibración de
concentración de la solución problema (P5)
.
Patrones
Concentración
1
2
3
Vs7 concentración en fracción molar para
4
5
6
x
Vs concentración en % v/v para hallar la
4
5
6
x
Tabla: 2.6.3 Datos para construir la curva de calibración de nD20 Vs concentración en molaridad para hallar la
concentración de la solución problema (P6).
Patrones
Concentración
1
2
3
4
5
6
x
Tabla: 2.6.4 Datos para construir la curva de calibración de nD20 Vs concentración en __________para
determinar la concentración de la solución problema (P7).
Patrones
Concentración
Compruebe si la relación
1
2
[
3
]
, donde:
4
5
6
x
es el índice de refracción de la mezcla
índice de refracción del solvente 1 puro,
índice de refracción del solvente 2 puro ,
volumen del
solvente 1 y volumen del solvente 2, se cumple en los análisis para un patrón y para la muestra problema.
Mediante un análisis de los resultados conceptúe sobre su confiabilidad, posibles errores y forma de mejorar
los resultados. Describa las características técnicas del refractómetro utilizado, Consulte en catálogos
actualizados de instrumentación química o en internet sobre las variedades, características y aplicaciones
de Los nuevos modelos de Refractómetro en control de calidad y control de procesos.
7
Vs: Abreviatura de versus que significa enfrentar, ejemplo nD frente a concentración.
33
Sobre el problema (P1) deberá identificar la sustancia en la lista de posibles compuestos dados en la tabla
2.6.5 en el formato guía para toma de datos 2.6; calcular su refracción específica, molar y molecular mediante
las refracciones atómicas.
En el informe: Haga un tratamiento estadístico de los datos obtenidos para cada análisis cuantitativo; derive
la ecuación por análisis de mínimos cuadrados, deduzca el coeficiente de correlación, Calcule la
sensibilidad, el límite de detección, el límite de cuantificación, el % de error instrumental con la siguiente
fórmula:
donde:
,
,
,
.
Consulte las concentraciones reales de las muestras problemas y calcule el % de error Total. Para la muestra
(P5), ¿cuál de las dos gráficas es la de mayor sensibilidad?
Reflexiones:
 ¿Qué factores afectaron las medidas del índice de refracción?
 ¿En el instrumento qué determina el máximo índice de refracción que se pueda medir?
 ¿Por qué es más débil el contraste del campo óptico cuando se usa luz reflejada?
 ¿Por qué la refracción específica y molar no son afectadas por la temperatura?
 ¿Cómo puede determinar la confianza en los resultados analíticos obtenidos?
 ¿Cómo puede adaptar la técnica refractométrica para el control de calidad y controlar algunos
procesos industriales?
34
Tabla No. 2.6.5 Lista de posibles Sustancias para identificar la muestra Problema 1
Sustancia
Acetona
Agua
Carbono tetracloruro
Ciclohexano
Cloroformo
Diclorometano
1,4-Dioxano
Etanol absoluto
Metil etil cetona
Glicerina
n-Hexano
Metanol
N-Pentano
1-Propanol
2-Propanol
Metil isobutil cetona
Tolueno
1-Butanol
2-Butanol
Anh.acético
Anilina
Benceno
Ácido acético
Acetonitrilo
Carbono disulfuro
Clorobenceno
Eterdiisopropílico
Eteretílico
Etiloacetato
Punto de ebullición
centígrados
1.3591
1.3330
1.4607
1.4260
1.4476
1.4244
1.4220
1.3610
1.3814
1.4750
1.3750
1.3290
1.3580
1.3850
1.3780
1.3960
1.4961
1.3993
1.3964
1.3904
1.5863
1.5011
1.372
1.3430
1.6260
1.5250
1.3680
1.3530
1.3720
56.1
100.0
76.7
81.0
62.0
40.0
101.0
79.0
80.0
290.0
69.0
65.0
36.0
96.0
82.0
116.2
110.6
117.0
100.0
136.0
184.0
80.0
118.0
82.00
46.0
132.0
68.0
34.0
77.0
35
Densidad
PM
% Pureza
0.791
1.000
1.594
0.780
1.487
1.325
1.034
0.791
0.806
1.230
0.660
0.792
0.622
0.904
0.785
0.801
0.867
0.810
0.808
1.080
1.022
0.879
1.060
0.782
1.563
1.106
0.726
0.714
0.806
58.08
18.00
153.82
84.93
119.38
84.47
88.11
46.07
72.11
92.10
86.18
32.04
72.15
60.10
60.09
100.16
92.14
74.12
74.12
102.09
93.13
78.11
60.05
41.10
76.14
112.76
102.18
74.12
72.11
99,8
100.0
100.0
99,5
99,9
99,5
99,5
99,8
99,6
100.0
100.0
99.8
99.0
99.0
99.5
99.5
99.9
99.5
99.7
99.5
99.6
99.5
99.9
100.0
99.9
99.0
99.0
99.5
99.6
Tabla 2.6.6 Para corrección del % de sacarosa hallado con el Refractómetro a temperaturas
diferentes a 20C
% en peso de
sacarosa
Temperatura
en C
18
19
21
22
23
24
5
10
15
20
30
40
50
60
70
El porcentaje se disminuirá en:
0.11
0.06
0.06
0.12
0.18
0.24
0.12
0.07
0.14
0.08
0.14
0.08
0.16
0.09
0.16
0.09
0.16
0.08
0.12
0.07
0.07
0.14
0.20
0.26
El porcentaje se aumenta en:
0.07
0.07
0.07
0.07
0.14
0.14
0.14
0.14
0.20
0.21
0.21
0.21
0.26
0.27
0.28
0.28
0.07
0.15
0.23
0.30
0.07
0.14
0.21
0.28
0.07
0.14
0.22
0.29
36
0.14
0.08
2.7 Refractómetro Abbé-3l Fisher Scientific
2.7.1 Instrucciones de manejo, Calibración y Medición
1.
Ubique el refractómetro en un lugar firme y seguro.
2. Retire la funda protectora. No olvide colocarla nuevamente después de su uso.
3. Conecte la clavija del cable a la red 110 V.
Conecte el circuito de refrigeración del refractómetro a un sistema Termostático.
Seleccione preferiblemente una temperatura de 20 grados centígrados.
4. Levante el prisma de iluminación y limpie los prismas con agua y etanol o acetona usando un papel o
tela suave y absorbente, con el cuidado de no rayar los prismas. Deposite unas 2 ó 3 gotas de agua
destilada sobre la superficie del prisma de medición, cierre los prismas. Espere de 3 a 5 segundos
para que la temperatura se equilibre y estabilice.
5. Gire el ocular, ajuste la lámpara de iluminación hasta ver nítido el campo claro oscuro, gire el
corrector de dispersión hasta eliminar los colores interferentes y se pueda observar nítido el claro
oscuro.
6. Gire el control de medición hasta observar que el límite entre los campos claro y oscuro coincida con el
cruce del retículo.
7. Presione suavemente la clavija del interruptor hacia abajo y manteniéndola sostenida observe en la
escala e l . y lea su valor con una precisión de  0.0001 unidades de l .
8. El refractómetro se encuentra calibrado. Si para el agua el valor del
es 1.3330. Si la temperatura
es diferente a 20 grados C, debe dar un valor de 1.3330 más o menos 0.0001 unidades de
por
grado centígrado por encima o por debajo de dicho valor. Recuerde: el
es inversamente
proporcional a la temperatura. (Ver tabla 2.5.1 Pg. 27).
9. Si el refractómetro no está calibrado rote el control de medición hasta que el límite del claro oscuro
coincida con el cruce del retículo, como se puede apreciar en la figura 2.2.
10. Con la llave de calibración (allen de 5/64") gire el tornillo
de calibración en el sentido que sea
necesario, se fija en la escala el
a la temperatura de trabajo, la cual debe ser estable, de esta
forma el refractómetro queda calibrado.
11. Para medir el índice de refracción de una sustancia realice los pasos 4, 5, 6, y 7, reemplazando el
agua por la muestra.
37
12. Para medir % de sólidos (brix), siga los pasos 4, 5, 6 y 7 pero en lugar de leer en la escala de
haga la lectura en la escala de grados brix
13.
No olvide dejar el equipo limpio, desconectado y con su funda protectora.
38
,
Figura 2.2 Refractómetro Abbé-3L, Fisher
39
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
Ocular se (observa la escala de medición)
Ocular (se observa el claro-oscuro)
Dispositivo para ajuste del ocular
Compensador de dispersión
Ventana (entrada de luz para iluminar las
escalas de medición)
Termómetro
Manguera
Prisma de iluminación
Prisma de medición
Entrada de agua de refrigeración
Salida de agua de refrigeración
Ventana (entrada de luz al prisma de
iluminación)
Ventana (entra de luz al prisma de medición)
Espejo para iluminación
Perilla de medición
Perilla para ajuste de los prismas
Para su utilización consulte
instrucciones de la página 28.
Figura 2.3 Refractómetro de Abbé binocular Aus Jena
40
las
Programas en Tecnología Química y Química Industrial
Laboratorio de análisis Instrumental I
INSTRUCCIÓN 3.0
3.1 Practicas de polarimetría
Objetivos: Reconocimiento de los diferentes modelos de polarímetros y de sus partes externas e internas,
distinguir los componentes básicos de un polarímetro y su función. Calibrar y manejar correctamente el
polarímetro. Determinar valores de la rotación específica en sustancias ópticamente activas para su
identificación. Deducir algunos factores que afectan la rotación específica.
Elaborar gráficas de calibración y analizarlas con relación a los fundamentos teóricos para determinar la
concentración de sustancias ópticamente activas en solución.
Aplicar la polarimetría en el estudio cinético de algunas reacciones; Aplicar la técnica polarimétrica en el control
de calidad de: Jarabes, soluciones de sacarosa, glucosa, fructosa, jugos de frutas, Almíbar, y otros
carbohidratos en diferentes productos. Conocer las características técnicas de los nuevos modelos de
polarímetros mediante catálogos, videos o software demostrativos.
Actividades
a. Estudiar la instrucción 3.0 al entrar al laboratorio debe conocer su contenido.
b. Realizar los cálculos matemáticos requeridos para la preparación de los reactivos y patrones con
anterioridad a la ejecución de las determinaciones.
c. Realizar en el laboratorio la instrucción 3.6
d. Aplicar las normas de las buenas prácticas de laboratorio (Leer la instrucción 9 página 197).
e. Llenar el formato guía para toma de datos 3.7
Equipos materiales y reactivos
1 Polarímetro.
2 Tubos de observación para el polarímetro de longitud conocida.
1 Sistema Termostático
10 matraces aforados de 25 mL.
1 frasco lavador de polietileno
1 pipeta volumétrica de 5 mL.
1 pipeta graduada de 10 mL.
1bureta de 25 mL graduación 1/20.
41
2 matraces aforados de 50 mL.
1 Probeta de 25 mL
1 cronómetro.
Solución de una sustancia ópticamente activa (P1) de concentración conocida y nombre desconocido.
Solución de una sustancia ópticamente activa (Dextrógira) (P2) de nombre y concentración conocida.
Solución problema de la sustancia dextrógira (P2).
Solución de una sustancia ópticamente activa (Levógira) (P3) de nombre y concentración conocida.
Solución problema de la sustancia levógira (P3).
Solución de sacarosa al
⁄ .
Agua destilada, algodón o papel suave absorbente, etanol del 95 %, ácido clorhídrico 6 N y ácido clorhídrico 4
N.
42
3.2 Luz polarizada:
Un haz de luz ordinario consta de un gran número de ondas electromagnéticas vibrando en todas las
direcciones posibles, en planos perpendiculares a la dirección de propagación del rayo; si por algún medio
sacamos un haz del rayo que vibre en un solo plano, eliminado los demás obtendremos un haz de luz
polarizada: Luz polarizada es entonces aquella que consta de radiaciones que vibran en un solo plano.
3.3 Sustancia ópticamente activa:
Cuando un rayo polarizado atraviesa ciertas sustancias, ocurre una interacción entre las radiaciones y las
moléculas de la sustancia ocasionando un giro del rayo fuera de su plano de oscilación. Sustancias
ópticamente activas son aquellas que hacen girar el plano de vibración de la luz polarizada.
Se dice que la sustancia es Dextrógira (+ positiva) si el giro ocurre en el sentido de las manecillas del reloj
para un observador que mira hacia la fuente de luz, y Levógira (- negativo) si el giro ocurre en sentido
contrario.
3.4 Ecuación básica:
La magnitud del ángulo de giro depende del espesor de la capa de solución atravesada por la luz, de la
concentración de la sustancia ópticamente activa en la solución y del poder rotatorio característico de la
sustancia (ley de Biot):
Siendo:
=
α=
=
Angulo de giro medido en grados angulares.
Rotación específica de la sustancia.
Espesor de la capa de la solución medida en decímetros.
= Concentración de la solución en gramos de sustancia por mililitro de solución;
cuando se trata de un líquido puro.
es igual a la densidad
La rotación específica α, depende a su vez, de la naturaleza de la sustancia, de la longitud de onda de la luz
utilizada, de la temperatura, de la concentración y del solvente utilizado. Universalmente se ha adoptado medirla
con la luz del sodio de 589 nm, o sea la línea D del Sodio. El símbolo
significa rotación específica medida
con la línea D del sodio a
. Cuando no se especifica el solvente se sobre entiende que es agua.
3.5 Aplicaciones:
La polarimetría es una técnica que sirve para analizar sustancias ópticamente activas, con base en la medición
del giro que ocasiona al plano de vibración de un rayo de luz polarizada.
3.5.1 Análisis cualitativo: La rotación óptica de un compuesto puro en un conjunto especificado de
condiciones proporciona una constante física básica que es útil para fines de identificación, de igual modo que
su punto de fusión, su punto de ebullición, su densidad o su índice de refracción. La actividad óptica es
característica de muchas sustancias naturales como aminoácidos, esteroides, alcaloides, aceites esenciales,
antibióticos y carbohidratos; la polarimetría representa un valioso instrumento para identificar dichos
compuestos.
43
3.5.2 Análisis cuantitativo: Las mediciones polarimétrica se adaptan fácilmente al análisis cuantitativo de
compuestos ópticamente activos. Se emplean gráficas de calibración empíricas que relacionan la rotación
óptica con la concentración. Estas gráficas pueden ser lineales, parabólicas o hiperbólicas, frecuentemente se
construyen con el ángulo de giro () Vs concentración, buscando una relación lineal; el uso más extenso de
la rotación óptica para análisis cuantitativo se encuentra en la industria azucarera.
3.6 Polarímetro
Es un instrumento diseñado para medir el ángulo de giro de luz polarizada en grados angulares. Existen
diferentes modelos tanto análogos como digitales para diversas aplicaciones y usos específicos.
3.6.1 Partes del polarímetro y su función
1. Fuente luminosa: Es un led (diodo emisor de luz), o una lámpara espectral de sodio, que se conecta a la
red eléctrica por medio de un estabilizador de voltaje.
2. Lente de iluminación: Su función es hacer que los rayos que procedan de la fuente continúen con una
trayectoria paralela. Por tal razón, la fuente debe ubicarse a la distancia focal de ésta lente.
3. Filtro de Luz: Su función es dejar pasar solamente la línea D del Sodio (589 nm) y eliminar otras
radiaciones que haya podido producir la lámpara.
4. Dispositivo polarizador (filtro): Su función es producir un haz de luz polarizada. Consta de un prisma
Nicol o de un filtro polarizador.
5. Divisor de campo (placa de Laurent): Su función es producir un efecto secundario sobre parte del haz
luminoso para facilitar la lectura del ángulo de giro. Esto se explica en f, g, h. Instrucción 3.6.2.2
6. Tubo de observación: Este tubo tiene una ventana de vidrio y un empaque de caucho en cada extremo,
dentro de él se coloca la solución a analizar. La longitud del tubo viene a ser el espesor de la solución
analizada.
7. Dispositivo analizador (filtro): Consta de un disco con divisiones en grados angulares, en cuyo centro se
halla un prisma Nicol o un filtro similar al del dispositivo polarizador. Girando éste disco se puede determinar
y leer el ángulo de giro según se explica en f, g, h. Instrucción 3.6.2.2
8 y 9. Objetivo y Ocular del Sistema de Enfoque: A través de ellos mira el observador y los ajusta para
enfocar y ver nítida la imagen producida por el rayo, según se explica en f, g, h.
44
Figura 3.1 diagrama de las partes del polarímetro jena
1. Fuente luminosa
2. Lente de iluminación
3. Filtro de luz
4. Filtro polarizador
5. Placa de Laurent
6. Tubo de observación
7. Filtro analizador
8. Objetivo del anteojo
9. Ocular del anteojo
10. Lupa de lectura
11. Escalas de lectura y nonio
12. Control de enfoque
Figura 3.2 Polarímetro de círculo Jena (análogo)
3.6.2 Manejo del polarímetro
3.6.2.1 Instalación y limpieza:
Ubique el polarímetro en un sitio firme y seguro, preferiblemente oscuro. Retire la funda protectora contra el
polvo y limpie cuidadosamente las lentes con Xilol (para eliminar hongos de las lentes), o cualquier otro
45
solvente volátil y una mota de algodón o papel suave. Lave el tubo de observación y limpie las ventanas de
vidrio. Observe el estado del tubo para depositar la muestra y limpie las ventanas de vidrio. Observe que se
encuentren en buen estado e igualmente que las tapas posean los empaques correspondientes. Verifique su
longitud en decímetros.
Limpie con un aceite suave (tres en uno) las escalas de lecturas y lubrique el mecanismo, con los diagramas
dados en el manual para cada polarímetro realice un reconocimiento de las partes internas y externas; siga las
instrucciones de manejo.
3.6.2.2 Instrucciones de manejo:
a.
Conecte el estabilizador a la línea. Cerciórese de que el voltaje es el adecuado.
b.
Prenda la lámpara. Déjela calentar mientras realiza el ordinal C.
c.
Llene el tubo de observación con agua destilada, con las siguientes precauciones:
 Quite cuidadosamente la tapa de uno de los extremos, ya que el vidrio que posee viene generalmente
suelto y puede caerse.
 Llene completamente el tubo, con cuidado de no humedecer las estrías de la rosca, para facilitar la
operación siguiente.
 Tápelo girando la tapa lentamente, para que no se derrame el líquido y para que salga el aire retenido.
Ajuste la tapa pero sin hacerle mucho esfuerzo. Si la estría de la rosca se humedece, se dificulta la
salida del aire. Si se aprieta demasiado la tapa, se producen distorsiones ópticas en el vidrio de la
ventana.
 No deben quedar burbujas tan grandes que no se puedan alojar completamente en el ensanchamiento
del extremo del tubo o en el bulbo, cuando se inclina el tubo a la posición de trabajo.
 Seque externamente el tubo antes de llevarlo al instrumento. Seque con un algodón los vidrios de los
extremos del tubo.
d. Coloque el tubo de observación en el instrumento y cierre la tapa del compartimiento.
e. Cerciórese de que la lámpara de sodio este bien enfocada hacía el polarímetro.
f. Mirando por el ocular y ajustando el anteojo (9 fig. 3.1) enfoque el campo óptico hasta verlo nítido.
g. Girando la perilla de medición localice el punto alrededor del cual ocurren los cambios que se indican
en la figura siguiente:
Figura 3.3 Posiciones de los campos
1.
Posición no balanceada (parte central oscura).
46
2.
Posición balanceada (igual iluminación en todo el campo).
3.
Posición no balanceada (partes laterales oscuras).
h.
Revise el ajuste del anteojo para ver nítido el campo y con la perilla de medición ubique el punto de
balance del campo óptico.
i.
Lea el ángulo de giro , en el Círculo de graduación. Las décimas de grado las lee en el nonio,
buscando la línea del nonio que coincide con una línea del círculo de graduación. Para facilitar la
lectura haga uso de las pequeñas lupas dispuestas a lado y lado del ocular (10 Figura 3.1). Ejemplo:
Figura 3.4 Ilustración de la escala de lectura, la medición índica 170.5° angulares, correspondiente a la
escala de unidades y decimales (nonio)
3.6.2.2.1 Calibración:
Calibre el instrumento con agua destilada debe dar un valor de
ya que no es una sustancia
ópticamente activa. Si no da cero esto puede obedecer a pequeños desajustes del instrumento, en este caso
se anota el valor de para corregir las lecturas posteriores. Para determinar β en una sustancia ópticamente
activa, se llena el tubo con la solución de la sustancia y se procede de idéntica manera.
3.6.3 Determinación del ángulo de giro β y la rotación especifica en una sustancia problema.
Llene el tubo del polarímetro con la solución problema (P1) Determine su ángulo de giro β y mediante la
fórmula calcule el valor de  a la temperatura del laboratorio. Siga la instrucción 3.6.2.2
3.6.4 Observación de la variación de la rotación específica  de una sustancia ópticamente activa con
la temperatura.
Llene el tubo de observación del polarímetro con la solución de la sustancia a estudiar (P1) Determine el
ángulo de giro β a diferentes temperaturas (utilice un sistema termostático). Mediante la ecuación calcule los
47
valores de  y llene la tabla de datos 3.7.1 del formato guía para toma de datos 3.7 Grafíquelos contra
temperatura, calcule la pendiente de la recta para la fórmula:
( )1 1  ( )1 2  n(t1  t2 )
t
t
Mediante ella corrija el valor  obtenido en 3.6.3 a 20°C e identifíquela en la tabla 3.7. De posibles sustancias
que se encuentran en el formato guía para toma de datos 3.7.
3.6.5 Gráfica de calibración para determinar la concentración de las soluciones problema (p2) y (p3) a
condiciones del laboratorio.
3.6.5.1 Procedimiento
a. A Partir de la concentración de la solución p2, realizar los cálculos matemáticos para determinar el volumen
de dicha solución que se requiere para preparar 25 mL de cada patrón de una serie de patrones de diferentes
concentraciones para cubrir el rango de concentración de 0.0 a la concentración de la solución p2 en % m/v
(g por 100 ml de solución). Prepare los patrones, mida en el polarímetro el ángulo de giro para cada uno y para
la solución problema (P2) de concentración desconocida. Llene la tabla de datos 3.7.2 del formato guía para
toma de datos 3.7.
b. A partir de la concentración de la solución p3, realizar los cálculos matemáticos para determinar el volumen
de dicha solución que se requiere para preparar 25 ml de cada patrón de una serie de patrones de diferentes
concentraciones para cubrir el rango de concentración de 0.0 a la concentración de la solución p3 en % m/v
(g por 100 mL de solución). Prepare los patrones, mida en el Polarímetro el ángulo de giro para cada uno y
para la solución problema (P3) de concentración desconocida. Llene la tabla de datos 3.7.3 del formato guía
para toma de datos 3.7
3.6.6 Aplicación de la polarimetría en estudios físico químicos, cinética de la inversión de la
sacarosa.
La sacarosa es un disacárido que se hidroliza al disolverse en una solución acuosa acidificada para formar dos
monosacáridos, glucosa y fructuosa.
H+
C12H22O11 + H20 ------> C6H12O6 + C6H12O6
Sacarosa
Glucosa
Fructuosa.
La notación del ácido en la ecuación indica que se trata de un catalizador y no de un reactante; esta reacción
es prácticamente irreversible y por su mecanismo pertenece a las reacciones bimoleculares.
Su velocidad puede ser calculada con la ecuación:
s
 K S H 2O 
t
Puesto que la inversión se verifica en solución acuosa en la cual la concentración molar del agua es
considerablemente mayor que la concentración molar de sacarosa, la disminución del agua por cuenta de la
reacción es pequeña en comparación con la cantidad total del agua en el sistema, y su contenido puede
tomarse como constante incluso en las soluciones relativamente concentradas; dependiendo la velocidad de la
inversión de la sacarosa solamente de su concentración, verificándose esta reacción como una reacción de
primer orden. Por ello la ecuación anterior puede transformarse en:
48
s
 K S 
t
Velocidad 
Por lo tanto, la velocidad con que desaparece la sacarosa es directamente proporcional a su concentración (
 ) apareciendo en la ecuación anterior como constante de proporcionalidad, denominada constante de
velocidad.
Cuanto mayor sea el valor de la constante de velocidad
tanto mayor será la velocidad de la reacción.
Puesto que la velocidad con la cual avanza la hidrólisis cambia de acuerdo con la concentración resulta más
exacto expresar la ecuación anterior en forma diferencial:
Velocodad 
d( s )
dt
  K S 
Quienes no se encuentran familiarizados con la notación diferencial y el cálculo deben interpretar la cantidad
s
simplemente como una velocidad instantánea o en otras palabras, como el valor que tiene en determinado
t
instante.
Partiendo de la ecuación:
Velocidad 
d (s)
dt
  K S 
Separando variables:
ds
  Kdt
S 
Integrando:

S1
S0
T1
1
ds   K  ln( S )
T0
(S )
Evaluando integrales:
Despejando K:
Cambiando signo:
Siendo:
S1
S0
 kt
ln( S1 )  ln( S0 )   Kt
ln
S1
1 S
  Kt   K  ln 1
S0
t S0
1 S
K  ln 0
t S1
S1  S0  S x
Por lo tanto, la constante de velocidad de hidrólisis de la sacarosa puede ser calculada por la ecuación:
49
1
S0
K  ln
t S0  S x
Donde
es la concentración de la sacarosa en la solución de partida,
la que ha reaccionado durante el
tiempo t; t es el tiempo transcurrido desde el inicio de la reacción hasta el momento de tomar la medida dada,
es la concentración de la sacarosa en el momento dado.
La velocidad de inversión de la sacarosa es muy pequeña en medio neutro la presencia de iones hidrógeno
como catalizador acelera la reacción y la hace accesible a la medición siendo la velocidad de inversión
proporcional a la concentración de los iones hidrógenos en la solución.
La sacarosa y sus productos de descomposición presentan propiedades ópticamente activadas, por lo cual su
velocidad de inversión puede estudiarse por medio de la variación del ángulo de rotación del plano de luz
polarizada.
La sacarosa gira el plano de polarización hacia la derecha (
= 66,55°) y la mezcla de los productos de
inversión hacia la izquierda, ya que la glucosa gira hacia la derecha (
= 52,5°) y la fructuosa hacia la
izquierda (
= -91,9°), por ello a medida del transcurso de la inversión el ángulo de rotación del plano
disminuye, llega a cero y luego resulta ser negativo. Al punto final de la reacción corresponde un valor
negativo límite del ángulo de rotación
infinito que ya no varía más.
3.6.6.1 Procedimiento:
a. Se Toman 25 mL. De solución de sacarosa al 20% (g/100 mL) y se colocan en un matraz de 50 mL, afore
con la solución de HCl 6N, agitando la mezcla, llene un tubo del polarímetro bien limpio el cual ha sido lavado
previamente con agua destilada y enjuagado unas dos veces con una pequeña cantidad de la mezcla y déjela
en un sistema termostático durante dos horas a 50°C.
b. Mezcle otros 25 mL de solución de sacarosa de la misma manera con 25 mL de HCL 4N, en un matraz
aforado de 50 mL, el instante de mezclar el ácido con la solución de sacarosa se determina con el reloj o
cronómetro y se anota la hora como tiempo inicial de la reacción, la mezcla enseguida se agita
cuidadosamente y se vierte con rapidez en otro tubo del polarímetro, de igual longitud al anterior y tratado de
igual forma.
c. Ubique el tubo en el compartimiento del polarímetro, después de lograr una imagen nítida del campo visual y
la escala, mida el ángulo a diferentes intervalos de tiempo (cada cuatro minutos) a partir del inicio de la
reacción. Se deben hacer un mínimo de 12 mediciones (hasta que el ángulo de giro aparezca negativo)
anotando el ángulo de giro y el tiempo correspondiente, todas las mediciones deben hacerse lo más rápido
posible ya que el sistema se encuentra reaccionando.
d. Después de realizar todas las mediciones debe determinarse el ángulo de rotación que corresponde al
final de la reacción
, para lo cual, transcurridas las dos horas retire el tubo del sistema termostático,
enfríelo a temperatura ambiente y mida el ángulo de giro , ubique nuevamente el tubo en el sistema
termostático durante otros 30 minutos, mida otra vez el valor de , si el valor del ángulo no cambia,
tomarlo por
. Una vez terminado el trabajo, se recomienda comprobar la posición cero del polarímetro
para introducir en caso de necesidad las correcciones correspondientes.
e. Con los resultados del experimento se calcula la constante de velocidad de reacción a la temperatura dada
para cada momento, menos para el tiempo cero (t=0) y el tiempo infinito ( ) por la fórmula:
50
K
S0
2,3
log
t
S0  S x
En la expresión anterior en lugar de concentraciones pueden ponerse las proporcionales a ellas diferencias de
los ángulos de rotación correspondientes, entonces:
(
) (
)
(
)
Donde
es el ángulo de rotación en el momento de comenzar la reacción, es el ángulo de rotación en el
momento dado a partir del inicio de la reacción;
es el ángulo de rotación correspondiente al final de la
reacción.
Todos los valores de los ángulos de rotación se sustituyen en la ecuación con sus signos correspondientes,
tiene signo negativo, por consiguiente, este valor debe sumarse con la magnitud de
. El ángulo
correspondiente al momento de inicio de la reacción, en la práctica no se logra determinar ya que desde el
inicio de la reacción a la primera medición transcurre un tiempo considerable, por ello
se determina por
(
)
medio de la extrapolación. En papel milimetrado se construye un gráfico en coordenadas
contra el tiempo en abscisas y extrapolando la línea obtenida hasta
se determina
(
)
y luego se calcula
. Se calcula la constante de velocidad de reacción para cada momento, y se hace el
cálculo para ̅ media.
3.6.7 Consulte, planifique, ejecute y evalúe una aplicación de la técnica polarimétrica en el control de calidad
de un producto comercial o natural8
Sugerencia: Acido tartárico en sal de frutas, carbohidratos en frutas o jugos, sacarosa en gaseosas o almíbar, lactosa en leche, almidón en yuca,
glucosa en suero, alcaloides en plantas, análisis de aceites esenciales volátiles, glucosa y proteína en orina, análisis de vinos, análisis de azúcar en
remolacha, análisis de azúcar en chocolate.
8
51
52
Programas en Tecnología Química y Química Industrial
Laboratorio de Análisis Instrumental I
Prácticas de Polarimetría
3.7 Formato para toma de datos
Fecha
Día Mes Año
Estudiantes: ___________________________ Código: ____________
___________________________
____________
Polarímetro Utilizado:
Marca: __________________ Análogo____ Digital____
Rango de lectura de ______ Hasta ______ Angulares
Precisión ______ °Angulares
Accesorios: ______________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________
Partes delicadas: __________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________
Cuidados y precauciones: __________________________________________________________
_________________________________________________________________________________
¿Observó alguna parte defectuosa o un mal funcionamiento? ___________________________
__________________________________________________________________________________
¿Utilizó Sistema Termostático? _____________
Calibración:
Sustancia de referencia: __________ Angulo de giro______ Angulares
Requirió ajuste de calibración: _____
Problema p1:
_________
Posible sustancia según tabla 3.7.9_____________________________
Tabla: 3.7.1 Datos para construir la gráfica de calibración de  Vs t (temperatura) para determinar la pendiente
.
Temperatura C
53
Tabla: 3.7.2 Datos para construir la gráfica de calibración de
concentración de solución problema p2.
Patrones
Concentración
 a C
1
2
Vs concentración en % m/v para hallar la
3
4
Tabla: 3.7.3 Datos para construir la gráfica de calibración de
concentración de solución problema p3.
Patrones
Concentración
 a C
1
2
5
6
x
Vs concentración en % m/v para hallar la
3
4
5
6
x
Tabla: 3.7.4 Datos para construir la gráfica de calibración de Vs concentración en % m/v para hallar la
concentración de _______________ en la aplicación en control de calidad.
Patrones
Concentración
 a C
1
2
3
4
5
6
x
Tabla: 3.7.5 Datos experimentales obtenidos en la cinética de la sacarosa.
1
No. Medición
2
3
4
5
6
7
8
Tiempo en minutos
K
Tabla: 3.7.6 Valores constantes
̅ media
Temperatura
C
Concentración HCl N
Tabla: 3.7.7 Datos para trazar la gráfica
(
) vs. Tiempo en minutos.
Tiempo en minutos
(
)
54
9
10
11
Tabla: 3.7.8 Datos para trazar la gráfica de concentración en moles por litro de sacarosa vs tiempo en
minutos.9
Concentración molar
Tiempo en minutos
(
) vs tiempo en minutos, extrapolando a cero, determine
En el informe: construya la gráfica de
(
) y a partir de el obtenga el valor de .
el valor de
Convierta la concentración de la sacarosa a moles por litro y Construya la gráfica de concentración molar vs
tiempo en minutos; deduzca de ella la concentración de sacarosa a los 12 minutos de iniciada la reacción.
Tabla No. 3.7.9 Lista de posibles sustancias para identificar la muestra problema (p1).
Sustancia
D20
Sustancia
Galactosa
+ 79 - 81
Sacarosa
+66.5
Maltosa
Lactosa
Glucosa
Fructuosa
+ 131
+ 52.4
+ 52
- 93
Acido Tartárico
Tartrato de sodio y potasio
Acido L-glutámico
Acido L-aspártico
+ 13.4
+ 29.8
+31.2
+24.6
Aclaración: ácido glutámico en HCl 6.0 N, concentración 1g/100mL a 22C, ácido L-aspártico en HCl 6.0 N
concentración 1g/100mL a 24C.
Describa las características técnicas del polarímetro utilizado, Consulte en catálogos actualizados de
instrumentación química o en internet sobre las variedades, características y aplicaciones de los nuevos
modelos de polarímetros en control de calidad y control de procesos.
En el informe: Haga un tratamiento estadístico de los datos obtenidos para cada análisis cuantitativo;
obtenga la ecuación por análisis de mínimos cuadrados, deduzca el coeficiente de correlación, Calcule la
sensibilidad, el límite de detección, el límite de cuantificación, el % de error instrumental con la siguiente
fórmula:
,
donde:
,
,
Consulte las concentraciones reales de las muestras problemas y calcule el % de error total.
Reflexiones:
 Qué factores afectaron las medidas del ángulo de giro .
 ¿Qué factores afectan la medida de la rotación específica?
9
La gráfica corresponde a una función exponencial, por lo tanto, no se le debe hacer ajuste por mínimos cuadrados buscando una regresión lineal.
55
.
 ¿Cómo puede determinar la confianza en los resultados analíticos obtenidos?
 ¿Cómo puede adaptar la técnica polarimétrica para el control de calidad y controlar algunos
procesos industriales?
 Consultar en qué consiste la Escala Internacional del Azúcar?
56
Programas en Tecnología Química y Química Industrial
Laboratorio de Análisis Instrumenta I
INSTRUCCIÓN 4.0
4.1 Practicas de fotometría visible
Objetivos: Reconocimiento de los diferentes modelos de espectrofotómetros y de sus partes externas e
internas, distinguir los componentes básicos de un espectrofotómetro y su función. Calibrar y manejar
correctamente el espectrofotómetro. Estudiar algunas características técnicas del instrumento. Definir las
condiciones instrumentales óptimas para hacer un análisis fotométrico. Estudiar el comportamiento de una
sustancia en relación con la Ley de Beer. Analizar cualitativa y cuantitativamente diferentes sustancias por
medio de curvas espectrales y gráficas de calibración. Aplicar la técnica fotométrica en la región del visible en
el control de calidad y procesos.
Conocer las características técnicas de los nuevos modelos de fotómetros mediante catálogos, videos o
Software demostrativo.
Actividades:
a. Estudiar la instrucción 4.0 al entrar al laboratorio debe conocer su contenido. Es un resumen guía de lo que
debe saber para la práctica. Para mayores detalles o aclaraciones consulte un texto.
b. Realizar los cálculos matemáticos requeridos para la preparación de los reactivos y patrones con
anterioridad a la ejecución de las determinaciones.
c. Realizar en el laboratorio la instrucción 4.7, 4.8, 4.9.
d. Aplicar las normas de las buenas prácticas de laboratorio (Leer la instrucción 9 página 197).
e. Llenar el formato guía para toma de datos 4.10.
Equipos materiales y reactivos
1 Espectrofotómetro.
Varias celdas (Vidrio, plástico) para el espectrofotómetro.
2 beaker de 100 mL.
1 beaker de 250 mL.
10 matraces aforados de 25 mL.
1 matraz aforado de 50 mL.
1 matraz aforado de 100 mL.
57
1 matraz aforado de 250 mL.
1 pipetas volumétrica de 5 mL.
1 pipeta volumétrica de 10 mL.
1 pipeta graduada de 10 mL.
1 probeta de 50 mL.
1 bureta de 25 mL graduación 1/20 mL
1 vidrio de reloj 100 mm de diámetro.
1 frasco lavador.
1 espátula acanalada
Solución coloreada para medir su % de transmitancia y absorbancia en los diferentes modelos de
espectrofotómetros.
Solución problema (P1) para su identificación y cuantificación.
Problema (P2) muestra de un acero para determinarle el contenido de Mn.
Un estándar de acero cuyo contenido de Mn sea conocido.
Permanganato de potasio de peso molecular 158.04 y 99% de pureza, ácido nítrico 1:3, Peroxidisulfato
amónico, sulfatosodíco, ácido fosfórico concentrado, peryodato de potasio, ácido clorhídrico concentrado,
Ácido sulfúrico 0.5 molar.
58
4.2 Absorción de radiaciones
Una sustancia es una estructura energética: Se mueven sus moléculas, los grupos de átomos en las
moléculas, los átomos en los grupos, los electrones en los átomos. El grado de agitación depende del tipo de
sustancia, de la influencia del medio en que se halle y del efecto de energía externa que le llegue.
Dependiendo de su complejidad, una sustancia puede llegar a una infinidad de estados energéticos, pero
todos ellos son cuantificados. Las energías de las radiaciones electromagnéticas también son cuantificadas.
Por lo tanto, cada sustancia puede absorber ciertas radiaciones y otras no. La absortividad específica a y la
absortividad molar  son factores que indican la capacidad de una sustancia para absorber una radiación
determinada y junto con su curva espectral son parámetros utilizados como referencia para la identidad de un
compuesto.
4.3 Transmitancia y absorbancia
Una radiación tendrá un 100% de transmitancia ( ) si al pasar a través de una sustancia sale inalterada, su
intensidad, es decir, no es absorbida por la sustancia. Si la radiación es absorbida parcialmente, la
transmitancia será inferior al 100%.
Si escogemos una radiación que puede ser absorbida por la sustancia en estudio, el porcentaje trasmitido
disminuye en proporción logarítmica con la cantidad de sustancia presente. Como esta disminución es
logarítmica se introduce por conveniencia práctica al término absorbancia (A):
;ó
.
Las escalas del sistema de lectura vienen graduadas en porcentajes de transmitancia ( ) ó en ( ).
Transmitancia 100% equivale a Absorbancia cero. 0% Transmitancia corresponde a Absorbancia infinita.
4.4 Ley de Beer y parámetros de control
La ley de Beer establece que si a través de una solución con concentración en una especie absorbente,
contenida en una celda de espesor , pasa una radiación monocromática que es absorbida por la especie, se
cumple la relación:
, Siendo , la absorbancia y la absortividad específica; o sea, que la magnitud
de la absorbancia es proporcional al poder absorbente, al espesor de la celda y a la concentración, se
expresa en cm y en g/L o mg/ml, la absorbancia también es igual a
(
), siendo ε la
absortividad molar (
) donde
= peso molecular de la sustancia, cuando se utiliza esta
expresión matemática se expresa en moles por litro (M/L).
Un análisis matemático del error de medida debido a las limitaciones instrumentales (luz no estrictamente
monocromática, ruido o inestabilidad electrónica, imprecisiones en el ajuste del equipo, etc.), lleva a concluir
que el error de medida es mínimo cuando la absorbancia es de 0.4343, que corresponde a
o
3 6.8% de transmitancia. El error fotométrico no aumenta mucho si se trabaja en condiciones que dan entre 15
y 70% de transmitancia (absorbancias 0.8 a 0.15 aproximadamente). Es claro que el error fotométrico es sólo
uno de los factores del error total en una determinación.
En la práctica, para ajustarse a los rangos de absorbancia ó transmitancia dados, se debe trabajar dentro de
un rango apropiado de concentraciones (
), aunque también se podría cambiar el espesor de la celda
, o variar la absortividad específica .
La absortividad específica se puede variar, utilizando otra radiación que la sustancia absorba más, o menos,
según se requiera. También se puede variar llevando la sustancia a un estado químico que presente un mayor
59
o menor poder absorbente; esta última opción implica generalmente cambiar también la radiación por una
apropiada al nuevo estado de la sustancia.
4.5 Los colores y la luz blanca
Las radiaciones entre 400 y 800 nm (luz visible), las puede diferenciar el ojo humano: 420 violeta, 470 azul,
520 verde, 580 amarillo, 700 rojo, y aún tonos intermedios. La luz blanca es una mezcla balanceada de las
radiaciones entre 400 y 800 nm. Si a la luz blanca le quitamos la radiación azul, la mezcla de las demás
radiaciones da una sensación visual similar al amarillo real; o sea que si una sustancia es de color amarillo
puede ser que absorbe todas las radiaciones menos el amarillo (580 nm) ó que absorbe preferencialmente el
azul y lo que vemos es la mezcla de los demás, (decimos que el azul absorbido es el color complementario
del amarillo). Similarmente el amarillo es el complementario del azul, el rojo es el complementario del
verde azuloso.
4.6 Blanco fotométrico
Cuando vamos a determinar el poder absorbente de una sustancia, esta se encuentra generalmente dentro de
un medio formado por el solvente, los reactivos agregados u otras sustancias que la acompañan, todo lo cual
puede llegar a interferir un poco la medida. Para corregir esos fenómenos, es necesario disponer de una base
de comparación, que es una solución que contiene las sustancias que pueden causar interferencia, todos los
reactivos adicionados pero no contiene la especie absorbente que se va a estudiar. A esta solución se le
denomina blanco fotométrico.
4.7 Espectrofotómetro
Es un equipo diseñado para medir el % de , la o directamente la concentración ; también puede trazar
directamente la curva espectral y la gráfica de calibración.
Pueden clasificarse en análogos y digitales, manuales, semiautomáticos, automáticos,automatizados e
inteligentes; pueden cubrir varias regiones del espectro electromagnético, según su diseño puede ser de haz
sencillo, doble haz o haz dividido.
Figura 4.1 Esquema de las partes de espectrofotómetros de haz sencillo y doble haz
60
Los equipos de doble haz dividen el haz de radiaciones en dos; un haz pasa por el blanco fotométrico y el
otro por la muestra, de modo que hacen los ajustes automáticamente; dan mayor precisión y son útiles para
trazar espectros, o sea gráficas de transmitancia o de absorbancia contra longitud de onda de la radiación, lo
cual facilita los análisis.
Hay espectrofotómetros para cada región del espectro (ultravioleta, visible o infrarroja). Constan de las mismas
partes esenciales, pero difieren en que cada parte debe tener las características apropiadas para la región
correspondiente.
Estas partes son:
a. La fuente de Radiaciones: El material emisor varía, por ejemplo: gas hidrógeno, deuterio o xenón para el
ultravioleta, filamento de tungsteno, o tungsteno halógeno o xenón para el visible, aleación de níquel y cromo,
o cuerpos incandescentes de Nernst o un Globar para el infrarrojo; existen fuentes (láser) de muchos otros
materiales para las distintas regiones. Una buena fuente debe emitir todas las radiaciones de su región con
intensidad suficiente y uniforme. En la realidad las fuentes emiten unas radiaciones con mayor intensidad que
otras.
b. Sistema selector de una radiación de longitud de onda específica: Puede ser un filtro de absorción, de
interferencia, de difracción, o un sistema monocromador. Los filtros absorben o interfieren casi todas las
radiaciones del haz y dejan pasar selectivamente ciertos rangos estrechos de longitud de onda; se requiere un
filtro diferente para cada longitud de onda que se desee seleccionar. Un sistema monocromador es más
complejo y costoso, pero permite seleccionar rangos de longitud de onda más estrechos y además, cualquier
rango de interés.
Por tanto, los monocromadores dan anchos de banda más estrechos, o sea que la radiación es mejor
seleccionada. Un monocromador en sí, no logra seleccionar radiaciones realmente monocromáticas; es decir,
de una sola longitud de onda ().
Un monocromador es un sistema óptico que consta de lentes o espejos de curvaturas especiales y de un
prisma o de una rejilla de difracción. En los equipos modernos se prefieren los espejos respecto de las lentes y
las rejillas de infracción respecto de los prismas. Cuando se usan lentes y prismas, el material de que están
hechos deben ser transparentes a la región del espectro en que van a funcionar. En el monocromador se
encuentra un Sistema regulador de la intensidad del rayo y del ancho de banda constituido por rendijas de
tamaño adecuado para dejar pasar un haz de radiaciones mayor o menor. Generalmente existe una a la
entrada y otra a la salida del sistema monocromador. Unos equipos tienen rendijas de salida de tamaño
constante, otros de tamaño variable manualmente o automático, de acuerdo con la intensidad de la radiación
seleccionada o como recurso individual para regular el ancho de banda.
c. Las celdas: Son los recipientes dentro de los cuales se coloca la sustancia a analizar. El material de la
celda debe ser transparente a las radiaciones de la región espectral en que se usa o sea, que no debe
absorber dichas radiaciones. Para el ultravioleta el cuarzo o sílice fundida, Para el visible se usa el vidrio, el
cuarzo, Plásticos (metacrilato10); para el infrarrojo las celdas son de cristal de haluros alcalinos o de plásticos
especiales.
10 Material atacado por solventes orgánicos, poco resistente a cambios altos de temperatura, usar con precaución.
61
Aunque a veces se usan tubos de ensayo cilíndricos, idealmente las paredes de la celda deben ser planas, y
colocadas en forma que el rayo incida perpendicularmente sobre ellas. Además, estas paredes deben
conservarse perfectamente pulidas y limpias.
Cuando en la ley de Beer se habla del espesor de la celda, no se refiere al espesor de la pared, sino al
espesor de la capa de solución que es atravesada por el rayo, o sea la distancia interna entre las paredes de la
celda.
e. Sistema Detector - Amplificador y de Lectura: El detector es un dispositivo sobre el cual incide la
radiación y produce una señal eléctrica de magnitud proporcional a la intensidad de la radiación. La señal
electrónica producida pasa generalmente a un sistema de amplificación. La señal amplificada acciona el
sistema de lectura que puede ser análogo o digital. Cada región del espectro requiere de un detector
adecuado, por ejemplo, un fototubo para el ultravioleta, una celda fotovoltaica para el visible, una Termocupla o
un bolómetro para el infrarrojo, diodos de silicio o un arreglo de diodos para el ultravioleta/visible/IR cercano;
estos detectores deben de ser de un material sensible apropiado.
El sistema de lectura puede ser análogo o digital. Una aguja que se desplaza sobre una escala, una pluma de
escribir que traza un registro sobre un papel son análogos. Un display, monitor, pantalla de cristal líquido o
impresora son digitales
4.7.1 Ajustes generales
Las operaciones que se indican, algunos equipos las hacen en forma automática (digitales), en otras se hace
manualmente (análogos); hay que seguir estrictamente las instrucciones del manejo del equipo. En términos
generales esas operaciones de ajuste son:
a. Alinear la Lámpara o Fuente: Para que el rayo siga exactamente la trayectoria óptica del monocromador,
pase por la celda y llegue al detector. Este ajuste se hace cada vez que se instale una lámpara nueva.
b. Ajuste del cero mecánico: Se realiza en instrumentos análogos, con el equipo completamente apagado.
c. Ajuste del Cero % de Transmitancia: Se bloquea con el obturador el paso del rayo de luz para que no
llegue al detector y se ajusta el sistema electrónico hasta que la lectura del instrumento indique cero % de
transmitancia.
c. Ajuste del Selector de Radiaciones: Se lleva a seleccionar la longitud de onda () que la sustancia
absorbe.
d. Ajuste del 100% de Transmitancia ( ): Se coloca una celda con el blanco fotométrico, se abre paso al
rayo y se ajusta el sistema amplificador hasta que el sistema de lectura indique 100% de transmitancia.
e. Medición de la Transmitancia ( ): Se coloca la misma celda, u otra celda estrictamente equivalente, con
la sustancia a analizar. Se lee directamente el porcentaje de Transmitancia, la absorbancia o la concentración,
si el equipo ha sido calibrado con el patrón o los patrones de referencia.
4.7.2 Instrucciones de manejo
Un espectrofotómetro es un instrumento electrónico de precisión, que requiere hábil y cuidadoso manejo. Lo
indicado antes de usarlo es conocer las instrucciones de manejo propias del equipo, o recibir la información
62
básica pertinente. Las siguientes instrucciones suponen el conocimiento de los cuidados y de la forma de
operar los controles.
El equipo debe instalarse en lugar limpio, seguro y no expuesto a la luz intensa, al calor o la humedad. Debe
conectarse al voltaje apropiado. Cuando se use debe tenerse cuidado especial en el control de la
amplificación, porque puede dañarse el galvanómetro de lectura, si se trata de un equipo análogo.
El ajuste de la Lámpara, Aunque sólo se efectúa cuando se cambia, es conveniente recibir indicaciones de
cómo hacerlo. En algunos equipos requiere procedimientos especiales, otros lo hacen automáticamente; La
alineación de la lámpara es un factor esencial para tener buena respuesta en el instrumento. En muchos
modelos una vez encendido el equipo es necesario darle un periodo de calentamiento (unos 5 minutos), para
que la lámpara y el circuito electrónico adquieran la temperatura óptima de funcionamiento, en algunos equipos
la falta de calentamiento se manifiesta en dificultad para ajustar el 0 eléctrico y 100% de .
4.7.2.1 Medición del % de
y la
en una especie Absorbente
Con los catálogos y diagramas de los diferentes modelos de espectrofotómetros existentes el laboratorio,
haga un reconocimiento de las partes internas y externas de cada uno; siga las instrucciones de manejo y
determine a la solución coloreada el % de transmitancia (% T) y la absorbancia (A) en cada equipo, usando
como blanco agua destilada o el solvente indicado en la etiqueta a la longitud de onda () especificada en la
misma.
Llene la tabla (4.10.1) comparativa de características técnicas de los diferentes espectrofotómetros, que se
encuentra en el formato guía para toma de datos (4.10), analice los datos obtenidos con relación a la ley Beer,
explique y determine por qué son diferentes.
4.7.2.2 Observación del Espectro Visible.
Por la rendija de salida del monocromador se pueden observar los colores del espectro a medida que gira la
perilla selectora de longitud de onda entre 350 y 800 nm. El acceso al rayo depende del diseño del
instrumento, así por ejemplo: Para el Modelo Spectronic 20 D: Corte en bisel una tiza de 1.5 cm. Con la
punta hacia arriba introdúzcala en una cubeta del instrumento hasta el fondo. Coloque la cubeta en el portaceldas: El rayo incidirá sobre el bisel de la tiza, para ver más intenso el color, gire el control de ajuste del 100%
de (amplificación) hacia la derecha. Observe y acomode la tiza; Abra la rendija de salida (control de luz) si
es necesario. Antes de retirar la cubeta del instrumento cierre el control de luz para proteger el galvanómetro o
instrumento de medida de los equipos análogos.
En algunos modelos es necesario retirar el porta-celdas aflojando los tornillos que lo unen al equipo. La rendija
de salida quedará visible. Abra el obturador del rayo, Coloque sobre la rendija el filtro apropiado o un papel
blanco traslúcido y observe la luz. Antes de volver a colocar el porta-celdas reduzca la amplificación para
proteger el galvanómetro.
En los modelos: Genesys 5, Genesys 10, Genesys 20, Shimadzu UV-1700, Evolution 60, Evolition 201 no
se accede fácilmente para hacer esta observación.
4.7.2.3 Estudio de la Respuesta Relativa Total
La respuesta del instrumento depende del rango espectral para el cual ha sido diseñado y la intensidad con
que cada radiación es emitida por la lámpara y de la sensibilidad del detector para cada radiación. Para su
estudio se procede así:
63
a. Variando la longitud de onda cada 20 nm, dentro del rango espectral que cubre el espectrofotómetro,
mida el
. Llene la tabla de datos 4.10.3 del formato guía para toma de datos 4.10.
b. Grafique
Vs .
c. Observando la gráfica determine la o λs en las cuales se presenta el mayor
, estas son las
radianes que emite con mayor intensidad la fuente y a las cuales responde mejor el detector. Es de
aclarar, que algunos modelos de espectrofotómetros digitales, amplifican la señal en cada ,
llevándola a un máximo de
que normalmente es 100
, resultando al graficar una línea
horizontal en lugar de una curva que sería lo esperado. La gráfica de la respuesta relativa total del
espectrofotómetro nos permite diagnosticar el estado de funcionamiento del equipo al confrontarlos
con los datos dados por el fabricante.
4.7.2.4 Verificación de la calibración del espectrofotómetro
a. Realice un barrido espectral a una solución de cloruro de cobalto 0.25 molar, utilizando como blanco
fotométrico agua destilada, construya la gráfica
, si el máximo de absorción se presenta a 510 nm, el
espectrofotómetro se encuentra ópticamente calibrado.
b. Para verificar la exactitud fotométrica y tener calibraciones más confiables se obtiene experimentalmente la
curva de calibración para el dicromato de potasio y se compara con la curva teórica de la figura 4.2.
Figura 4.2 Curva espectral de absorción de una solución de dicromato de potasio preparada
disolviendo 120 mg de K2Cr2O7 en 1 L de H2SO4 0.01 N, comparada con un blanco fotométrico de
una solución de H2SO4 0.01 N en cubetas de 1 cm de espesor.
64
Tabla 4.1 Coeficientes molares de absorción del cromato de potasio en KOH 0.05M
Si se quiere tener una mayor confiabilidad se prepara una solución de cromato de potasio con la cual se puede
confrontar los coeficientes molares de absorción (  ) del cromato de potasio en KOH 0.05 M a diferentes
longitudes de onda con los de la tabla 4.1
Figura 4.3 Curva espectral de transmitancia del cristal de didimio.
La calibración utilizando filtros y patrones especiales tales como un cristal de didimio (didimio cristal formado
por la mezcla de sales de óxidos de tierras raras), es la más confiable, pero es muy costosa. Para el cristal de
didimio se obtiene en el instrumento la curva espectral en % de transmitancia versus longitud de onda y se
compara con la gráfica real del mismo de la figura 4.3.
4.7.3
Celdas.
Las celdas o cubetas para colocar la sustancia en la trayectoria óptica del rayo, entran a formar parte del
instrumento. El descuido en su manejo o el uso inapropiado origina frecuentes errores de medición.
4.7.3.1 Cuidados y Limpieza.
No se deben rayar las caras transparentes por donde pasará el rayo, observe el porta-celdas del instrumento
para tener cuidado al introducir la celda; no se deben lavar con ácidos calientes, álcalis, ni con agentes que
puedan atacar las superficies; no se deben frotar con papeles ni objetos ásperos. Se deben conservar
65
rigurosamente limpias por dentro y por fuera. Lo mejor es lavarlas tan pronto se termine el trabajo, ya que
pueden adherirse películas de agentes coloreados difíciles de quitar. Use solución de jabón suave y enjuague
varias veces con agua destilada o desionizada. Puede usarse alcohol, ácido sulfúrico diluido o tiosulfato de
sodio cuando sea necesario. Cuando coloque sustancias a analizar, evite llenar totalmente la celda, elimine
pequeñas burbujas de aire atrapadas y seque completamente las superficies externas con una tela o papel
suave. Las celdas desechables de (plásticos) metacrilato son atacadas por los solventes orgánicos y algunos
compuestos inorgánicos, deben ser usadas con la debida precaución.
4.7.3.2 Celdas Equivalentes
Cuando se usan varias celdas en un estudio o medición, deben ser todas estrictamente equivalentes, es decir,
tener igual espesor, la misma transparencia (transmitancia), o se debe tener un factor de corrección respecto
de aquella usada con el blanco fotométrico. La razón de no equivalencia de las celdas pueden ser pequeñas
diferencias en la geometría de ellas o pequeñas suciedades adheridas.
Para estudiar la equivalencia de las celdas se procede así:
Para Celdas propias del Instrumento:
 Lave bien las celdas; coloque en ellas agua destilada, seleccione una  cualquiera entre 400 y
700 nm, ubique en el porta celdas una celda y tome como referencia un
de , coloque
seguidamente las demás celdas observando el
de si dan igual ( ) las celdas son
equivalentes, si no, normalmente es por suciedad, lávelas de nuevo cuidadosamente y repita el
ejercicio seleccionando las que dan igual. Sí realizado el procedimiento anterior no logra obtener
un mínimo de 2 celdas equivalentes, obtenga el factor de corrección de la siguiente manera: En
las celdas bien lavadas, coloque la solución de trabajo.
 Seleccione la radiación () indicada para el análisis.
 Coloque una celda en el instrumento: Generalmente la celda tiene una señal para que se ubique
siempre en la misma posición. Si no hay señal hágala. Ajuste la amplificación hasta que el
instrumento de lectura indique
.
 Sin mover los ajustes del instrumento, ponga sucesivamente las otras celdas, teniendo en cuenta
la señal de ubicación. Tome las lecturas. La celda que indique mayor valor destínela para colocar
el blanco fotométrico en trabajos posteriores; hágale una señal de identificación en un lugar
donde no interfiera luego el paso del rayo. Con relación a dicha celda calcule un factor de
corrección para las demás, así: Sea Ar la absorbancia para la celda de referencia y Ac1, Ac2....Acn
Las absorbancias con las otras celdas.
F1 = Ar / Ac1
f2 = Ar / Ac2 ; etc.
En mediciones posteriores obtenga la absorbancia real multiplicando la absorbancia leída por el
factor respectivo de la celda usada.
4.7.3.3 Tubos de Ensayo Como Celdas
En algunos análisis ocasionalmente se requiere un número considerable de celdas, las cuales si se quieren
adquirir tienen costos elevados, no justificándose la inversión; un recurso para estos análisis es habilitar los
tubos de ensayo como celdas.
66
Mediante un procedimiento sencillo se pueden seleccionar convenientemente los tubos a ser utilizados. Se
toman varios tubos de ensayo preferiblemente del mismo fabricante para obtener igual calidad del vidrio,
normalmente tubos de 10 mm de diámetro interno y longitud según el porta-celdas del instrumento.
 Se deposite en cada tubo 5 ó 10 ml de agua medidos exactamente.
 Se escogen los que tengan diámetro más parecido, o sea aquellos en los cuales el agua llegue a
igual nivel. Se Mide la altura de agua, con la cual se puede calcular el diámetro interno (espesor
de celda), aplicando la fórmula del volumen del cilindro
, se rota la posición de los
tubos y donde se obtiene el mayor de se hace una señal la cual debe coincidir con otra en el
equipo, para ubicarla siempre en la misma posición de máxima transmisión de la luz.
 Para el estudio de equivalencia siga las mismas instrucciones dadas para las celdas del
instrumento (4.7.3.2) y calcule los factores de corrección si es necesario.
4.8 Análisis fotométrico.
4.8.1 Análisis Cualitativo Los Factores fotométricos para la identificación de una sustancia, son: el espectro
de absorción, curva espectral o barrido de exploración de la sustancia, ya que cada sustancia presenta uno o
varios máximos de absorción característicos.
Otro factor cualitativo es la absortividad específica o la absortividad molar (
sustancia para una radiación definida, se determina a partir de la ley de Beer.
) que presenta la
4.8.1.1 Estudio de Máximos de absorción (Curva Espectral)
Cada sustancia absorbe más unas radiaciones que otras. La curva espectral es la representación gráfica de la
absorbancia (o de la transmitancia) en función de la longitud de onda (). Para obtener bien la curva se
recomienda que en los puntos de máxima absorción, las lecturas de absorbancia no excedan de 0.8 de
(transmitancia no menor del 15%). El valor de la absorbancia depende del espesor de la celda utilizada y de la
concentración de la sustancia. De un instrumento a otro depende además del ancho de banda que
proporcione el monocromador. Una vez definidos el espesor de la celda y el equipo, sólo resta definir la
concentración apropiada, la cual será menor mientras mayor sea el poder absorbente de la sustancia. Un
ensayo preliminar se puede hacer rápidamente, sin precisar mucho los ajustes y las lecturas así:
a.
En el visible con celda de 1 cm el color no debe ser muy intenso; la solución P1 cumple esta condición.
Si la solución no está preparada, prepárela, llene una celda con la sustancia y otra equivalente con el
blanco.
b.
Ajuste el cero del instrumento.
c.
Para proteger el instrumento de lectura reduzca la amplificación antes de mover el selector de longitud
de onda si el equipo es análogo (paso d) instrucción 4.7.2.3.
d.
Tenga en cuenta el rango de trajo del fotómetro según sus características técnicas. Ponga una longitud
de onda (empiece en un extremo del rango a estudiar).
e.
Ajuste el
de transmitancia con el blanco fotométrico apropiado. Si el equipo es de doble haz
ponga el blanco en ambos haces para correr la línea base.
67
f.
Coloque la sustancia (solución P1); lea y anote el porcentaje de transmitancia o directamente la
absorbancia (si es de doble haz deje el blanco en el haz de referencia y coloque la muestra en el haz
de medida).
g.
Repita los pasos b, c, d, e y f, para diferentes longitudes de onda, cada 25 nm. (Un equipo de doble haz
hace los pasos b, c, e y f automáticamente).
Lecturas definidas: Si la máxima absorbancia observada está entre 0.8 y 0.15 (15 a 70% T) repita el
procedimiento con precisión, leyendo cada 20 nm en general, pero cada 10 nm entre el dato anterior y el
posterior a aquel en que haya observado un máximo de absorción. Si la máxima absorbancia observada en el
ensayo preliminar se sale del rango, cambie la concentración por una apropiada aplicando la ley de Beer para
calcularla así:
Tome luego las lecturas definitivas. Los espectrofotómetros genesys 5, Genesys 10, Shimadzu UV-1700,
Evolution 60, Evolution 201 con sus programas de barrido de exploración hacen automáticamente la curva
espectral, la presenta en la pantalla y se puede imprimir si se requiere. Si el interés no es trazar la curva
espectral, si no, escoger el máximo de absorción, sólo se toman los datos cada 10 nm alrededor de dicho
máximo.
Llene la tabla de datos (4.10.4) del formato guía 4.10 construya la gráfica Vs , determine el o los máximos
de absorción, compare los máximos o el espectro con los espectros (4.10.5) dados en el formato guía 4.10 e
identifique la sustancia de la solución P1.
4.8.2 Análisis Cuantitativo
Si la sustancia cumple la ley de Beer, se halla la concentración , conociendo la absortividad , el espesor de
la celda y midiendo la absorbancia , o más fácilmente, comparando la absorbancia
de la muestra con la
absorbancia
de un patrón de concentración conocida , medidas en celdas de igual espesor.
Cx 
C p Ax
Ap
Las lecturas
y
deben quedar dentro del rango 0.15 a 0.8. Si la muestra es muy concentrada, o muy
diluida (Ax mayor de 0.8 o menor de o.15) será necesario diluir o concentrar la solución).
Un criterio para hallar el factor de dilución (Fd) es dividir el valor de la absorbancia obtenido (A) por 0.43 que es
el valor donde se obtiene el menor error fotométrico (Fd=A/0.43), y el valor resultante se puede redondear a
una cifra exacta para facilitar los cálculos del volumen; Fd=Vf/Vi, siendo Vf= volumen final y Vi= volumen inicial,
el volumen final se puede fijar convenientemente y despejarse el volumen inicial (Vi=Vf/Fd ). Para calcular el
factor de concentración (Fc), se divide 0.43 por el valor de la absorbancia obtenido (A), (Fc=0.43/A). El valor
resultante se puede redondear a una cifra exacta para facilitar los cálculos del volumen; Fc=Vf/Vi, siendo Vf=
volumen final (el cual es menor que el volumen inicial) y Vi= volumen inicial el cual es mayor que el volumen
final. El volumen final se pude fijar convenientemente y despejarse el volumen inicial.
Cuando es necesario diluir o concentrar una muestra, la concentración real (Cr) del compuesto o analita,
será igual a la concentración obtenida (C) multiplicada por el factor de dilución o concentración (Cr=CXFd o
Cr=CXFc), Cuando la sustancia no cumple la ley de Beer o no sabe si la cumple, es necesario trazar una
gráfica de calibración de A contra C, usando varias soluciones patrón.
68
4.8.2.1 Cuantificación de una Sustancia Absorbente.
Una vez confirmada la identidad de la solución problema P1, prepare una solución de concentración conocida.
Con base en el estudio del o los máximos de absorción, seleccione el más apropiado y determine su
absorbancia con el mismo blanco fotométrico. Realice los cálculos matemáticos, para determinar el volumen
de solución P1 de concentración conocida requerido para preparar 25 mL de cada uno de una serie de
patrones, para cubrir el rango donde se obtiene el menor error fotométrico de 0.2 a 0.8 de A. Como la
absorbancia es proporcional a la concentración, para visualizar mejor el comportamiento de la ley de Beer, se
recomienda preparar patrones para los cuales teóricamente se espera múltiplos de la (A). Así: 0.2 - 0.4 - 0.6 0.8 o valores alrededor de ellos.
Construya una tabla con los datos calculados, llene la tabla de datos 4.10.6.1 del formato guía para toma de
datos 4.10.
Prepare los patrones haciendo una buena medición y aforo de volúmenes, utilice el material volumétrico
adecuado. Haciendo uso correcto del espectrofotómetro y usando el blanco adecuado mida la absorbancia de
cada patrón y de la solución de concentración desconocida P1. Estas son las absorbancias reales de los
patrones y la solución problema P1.
 Si la solución problema es muy concentrada o muy diluida, deberá diluirla o concentrarla, calculando
el factor de dilución o de concentración según los criterios considerados en la parte 4.8.2 para
obtener una lectura dentro del rango de los patrones.
 Los espectrofotómetros genesys 5, genesys 10, Shimadzu UV-1700, Evolution 60, evolution 201
tienen el programa curva de calibración y determinación de incógnitas con el cual se construye
la gráfica y se determina la concentración de la muestra problema como también algunos
parámetros estadísticos.
 Si no dispone de alguno de estos espectrofotómetros, En el informe construya la curva de calibración
de absorbancia en función de la concentración, por medio de la gráfica deducir la concentración
desconocida de la solución problema P1.
 Observar la gráfica y deducir si se cumple o no la ley de Beer. La cumple cuando resulta una línea
recta que pasa por el origen de las coordenadas.
 Si cumple la ley de Beer, se podría prescindir de la curva de calibración para análisis posteriores de
dicha sustancia.
4.8 Aplicación de la fotometría visible en el análisis químico
El análisis cuantitativo representa la mayor aplicación de los métodos fotométricos, muchos análisis
fotométricos cuantitativos pueden llevarse a cabo en la región visible. Las excepciones principales son los
sistemas totalmente orgánicos, las sales de metales alcalinos que ordinariamente pueden analizarse solo en
las regiones ultravioleta o la infrarroja. Muchos procedimientos fotométricos de absorción poseen la ventaja
de tener una extrema sensibilidad, detectando concentraciones de sustancias tan pequeñas como 0.001 ppm,
y en los análisis cuantitativos realizados en el nivel de 0.1 mg/L o 0.1 ppm, es posible tener una precisión de
aproximadamente 1%.
En condiciones ideales, la sustancia de interés debe absorber en una región espectral que esté libre de
absorción por otros constituyentes de la muestra. Una longitud de onda en esta región, puede entonces
69
seleccionarse para el análisis, si es accesible al equipo fotométrico con que se cuenta. Si la condición ideal no
puede satisfacerse, debe realizarse una operación química preliminar que puede incluir:
a.
Formación de complejos (para dar una especie intensamente absorbente).
b.
La separación química mediante un método para la precipitación o extracción de la sustancia buscada.
c.
La conversión de ésta a un estado de oxidación diferente o una nueva forma.
Si no existe ninguna interferencia, el análisis más exacto y sencillo puede llevarse a cabo haciendo mediciones
fotométricas en la longitud de onda del máximo de una banda de absorción. Esta será la longitud de onda en
la que exista el mayor cambio de la absorbancia con la concentración.
70
4.9.1 Motivación al Análisis Fotométrico (lectura)
¿Balanzas? No Algo Mejor11
De proponérnoslo, encontraríamos seguramente en cada hogar unos cristalitos oscuros, con la envoltura típica
de las farmacias, a los que conocemos con el nombre de permanganato. El permanganato se emplea como
desinfectante; sus disoluciones las usamos para enjuagarnos la garganta en algunas enfermedades. Lo que
llamamos simplemente permanganato es permanganato de potasio, un compuesto que cede con suma
facilidad su oxígeno y que por ello ejerce una acción destructora sobre distintos microorganismos infecciosos.
Pero las que nos interesan ahora son otras de sus propiedades. Tomemos un cristalito de esta sustancia y
echémoslo en un vaso de agua. Al cabo de algún tiempo ésta adquirirá un fuerte color violeta. Eso ya es, de
por sí, un hecho interesante: a pesar del reducido tamaño del cristalito, la coloración obtenida es tal, que ni aun
poniendo el vaso delante de una lámpara se transparenta lo más mínimo.
Diluyamos el contenido del vaso el doble, el cuádruple... La coloración se irá debilitando, pero no desaparecerá
por completo. Tendremos que añadir muchas veces agua para que el color de la disolución se vuelva
imperceptible.
Tomemos ahora una disolución cuya coloración se pueda distinguir todavía a simple vista. Qué cantidad de
sustancia contiene esta disolución, o, como dicen los químicos, cuál es la concentración de la misma? Esto ha
sido ya establecido con gran exactitud. Doscientos mililitros de tal disolución, es decir, el volumen de un vaso
de agua, contienen una diezmilésima de gramo de la substancia en cuestión. Expresando la concentración de
dicha disolución en tanto por ciento, obtendremos 0,0005%, esto es, cinco diezmilésimas de por ciento.
No es difícil establecer la relación entre la cantidad de la sustancia coloreada contenida en la disolución y
la coloración de ésta; Y después de ello, resulta sencillísimo determinar su concentración: evidentemente,
cuanto más intenso sea el color de la disolución, tanto mayor será la cantidad de la sustancia coloreada
que lleva disuelta.
Este método de análisis fue denominado calorimétrico (de la palabra color). No cuesta mucho convencerse
de que, en lo que a la sensibilidad se refiere, los métodos calorimétricos ofrecen grandes ventajas en
comparación con los gravimétricos, es decir, los que se basan en la determinación del peso. Para averiguar la
concentración por colorimetría, pongamos por caso, de la mencionada disolución de permanganato potásico,
sólo se necesita un aparato muy simple el colorímetro, diez mililitros de disolución y tres minutos de tiempo.
Veamos ahora lo que pasaría si nos decidiéramos a emplear para el análisis la balanza. La concentración de
la disolución es de 0.0005%. Esto significa que un mililitro de la misma contiene sólo cinco millonésimas de
gramo de la sustancia disuelta. Después de evaporar a sequedad los 10 mililitros de disolución que nos
bastarían de sobra para el análisis calorimétrico, no hallaríamos, en resumidas cuentas, nada, ya que las
balanzas analíticas ordinarias no pueden registrar cantidades tan insignificantes como son cinco cienmilésimas
de gramo.
En fin, para determinar la concentración nos veríamos obligados a evaporar a sequedad 10 litros de la
disolución. Sólo entonces hallaríamos el valor de la concentración, que se diferenciaría del verdadero,
aproximadamente, en unas... cinco veces. Por qué? Pues, porque 10 litros de la disolución contendrían una
cantidad de impurezas, sustancias extrañas, cinco veces mayor (y no nos extendemos en el cálculo) que los
10 mililitros de que venimos hablando.
11
El Mundo de la Química (la novena cifra Decimal).
71
Muchos habrán oído hablar del colorante azul de Prusia o berlinés, de hermoso matiz azul. Esta sustancia
puede obtenerse añadiendo a una disolución de cualquier sal de hierro una disolución de prusiato amarillo de
potasio. La coloración aparece incluso cuando el hierro contenido en la disolución no excede de tres
centigramos por litro, o sea, de tres cienmilésimas de gramo por mililitro. Y ese valor 0.00003 g se sale ya del
campo de acción de las balanzas analíticas corrientes. El prusiato amarillo de potasio es llamado por
ello reactivo de los compuestos del hierro. Y como vemos, es un reactivo muy sensible.
Sin embargo, la sensibilidad del prusiato amarillo de potasio es poca en comparación con los efectos de otro
indicador del hierro: la sustancia orgánica llamada fenantrolina. Con este reactivo se puede descubrir la
presencia de dos diezmillonésimas de gramo de hierro por mililitro de disolución (es decir 0.0000002 o bien 2
X 10-7). Se han encontrado reactivos orgánicos para casi todos los elementos. Estas sustancias permiten
descubrir, por la coloración correspondiente, de cienmilésimas a diezmillonésimas de gramo del elemento
dado, en un mililitro de disolución. Es evidente que no hay balanza alguna que pueda equipararse, en cuanto a
sensibilidad, con las reacciones calorimétricas.
Por cierto, que para determinar el contenido de oro del mercurio en los experimentos de Litte se empleó un
reactivo de larguísimo y altisonante nombre: paratetrametildiaminodifenilmetano, el cual permite descubrir la
presencia de millonésimas de gramo de oro.
Los reactivos orgánicos permitieron no sólo la formación de una coloración que revelara la presencia de tal o
cual elemento en la disolución, sino también que dichos elementos pasaran a formar parte de sustancias
insolubles en agua. A título de ejemplo podemos citar el reactivo orgánico denominado dimetilglioxima,
descubierto por el químico ruso L.A. Chugaiev a comienzos del siglo XX. Si una disolución contiene níquel,
aunque sea en cantidad insignificante, al añadir a la misma dimetilglioxima se forma inmediatamente un
precipitado de color fresa. Y pesando éste, se puede calcular la cantidad de metal que contenía la disolución
analizada. Con ayuda de la dimetilglioxima se puede averiguar la cantidad de níquel contenida en una
disolución, aunque no pase de una cienmillonésima de gramo (10-8) por mililitro. A partir de los años 30, en la
práctica de los análisis químicos, fueron arraigando más y más los llamados métodos físicos. Los científicos
buscaban tenazmente sustitutos de sus órganos sensitivos: ojos dotados de mayor percepción visual que los
humanos; manos más sensibles que las nuestras; oídos que permitieran captar sonidos imperceptibles.
Estos métodos, hoy día, se emplean mucho en las investigaciones químicas y prestan servicios
inestimables a los científicos.
En primer lugar, debemos citar la espectroscopia. Este es uno de los métodos de investigación más
recientes, pero al mismo tiempo, quizás, el más respetado. Cuando hace unos cien años descubrióse que
cada elemento coloreaba de diferente modo la llama del mechero Bunsen, la noticia no causó de momento
gran admiración. A mediados del siglo XIX, cuando apareció la espectroscopia, la Química vivía una agitada
época de importantísimos descubrimientos. Eran aquellos los primeros años de existencia de la hipótesis
molecular; casi cada mes aportaba nuevos éxitos, y además, colosales en el campo de la Química Orgánica;
se ideaban nuevos métodos de análisis.
Los primeros pasos de la espectroscopia reportaron un triunfo científico. El bautizo de fuego de este método
fue el descubrimiento de dos nuevos elementos: el rubidio y el cesio. El descubrimiento de un nuevo
elemento se había considerado siempre un asunto de magna importancia, y constituía un acontecimiento
trascendental en las Ciencias Químicas. De aquí que la espectroscopia inmediatamente centrara la atención
sobre sí.
72
El respeto a este método creció más aún cuando, al cabo de un decenio poco más o menos, se descubrieron
con su ayuda el talio, indio, germanio, galio y otros elementos. Después este método alcanzó su apoteosis
con el descubrimiento del helio.
En el año de 1868 se observó en las protuberancias del Sol una brillante línea amarilla, que no
correspondía a ninguno de los elementos conocidos en la Tierra. El nuevo elemento fue llamado helio en
honor del Sol (en griego, helios). Pero hubo de transcurrir decenios antes de que el helio fuera descubierto
en nuestro planeta, al principio en forma de impurezas insignificantes en minerales, y más tarde, en la
atmósfera.
Es de anotar el hecho de que mediante la espectroscopia se descubrieran precisamente aquellos elementos
cuya cantidad en los minerales y rocas es despreciable. De ello ya se infiere que la espectroscopia permite
detectar la presencia de cantidades ínfimas de los elementos. Convencerse por sí mismo de eso no es nada
difícil. Para ello no hacen falta los complicados aparatos ópticos que se emplean actualmente en los análisis
espectroscópicos. Bastará un mechero de alcohol, o mejor todavía, un mechero bunsen. Si se introduce en su
llama un alambre de platino o de acero bien templado (por ejemplo, una cuerda de algún instrumento musical)
el color de la llama no cambiaría. Más será suficiente haberlo frotado antes en la palma de la mano, para que
al ser introducido en la llama imprima a ésta un color amarillo muy vivo. Esta coloración corresponde al sodio.
De dónde ha salido ese elemento?, se preguntará el lector. El caso es que los poros de nuestra piel
segregan sin cesar gotitas de sudor, que contienen cantidades apreciables de sal común, esto es, de cloruro
de sodio. Tal es la causa de que en la llama del mechero se revele el color de dicho elemento. Ahora,
estimado lector, calcule usted cuánto cloruro de sodio puede haber en la palma de la mano, y la sensibilidad
de la espectroscopia le resultará evidente.
En efecto, por medio de dispositivos muy sencillos podemos advertir la presencia de elementos en cantidades
equivalentes a cienmillonésimas de gramo. Esto significa que, aunque el elemento que busquemos esté
contenido en la materia prima (roca o mineral), en la proporción de un gramo por cien toneladas, lo
descubriremos de todos modos si recurrimos a la espectroscopia.
Espectroscopia y reactivos orgánicos: tal era, seguramente, todo el arsenal de que disponían los químicos de
los años treinta del siglo xx para la investigación de pequeñísimas cantidades de sustancias.
4.9.2
Determinación Fotométrica de Manganeso en un Acero.
Con relación a las consideraciones de la lectura anterior, puede determinarse pequeñas cantidades de Mn en
minerales y aceros en forma de permanganato.
En el análisis de aceros los componentes que acompañan al Mn comunican cierta coloración a la disolución; el
color del ión férrico se elimina con ácido fosfórico por formación del complejo fosfórico incoloro. El color debido
a pequeña cantidad de cromo, vanadio, níquel y cobalto, pueden compensarse haciendo que estos
componentes formen parte del blanco fotométrico o patrones de referencia con los cuales se compara la
muestra problema.
Las interferencias ocasionadas por otros componentes coloreados se eliminan también, en gran extensión
utilizando una luz incidente (seleccionada mediante un filtro de paso de banda estrecha o con un
espectrofotómetro) de la longitud de onda absorbida con más intensidad por el componente a determinar. La
absorción máxima del permanganato de potasio se presenta a 526 nm, en la región amarilla verdosa del
espectro visible.
4.9.2.1 Actividades preliminares a la determinación.
73
Consultar cual es la composición de un acero comercial, las reacciones que se dan en el tratamiento de la
muestra, Realizar los cálculos matemáticos requeridos para la preparación de reactivos y patrones con
anterioridad a la ejecución de la determinación analítica.
4.9.2.2 Procedimiento
a. Tratamiento simultaneo de la muestra y el estándar: Se describe el tratamiento de la muestra el cual
también se debe hacer simultáneamente al estándar de acero de contenido de Mn conocido y
certificado. Se Pesa exactamente una muestra de acero entre 0.20 a 0.25 g. Se Transfiere la
muestra a un beaker de 250 mL. En la vitrina de gases, se Adicionan 25 mL de ácido nítrico diluido
(1:3), se cubre el vaso con un vidrio de reloj, se hierve lentamente hasta que la mezcla se disuelva o
hasta que quede solo una pequeña cantidad de residuo carbonoso, (se filtra si es necesario lavando el
residuo) se adiciona agua destilada o desionizada para compensar las pérdidas por evaporación.
Se hierve durante 1 o más minutos, se retira la muestra del calor y se añaden en varias etapas cerca
de 0.5 g de persulfato amónico, hervir suavemente durante 10 minutos más para oxidar los
compuestos de carbono, si se forma un color purpuroso de permanganato de potasio o un
precipitado oscuro de dióxido de manganeso, se añaden unos granitos de sulfato sódico para reducir
estos compuestos y después hervir de 3 a 5 minutos más, diluir con unos 25 mL de agua destilada o
desionizada, añadir 5 mL de ácido fosfórico concentrado, y unos 0.2 gramos de peryodato potásico
para asegurar la oxidación completa del Mn; calentar a ebullición hasta la aparición de un color
púrpura persistente. Enfriar la disolución y transferirla cuantitativamente a un matraz aforado de 100
mL, diluir hasta el enrace con agua destilada o desionizada y agitar para homogenizar. Se Preparan
los blancos fotométricos tanto de la muestra como del estándar, tomando 25 mL de la disolución
anterior en un beaker de 100 mL, se añaden varias gotas de ácido clorhídrico concentrado (usar vitrina
de gases), calentando si es necesario, para reducir el permanganato y decolorar la solución, la cual
debe ser incolora como el agua y se utiliza para ajustar el cero de , al medir la de la muestra y
la del estándar. Mida la absorbancia de la muestra y del estándar, si alguna es mayor de 0.8 o si
cae en una zona de la gráfica que no es lineal, se hace una disolución. Si la absorbancia de alguna
(muestra o estándar) da menor de 0.15, podrían obtenerse resultados más exactos tanto para la
muestra como para el estándar pesando una mayor cantidad, o aforando a un volumen más pequeño.
b. Preparación de patrones: Calcular cuántos gramos de permanganato de potasio de peso molecular
158.04 g y 99% de pureza se requieren pesar para preparar 250 mL de una solución, cuya
concentración en Mn sea de 100 mg/L o 100 ppm.
c. Prepare técnicamente la solución, usando como solvente agua destilada o desionizada.
d. Calcular cuántos mL de la solución anterior se deben tomar para preparar 25 mL de cada patrón cuyas
concentraciones sean de 2.5 – 5.0 – 10.0 – 15.0 y 20.0 mg/L (ppm) en Mn.
e. Prepare técnicamente los patrones usando como solvente agua destilada o desionizada.
f. Calibre el equipo siguiendo las instrucciones generales o las propias del espectrofotómetro asignado,
use agua destilada o desionizada para ajustar el 100% de o cero de .
g. Haga una selección de celdas equivalentes según la instrucción 4.7.3.2.
74
h. Mida la absorbancia de cada patrón a 526 nm utilizando como blanco agua destilada o desionizada.
Verifique la correlación de los datos de absorbancia obtenidos.
i.
Construya la gráfica de calibración. Analice la correlación de los datos de A Vs C, para verificar si
cumple la Ley de Beer.
j. Mida la absorbancia a la muestra problema y al estándar utilizando los blancos fotométricos tratados
para cada uno.
k. Determine las concentraciones de la muestra y el estándar
l.
Haga los cálculos necesarios para determinar el % de Mn en la muestra de acero y en el estándar,
calcule el % de error con relación al dato real de Mn en el estándar; para esta determinación analítica
se admite un % de error de  2%. En el informe reporte las conclusiones y recomendaciones sobre
el análisis realizado.
4.9.3 Para la cuarta sesión de laboratorio de fotometría:
Cconsulté, interprete, planifique, ejecute y evalúe una aplicación de la técnica Fotométrica visible en el
control de calidad de un producto comercial o natural. Es parte del trabajo del estudiante preparar los
reactivos y patrones requeridos. Para los cálculos estequiométricos debe tener en cuenta los datos
reportados en las etiquetas de los reactivos tales como: Peso molecular, hidratación, porcentaje de pureza,
densidad, símbolos y advertencias de seguridad.
Debe tener en cuenta preparar las cantidades necesarias para evitar el desperdicio de los reactivos.
Recordar que por seguridad del estudiante, de sus compañeros, equipos y laboratorio en general, si
se van a manipular reactivos que nunca los ha utilizado debe consultar y poner en práctica las normas y
precauciones para su manejo.
El tiempo para desarrollar dicho trabajo es en una sesión de 4 horas.
Posibles análisis que se pueden realizar:
a. Se sugiere determinar uno cualquiera de los siguientes iones en aguas:
,
,
,
,
,
,
,
,
,
.
,
,
,
,
b. Cualquiera de los siguientes elementos en Suelos: Fe, Zn, P.
c. Estudios fotométricos o determinaciones fotométricas de diferentes compuestos como: Determinación
de la composición de un complejo, determinación de la
de un indicador, estudio cinético de una
reacción, titulación fotométrica de Fe con EDTA glucosa o creatinina en sangre, metanol en bebidas
alcohólica, detergentes o fluoruros en aguas, vitamina
en medicamentos, Fe en cal hidratada o
multivitamínicos, análisis simultaneo de Cr y Mn, análisis simultaneo de Co y Ni, determinación de Fe, Co y
Ni en una mezcla.
d. Determinación de: nitritos en derivados cárnicos, creatinina en carnes, vitamina c en frutas, aceite fusel
en licores, fósforo en harinas o en orina.
75
76
Programas en Tecnología Química y Química Industrial
Laboratorio de Análisis Instrumental I
Prácticas de fotometría
4.10 Formato para toma de datos
Fecha
Día Mes Año
Estudiantes: ______________________________
Código: __________
______________________________
__________
Espectrofotómetro Utilizado:
Marca: __________________ Rango de : de _____ Hasta_____ nm
Rango de lectura en A_____
Accesorios: _____________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
Partes delicadas: _________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________
Cuidados y precauciones: ________________________________________________________
_________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________
¿Observó alguna parte defectuosa o un mal funcionamiento? ___________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
77
Tabla 4.10.1 Comparación de las características técnicas de los diferentes modelos de
espectrofotómetros.
Espectrofotómetro
Marca
Modelo
Tipo de Haz: Sencillo,
doble, dividido.
Regiones: UV, VIS, IR.
Ancho de banda en nm
Rango espectral de λ
en nm
Fuente (s): para el UV,
VIS, IR
Monocromador:
Czerney, Ebert, Prisma ,
Filtros
Material y espesor de
las celdas: Cuarzo, sílice,
vidrio, Plástico.
Detector: Fotocelda,
fototubo, diodos
Amplificación:
Óptica, electrónica
Instrumento de lectura:
Análogo, digital
Continuación tabla 4.10.1 valores de %T y A medidos a la solución coloreada en los diferentes
equipos.
Equipo Spectronic 20D Genesis 5 Genesys 10 Genesis 20 Shimadzu UV-1700 Evolution 60
%T
A
Ajuste de la lámpara: Anote si estaba ajustada, ¿cómo se puede mover la lámpara?, ¿cómo se reconoce la
posición correcta? _________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________________
78
4.10.2 Observación del Espectro Visible
Tabla 4.10.2: Colores y rango de longitudes de onda correspondientes
Color
Rango de  en nm
Violeta
Azul
Verde
Amarillo
Naranja
Rojo
4.10.3 Estudio de la Respuesta Relativa Total
Tabla 4.10.3 Respuesta del espectrofotómetro________________________ en función de .

360 380 400 420 440 460 480 500 520 540 560 580 600 620 640 660 680 700 720 740
%T
4.10.3 Estudio de Celdas equivalentes
Celdas del espectrofotómetro__________________________________
Espesor de la celda en cm: De referencia: ______ 1:______ 2:______
% Transmitancia:
De referencia: ______ 1:______ 2:______
Absorbancia:
De referencia: ______ 1: ______ 2:______
Factor de Corrección........................................... 1: ______ 2:______
Tubos de ensayo: Con los tres más iguales en cuanto a volumen:
Espesor aprox. calculado: De referencia: ______ 1:______ 2:______
% Transmitancia:
De referencia: _______ 1:______ 2:______
Absorbancia:
De referencia: _______ 1: ______ 2:______
Factor de Corrección............................................. 1:______ 2:______
4.10.4 Estudio de Máximos de absorbancia de la sustancia P1
Tabla 4.10.4 Absorbancia de la sustancia problema P1 a diferentes s.

%T
A
79
4.10.5 Espectros de diferentes sustancias para comparar e identificar la muestra problema P 1.
80
81
82
83
84
4.10.6 Cuantificación una Sustancia Absorbente.
4.10.6.1 Cuantificación de la muestra problema P1
Tabla 4.10.5 Datos para construir la gráfica de calibración para determinar la concentración de la
sustancia problema P1
Patrón No.
1
2
3
4
X
Concentración en:
%T
A
4.10.7 Aplicación de la fotometría visible en el análisis químico.
Tabla 4.10.6 Datos para construir la gráfica de calibración y para determinar la concentración de Mn en
la solución de la muestra de acero y el estándar.
Patrón No.
Concentración en mg/L
1
2
3
4
5
2.5
5.0
10.0
15.0
20.0
%T
A
Tabla 4.10.7 Datos para construir la gráfica de calibración para determinar la concentración del
compuesto en solución de la práctica de aplicación.
Patrón No.
1
2
3
4
5
X
Concentración en:
%T
A
En el informe: Haga un tratamiento estadístico de los datos obtenidos para cada análisis cuantitativo; derive
la ecuación por análisis de mínimos cuadrados, deduzca el coeficiente de correlación, Calcule la
sensibilidad, el límite de detección, el límite de cuantificación, el % de error instrumental con la siguiente
fórmula:
, donde:
,
,
,
las concentraciones reales de las muestras problemas y calcule el % de error total.
85
, Consulte
Describa las características técnicas del espectrofotómetro utilizado, Consulte en catálogos actualizados
de instrumentación química o en internet sobre las variedades, características y aplicaciones de los
nuevos modelos de espectrofotómetros en control de calidad y control de procesos.
Reflexiones
 ¿Qué factores afectaron las medidas de la
?
 ¿Qué factores afectan la medida de la absortividad molar o específica?
 ¿Cómo puede determinar la confianza en los resultados analíticos obtenidos?
 ¿Cómo puede adaptar la técnica fotométrica en la región del visible para el control de calidad y
controlar algunos procesos industriales?
 Consultar en qué consisten las sondas fotométricas y los sensores fotométricos y cuál es su utilidad?
86
4.11 Instrucciones de manejo de los diferentes modelos de los espectrofotómetros utilizados en las
prácticas.
4.11.1 Espectrofotómetro Spectronic.
Figura 4.4 Espectrofotómetro Spectronic 20 D (análogo y digital) vista frontal y diagrama óptico
4.11.1.1 Generalidades de los Spectronic.
4.11.1.1.1 Características Técnicas
Fabricante: Milton Roy
Conexión: 110 V
Fuente: Lámpara de tungsteno.
Selector de : monocromador de red
Rango espectral: de 350 a 900 nm (en algunos modelos)
87
Ancho de banda: 20 nm
Equipo de: Haz sencillo.
Celdas: De vidrio cilíndricas de 1.0 cm de espesor y hasta 10 mL de capacidad.
Detector: fototubos con respuesta de 350 a 600 nm y de 600 a 900 nm. Normalmente el equipo tiene
incorporado el detector de 350 a 600 nm, para trabajar entre 600 y 900 nm, es necesario cambiarlo y
ubicar el filtro adicional siguiendo las instrucciones correctamente.
Sistema de amplificación: Por intensidad de luz
Sistema de lectura: análogo o digital.
Instrumento de lectura: Galvanómetro o Display.
4.11.1.2 Observaciones:
 Los equipos son para operar a 110 V
 Las celdas son un componente de la óptica del equipo y deben tratarse y cuidarse con toda
precaución.
 No tocar la parte inferior a través de la cual pasa la luz.
 Enjuagar la celda con varias porciones pequeñas de la solución antes de efectuar una medición.
 Secar las gotas que eventualmente queden en el exterior de la celda, o eliminar cualquier
empañado con un papel absorbente limpio.
 Asegurarse que no quede pelusa por fuera ni burbujas de aire adheridas a las paredes interiores
de vidrio.
 Al insertar una celda en el soporte del aparato:
a. Colocarla con la línea índice hacia la izquierda del aparato.
b. Cuando llegue al fondo rotarla 90 para hacer coincidir las líneas indicadoras de la posición
exactamente.
c. Para retirar la celda proceda a la inversa (rotarla antes de levantarla para evitar rayaduras).
4.11.1.3 Instrucciones de manejo
1. Conecte a la red 110V el toma del equipo.
2. Encienda el equipo con el control 1 girándolo hacia la derecha, el piloto 3 debe lucir rojo (spectronic
20). Déjelo calentar y estabilizar durante unos 10 minutos aproximadamente.
3. Con el control 1 y con el porta-celdas (2) vacío y cerrado ajuste el 0% de T.
4. Con el control 4 observando la escala (6), seleccione  para el análisis.
5. Gire el control 5 hacia la izquierda hasta el tope, (para proteger el instrumento de medida análogo).
6. Ubique en una celda el blanco fotométrico o líquido de referencia (son suficientes 3 mL), colóquelas
en el porta celdas y cierre el compartimiento.
88
7. Con el control 5 girándolo hacia la derecha ajuste el 100% de T o cero de A en el instrumento 7 del
Espectrofotómetro análogo, en el digital, seleccione con la tecla 8 el modo de operación %T o A.
8. Retire la celda con el blanco e introduzca en el porta-celdas la misma celda (u otra equivalente), con
la solución problema.
9. Lea y anote el % de T o la A de la solución problema.
10. Retire y limpie la celda.
El Spectronic 20D digital presenta la opción de trabajar directamente en el modo de concentración,
eliminándose la necesidad de construir gráficas de calibración, siempre y cuando en el análisis se trabaje
en la región lineal previamente verificada en el rango de concentración de interés, con la  y el espesor
de la celda adecuado. El instrumento electrónicamente convierte el resultado de absorbancia en unidades
de concentración multiplicando el valor de la absorbancia por el inverso de la pendiente de la gráfica de
calibración (C= A x 1/b).
Para trabajar en el modo de concentración siga los pasos de 1 a 7; luego con la tecla 8 seleccione el
modo de operación concentración. Con un patrón de concentración conocida, y pulsando las teclas 9 o
10 según la conveniencia, ajuste el valor de la concentración en el display. Verifique con otro patrón de
concentración intermedia la respuesta lineal asumida por el equipo entre 0.0 y la concentración del
primer patrón. Lea la concentración de la solución problema.
Después del análisis usando el modo concentración y para agilizar posteriores determinaciones, o
verificar la concentración del patrón; seleccione El modo factor, anote el valor, cuando requiera hacer el
mismo análisis repita los pasos 1 a 7, seleccione el modo factor con las teclas 9 y 10 fije su valor,
seleccione el modo concentración, introduzca la celda con la muestra y lea directamente la
concentración. Igual procedimiento se hace con el patrón si lo que se desea después de transcurrido un
periodo de tiempo es verificar su concentración.
89
4.11.2 Espectrofotómetro Genesys 20
Figura 4.5 Espectrofotómetro Genesys 20 vistas frontal y trasera
90
Figura 4.6 Descripción de las funciones del teclado del espectrofotómetro Genesys 20
4.11.2.1 Características técnicas:
Fabricante: Thermo Scientific
Conexión a la red: 110 a 240 V ± 10% (max)
Calibración: Automática y autodiagnóstico de encendido y funcionamiento.
Fuente: Lámpara de tungsteno hálogeno.
Selector de : Monocromador de rejilla de difracciòn 1.200 lìneas/mm.
Rango espectral: 325 a 1.100 nm.(para algunos equipos), Cubre las regiones VIS de 350 a 800nm, IR
cercano de 800 a 1100 nm.
Exactitud de la longitud de onda: 2 nm.
Repetibilidad de longitud de onda: 0.5nm
Ranura espectral
8mm.
91
Ancho de banda: 20 nm.
Equipo de: haz dividido.
Exactitud fotométrica: entre 0.0 a 0.3 unidades de A, 0.003 A
Entre 0.301 A a 2.5 unidades de A, 1.0%
Rango fotométrico: 0.0 – 125% , -0.1 – 2.5 A, 0.0 -1999
Celdas: De vidrio y metacrilato para la región del visible, pared plana y cilindricas, de un cm de espesor
con capacidad hasta 3 mL.
Detector: Diodos de silicio.
Sistema de amplificación: Electrónico.
Sistema de lectura: Digital. (Pantalla cristasl líquido de dos líneas)
Instrumento de lectura: Pantalla de cristal líquido (LCD).
Teclado: Con el cual se puede entrar, corregir, sacar información y dar ordenes al microcontrolador; el
equipo puede ser operado en 5 idiomas de los cuales se ha seleccinado el español.
Impresora: de papel térmico
Puerto: Serial (RS-232-C)
Portaceldas para celdas específicas y diferentes espesores.
4.11.2.3 Observaciones:
 El equipo es para operar desde 110 V hasta 240 V
 Las celdas son un componente de la óptica del equipo y deben tratarse y cuidarse con toda
precaución. No tocar la parte inferior a través de la cual pasa la luz.
 Enjuagar la celda con varias porciones pequeñas de la solución antes de efectuar una medición.
 Secar las gotas que eventualmente queden en el exterior de la celda, o eliminar cualquier
empañado con un papel absorbente limpio.
 Asegurarse que no quede pelusa por fuera ni burbujas de aire adheridas a las paredes interiores
de vidrio.
 Al insertar una celda en el soporte del aparato:
a. Colocarla alineada en trayectoria óptica del equipo.
b. Algunas celdas de pared plana de metacrilato tienen 2 posiciones en una de las cuales da un
espesor de 0.5 cm y en la otra 1 cm por lo cual deben ubicarse convenientemente, no son
resistente a la temperatura y mayoría de los compuestos orgánicos y algunos compuestos
inorgánicos por lo cual se deben utilizar teniendo en cuenta esta precaución.
92
c. Las siguientes instrucciones de operación corresponden con una configuración sencilla para el
manejo del equipo, la cual si sufre alguna alteración pueden no corresponder, en tal caso
consulte el profesor. Para sacar mayor provecho de las funciones del equipo, de la
amigabilidad del software, consulte el catalogo, en las practicas docentes que se realizan en
el curso no se alcanzan a utilizar todas las aplicaciones y bondades del equipo.
4.11.2.3 Instrucciones de manejo
93
94
95
96
4.11.3 Espectrofotómetro ultravioleta visible Shimadzu UV-1700
Figura 4.7 Espectrofotómetro Ultravioleta Visible Shimadzu UV-1700 vista frontal
4.11.3.1 Características Técnicas
Conexión a la red: rango de 110 a 240 V, 50/60 Hz, 160 VA.
Requerimientos ambientales:
Temperatura ambiente: entre 15 y 35°C.
Humedad relativa: Entre 45 y 80 %
Tipo de Haz: Doble
Regiones: Ultravioleta, visible, infrarrojo cercano.
Rango de λ en nm: de 190 a 1100
Reproducibilidad de la longitud de onda: ±0.1 nm
Selección automática de rangos de longitud de onda: 2.0, 1.0, 0.5 ,0.2, 0.1 nm.
Pérdida de luz: Menor del 5% (entre 220 y 340 nm).
Rango fotométrico de medición en absorbancia:-0.5 a 3.99 unidades de absorbancia aproximadamente.
Rango fotométrico de medición en transmitanca: 0.0 a 300% aproximadamente.
Exactitud fotométrica: ± 0.004 a 1.0 de Absorbancia, ±0.002 a 0.5 de absorbancia.
Estabilidad de la línea base: menor de ±0.001 Abs/hora.
Linealidad de la línea base: ±0.002 de absorbancia.
Corrección de la línea Base: Automática memorizada en computador, en dos etapas: ajuste grueso y
ajuste fino.
Ancho de banda espectral: 2nm.
Longitud de onda de intercambio de lámpara: 340.8 nm
Fuentes: Para el ultravioleta Lámpara de deuterio, para el visible lámpara de halógeno, para el Ir cercano
halógeno.
Monocromador: Tipo Ebert con red cóncava Holográfica.
Material de las celdas: Cuarzo o sílice fundida para el ultravioleta, Vidrio o plástico (Metacrilato) para el
visible.
Celdas: De vidrio y metacrilato para la región del visible, de cuarzo y silce fundida para la región ultra
violeta, pared plana y cilindricas, de un cm de espesor con capacidad hasta 3 mL
97
Sistema de detección: Fotodiodos de silicio.
Sistema de amplificación: Electrónico.
Instrumento de lectura: Pantalla de cristal líquido.
Puertos interfase: RS-232C port f.
4.11.3.2 Observaciones:
 El equipo es para operar desde 110 V hasta 240 V
 Las celdas son un componente de la óptica del equipo y deben tratarse y cuidarse con toda
precaución. No tocar la parte inferior a través de la cual pasa la luz.
 Enjuagar la celda con varias porciones pequeñas de la solución antes de efectuar una medición.
 Secar las gotas que eventualmente queden en el exterior de la celda, o eliminar cualquier
empañado con un papel absorbente limpio.
 Asegurarse que no quede pelusa por fuera ni burbujas de aire adheridas a las paredes interiores
de vidrio.
 Al insertar una celda en el soporte del aparato:
a. Colocarla alineada en trayectoria óptica del equipo.
b. Algunas celdas de pared plana de metacrilato tienen 2 posiciones en una de las cuales da un
espesor de 0.5 cm y en la otra 1 cm por lo cual deben ubicarse convenientemente, no son
resistente a la temperatura y mayoría de los compuestos orgánicos y algunos compuestos
inorgánicos por lo cual se deben utilizar teniendo en cuenta esta precaución.
c. Las celdas de cuarzo utilizadas para mediciones en la región ultravioleta son costosas y
delicadas deben usarse cuidadosamente.
d. Las siguientes instrucciones de operación corresponden con una configuración sencilla para el
manejo del equipo, la cual si sufre alguna alteración pueden no corresponder, en tal caso
consulte el monitor o al profesor. Para sacar mayor provecho de las funciones del equipo, de
la amigabilidad del software, consulte el catalogo, en las prácticas docentes que se realizan
en el curso no se alcanzan a utilizar todas las aplicaciones y bondades del equipo.
4.11.3.3 Instrucciones básicas de manejo del espectrofotómetro Ultravioleta Visible Shimadzu UV1700
Para prender el equipo presione la tecla ON/Off ubicada en el lado izquierdo, el tiempo requerido para la
inicialización es aproximadamente de 4 minutos para realizar la rutina de encendido si todos los pasos se
comportan apropiadamente
98
Pantalla de inicialización, Rutina de encendido
Luego de la rutina de encendido el equipo entra automáticamente a la pantalla modo de funciones
Los modos y sus opciones pueden seleccionase usando los números del 1 al 9 o las funciones
presionando las teclas F1 a F4. Cuando se seleccionan los modos no es necesario presionar Enter.
4.11.3.3.1 Funciones de las teclas
Start/stop: Inicia o para la medida del parámetro que se está realizando.
Auto Zero: Ajusta automáticamente el valor de cero de absorbancia o 100% de transmitancia a la
longitud de onda seleccionada; para lo cual es necesario ubicar en el compartimento para las muestras una
celda conteniendo el blanco fotométrico tanto en el soporte de celda del haz de referencia como en el
soporte del haz de la muestra.
Goto wl: Cambia la longitud de onda.
Enter: Entra los valores seleccionados.
Cursor: Permite moverse en la pantalla a la derecha e izquierda y entrar valores numéricos negativos.
Función (F1 a F4): Corresponden a las funciones que presenta cada modo en la barra de la base de la
pantalla.
99
Pantalla modo de funciones
Return: Permite regresar de cualquier procedimiento que se realice en cada uno de los modos.
Mode: Permite salir de cada uno de los parámetros.
Print: Permite imprimir y copiar la información que muestra la pantalla.
CE: Permite borrar valores numéricos errados para luego entrar el valor correcto.
Fotómetro
El modo fotométrico es usado para medir absorbancia y transmitancia a diferentes longitudes de onda,
para cambiar la longitud de onda se presiona !a tecla Goto wl.
Para las mediciones cuadre el 0 de ABS o el 100% T con el blanco correspondiente; para medir los
patrones introduzca uno por uno y presione la tecla START.
100
Para borrar algunos de los patrones que aparecen en la tabla presione la función F3, luego con el cursor
escoja delete y por ultimo presione la tecla enter. Para volver presione la tecla return, para salir del modo
fotométrico presione la tecla mode.
4.11.3.3.2 Spectrum (barrido espectral)
Se encuentran seis opciones que se modifican según las necesidades del usuario. En la primera opción
encontramos que podemos medir en ABS, T% y E (energía).
En la segunda opción tenemos el rango de la longitud de onda en el cual se va a realizar la lectura,
primero se introduce la longitud mayor y luego la menor.
En la tercera opción se introduce el rango de lectura, en el eje y, ya sea de ABS, T%, Y E.
En la cuarta opción se escoge la velocidad de barrido para obtener la curva espectral.
En la quinta opción se selecciona el número de veces que desea que se trace la curva espectral.
En la sexta se selecciona la forma de exhibir el espectro en la pantalla bien sea en modo secuencial o
superpuesto (overlay)
Después de programar cada uno de las seis opciones, se llenan dos celdas equivalentes con el blanco
fotométrico, se ubica una celda en el soporte por donde pasa el haz de referencia y la otra en el soporte
por donde pasa el haz de la muestra; se cierra la tapa del compartimento. Se presione la tecla F1 para
recorrer la línea base, una vez el equipo ha realizado este proceso, retire la celda del haz de la muestra,
introduzca la celda con la muestra y presione la función F2 para obtener el espectro, Se presiona F2
nuevamente si se desea obtener la derivada, el área de cálculo, o el valor del punto superior, para volver
se presiona la tecla return y luego se presiona la tecla mode para salir del modo de espectro.
Nota: Recuerde no guardar gráficas, datos o espectros si no es necesario.
4.11.3.3.3 Quantitation (cuantificación)
Se encuentran cinco opciones disponibles:
1. Se puede seleccionar si la medición se realiza con 1λ, 2 λ ó 3 λ. Se escoge una de las opciones, se
selecciona el valor de la longitud de onda y se presiona Enter.
2.
1.
2.
3.
Se presentan tres opciones diferentes:
K- factor.
1 Punto de calibración. (un punto de calibración)
Varios puntos de calibración.
Si se selecciona la opción 3, se introduce el número de patrones, el orden en que se introducirán (de
menor a mayor concentración), se selecciona si se quiere que la gráfica se intercepte por cero o no.
Después de asignar cada una de las pociones se debe presionar ENTER.
3. Número de medidas que varía de 1 a 9, preferiblemente seleccionar 1, y se presiona Enter.
101
4. Permite seleccionar las unidades y luego se presiona Enter.
5. Permite imprimir los datos.
Por ultimo presionar Start y aparecerá la tabla con el número de patrones seleccionados en una columna,
en la columna del frente se coloca el valor de la concentración, en la otra columna el equipo realiza la
medición de ABS de cada uno de los patrones, para que el equipo realice esta medición se debe presionar
la tecla 2. Para salir se presiona la tecla return y para salir de cuantificación la tecla mode.
Presionar la tecla F1 correspondiente a Calcurve (calcular la curva de calibración) en la barra baja de la
pantalla, para ver la curva de calibración.
Para la utilización del equipo en los modos:
4. Kinetic (cinética).
5. Time Scan (tiempo de barrido)
6. Multi-component (multiticomponente)
7. Fotometric Multi λ (fotométrico varias λs)
8. Optional Program pack (paquete opcional de programa)
9. Utilities (utilidades, servicios)
Ver instrucciones de operación y aplicaciones en el manual de instrucciones y guía de operación
del equipo del equipo.
102
4.11.4 Espectrofotómetro Evolution 60
Figura 4.8 Espectrofotómetro Evolution 60, vistas frontal y trasera
103
Figura 4.9 Teclado Evolution 60
104
Figura 4.10 Funciones teclado Evolution 60
105
4.11 continuación funciones teclado Evolution 60
4.11.4.1 Características técnicas:
Fabricante: Thermo Scientific
Conexión a la red: 110 a 240 V ± 10% (max)
Calibración: Automática y autodiagnóstico de encendido y funcionamiento.
Fuente: Lámpara de Xenón.
Selector de : Monocromador de rejilla de difracciòn 1.200 lìneas/mm.
Detector: Diodos de silicio
Rango espectral: 190 a 1.100 nm. Cubre las regiones UV de 190 a 350 nm, VIS de 350 a 800nm, IR
cercano de 800 a 1100 nm.
Repetibilidad de longitud de onda: 0.5nm,529.o nm
Ancho de banda: 1 nm.
Exactitud en la selección de
0.8 nm, 529.9 nm
106
Equipo de: doble haz.
Exactitud fotométrica:
NISTfiltro
0.010ª
Rango fotométrico: -0.1 a 3.0 A
Display fotométrico: -0.1 a 5.0 A
Ruido fotométrico:
Velocidad de barrido:10 a 2,800 nm/minuto
Velocidad de barrido lenta 11,000 nm/minuto
Intervalos de selección de longitud de onda 0.1, 0.2, 0.5, 1.0, 2.0, 5.0 nm
Celdas: De vidrio y metacrilato para la región del visible, de cuarzo y silce fundida para la región ultra
violeta, pared plana y cilindricas, de un cm de espesor con capacidad hasta 3 mL.
Sistema de amplificación: Electrónico.
Sistema de lectura: Digital.
Instrumento de lectura: Pantalla de cristal líquido (LCD).
Impresora gráfica 40 columnas
Teclado: Con el cual se puede entrar, corregir, sacar información y dar ordenes al microcontrolador; el
equipo puede ser operado en 5 idiomas de los cuales se ha seleccinado el español.
Impresora: de papel térmico
Puerto: Serial (RS-232-C)
Portaceldas para celdas específicas y diferentes espesores.
4.11.4.2 Observaciones:
 El equipo es para operar desde 110 V hasta 240 V
 Las celdas son un componente de la óptica del equipo y deben tratarse y cuidarse con toda
precaución. No tocar la parte inferior a través de la cual pasa la luz.
 Enjuagar la celda con varias porciones pequeñas de la solución antes de efectuar una medición.
 Secar las gotas que eventualmente queden en el exterior de la celda, o eliminar cualquier
empañado con un papel absorbente limpio.
 Asegurarse que no quede pelusa por fuera ni burbujas de aire adheridas a las paredes interiores
de vidrio.
 Al insertar una celda en el soporte del aparato:
a. Colocarla alineada en trayectoria óptica del equipo.
b. Algunas celdas de pared plana de metacrilato tienen 2 posiciones en una de las cuales da un
espesor de 0.5 cm y en la otra 1 cm por lo cual deben ubicarse convenientemente, no son
107
resistente a la temperatura y mayoría de los compuestos orgánicos y algunos compuestos
inorgánicos por lo cual se deben utilizar teniendo en cuenta esta precaución.
c. Las celdas de cuarzo utilizadas para mediciones en la región ultravioleta son costosas y
delicadas deben usarse cuidadosamente.
d. Las siguientes instrucciones de operación corresponden con una configuración sencilla para el
manejo del equipo, la cual si sufre alguna alteración pueden no corresponder, en tal caso consulte
el profesor. Para sacar mayor provecho de las funciones del equipo, de la amigabilidad del
software, consulte el catalogo, en las prácticas docentes que se realizan en el curso no se
alcanzan a utilizar todas las aplicaciones y bondades del equipo.
4.11.4.3 Instrucciones básicas de manejo del espectrofotómetro Ultravioleta Visible Evolution 60
Para prender el equipo presione la tecla 4 figura 4.8 (interruptor Prendido/apagado), ubicada en la parte
trasera del equipo, el tiempo requerido para la inicialización es aproximadamente de 2 minutos para
realizar la rutina de encendido y diagnóstico si todos los pasos se comportan apropiadamente.
La pantalla debe lucir iluminada exhibiendo la fecha, la hora y las funciones del menú principal. Para
realizar mediciones, solicite las instrucciones al monitor o al profesor, o consulte el manual de manejo
propio del espectrofotómetro.
4.11.5 Espectrofotómetro evolution 201
Figura 4.12 Espectrofotómetro Evolution 201
4.11.5.1 Características técnicas e instrucciones de manejo.
Para conocer las características técnicas e instrucciones de manejo, para su utilización, solicitar el catalogo
propio del equipo o la información al monitor o profesor.
108
Programas en Tecnología Química y Química Industrial
Laboratorio de Análisis Instrumenta I
INSTRUCCIÓN 5.0
5.1 Practicas de Potenciometría
Objetivo: Re conocimiento de los diferentes modelos de medidores de pH (potenciómetros, pH metros) y de
sus partes externas e internas, distinguir los componentes básicos de un PH-metro y su función. Calibrar y
manejar correctamente el pH-metro. Estudiar algunas características técnicas de los equipos. Realizar
mediciones de pH a diferentes soluciones, productos comerciales y alimentos. Aplicar la técnica
potenciométrica en: La identidad de indicadores ácido base, aminoácidos. Titulaciones potenciométricas de
neutralización y oxido reducción, estudios fisicoquímicos, cuantificación de aniónes y cationes mediante
gráficas de calibración con electrodos selectivos, en control de calidad y procesos.
Actividades
a. Estudiar en casa la instrucción 5.0 Al entrar al laboratorio debe conocer su contenido.
b. Realizar los cálculos matemáticos requeridos para la preparación de los reactivos y patrones con
anterioridad a la ejecución de las determinaciones.
c. Realizar en el laboratorio las instrucciones de la 5.6 a la 5.13.
d. Aplicar las normas de las buenas prácticas de laboratorio (Leer la instrucción 9 página 197).
e. Llenar el formato guía para toma de datos 5.14
Equipos materiales y reactivos
1 pH-metro con electrodo combinado (membrana de vidrio, referencia y sensor de temperatura).
1 electrodo combinado indicador de platino.
1 equipo para agitación magnética.
1 Barra para agitación magnética.
1 Bureta con graduación 1/20 de 25 mL.
1 pipeta volumétrica de 25 mL.
1 Pipeta graduada de 10 mL.
2 Beaker de 250 mL.
1 Beaker de 100 mL.
1 gotero.
1 varilla de agitación.
1 matraz aforado de 100 mL.
1 embudo en V de 60mm  de diámetro.
1 mortero de porcelana con manija.
1 frasco lavador de polietileno.
1 una fuente de calentamiento.
Problema (p1), solución ácida para determinar su pH.
109
Problema (p2), solución básica para determinar su pH.
Problema (p3), solución de indicador ácido base para su identificación.
Problema (p4), solución ácida problema para determinar su normalidad mediante la valoración
potenciométrica.
Problema (p5), bebida cola (cocacola)
Problema (p6), mineral de hierro (hematita o limonita), para determinar su contenido de Fe.
Problema (p7), Cuchilla de afeitar para determinarle el % de .
Problema (p8), vitamina B1 (Clorhidrato de tiamina)
Problema (p9), solución de un aminoácido para su identificación y cuantificación.
Soluciones tampón (buffer) pH 7 y pH 4 para la calibración del medidor de pH.
Soluciones tampón (buffer) pH 7 y pH 4 con cristales de quinhidrona recién preparadas (las soluciones no son
estables), para verificar la respuesta en mV del electrodo indicador de platino (Redox).
Solución de NaOH 0.1 N estandarizada.
Solución de NaOH 0.05 N estandarizada.
Solución de KOH 0.1 M estandarizada.
Acido fosfórico 0.1 M.
Ácido fosfórico concentrado.
Ácido clorhídrico concentrado.
Acido clorhídrico 0.1 N.
Ácido sulfúrico al 25 %.
Acido perclórico 0.1 N en ácido acético.
Ácido acético glacial del 99.9%.
Cloruro estanoso 0.5 M recién preparado.
Solución de acetato de mercurio al 5%.
Solución de cloruro mercúrico 0.25 M.
Dicromato de potasio 0.05 N.
Agua destilada.
Papel filtro de 90 mm de. Referencia 595.
110
5.2. Generalidades
La fuerza electromotriz (Fem) o potencial, de una celda electroquímica o un sistema eléctrico, puede
decirse que es la máxima diferencia de potencial que produce el sistema y su unidad de medida es el voltio
(V). El potenciómetro es un equipo diseñado para medir la fuerza electromotriz (voltaje). Un voltímetro de
tubo de vacío o un circuito electrónico hace la medida, consumiendo el sistema una corriente (amperios) tan
pequeña, que normalmente a este instrumento se le denomina potenciómetro. Los potenciómetros
medidores del pH son generalmente de este último tipo.
El pH puede medirse con un potenciómetro porque se han ideado celdas electroquímicas (electrodos o
sensores), cuya fuerza electromotriz depende del pH de la solución a analizar.
Estas celdas constan de una semicelda o electrodo de referencia cuyo potencial permanece constante, y de
una semicelda o electrodo indicador cuyo potencial varía en función del pH de la solución. Por tanto, la
diferencia de potencial de la celda depende del pH de la solución.
Existen varios tipos de estas celdas pero la más común consiste en un electrodo de referencia de calomel y
un electrodo indicador (concentración de H+) para pH llamado electrodo de membrana de vidrio. Los
potenciómetros para pH sirven en general para medir cualquier fuerza electromotriz y efectivamente los
equipos tienen una escala graduada en mv para medir potenciales de celda y para titulaciones Redox. Se
encuentran dos tipos de medidores de pH, el potenciómetro y el de lectura directa, pueden ser análogos o
digitales. La primera variedad es esencialmente un potenciómetro con amplificación electrónica de la corriente
no equilibrada para proporcionar una sensibilidad adecuada para lograr el equilibrio bajo condiciones de una
gran resistencia de celda. El segundo tipo es un circuito arreglado para que dé una desviación del medidor,
que sea proporcional al pH. Ambos tipos extraen una corriente pequeña de la celda y, por lo tanto, son poco
diferentes del ideal.
Con la variedad potenciométrica, la corriente que se extrae de la celda puede ser máximo de 2x10-12 A
(amperios) y con la del tipo de lectura directa, no más de 5x10-11 A. El tipo potenciométrico ofrece una mayor
exactitud; pero es menos conveniente para mediciones rápidas sobre un gran ámbito de pH, ya que debe
equilibrarse en cada punto y por lo tanto su manejo para medición requiere de más tiempo.
5.3. Aplicaciones analíticas
La determinación del pH es una de las mediciones químicas más frecuentes en todos los laboratorios:
Químicos, Biológicos, Geológicos, Clínicos, Plantas de Tratamiento de aguas, de control de calidad, de
contaminación ambiental, productos alimenticios, medicamentos entre muchos otros.
La medición del pH es fácil de llevar a cabo gracias a la facilidad para adquirir en el comercio electrodos y
medidores de pH de estado sólido de bajo costo que configuran los instrumentos modernos diseñados para tal
fin; presenta este parámetro como medida de acidez y alcalinidad en medio acuoso una base útil al químico
siempre y cuando se interprete correctamente.
Bajo las consideraciones anteriores es de gran importancia que el pH se defina de tal manera que su medición
en cualquier momento y laboratorio del mundo se realice de la misma forma. Para satisfacer este requisito, es
necesario definir el pH en términos operativos, solo así el pH medido por un analista será el mismo que el
obtenido por otro.
El National Institute of Standards and Technology (NIST) y la IUPAC, recomiendan una definición operacional
del pH que se basa en la calibración directa de un pH-metro con amortiguadores estándar cuidadosamente
establecidos seguido de la determinación potenciométrica del pH de la solución problema.
111
Como ejemplo cuando el sistema de electrodos vidrio/calomel se sumergen en un amortiguador estándar se
aplica la ecuación:
pH s  
Es  K
(1)
0.0592
Donde Es es el potencial de la celda cuando los electrodos se sumergen en el amortiguador, de manera similar
si el potencial de la celda es Eu, cuando los electrodos se sumergen en una solución de pH desconocido, se
tiene:
pH u  
Eu  K
0.0592
(2)
Restando la ecuación (1) de la (2) y despejando pHu se obtiene:
pH u  pH s 
( Eu  Es )
(3)
0.0592
La ecuación (3) se ha adoptado en todo el mundo como la definición operacional de pH.
Las aplicaciones de la potenciometría en la técnica de las titulaciones, presenta las siguientes ventajas con
respecto al uso de indicadores visuales:
a. Si la muestra es de naturaleza desconocida, no es posible elegir un indicador, porque no se puede
pronosticar el pH del punto final de equivalencia.
b. La muestra puede exhibir más de un punto final (punto de inflexión), lo que se puede observar, cuando los
datos se transfieren a un gráfico (pH Vs volumen de titulante agregado).
c. Cuando los puntos finales no son nítidos, generalmente no hay indicadores satisfactorios, porque cambian
de color muy gradualmente. Los datos potenciométricos se pueden pasar a un gráfico para determinar con
bastante exactitud el punto de inflexión. Los gráficos más frecuentes, utilizados en las valoraciones
potenciométricas para hallar el punto de equivalencia dependiendo del tipo de titulación, son: pH vs. Milímetros
de titulante; pH/v Vs mililitros de titulante (primera derivada), 2pH/v2 Vs mililitros de titulante (segunda
derivada). En oxidoreducción mV Vs mL de titulante, mV/v Vs. mililitros de titulante (primera derivada) y
2mV/v2 Vs. mililitro de titulante (segunda derivada).
d. Al obtener por el método potenciométrico datos de pH en las regiones amortiguadas de la curva de
titulación, es posible calcular el (los) valor (es) del pK de la sustancia titulada.
Potenciométricamente se puede realizar los siguientes tipos de titulaciones: Neutralización ácido base,
precipitación, complexométricas, redox y curvas de calibración mv vs c con electrodos para iones selectivos.
5.4 Instrumento de medición y su configuración12
5.4.1 Objeto del instrumento de medición
El instrumento de medición de pH tiene por objeto transformar el potencial del electrodo en una indicación
correspondiente al pH de la solución a medir. Para este fin es necesario adaptar el instrumento de
12
Tomado de la publicación Técnica SCHOTT GERATE
112
medición a la curva característica del respectivo electrodo de medición del pH utilizado. En principio no
importa si la información es indicada en forma analógica con un instrumento de aguja o en forma digital con
indicador LED (diodo emisor de luz) o LCD (pantalla de cristal líquido). En un caso dado, simplemente la
comodidad de lectura y la exactitud de la información puede ser mayor a través de un indicador digital. Sin
embargo, sí existe una diferencia significativa entre el procesamiento del potencial en un instrumento de
medición analógico o digital.
5.4.2 Principio de funcionamiento del pH-metro analógico
Figura 5.1 Diagrama del principio de funcionamiento del pH-metro analógico
Los instrumentos de medición del pH analógico contienen un amplificador de alto ohmiaje cuyas
características pueden ser adaptadas a la curva del sistema de medición en tres puntos: un potenciómetro
para el punto cero, un potenciómetro para la pendiente y un potenciómetro para la compensación de la
temperatura. Con el potenciómetro para el punto cero se adapta la electrónica del amplificador al punto
cero del electrodo de medición. Con el potenciómetro para la pendiente se modifica el factor de
amplificación del amplificador de tal manera que corresponda a la pendiente del electrodo de medición.
Con el potenciómetro de temperatura se modifica el factor de amplificación de acuerdo a la variación del
factor de Nernst (EN) debido al cambio de temperatura. Para esta compensación de la temperatura
también puede estar adaptada una resistencia dependiente de la temperatura o sensor térmico (por
ejemplo Pt 100 o Pt 1000), ajustada directamente al circuito amplificador. De esta manera la compensación
de temperatura se puede realizar de forma totalmente automática. Se requiere aquí que la temperatura de
solución y el valor del pH sean medidos simultáneamente.
5.4.3 Principio de funcionamiento del pH-metro con microprocesador
Los equipos modernos con microprocesadores están construidos con electrónica digital. A un amplificador
de entrada de alto ohmiaje le sigue un transformador A/D que convierte el potencial de medición
analógico en valores digitales. Este potencial
de medición digitalizado es procesado por el
microprocesador con los valores de calibración y compensación de temperatura, igualmente digitalizados.
El resultado es trasladado entonces al display. Mientras que en los instrumentos de medición del pH
analógico aún era necesario manipular mucho el amplificador, la calibración de los pH-metros con
microprocesador tiene características totalmente diferentes en el interior del instrumento. El
microcomputador trabaja matemáticamente: dentro de éste están almacenados los valores del pH de los
tampones de calibración más comunes incluyendo su dependencia de la temperatura. Basta con oprimir la
113
tecla para ordenar la calibración, el microprocesador realiza automáticamente la adaptación al electrodo. El
microprocesador calcula a partir de los potenciales del electrodo de medición, en los diferentes tampones
de calibración, el curso de la curva característica real y la compara matemáticamente con la trayectoria de
la curva ideal, la cual está almacenada en la forma de los valores de los tampones.
Figura 5.2 diagrama del principio de funcionamiento del pH-metro con microprocesador.
Las diferencias entre la trayectoria real y la ideal en las diferentes zonas de la curva característica así
determinada, típica del electrodo utilizado, son memorizadas por el microprocesador y utilizadas durante la
medición automáticamente como valores de corrección. La adaptación al electrodo ya no se realiza en el
pH-metro con microprocesador eléctricamente sino matemáticamente. De igual manera procede el
microprocesador con la compensación de la temperatura: éste calcula simplemente la dependencia de la
temperatura del factor de Nernst (EN). El microprocesador hace que la calibración y la medición sean más
rápidas, cómodas y seguras.
Pero no se debe olvidar, que el microcomputador solamente lleva a cabo la compensación de temperatura
según la dependencia de temperatura del factor de Nernst (EN) almacenada. La variación de las isotermas
de los electrodos reales con respecto a la curva ideal, por el contrario, tampoco la puede compensar el
mejor ordenador si solo dispone de la calibración a una sola temperatura.
5.4.4 Curva característica ideal del sistema de electrodos
La relación entre el pH de la solución a medir y el potencial (E) del electrodo de medición del pH se puede
representar en un diagrama E/pH. Bajo condiciones ideales el potencial del electrodo de medición del pH
corresponde a una ecuación lineal. La ecuación ideal es entonces una recta en el diagrama E/pH. La
pendiente de la ecuación a 25ºC es de 59.16 mV/pH, correspondiente al factor de Nernst (EN). El potencial
medido es entonces el producto entre EN y la diferencia del pH entre el tampón interno y la solución a
medir.
114
Figura 5.3 Diagrama ideal del sistema de electrodos
Si el pH del tampón interno es 7.00 entonces al medir una solución con un pH de 7.00 a 25ºC la diferencia
del pH es también 0.00. La ecuación ideal atraviesa el eje de 0 mV para una solución a medir con un pH
de 7.00 (E= 59.16 (7.00-7.00) =0.00). Si, por ejemplo, una solución a medir tiene un pH de 13.00, el
potencial medido es de -354.96 mV (E=59.16 (7.00-13.00). Si la solución a medir tiene por ejemplo un pH
de 5.00 el potencial es de 118.32 mV E=59.16 (7.00-5.00), etc.
5.4.5 Necesidad de la calibración
Las diferencias entre las curvas características reales de los electrodos de medición del pH y las curvas
ideales crean la necesidad de calibrar. Si el pH indicado por el instrumento de medición debe corresponder
al pH real de la solución a medir, se requiere que la electrónica del instrumento de medición cumpla con
dos requisitos: el punto cero electrónico y el factor de amplificación deben estar ajustados al punto
cero, y a la pendiente de la curva del electrodo del pH-metro utilizado. Para calibrar la electrónica del
instrumento de medición al electrodo del pH usado se utilizan tampones de calibración con valores de pH
conocidos.
Calibrando con tampones pH 7.0 y pH 4.0 a 25°C,
valor equivalente
al
de la pendiente exhibida en el diagrama ideal del sistema de electrodos figura 5.5. Los medidores
de pH trabajan en un rango en el cual reconocen la calibración dando un mensaje de aceptación cuando la
calibración está dentro del mismo. A si por ejemplo el medidor de pH accumet basic AB15 Fisher Scientific
da un mensaje de buen electrodo (good electrode) cuando el valor de la pendiente está dentro de 90.0 a
102.0 %, cuando la calibración no se encuentra dentro del rango el mensaje es: error electrodo
(Electrode error)
5.5 Partes del potenciómetro medidor de pH análogo o digital
Los medidores de pH de lectura directa, en su mayoría básicamente tienen mucho en común, aunque pueden
presentar los mandos y controles dispuestos de manera diferente.
Un medidor de pH para laboratorio debe tener como mínimo independiente de su marca o modelo,
fundamentalmente los siguientes controles:
115
1.
Conexión a la red, todos los equipos disponen de un cable de conexión a la red, para ser alimentados
con 110 V con su respectiva clavija la cual dispone de tres patas, una para la fase, otra para el neutro y
una tercera para tierra. Hay diseños portátiles alimentados con baterías para trabajos en el campo.
2.
Algunos aparatos disponen de un interruptor el cual es necesario accionar para que la corriente eléctrica
circule, otros modelos no disponen de interruptor y cuando se conecta la clavija a la red, o la fuente de
alimentación, la corriente circula por él inmediatamente. Como ocurre con la mayoría de los equipos
electrónicos, es bueno mantener el instrumento conectado y caliente, a no ser que, se vaya a dejar
fuera de uso durante varios días. En climas húmedos es todavía más recomendable conservar el equipo
caliente.
3.
Algunos equipos, disponen de un control, el cual permite mantener la parte electrónica en calentamiento
y los electrodos desconectados del circuito, esto protege el instrumento de lectura cuando se instalan
los electrodos, se cambian o se sacan de la solución. Es necesario entonces accionarlo cuando se va a
realizar la medición
4.
Compensador de Temperatura. Los potenciómetros medidores de pH, disponen de un mando que
permite ajustar el instrumento a la temperatura de la solución problema, con un error máximo de 1 a 2
grados. Generalmente los equipos proveen la posibilidad de conectar un sensor automático de
temperatura, que se coloca en la solución a ensayar o viene incorporado al electrodo, como un
termómetro que automáticamente mantiene ajustado el instrumento cuando varía la temperatura de la
solución problema.
5.
Instrumento de Lectura. Puede ser: un voltímetro con su escala graduada en unidades de pH y mv,
un registrador que traza la gráfica, un display o pantalla para lectura digital. La escala de mv
generalmente (+ 700 y + 1400), se utiliza normalmente cuando el electrodo de vidrio es sustituido por un
electrodo de plata, oro, platino o un electrodo de iones selectivo; pero no hay obligación de hacerlo, si
se desea, se puede seguir utilizando la escala de pH, recordando que esta es también una escala de
mv pero en la que una división en unidad de pH abarca 59.16 mv (a 25°C). Otros equipos disponen de
conmutadores o teclas los cuales al ser pulsados, permiten trabajar en diferentes rangos de mv y pH,
que cubren escalas más cortas o más amplias para precisar las lecturas cuando es necesario.
6.
Control para estandarización. Con este mando se puede desplazar la aguja del medidor en ambos
sentidos a lo largo de la escala, o la lectura digital permitiendo ajustar la lectura al valor necesario. En
las mediciones de pH éste mando se utiliza para calibrar la escala haciendo que el medidor señale el
pH correcto correspondiente a la solución tampón o patrón empleado.
7.
Control para Ajuste de Pendiente. Los pH-metro vienen equipados con un control para ajuste de la
pendiente, para la calibración, el cual se usa para compensar deficiencias del electrodo mediante la
utilización de un segundo tampón, lo cual se consigue girando la perilla hasta la concordancia con el
valor del pH correspondiente.
8.
Electrodos. Generalmente dispone de dos electrodos, uno denominado de membrana de vidrio sensible
a los iones H+ y otro de referencia, el cual comúnmente es el electrodo de Calomel o un electrodo de
plata cloruro de plata. Algunos otros equipos vienen provistos de un solo electrodo que contiene el
electrodo de vidrio y el de referencia, como también el sensor de temperatura, denominado electrodo
combinado, vienen para cubrir diferentes rangos de pH y temperatura; con diseños especiales para
mediciones de pH según el tipo de muestra.
Los electrodos de vidrio están cerrados herméticamente y pueden guardarse secos sin precauciones
especiales, excepto la de evitar que se raye el bulbo de vidrio sensible a los iones H+. Cuando el uso es
116
frecuente se recomienda conservarlo sumergidos en agua destilada, para que la membrana sensible
permanezca completamente hidratada, con el propósito de obtener un buen contacto con la sustancia
problema. Los electrodos combinados deben guardarse en solución de KCl 3.5 M. Un electrodo de vidrio seco
tiene que sumergirse en agua durante media hora como mínimo antes de su uso.
Los electrodos de referencia (calomelanos, plata cloruro de plata) no están cerrados herméticamente.
Deben guardarse llenos de solución saturada de cloruro de potasio (3.5M). Cuando estos electrodos se hallan
en uso, el nivel de solución en su interior debe ser más elevado que el nivel de solución problema en estudio.
La anilla de goma de la parte superior debe correrse hacia arriba o hacia abajo, o girarse con el objeto de dejar
abierto el orificio de llenado, de modo que el cloruro de potasio pueda fluir libremente hacia afuera a través de
la unión porosa o de frita. Dicho orificio debe mantenerse limpio. Antes de guardar un electrodo, se debe
cerrar este orificio superior y tapar el extremo inferior de este orificio con un capuchón de goma con solución de
cloruro de potasio (3.5M). No hay que dejar secar el electrodo. Cuando la solución de cloruro de potasio se ha
secado, el electrodo queda estropeado y es casi imposible regenerarlo. Los electrodos antes y después de su
uso deben ser lavados sumergiéndolos y enjuagándolos con agua destilada o desionizada.
5.6 Instrucciones genéricas de manejo del pH-metro
5.6.1 Instalación y limpieza.
Ubique el pH-metro en un sitio firme y seguro, libre de vibraciones, cerciórese que en la red de energía no
existan equipos conectados que puedan producir interferencia. Retire la funda protectora contra el polvo y
limpie cuidadosamente el aparato. Lave los electrodos cuidadosamente con abundante agua del acueducto y
luego enjuáguelos con agua destilada, utilice para ello un Beaker y un frasco lavador.
5.6.2 Puesta en funcionamiento y calibración.
Con la ayuda del catálogo o las instrucciones de manejo propias para el equipo, identifique cada uno de los
controles o teclas del pH-metro y su función. Realice los siguientes pasos:
1. Colocar el conmutador en la posición cero y acoplar el electrodo (si se encuentra desconectado),
correspondiente a la medición a realizar: Electrodo combinado indicador de membrana de vidrio y referencia
para la medición del pH o el electrodo combinado indicador de platino y referencia para medición de mV en
titulaciones Redox, o selectivo para iones.
2. conectar el instrumento a la red eléctrica 110 V 50/60 hz.
3. Colocar el conmutador en la posición pH o mV según la medición a realizar.
5.6.2.1 Medición de pH
1. Seleccionar la posición pH con el conmutador o tecla selectora del modo de medición, Elegir dos
soluciones tampón: Una de las soluciones tampón con el valor pH próximo al punto cero del electrodo, por
ejemplo, pH = 6.87 (según la norma DIN 19266 y NBS) o pH = 7.00, y la segunda solución tampón a la
distancia de unas tres unidades pH de la anterior. Por ejemplo pH = 4.01 (según la norma DIN 19266 y
NBS) o pH = 4.00.
2. Poner en equilibrio de temperatura las soluciones tampón de calibración y el electrodo. Por ejemplo a
25ºC (+ 0.2ºC como valor orientativo. Cuando se desea una reproducibilidad de aproximadamente + 0.01
117
unidades pH). Si exige una reproducibilidad de  pH = 0.1 unidades, puede prescindirse generalmente de
poner en equilibrio una temperatura especial.
3. Ajustar el mando ºC a la temperatura de la solución tampón (sí el pH-metro no dispone de sensor de
temperatura, mida la temperatura de la solución tampón con un termómetro).
4. Retirar el tapón del orificio de llenado (no es preciso en caso de electrodos con contenido de gel);
enjuagar el electrodo con agua destilada o desionizada.
5. Sumergir el electrodo, hasta cubrir la membrana del bulbo y el poro (frita) de contacto como mínimo, en
la solución tampón con el valor de pH próximo al punto cero (pH = 6.87 ó pH = 7.00). Ajustar mediante
mando pH la indicación digital al valor de la solución tampón.
6. Retirar el electrodo enjuagarlo bien con agua destilada y sumergirlo en la segunda solución tampón (pH
= 4.01 ó pH = 4.00).
7. Ajustar mediante el mando mV/pH, la indicación digital al valor del pH de la segunda solución tampón.
Con ello queda adaptado el instrumento a la función del electrodo (calibrado), algunas veces es necesario
verificar la calibración repitiendo los pasos 5 - 6 y 7. Enjuagar bien nuevamente el electrodo.
8. Dejar el conmutador en posición pH.
9. Ajustar el mando ºC a la temperatura de la solución a medir (sí el pH-metro no dispone de sensor de
temperatura, mida la temperatura de la solución tampón con un termómetro).
10. Para medir el valor del pH, el electrodo se sumerge en la solución a medir hasta cubrir el bulbo de la
membrana y el poro de contacto como mínimo, se lee el valor del pH en el display de indicación, después
de un período de tiempo razonable (30 segundos) de equilibrio de la temperatura y las soluciones del
electrodo y problema.
5.6.2.2 Medición de mV
 Puesta en marcha del instrumento de acuerdo con lo descrito en los pasos 1 y 2. Numeral 5.6.2.1
 Seleccionar el modo mV. Verificar la respuesta en mV del electrodo combinado indicador de platino
y referencia para medición de mV de la siguiente manera:
 Lave y enjuague bien el electrodo con agua del acueducto y luego con agua destilada o
desionizada. Sumérjalo hasta cubrir la parte sensible del electrodo (metálica de platino) en una
solución buffer pH 7 saturada con cristales de quihidrona recién preparada. El potencial debe
estar entre  10 mV de acuerdo a los siguientes valores:
Temperatura en °C 20 25 30
Potencial en mV
+92 +86 +79
 Remueva el electro, enjuáguelo nuevamente muy bien con agua del acueducto y luego con agua
destilada o desionizada. Sumérjalo en una solución buffer pH 4 saturada con cristales de
118
quihidrona recién preparada. El electrodo debe responder rápidamente a los siguientes
potenciales dependiendo de la temperatura:
Temperatura en °C 20
25
30
Potencial en mV
+268 +263 +258
Remueva el electrodo enjuáguelo nuevamente muy bien con agua destilada. Sumérjalo hasta cubrir la
parte sensible del electrodo (metálica de platino) en la solución a medir, después de un período de tiempo
razonable (30 segundos) de equilibrio de la temperatura y las soluciones del electrodo y problema, se lee
el valor del potencial mV en el display de indicación.
5.7 determinaciones de pH
Se calibra el pH-metro según la instrucción 5.6.2 y 5.6.2.1
Determinar el pH a la siguientes sustancias: Agua del acueducto, agua destilada, solución ácida problema (P1),
solución básica problema (P2) y a diferentes productos: Industriales y naturales como bebidas, alimentos etc.
llenando la tabla 5.14.1 del formato para toma de datos 5.14.
5.8 Estudio de indicadores
Este ejercicio además de determinar a qué pH cambia de color un indicador, ilustra la forma de trabajo cuando
lo importante es hacer un control de pH en una solución y no un cálculo químico estequiométrico. Se Procede
en la siguiente forma:
1. Para facilitar la observación se pueden tomar tres tubos de ensayo y adicionar al primero 5.0 mL del ácido
0.1 N, al segundo 5.0 mL de agua destilada y al tercero 5.0 mL de base 0.1 N, agregar a cada tubo 5 gotas del
indicador a identificar problema (P3), agitar los tubos y tener en cuenta los colores desarrollados como
referencia.
2. Se calibra el pH-metro según la instrucción 5.6.2. y 5.6.2.1. En un beaker de 250 mL coloque la cantidad
de agua destilada necesaria para cubrir la parte sensible del electrodo para la medición del pH. Agregue unas
quince gotas de la solución del indicador, problema (P3), una alternativa en lugar de utilizar la solución del
indicador, problema (P3), es analizar un extracto etanólico del colorante de la flor de alguna planta, el cual se
puede obtener macerando los pétalos en un mortero con etanol. Introduzca el electrodo, Coloque el medidor
de pH en la posición de medida de pH, agregue unas gotas de ácido clorhídrico más o menos 1 N, agitando
hasta obtener un pH entre 1 y 2.
Manteniendo la agitación, llene la bureta con una solución de base fuerte (NaOH 0.1 N), ajuste en la bureta
una velocidad de goteo lenta que le permita observar los cambios en el pH y en el color del indicador.
Deben ocurrir 3 cambios de color en medio ácido, en el punto de equivalencia y en medio básico. Si se
dificulta precisar los cambios de color, se repite el ejercicio o se adiciona ácido a la solución hasta obtener
nuevamente el pH entre 1 y 2, adicionando luego una solución de base más diluida y más lentamente
observando los cambios de pH y color, llenando la tabla 5.14.2 del formato para toma de datos 5.14.
Cuando se estima que las observaciones son buenas, se anotan los datos experimentales y se confrontan
con los bibliográficos reportados en la tabla 5.14.3 del formato guía 5.14 para identificar el indicador.
119
5.9 Titulación potenciométrica acido base
Se calibra el pH-metro según la instrucción 5.6.2. y 5.6.2.1, En un beaker de 250 ml. Se deposita
exactamente 25 mL de la solución ácida para valorar, problema (P4), se ubica el beaker sobre la placa de
agitación magnética, se introduce en la solución la barra de agitación y el electrodo en una posición, que no
peligre por contacto con la barra de agitación, se agregan 50 mL de agua destilada si es necesario para cubrir
la parte sensible del electrodo. Se agita la solución con velocidad moderada para evitar salpicaduras y cuidar
de romper el electrodo. Se determina el pH inicial de la solución y se anota. Si la señal se manifiesta
inestable, se suspende la agitación mientras se hace la lectura.
Llene la bureta con 25 mL de solución estandarizada de NaOH 0.100 N ó aproximada, ajuste el menisco
exactamente a cero, adicione la solución valoradora en cantidades exactas (como 10.0 – 5.0 – 1.0 – 0.2 mL,
etc.), según los cambios observados en el pH inicial, es decir, si el cambio de pH es grande con relación al
volumen agregado se disminuye el nuevo volumen de titulante a adicionar, buscando que el cambio grande de
pH en el punto de neutralización o equivalencia se logre con la adición de una gota de titulante; lo cual facilitará
la construcción de la gráfica y los cálculos.
Se agita la disolución después de cada adición durante unos 30 segundos hasta pH constante o hasta que en
el equipo aparezca el icono estable, Se anota la lectura de la bureta y el pH, llenando la tabla de datos
5.14.4 del formato para toma de datos 5.14, procediendo de la misma manera hasta el punto de
equivalencia. Un indicio de la proximidad a este punto viene dado por el cambio de pH por unidad de
volumen, el cual se evidencia por la mayor velocidad de cambio del pH con respecto a la solución estándar
adicionada. Por lo tanto, es necesario cuidar de no sobrepasar el punto estequiométrico por la adición de un
gran incremento del volumen de la solución valoradora, si esto sucede la valoración debe comenzarse de
nuevo y tener cuidado en la proximidad al punto estequiométrico de añadir la solución estándar en cantidades
pequeñas y constantes (por ejemplo 0.5 - 0.1 y finalmente 0.05 mL), continuar la valoración más allá del punto
estequiométrico, de equivalencia o neutralización (llevar a pH 11). Desechar la disolución, enjuagar el beaker
y lavar bien la bureta. Se construyen las gráficas de: pH Vs mL de titulante, pH/v Vs mililitros de
titulante (primera derivada), y 2pH/V2 (segunda derivada); Se determina el punto de equivalencia con la
gráfica de mayor confiabilidad, se deducen los mL de titulante utilizados y se calcula la N del ácido.
5.10 Aplicación de la potenciometría en un estudio fisicoquímico, determinación de las constantes de
ionización del ácido fosfórico.
Valoración de un ácido poliprótico con una base fuerte. Un ácido poliprótico contiene dos o más protones por
molécula. En todos los casos, la ionización de ácidos polipróticos tiene lugar en etapas sucesivas, cada una
con su constante característica. Así para el ácido fosfórico las etapas y constantes de ionización son:
,
+
,
,
120
Figura 5.4 Gráfica de la valoración potenciométrica de una solución de H3PO4 0.1 M con NaOH 0.1M
5.10.1 Procedimiento
Se calibra el pH-metro según la instrucción 5.6.2 y 5.6.2.1, se toman 25 mL de la solución 0.1M de H3PO4 y se
determina su pH original, se adiciona agua destilada suficiente para elevar el nivel de la solución. Se titula
potenciométricamente ésta solución con NaOH 0.1N estandarizado. De igual manera que en la instrucción
5.9 midiendo cuidadosamente el pH de la solución después de cada adición de titulante hasta obtener un pH
constante llenando la tabla de datos 5.14.5 del formato para toma de datos 5.14. Se construyen las gráficas
de: pH Vs mL de titulante, pH/v Vs mililitros de titulante (primera derivada), y 2pH/V2 (segunda
derivada); Se determinan los punto de equivalencia con los datos de mayor confiabilidad, se deducen los mL
de titulante utilizados. Con éstos datos se calculan las constantes de ionización K1 y K2, así:
Para hallar
,
[
][
[
[
]
]
] = Dedúzcala del pH original de la solución problema.
[
]= [
] según la reacción
[
] Original = Calcúlela de la cantidad de NaOH usada para alcanzar cada punto de equivalencia.
[
]=
Para hallar
[
]=[
original
[
]
+
]
121
[
][
[
]
]
Analizando la gráfica 5.6 A y B son los puntos de equivalencia.
En A solo hay
En B solo hay
Luego en la mitad de esos 2 puntos (c) [
valor del pH en C.
]=[
] y por consiguiente
=[
]; deduzca
del
El último protón es difícil de determinarlo, ya que la tercera ionización es sumamente débil, siendo K3
demasiado pequeña, interfiriendo el
presente que tampona la solución moderadamente, a esto se
adiciona el error alcalino presentado por el electrodo originado por el exceso de Na+ que interfiere la respuesta
de ésta a pH elevado.
5.10.2 Determinación del ácido fosfórico (fosfatos) contenido en una bebida cola (problema p5)
mediante valoración potenciométrica.
5.10.2.1 Procedimiento
Trasvasar aproximadamente 100 mL del refresco de cola (problema p5) a un beaker de 100 mL, introducir en
la solución una barra de agitación magnética y agitar durante una hora para eliminar el dióxido de carbono
(
). Se miden con una pipeta volumétrica 25.0 mL de la muestra desgasificada y se depositan en un
beaker de 250 mL, luego se adicionan 50 mL de agua destilada.
Se determina el pH inicial de solución y se titula con una solución de
0.05 N estandarizada utilizando
agitación magnética y agregando incrementos de 0.2 mL de la solución de titulante midiendo el pH después de
cada adición hasta un pH de 11.0, registrando los datos de mL y pH en la tabla No.5.14.6 Del formato guía
para toma de datos 5.14.
Determine gráficamente el volumen de titulante consumido para valorar los dos protones, promedie los
volúmenes y calcule estequimetricamente la concentración de fosfatos en ppm o mg/L (
mg/L) contenidos
en la bebida.
5.11 Titulación de oxidoreducción.
5.11.1 Determinación del hierro contenido en un mineral (problema p6)
Se fundamenta en la determinación de sales ferrosas con dicromato de potasio, según la siguiente reacción:
[
]
[
]
El método potenciométrico es ideal para controlar reacciones Redox. En este sistema el mejor electrodo
indicador es una pieza de un metal lo suficientemente noble para que no se vea afectado por el agente
oxidante, generalmente son utilizados el platino y el oro. Un electrodo de platino responde rápidamente a
muchos pares de oxidación reducción y crea un potencial que depende de la razón de la concentración
(estrictamente, de la actividad) de los reactivos y los productos de las semirreacciones. Estos electrodos en
presencia de agentes fuertemente oxidantes como
o
en concentraciones grandes pueden introducir
errores ya que los metales nobles son mucho más susceptibles a oxidarse cuando pueden formarse sus iones
122
de haluros complejos. En este tipo de titulaciones puede usarse como electrodo de referencia uno de vidrio o
calomel o un electrodo combinado indicador de platino y referencia.
Procedimiento:
Preparación de la muestra: Se disuelven de 0.25 a 0.3 g de muestra problema (P6) en 15 mL de ácido
clorhídrico concentrado (utilizar Vitrina de gases).Se caliente a ebullición hasta que desaparezca las
partículas de color oscuro, si la reacción es muy lenta se pueden agregar unas gotas de cloruro estanoso
pero evitando que la solución se decolore. Se enfría y se filtra si es necesario. Se Diluye el filtrado en un
matraz aforado de 100 mL.
Se toma un alícuota de 50 mL, se calienta a ebullición y se agrega gota a gota cloruro estanoso hasta que
justamente desaparezca el color amarillo. Se Añaden 50 mL de agua, luego 5 mL de cloruro mercúrico (no
pipetear en muy tóxico) y se agita durante un minuto. Debe aparecer una turbidez blanca sedosa de cloruro
mercurioso.
Se añaden 25 mL de ácido sulfúrico al 25%, 5 mL de H3PO4 concentrado, se realizan los pasos de la
instrucción 5.6.2.2 Se Titula potenciométricamente con
0.05 N adicionando un incremento de
volumen de titulante constante ( 0.5 mL cada vez), llenando la tabla de datos 5.14.7 del formato para toma de
datos 5.14 Se construyen las gráficas de: mV Vs mL de titulante, mV/v Vs. mililitros de titulante (primera
derivada), 2mV/v2 Vs. mililitro de titulante (segunda derivada); Se determina el punto de equivalencia con
los datos y gráfica de mayor confiabilidad, se deducen los mL de titulante utilizados, se calcula el número
de equivalentes de hierro y el % de hierro en el mineral expresado como
.
5.11.2 Determinación del porcentaje de hierro contenido en una Cuchilla de afeitar (problema p7).
Procedimiento:
Preparación de la muestra: Se retira la cuchilla de afeitar (problema p7) de su envoltura, si hay cera en ella,
es necesario removerla antes de pesarla, lo cual se puede hacer con un solvente orgánico (n-Hexano).
Dependiendo del tipo de cuchilla se puede pesar entera o la mitad, se pesa en la balanza analítica la cantidad
más conveniente.
En un beaker de 100 mL se depositan 25 mL aproximadamente de ácido clorhídrico concentrado, usando la
vitrina de gases se calienta durante 5 minutos en una estufa, esto permite expulsar el oxígeno del beaker.
Coloque la cuchilla en el beaker. Se deja en reposo en la campana de 10 a 15 minutos a temperatura
ambiente, luego caliente hasta llegar a ebullición usando la vitrina de gases y la estufa, hasta que la cuchilla se
disuelva por completo. El hierro de la cuchilla se disuelve como
con desprendimiento de hidrógeno
explosivo. El hidrógeno mantiene una atmósfera reductora y evita que el
se oxide a
por lo tanto
no es necesario reducir el hierro con cloruro estanoso. Si la solución llega a tomar color amarillo es necesario
adicionar unas gotas de cloruro estanoso para reducir el
a
y añadir luego cloruro mercúrico.
Adicione al beaker unos 50 mL de agua destilada, agite y transfiera la solución a un matraz volumétrico de 100
mL diluya con agua destilada hasta el aforo. Agite la solución.
Tome un alícuota de 25 mL. Se añaden 25 mL de ácido sulfúrico al 25%, 5 mL de H3PO4 concentrado, se
realizan los pasos de la instrucción 5.6.2.2 Se Titula potenciométricamente con
0.05 N
adicionando un incremento de volumen de titulante constante ( 0.5 mL cada vez), llenando la tabla de datos
5.14.8 del formato para toma de datos 5.14 Se construyen las gráficas de: mV Vs mL de titulante, mV/v Vs.
mililitros de titulante (primera derivada), 2mV/v2 Vs. mililitro de titulante (segunda derivada); Se determina el
123
punto de equivalencia con los datos y gráfica de mayor confiabilidad, se deducen los mL de titulante
utilizados, se calcula el número de equivalentes de hierro y el % de hierro en la cuchilla
5.12. Titulación ácido base en medio no acuoso.
Valoración en medio anhidro de la Vitamina B1 (clorhidrato de tiamina problema p8).
La tiamina contenida en un fármaco, puede ser cuantificada aplicando la técnica potenciométrica de
neutralización en medio no acuoso. Las aplicaciones de la valoración en medio anhidro no se limitan a la
determinación de bases débiles con
y de ácidos débiles con sales de amonio cuaternario. Abarca
también la determinación de sales con carácter débilmente ácido o básico, se trata de valoraciones por
desplazamiento; mediante el uso de una técnica especial se determinan clorhidratos de bases débiles en
presencia de acetato de mercurio.
Procedimiento:
Se miden 50 mL de ácido acético glacial del 99-100% de pureza, se toma la muestra problema p8 (debe
contener aproximadamente 0.100 g. de clorhidrato de tiamina), se agrega sobre el ácido en pequeñas
porciones sin dejar de agitar (usar vitrina de gases). Se calienta suavemente (baño de maría), hasta que se
forme una suspensión, se deje enfriar, se agregan 10 mL de la solución de acetato de mercurio preparada
en ácido acético (no pipetear). Utilizando un pH-metro con electrodos de vidrio calomel (electrodo
combinado), se calibra el equipo mediante la instrucción 5.6.2. y 5.6.2.1 Se valora la vitamina con ácido
HClO4 0.1 N adicionando incrementos de volumen de 1 mL., en las proximidades del punto estequiométrico (4
mL. aproximadamente), se agregan incrementos de 0.5 mL. Se continúa la titulación hasta obtener una
lectura casi constante, llenando la tabla de datos 5.14.9 del formato para toma de datos 5.14. Se construyen
las gráficas de: mV Vs mL de titulante, mV/v Vs. mililitros de titulante (primera derivada), 2mV/v2 Vs.
mililitro de titulante (segunda derivada); Se determina el punto de equivalencia con los datos y gráfica que de
mayor confiabilidad, se deducen los mL de titulante consumido y la cantidad de clorhidrato de tiamina en la
muestra mediante el siguiente cálculo:
Nota: El equivalente químico de la tiamina como clorhidrato tiene un valor de 168.6 g.
5.13. Titulación potenciométrica de aminoácidos (problema p9).
Los aminoácidos en solución ácida forman una especie con carga positiva del tipo que se muestra en la
figura 5.5.a al agregar una base, la Reacción hace que se desprenda el hidrógeno carboxílico, formándose
el zwitteriòn o forma isoeléctrica que se muestra en la figura 5.5.b. Si se adiciona una base fuerte, se
desprende el protón del nitrógeno y se genera una especie con carga negativa figura 5.5.c.
|
|
+
(a)
+
(b)
|
(c)
Figura 5.5 Aminoácidos: (a) solución Ácida, (b) solución Neutra, (c) solución básica.
124
Si se mide el pH de la solución de aminoácido a medida que ésta se va titulando con una base fuerte, se
obtiene una curva con dos puntos finales (Fig.5.6).
Al principio de la titulación, la forma predominante, es la que se muestra en la Fig. 5.5.a En el punto
,
están presentes cantidades iguales de las formas 5.5.a y 5.5.b. Al llegar a
habrán reaccionado
cantidades iguales de aminoácido y de base, y el producto será casi exclusivamente la forma Isoeléctrica
(fig. 5.5.b). En el punto
están presentes cantidades iguales de 5.5.b y 5.5.c, y en E2, se han añadido
dos equivalentes de
por cada equivalente de aminoácido, por lo que la forma predominante es la
5.5.c
Figura 5.6 Curva de titulación del:
Si se observa la porción de la curva de
débil con una base fuerte:
a
, se ve que corresponde a la titulación de un ácido
Al expresar la constante de equilibrio de la forma:
[
][
[
]
]
(7.2)
[
]
[
]
(7.3)
Es costumbre que la fuerza de un ácido se describa especificando su valor de
. La Ecuación (7.3),
conocida como ecuación de Henderson-Haselbalch, evidencia que
es igual al de la solución cuando
la mitad del ácido ha reaccionado con la base. Expresado de otra forma, cuando están presentes
concentraciones iguales del ácido,
, y del correspondiente anión,
, el pH de la solución será igual
al
del ácido.
125
Los ácidos más fuertes tienen valores de
más bajos. El ácido fórmico,
, es más fuerte que
+
el acético,
; y el hidrógeno carboxílico de la glicina, H3N CH2COOH,
, es más
+
ácido que el nitrógeno protonado de la glicina, H3N CH2COO ,
. Nótese que en el valor de
, la glicina existe la mitad en forma de H3N+CH2COOH y la otra mitad en la forma isoeléctrica
H3N+CH2COOH-.
Los valores de
se determinan localizando los puntos de inflexión o los puntos medios de las porciones
de las curvas de titulación Figura 5.6. En las que el pH varía muy lentamente con la adición de base. El
valor de
(punto isoeléctrico) está situado en el punto medio de la porción en la cual el pH varía
rápidamente, el
se define como el pH del punto en el cual el aminoácido no es atraído ni por el
electrodo negativo ni por el positivo de un campo eléctrico.
Una vez que se han definido los valores de
para los aminoácidos, es posible identificar un aminoácido
determinando sus valores
y calculando su concentración por medio del volumen de solución básica
que se necesitó para alcanzar el punto final ( en la Fig. 5.6.).
Los aminoácidos que se titularán en esta práctica serán los que se muestran en la Tabla 5.14.11 Estos
aminoácidos se seleccionaron sobre la base de que sus valores de
son suficientemente diferentes
como para poder identificar los ácidos sin necesidad de usar un pH- metro de alta precisión.
Procedimiento
Se calibre el pH-metro según las instrucciones 5.6.2 y 5.6.2.1. Se toman 25 ml de la solución (problema
p9) del aminoácido, usando agitación magnética y midiendo el pH, adicione HCl 0.100 M hasta obtener un
pH de 1.00 (se debe medir el volumen de HCl utilizado), lo cual convertirá al aminoácido en la forma de
carga positiva.
Se valora la solución con KOH 0.1 N hasta que el pH llegue aproximadamente a 11.0 llenando la tabla de
datos 5.14.10 del formato guía para toma de datos 5.14
Cálculos:
1.
Construya la gráfica de pH en función de los mililitros de titulante de KOH, determine el punto de
equivalencia.
2.
Determine los valores de
3.
A partir de los mililitros de base usados para alcanzar el punto de equivalencia y efectuando la
corrección según el HCl que se agregó inicialmente, calcule la concentración molar del aminoácido
en la solución problema (P6).
4.
Calcule el porcentaje en peso del aminoácido en la solución, suponiendo que la densidad es de 1.0
g/mL
e identifique el aminoácido con la ayuda de la tabla 5.14.11.
126
Programas en Tecnología Química y Química Industrial
Laboratorio de Análisis Instrumental I
Prácticas de Potenciometría
5.14 Formato para toma de datos
Fecha
Día Mes Año
Estudiantes: ___________________________ Código: ____________
___________________________
____________
pH-metro Utilizado:
Marca: __________________
Modelo: _______________
Rango de lectura en pH __________ Precisión ___________
Rango de lectura en mV __________ Precisión___________
Accesorios: _____________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
Partes delicadas: _________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
Cuidados y precauciones: _________________________________________________________
________________________________________________________________________________
Tipo de electrodos: _______________________________________________________________
Calibración:
Tampones pH
1
2
Temperatura °C
Funcionamiento:
Normal____ Anormal____ Por qué____________________________________________________
__________________________________________________________________________________
Partes defectuosas __________________________________________________________________
___________________________________________________________________________________
127
Tabla 5.14.1 Resultado de la determinación del
a las diferentes soluciones y Sustancias.
Sustancia
PH
T C
Agua acueducto
Agua destilada
Acida problema (P1)
Básica problema (P2)
Tabla 5.14.2 Datos para identificar el indicador problema (P3).
medio
Acido
Neutro (equivalencia)
Básico
pH
Posible indicador: __________________________
128
color
Tabla 5.14.3 Indicadores
Intervalo de pH
Color ácido
Intervalo pH
Color alcalino
PH en el punto
final
7.4
Color en el punto
final
Pardo rojizo
Ácido rosólico
Pardo
6.9 - 8.0
Rojo
Amarillo de alizarina
Amarillo claro
10.0 – 12.1
Rojo Castaño
Azul de bromocresol
Amarillo
4.0 - 5.6
Azul
4.8
Amarillo - verde
Azul de bromofenol
amarillo
3.0- 4.6
Azul
4.0
Verde azulado
Azul de bromotimol
Amarillo
6.0 - 7.6
Azul
6.8
Verde
Amarillo de metilo
Rojo
2.9 - 4.0
Amarillo
4.0
Anaranjado amarillento
Anaranjado de metilo
Rojo
3.1 - 4.4
Anaranjado amarillo
4.0
Anaranjado
Alizarín -sulfonato Na
Amarillo
3.7 - 5.2
Violeta
4.3
Amarillo- verde
Azul de timol
Amarillo
8.0 - 9.6
Azul
8.8
Azul - violeta
m-cresol purpura
Amarillo
7.4 – 9.0
purpura
Fenolftaleína
Incoloro
8.2 - 10.0
Rojo
9.0
Rosa pálido
Púrpura de
bromocresol
Amarillo
5.2 - 6.8
Púrpura
6.0
Verde - purpúreo
Rojo congo
Azul violeta
3.0 – 5.2
Rojo naranja
Rojo de metilo
Rojo
4.2 - 6.3
Amarillo
5.0
Amarillento - rojo
Rojo de clorofenol
Amarillo
5.0 - 6.6
Rojo
5.7
Anaranjado - rojo
Rojo de cresol
Amarillopúrpura
7.2 - 8.8
Rojo
8.0
Rojo
Rojo de fenol
Amarillo
6.8 - 8.0
Rojo
7.5
Rosado-rojo
Rojo neutro
Rojo
6.8 - 8.0
Amarillo
7.0
Anaranjado - rojo
Timolftaleína
Amarillo
9.3 - 10.5
Azul
10.0
Azul pálido
Tornasol
Rojo
5.0 – 8.0
Azul
Tropeolina oo
Rojo
1.3 - 3.2
Amarillo
2.8
Anaranjado amarillento
Verde brillante
Amarillo
0.0 – 2.6
verde
Verde de mala quita
Amarillo
0.0 – 2.0
Verde Azulado
Violeta de metilo
Amarillo
0.1 – 1.6
Azul / violeta
129
Tabla 5.14.4 Datos para trazar las gráficas de la titulación ácido base (problema p4)
Vs mL de titulante,
2
2
pH/v Vs mililitros de titulante (primera derivada), y  pH/V (segunda derivada)
vs. mL de titulante.
mL
v
pH
pH/v
2pH/V2
Volumen de ácido Valorado _____ mL
Volumen de base gastados _____ mL
N de la base ______ N
N del ácido ______ N (problema (P4)
Tabla 5.14.5 Datos para trazar las gráficas de la titulación del ácido fosfórico pH Vs mL de titulante,
pH/v Vs mililitros de titulante (primera derivada), y 2pH/V2 (segunda derivada) pH vs. mL de titulante
mL
v


2
/v
/V2
Volumen de ácido Valorado _____ mL
Volumen de base gastados para el primer protón _____ mL
Volumen de base gastados para el segundo protón _____ mL
Promedio de los 2 volúmenes _____ mL
N de la base ______ N
Valor calculado para
_____, % de error ______%
Valor calculado para
_____, % de error ______%
130
Tabla 5.14.6 Datos para trazar las gráficas de la titulación del ácido fosfórico en la bebida cola (problema
p5) pH Vs mL de titulante, pH/v Vs mililitros de titulante (primera derivada), y 2pH/V2 (segunda
derivada) pH vs. mL de titulante
mL
v


2
/v
/V2
Volumen de bebida cola Valorado _____ mL
Volumen de base gastados para el primer protón _____ mL
Volumen de base gastados para el segundo protón _____ mL
Promedio de los 2 volúmenes _____ mL
N de la base ______ N
Tabla 5.14.7 Datos para trazar las gráficas de la titulación del hierro contenido en el mineral (problema p6),
con
mV Vs mL de titulante, mV/v Vs mililitros de titulante (primera derivada), y 2mV/V2
(segunda derivada)
vs. mL de titulante
mL
mV
v
mV
mV/v
2mV/V2
Volumen de
N del
gastado _____mL
_____ N
Número de equivalentes de Hierro ______ Equivalentes
Gramos de hierro______ g,
g de
_______.
Gramos tomados de mineral problema (P5) ______ g
% de
en el mineral ______%
131
Tabla 5.14.8 Datos para trazar las gráficas de la titulación del hierro contenido en la cuchilla de afeitar
(problema p7), con
mV Vs mL de titulante, mV/v Vs mililitros de titulante (primera derivada), y
2
2
 mV/V (segunda derivada)
vs. mL de titulante
mL
mV
v
mV
mV/v
2mV/V2
Volumen de
N del
gastado _____mL
_____ N
Número de equivalentes de Hierro ______ Equivalentes
Gramos de hierro_____ g
Gramos tomados de la cuchilla problema (P5) ______ g
% de
en la cuchilla ________%
Tabla 5.14.9 Datos para trazar las gráficas de la titulación en medio no acuoso de la tiamina (vitamina B1)
problema (p8) mV Vs mL de titulante, mV/v Vs mililitros de titulante (primera derivada), y 2mV/V2
(segunda derivada) pH vs. mL de titulante.
mL
mV
v
mV
mV/v
2mV/V2
132
Tabla 5.14.10 Datos para trazar la gráfica de la titulación de una solución de aminoácido (problema p9) con
Ácido y Álcali en ausencia de formaldehído.
Vs mL de titulante, pH/v Vs mililitros de titulante (primera
2
2
derivada), y 
/V (segunda derivada) vs. mL de titulante.
mL
v


2
/v
/V2
Tabla 5.14.11 Valores de
Aminoácido
Asparraguina
Ácido aspártico
Glicina
Tirosina
de algunos aminoácidos seleccionados.
2.02 (CHOOH)
2.09 (α-COOH)
2.34 (COOH)
2.20 (C00H)
8.8 (NH3+)
3.86 (β-COOH)
9.6 (NH3+)
9.11 (NH3+)
9.82 (NH3+)
10.07 (OH)
5.41
2.87
6.53
5.65
Describa las características técnicas del pH-metro utilizado, Consulte en catálogos actualizados de
instrumentación química sobre las variedades, características y aplicaciones de los nuevos modelos de
pH-metros.
Reflexiones:
 ¿Qué factores afectaron las medidas del
y los
?
 Escriba la reacción del hierro con el cloruro estanoso y diga con qué objeto se agrega este reactivo.
 Con qué propósito se agrega el cloruro mercúrico en la valoración del hierro y escriba la reacción que
sucede.
 ¿Con qué objeto se adiciona el ácido sulfúrico y el ácido fosfórico en la valoración del hierro?
 ¿Qué es el punto isoeléctrico de un aminoácido?
 ¿Qué influencia poseen los grupos R en una titulación potenciométrica?
 ¿Qué factores afectaron las medidas del
y los
?
 ¿Cómo puede determinar la confianza en los resultados analíticos obtenidos?
 ¿Cómo puede adaptar la técnica potenciométrica para el control de calidad y controlar algunos
procesos industriales?
 Describa las características técnicas del medidor de
utilizado. Consulte en catálogos actualizados
de instrumentación química o en internet sobre los nuevos modelos de medidores de
y sus
aplicaciones en el control de calidad y procesos.
133
5.15 Instrucciones de manejo de pH-metro Fisher Accumet AB15 usado en las prácticas.
Figura 5.7 pH-metro Fisher Accumet AB15 Vista frontal.
Figura 5.8 pH-metro Fisher Accumet AB15 con las instrucciones de calibración y medición
resumidas.
134
5.15.1 Características técnicas
5.15.1.1 Generales
Inputs/outputs BNC, pin, ATC, DIN, (para FET).
Requerimiento eléctrico
⁄
Impedancia
Display Custom LCD.
Opciones de menú limitada.
Ayudas de pantalla limitada.
Teclas de control: cinco teclas de membrana.
Medición de pH, mV absoluto, mV relativo.
Selección de ajuste de uno de tres grupos de tampones estándar (juego de buffer).
Estandarización hasta con 5 tampones (buffer)
Toda adición rápida, completamente automático, operación intuitiva
5.15.1.2 Rango de medición de pH (pH mode) de -1.99 a 19.99
⁄
Resolución
Precisión relativa ⁄
Reconocimiento automático de tampones (buffer)
Puntos de calibración 5
Transistor de efecto de campo
5.15.1.3 Rango de medición de mV (mV mode)
Resolución 1 V
Exactitud ⁄
⁄
V
5.15.1.4 Rango de medición de temperatura (temperatura mode)
Resolución
Exactitud ⁄
5.15.2 Instrucciones de manejo
Verificar que el electrodo para la respectiva medición de
(membrana de vidrio) o
(electrodo indicador de platino) se encuentre conectado al equipo, de lo contrario conectarlo al
terminal de entrada BNC (figura 5.9), el electrodo combinado para la medición del
está
conformado por: el electrodo indicador de iones
de membrana de vidrio, el electrodo de
referencia el cual puede ser de calomel o de plata cloruro de plata y el sensor de temperatura. El
electrodo combinado para la medición del
está conformado por: el electrodo indicador de
135
platino y el electrodo de referencia el cual puede ser de calomel o de plata cloruro de plata,
también se conecta en el terminal de entrada BNC (figura 5.9).
Figura 5.9 Vista posterior pH-metro Fisher Accumet AB15
Figura 5.10 fuente de poder para pH-metro Fisher Accumet AB15
 Retirar el protector del electrodo (Capucha de plástico o goma), Enjuagar bien el electrodo con
agua del acueducto y luego con abundante agua destilada o desionizada. Abra el orificio de
llenado ubicado en la parte superior del electrodo girando el anillo de plástico que lo cubre.
 Conectar el terminal del cable de la fuente de poder en power (figura 5.9).
 Conectar los terminales de la fuente de poder a la toma de la red (figura 5.10).
 Observar el primer pantallazo, luego se presiona la tecla stdby para entrar el equipo al estado de
funcionamiento.
 Presionar la tecla mode para seleccionar la función de medición (
136
).
 Para la calibración y medición del
siga las instrucciones resumidas en la figura 5.8.
 Si la calibración es correcta en la parte baja de la pantalla se observará el mensaje good
electrode (buen electrodo), de lo contrario el mensaje será electrode error (error de electrodo).
 Una vez obtenido el mensaje de buen electrodo, enjuagar bien el electrodo con agua del
acueducto y luego con abundante agua destilada o desionizada. Realizar las mediciones de
a
las diferentes soluciones y muestras, enjuagando muy bien el electrodo con agua del acueducto y
después con abundante agua destilada o desionizada entre cada medida.
 Presionar stdby durante tres segundos o desconectar la fuente de la red para apagarlo.
 Terminadas las mediciones, enjuagar bien el electrodo con agua del acueducto y luego con
abundante agua destilada o desionizada, introducir el electrodo en la capucha de plástico o goma
la cual debe contener solución de
para el almacenaje y protección del electrodo.
 Para la medición de
siga la instrucción 5.6.2.2 para verificar la calibración del electrodo
indicador de platino, el cual será utilizado en las titulaciones de óxido reducción.
 Si se requiere mayor información sobre el pH metro, puede solicitar el catálogo específico del
equipo.
5.16 pH metro Thermo Scientific Orin 3 Star
5.16.1 Características técnicas
5.16.1.1 Generales
Requerimiento eléctrico
⁄
Iluminación de la pantalla.
Apagado automático después de transcurridos 20 minutos sin oprimir alguna tecla.
Señales audibles: el medidor emite un pitido cada vez que se presiona una tecla para confirmar el
comando recibido.
Medición de pH, mV absoluto, mV relativo.
5.16.1.2 Rango de medición de pH (pH mode) de -2 a 19.999
⁄
Resolución
Precisión relativa ⁄
Reconocimiento automático de tampones (buffer)
5.16.1.3 Rango de medición de mV (mV mode)
Resolución
⁄
Exactitud ⁄
5.15.1.4 Rango de medición de temperatura (temperatura mode)
137
5.16.2 Instrucciones de manejo
 Verificar que el electrodo para la respectiva medición de
(membrana de vidrio) o
(electrodo indicador de platino) se encuentre conectado al equipo, de lo contrario conectarlo al
terminal de entrada, el electrodo combinado para la medición del
está conformado por: el
electrodo indicador de iones
de membrana de vidrio, el electrodo de referencia el cual puede
ser de calomel o de plata cloruro de plata y el sensor de temperatura. El electrodo combinado para
la medición del
está conformado por: el electrodo indicador de platino y el electrodo de
referencia el cual puede ser de calomel o de plata cloruro de plata.
 Retirar el protector del electrodo (Capucha de plástico o goma), Enjuagar bien el electrodo con
agua del acueducto y luego con abundante agua destilada o desionizada. Abra el orificio de
llenado ubicado en la parte superior del electrodo retirando el tapón de plástico que lo cubre.
 Conectar los terminales de la fuente de poder a la toma de la red.
 Calibrar el pH metro para la medición del pH siguiendo la instrucción 4.16.2.2.
138
Figura 5.11 pH metro Thermo Scientific Orin 3 Star
Figura 5.12 Teclado del pH metro Thermo Scientific Orin 3 Star
139
5.16.2.1 Definiciones de iconos
Tecla
Descripción
Tecla
140
Descripción
5.16.2.2 Calibración para la medición del pH
 Se enjuaga el electrodo con agua del acueducto y luego con abundante agua destilada o
desionizada, agítese para eliminar el agua y se seca sin frotar con un paño que no suelte hilachas.
141
 Se sumerge el electrodo en la muestra, si el instrumento se encuentra en el modo de medición
continua, empezará a medir de inmediato, se registra la lectura cuando se estabilice.
 Terminadas las mediciones, enjuagar bien el electrodo con agua del acueducto y luego con
abundante agua destilada o desionizada, introducir el electrodo en la capucha de plástico o goma
la cual debe contener solución de
para el almacenaje y protección del electrodo.
142
Programas en de Tecnología Química y Química Industrial
Laboratorio de Análisis Instrumenta I
INSTRUCCIÓN 6.0
6.1 Prácticas de conductimetría
Objetivo: Reconocimiento de los diferentes modelos de medidores de conductividad (conductímetros) y de
sus partes externas e internas, distinguir los componentes básicos de un conductímetro y su función. Calibrar
y manejar correctamente el conductímetro. Estudiar algunas características técnicas de los equipos. Deducir
algunos variables que afectan la conductividad, determinar o verificar la constante de la celda del
conductímetro.
Realizar mediciones de: conductividad, conductividad específica, conductividad equivalente, a diferentes
calidades de aguas, soluciones y bebidas hidratantes. Aplicar la técnica conductimétrica en la determinación
del producto de solubilidad de una sal. Aplicar la técnica conductimétrica en titulaciones de neutralización y
precipitación, aplicaciones de la conductimetría al control de calidad y procesos.
Actividades
a. Estudiar previamente a la ejecución de la práctica la Instrucción 6.0 al entrar al laboratorio debe conocer
su contenido.
b. Realizar los cálculos matemáticos requeridos para la preparación de los reactivos y patrones con
anterioridad a la ejecución de las determinaciones.
c. Predescribir la forma esperada de las gráficas de las titulaciones conductimétricas que se van a realizar.
d. Realizar en el laboratorio las instrucciones 6.6 y 6.7
e. Aplicar las normas de las buenas prácticas de laboratorio (Leer la instrucción 9 página 197).
f. Llenar el formato guía para toma de datos 6.8.
g. Para realizar estas prácticas el estudiante debe presentarse al laboratorio con una idea clara sobre los
siguientes conceptos:
 ¿En qué se fundamentan los métodos de análisis conductimétricos?
 ¿Qué es la conductividad?
 ¿De qué variables depende la medición de la conductividad?
 ¿Cómo se define: La conductividad específica, la conductancia equivalente, la conductancia
equivalente a dilución infinita y en qué unidades se expresan?
 ¿Qué plantea la ley de Kohlrausch?
 ¿En qué principio se fundamentan los instrumentos para medir la conductividad?
 ¿Qué variables se deben controlar en un análisis conductimétrico?
 ¿Qué aplicaciones analíticas tiene la conductividad?
143
Equipo materiales y reactivos:
1 conductímetro con su respectiva celda, sensor de temperatura, soporte para celda y cables de
conexión.
2 cables con conexiones (clavijas) para acoplar las resistencias.
3 resistencias de diferentes valores (100, 250, 500), con una tolerancia máxima de
1 bureta de 10 ó 25 mL con graduación 1/20.
5 beaker de 50 mL
1 beaker de 100 mL
1 probeta de 25 mL.
1 frasco lavador de polietileno
1 fuente de calor
1 pinza para bureta
1 nuez
1 embudo de separación de 125 mL.
Reactivos
Solución de HCl problema (P1)
Mezcla de ácidos en solución (fuerte y débil) clorhídrico y ácido acético problema (P2).
Solución de acetato de plomo problema (P3).
Solución de NaCl problema (P4).
Solución de Na2SO4 Problema (P5).
Solución de AgNO3 0.001 M.
Solución de BaSO4 0.01 M.
Solución de acetato de bario 0.01 M
Solución estandarizada de hidróxido de sodio 0.1 N.
Solución de cromato de potasio 0.05 N.
Agua destilada.
Solución de KCl 0.1 N.
Solución de KCl 0.01 N.
Solución de KCl 0.001 N.
144
Solución de ácido acético 0.01 M.
Solución de ácido acético 0.001 M.
Solución de sulfato de sodio 0.100 M.
Solución de sulfato de potasio 0.005 N.
Solución de sulfato de potasio 0.001 N.
Solución saturada de cloruro de plata.
Solución saturada de sulfato de bario.
Éter.
Etanol del 95%.
Solución de NaCl al 12.5%.
Vainilla pura (pm 153,15).
Esencia de vainilla comercial de buena calidad.
HCl 6 N.
Bebidas hidratantes.
145
6.2 Generalidades.
La conductividad de un hilo o de una solución es la inversa de la resistencia, es decir,
donde:
= Conductancia en -1 ó en S (siemens).
= Resistencia en 
Así mismo, la resistencia se obtiene de la ley de Ohm:
Siendo:
= Voltaje aplicado al hilo o a la solución.
= Intensidad
= Resistencia.
La conductividad de una disolución es una medida de su facilidad para transportar corriente (es decir, flujo de
electrones). Los electrones son transportados por los iones. Los positivos como el
, migran a través de la
disolución, hacia el cátodo, donde captan electrones. Los aniones,
, se dirigen hacia el ánodo donde
ceden electrones. El resultado neto es un flujo de electrones a través de la solución (la solución conduce la
electricidad).
La conductividad de una solución depende de factores tales como:
a.
El número de electrones que cada ión puede desplazar (así,
electrones de electrones que
).
b.
La velocidad del ión a través de la solución.
c.
transporta doble número de
La forma geométrica, distancia, área y material de los electrodos, como también de la disposición entre sí
en la solución.
Entre los factores que afectan la movilidad de un ión pueden citarse:
a.
El disolvente (agua o un disolvente orgánico, etc.).
b.
El voltaje aplicado.
c.
d.
El tamaño del ión (el más grande es menos veloz).
La naturaleza del ion (si está hidratado, el tamaño efectivo aumenta)
e.
Viscosidad y temperatura del disolvente.
6.2.1 Conductancia específica
La conductividad es directamente proporcional al área de la sección transversal e inversamente proporcional
(
) (
la longitud
); así:
.
Donde
es una constante de proporcionalidad llamada conductancia especifica. Es la conductancia
cuando y son numéricamente iguales. Si basamos estos dos parámetros en el centímetro, es la
conductancia de un cubo de líquido de un centímetro de arista. Las unidades de la conductancia específica
146
son entonces:
unidades son:  cm.
,o
. Lo inverso de la conductividad específica es la resistividad cuyas
6.2.2 Determinación de la constante de la celda
Sería extremadamente difícil hacer las celdas del conductímetro de manera que los electrodos tuvieran un cm²
y estuvieran a un cm de distancia con sus paredes paralelas a fin de medir directamente la conductancia
específica ( ). Esto no es necesario, ya que se puede hallar un factor llamado constante de la celda, de
manera que
, la conductancia específica se calcula como
ó
, siendo
la conductancia igual este factor se puede hallar experimentalmente midiendo la conductividad
solución de conductancia específica ( ) conocida.
a una
6.2.3 Conductancia equivalente ( )
La conductancia equivalente se define como la conductancia del equivalente de un gramo de soluto contenido
entre electrodos separados
. No se especifica el volumen de la solución ni el área de los electrodos;
estos varían para satisfacer las condiciones de la definición. Por ejemplo, una solución 1.0 N (1.0 equivalente
(
)
gramo por litro) requeriría electrodos con áreas individuales de
. Una solución 0.1 N
(
)
necesitaría electrodos de
. Por ello, raras veces, o nunca, se emprende la
medición directa de la conductancia equivalente, a causa de la incomodidad experimental asociado con tales
electrodos relativamente grandes. En su lugar, esta cantidad es determinada indirectamente de datos de
conductancia específica ( ). Por definición ( ), será igual a cuando un equivalente de soluto está
) que contendrá un
contenido entre electrodos separados por
. El volumen
de la solución (
equivalente gramo de soluto se da por
, (mil sobre C), Donde C es la concentración en
equivalentes por litro. Este volumen también puede expresarse por las dimensiones de la pila,
con
fijado por definición en un centímetro
, Sustituyendo el valor de
en la ecuación
, se tiene:
.
La ecuación anterior permite el cálculo de la conductancia equivalente partiendo del valor experimental de
para una solución de concentración conocida , cuyas unidades son:
(
).
6.2.4 Conductancia equivalente en dilución infinita:
La conductancia iónica equivalente es una medida de la movilidad de un ión bajo la influencia de un campo de
fuerzas eléctricas, siendo así una medida de su capacidad de transporte de corriente. La movilidad de un ión
es una propiedad física característica, a dilución infinita, es el factor principal en la conductividad
equivalente en condiciones estándar. A concentraciones más elevadas los iones pueden formar moléculas
no ionizadas y la conductividad disminuye. Para electrolitos fuertes existe una relación lineal entre la
conductancia equivalente y la raíz cuadrada de la concentración. La extrapolación de esta relación de línea
recta a cero concentraciones da un valor para la conductancia equivalente en dilución infinita . Una
representación gráfica similar de un electrolito débil es no lineal, y la evaluación directa es difícil.
147
A dilución infinita, las atracciones entre los iones se anula; la conductancia general de la solución consiste
∑
∑
en la suma de las conductancias iónicas individuales ya que son aditivas.
(Ley de
Kohlrausch).
Donde
infinita.
y
son las conductancias iónicas equivalentes del anión y el catión de la sal a dilución
Tabla: 6.1 Conductividades a dilución infinita (movilidades iónicas) En medio acuoso a 25 C.
Catión
H3 O +
Li+
Na+
K+
NH4+
Ag+
1/2 Mg2+
1/2 Ca2+
1/2 Ba2+
1/2 Pb2+
1/3 Fe3+
1/3 La3+
349.8
38.7
50.1
73.5
76.4
61.9
53.1
59.5
63.6
69.5
68.0
69.6
Anión
OHClBrINO3ClO4CH3COO1/2 SO421/2 CO321/2 C2O421/4 Fe(NH)641/2 CrO43-
199.0
76.3
78.1
76.8
71.4
67.3
40.9
80.0
69.3
74.2
110.5
82.0
En la tabla 6.1 aparecen valores de algunos iones comunes, se utilizan símbolos como
,
para destacar que las unidades de concentración son equivalentes por litro, con las cuales se puede calcular
también la conductividad molar. Las diferencias que existen en la conductancia iónica equivalente de varias
especies según el cuadro anterior se deben principalmente en su tamaño y grado de hidratación.
6.3. Medición de la conductividad
El instrumento para medir la conductividad puede ser análogo o digital, el primero se fundamenta en el puente
de Wheatstone y por lo tanto es de mayor exactitud en la medición pero requiere de más tiempo de
manipulación, mientras el segundo es más rápido.
Existen medidores de conductividad para sobre poner en la mesa, portátiles y de diseños especiales para el
control de procesos industriales y actuar como detectores Cromatográficos en cromatografía de intercambio
iónico.
6.3.1 Conductímetro análogo.
Fundamenta la manera de medir la conductividad en el circuito del puente de Wheatstone, dada su sencillez
facilita en forma directa una comparación entre una resistencia desconocida con resistencias normalizadas.
148
Energizado con corriente continua
Energizado con corriente alterna
Figura 6.1 Diagramas del puente de Wheatstone
Los dos brazos de la resistencia del puente dividen la corriente disponible de una fuente, para que la corriente
, pase a través de la parte superior del circuito, e a través de la inferior. Entre los brazos se encuentra
una derivación CD en la que se localiza un detector en cero . El equilibrio consiste en variar la resistencia
de un brazo hasta que no cruce ninguna corriente el puente CD. Cuando está en equilibrio, el potencial de
los puntos C y D debe ser igual. Este resultado se obtiene solo cuando la caída de tensión en R1 es igual a la
de R3 y la de R2 sea idéntica a la de R4. El voltaje que atraviesa cada resistencia en términos de corriente y
), deben expresarse como:
resistencia según la ley de Ohm (
e
. Si
dividimos una igualdad por la otra, las corrientes se anulan y se obtiene la expresión
,
puede
tomarse como la resistencia desconocida igual a
; la cual está representada en el equipo por la
celda donde se deposita la sustancia a medir su conductividad.
El puente descrito anteriormente es típico para el uso de corriente continua o alterna; para energizarlo con
corriente alterna, debe hacerse otras consideraciones introduciendo en las resistencias que conforman los
brazos del puente un condensador o capacitor que compensa ciertas pérdidas características de una corriente
alterna al paso por una resistencia, evitando fuentes de error comunes con el uso de corriente alterna; la
utilización de este tipo de corriente trae como ventaja el evitar la polarización. Además se previene la
descomposición química de la solución que ocurriría si usáramos corriente continua.
6.3.2 Conductímetro digital.
En el conductímetro digital el puente Wheatstone es remplazado por un circuito electrónico constituido
por un amplificador operacional como se muestra en la figura 6.2, si la celda se conecta en lugar de R1,
resulta una corriente I  E R1  ES 1 , que es proporcional a la conductancia de la celda. Para la
medición de resistencias, se usa una resistencia fija R1 a la entrada del circuito generador de corriente y se
conecta la celda en vez de R2, debido a que esta misma corriente pasa por la celda y el amplificador
operacional mantiene el punto S en el potencial común, el voltaje de salida es igual a IRcelda esto da por
resultado una salida de voltaje directamente proporcional a la resistencia de la celda. Si el resistor de
retroalimentación R1 se reemplaza por un termistor semiconductor, los cambios de temperatura de la
solución en la celda pueden ser corregidos por el circuito. Una fuente de voltaje de pulsos elimina el
calentamiento eléctrico indeseable en el termistor y sus alrededores. Un convertidor análogo a digital
permite exhibir el resultado de la medición en un display o en una pantalla LCD.
149
Figura 6.2 Amplificador operacional utilizado para mediciones de resistencia y conductancia.
Algunos conductímetros presentan los siguientes modos de medición: Conductividad (
), resistencia ( ), solidos totales disuelto (
) y temperatura en
específica (
), conductividad
.
6.3.2.1 Celdas
Existen diferentes modelos dependiendo del análisis a realizar, se encuentran celdas adecuadas para
mediciones de la conductividad de soluciones, de fluidos, y para titulaciones pero no existen celdas diseñadas
para hacer con eficiencia todas las determinaciones.
Generalmente las celdas son construidas en vidrio o plástico, de diferentes volúmenes y la disposición de los
electrodos es según los propósitos con los cuales se vaya a usar. Las celdas para titulaciones tienen diseños
que facilitan el drenaje y el lavado.
6.3.2.2 Electrodos
Los electrodos normalmente son de platino platinado, esto es, recubiertos electrolíticamente de un depósito
de negro de platino finamente dividido, que permite aumentar su superficie efectiva y por tanto, sus capacitancias, con lo cual se reducen al mínimo las corrientes farádicas; generalmente tienen un área de
y se
colocan a
de distancia el uno del otro, con el propósito de hacer el factor de la celda ( ) igual a la
unidad facilitando así la medición de la conductividad específica ya que es igual a . Cuando los electrodos
no cumplen con esta condición en la celda, es necesario calcular el denominado factor de la celda ,
, es la distancia entre los electrodos sobre que es el área, para poder determinar la conductancia
específica . Siendo
. Su disposición puede ser en forma de placas (láminas) paralelas o anillos
superpuestos.
6.3.2.3 Agitación
La agitación magnética en valoraciones conductimétricas no es apropiada; ya que el motor del agitador
calienta la solución, y el aumento de la temperatura de esta, a medida que avanza la valoración distorsiona la
forma de la gráfica. Es preferible agitar manualmente o por turbulencia con aire, pues, con agitación mecánica
se corre el peligro de estropear los electrodos.
150
Figura 6.3 Diferentes modelos de celdas para medir la conductividad: a, c, e diseños típicos para
determinación de conductividades, b, f, h diseños para inmersión en la solución; c, g diseños para
titulaciones., d diseño para detector conductimétrico en cromatografía de intercambio iónico y
medición de la conductividad en fluidos líquidos para el control de procesos.
6.3.2.4 Control de temperatura
El coeficiente de temperatura para mediciones de conductancia es del 2% por °C, como consecuencia se
requiere de algún control de temperatura durante la medición, pero, para muchos fines es suficiente su
determinación a temperatura ambiente.
6.4 Aplicaciones analíticas
La conductancia es una propiedad de las soluciones electrolíticas, la cual puede medirse fácilmente,
teniendo muy poca aplicación en la identificación de sustancias ya que existen pocos datos seguros sobre las
conductancias específicas de las sustancias puras. En los líquidos, la conductancia casi siempre decrece con
forme mejora la pureza, por lo tanto, cuando se da la conductancia de un líquido, se tiene el objeto de dar el
índice de pureza más que una constante característica. Como ejemplo el agua pura presenta una
151
conductancia específica de 5 x 10-8 ohmios-1 cm-1, (una resistencia de 20 ) lo cual ha sido utilizado
como un importante método para estudiar la pureza del agua destilada o desmineralizada, ya que vestigios de
una impureza iónica aumentarán su conductancia.
Las soluciones electrolíticas simples en solventes polares se adaptan en una forma muy especial a análisis
cuantitativos por medio de técnicas conductimétricas basadas en curvas de calibración las cuales se
extienden desde pequeñas conductancias y concentraciones iónicas muy reducidas hasta altas conductancias
y grandes concentraciones.
Las mediciones de conductancia también son útiles para ciertos tipos de análisis elemental. Por ejemplo,
puede analizarse hidrocarburos para determinar su contenido de azufre por combustión de la muestra seguida
de absorción del bióxido de azufre en peróxido de hidrógeno.
El aumento de conductancia resultante del ácido sulfúrico puede relacionarse con la concentración de
azufre. Análogamente, pequeñas cantidades de nitrógeno de materiales biológicos; pueden determinarse
por una digestión Kjeldahl ordinaria con ácido sulfúrico seguida de destilación de amoníaco en una solución
de ácido bórico. La conductancia de la solución del borato de amonio resultante puede relacionarse
entonces con el porcentaje de nitrógeno en la muestra.
Las mediciones de conductancia se emplean también ampliamente para medir la salinidad del agua de mar,
cargas iónicas en suelos, aguas termales, aguas para cultivos hidropónicos e irrigación de cultivos y en
cromatografía de intercambio iónico, en la cual, el sistema de detección en los cromatógrafos de
intercambio iónico se fundamenta en la conductividad medida a una determinada temperatura y con una
celda especial. Finalmente las mediciones de conductancia proporcionan mucha información sobre equilibrios
de asociación y disociación en soluciones acuosas siempre que, por supuesto, una o más de las especies
reaccionantes sea iónica.
6.4.1 Titulaciones conductimétricas
El análisis conductimétrico puede utilizarse en la mayor parte de las valoraciones que implique soluciones
iónicas, aunque es bastante seguro, presenta la desventaja de que, a veces, requiere una preparación de la
muestra (disolución y dilución) pudiendo llegar a ser necesario muestras de tamaño o volumen significativo
(varios mL).
Cuando los iones de una solución se sustituyen por iones de otro elemento, se produce un cambio en la
conductividad, lo cual permite un medio cómodo para determinar puntos finales en titulaciones, establecidos
mediante mediciones suficientes para definir la curva de titulación.
Los datos de conductancia se grafican como una función del volumen de titulante, las dos porciones lineales
se extrapolan tomándose su intersección como punto de equivalencia, en lugar de la intersección se
pueden determinar la ecuación correspondiente a cada uno de los segmentos de las líneas rectas (
), (
), al igualar las ecuaciones (
) y despejar se
obtiene el punto de corte que corresponde a los mL de titulante consumidos en la valoración.
Aunque es necesaria una temperatura constante, no se requiere un control estricto de esta para la
realización de una titulación conductimétrica correcta.
6.4.1.1 Las líneas suelen resultar ligeramente curvadas debido a:
a.
Variaciones en la temperatura originadas en parte por el calor de neutralización.
b.
Aumentos constantes en el volumen de la solución provocados al añadir el reactivo, por lo tanto, se
hace necesario corregir la conductancia específica por este efecto, lo cual puede hacerse multipli152
cando la conductancia específica ( ) observada por un factor de corrección ( ),
. Donde
es el volumen inicial de la solución a valorar y el volumen de titulante agregado; la corrección
presupone que la conductividad es una función lineal de la dilución;
siendo
, la
conductancia real.
Con un titulante 10 veces más concentrado que la sustancia a valorar, se obtiene la ventaja de tener un
incremento de más pequeño haciéndose menor el factor de corrección llegando a veces a no ser
necesario.
c.
Efectos Interiónicos: Los iones ajenos a la solución pueden perturbar ligeramente la curva, aunque en
general, aumentan la conductancia en una cantidad constante.
A pesar de esto, la inflexión es pronunciada y normalmente es suficiente efectuar 3 ó 4 lecturas a cada lado del
punto de equivalencia para definir el punto de intersección y a partir de este conocer el volumen de titulante
gastado en la valoración para realizar los cálculos estequiométrico necesarios y conocer la concentración de
la solución problema.
El método conductimétrico presenta ventajas sobre los métodos potenciométricos e indicadores, en las
valoraciones de ácidos muy débiles, mezclas de ácidos fuertes y débiles, soluciones muy diluidas y titulaciones
basadas en equilibrio desfavorables e igualmente en valoraciones con indicadores cuyos colores
característicos son interferidos por la formación de precipitados u otros compuestos.
Aunque el método es potencialmente adaptable a todos los tipos de reacciones volumétricas, el número de
aplicaciones útiles al sistema Redox, es limitado ya que el exceso del Ión
necesario para tales reacciones,
por su gran movilidad tiende a enmascarar los cambios de la conductividad asociados con la reacción
volumétrica.
Son pocas las valoraciones en las que interviene la formación de iones complejos a las que se puede aplicar
este método. En resumen pueden valorarse por conductimetría:
Ácidos o bases fuertes, ácidos o bases débiles, mezclas de ácidos fuertes y débiles, sustancias con cuyo
valorante forman precipitado siendo su aplicación muy limitada, para lo cual es necesario predecir el curso de
la titulación resultante antes de realizarla, con base en las conductancias iónicas equivalentes que presentan
los iones constitutivos de la sustancia problema y valorante; para sustancias con cuyo valorante forman un
complejo o se presentan reacciones redox es extremadamente limitada la valoración conductimétrica..
6.5 Manejo del conductímetro
6.5.1 Instalación y Limpieza.
Se ubica el equipo en un sitio firme y seguro, libre de vibraciones; se retira la funda protectora contra el polvo y
se limpia cuidadosamente el aparato, se observa que en la red de energía no existan equipos conectados que
puedan producir interferencias. Se Limpian los electrodos de platino de la celda con ácido nítrico 1% caliente
(evite el desprendimiento de vapores). Así se remueve cualquier suciedad depositada sobre ellos. Se
Enjuagan con abundante agua del acueducto y luego con agua destilada o desionizada, utilizando para ello un
Beaker y un frasco lavador, las celdas y el recipiente para la muestra se deben purgar con un poco de la
solución o sustancia a medir, los electrodos de platino de la celda deben quedar totalmente cubiertos.
6.5.2 Puesta en funcionamiento ajuste y estandarización.
153
Con la ayuda del catálogo o las instrucciones de manejo propias para el equipo, se identifica cada uno de los
controles (análogo) o mandos (digital) del conductímetro y su función. Se Seleccionan las condiciones de
trabajo en conductividad. Con una solución de
que tiene una
a
(conductividad específica), se estandariza el equipo y se determina el valor real de la constante de
la celda ( ) y se compara con el valor nominal si existe una diferencia de 50%, se lava la celda
nuevamente (instrucción 6.5.1), si la diferencia persiste se debe cambiar la celda, (algunos conductímetros
dan un mensaje de error de electrodo). Las celdas se deben lavar y purgar con un poco de la solución o
sustancia a medir. Si la temperatura es diferente a
, se tiene en cuenta la conductancia de la solución de
a diferentes temperaturas según la tabla 6.5.2.1.
Tabla 6.5.2 .1 Conductividades específicas de soluciones de
distintas temperaturas.
de diferente concentración molar a
6.5 Mediciones de resistencia y conductividad
Determinar el valor experimental de las resistencias de
, cuya tolerancia es de
(llenando la tabla de datos 6.8.1 del formato guía para toma de datos 6.8), calcular el % de error,
los valores de las resistencias cuando son de baja tolerancia permiten establecer el estado de funcionamiento
del equipo, verificar su calibración y optimizar el manejo.
Determinar la conductividad específica, de las siguientes sustancias y soluciones, llenando la tabla de
datos 6.8.2 del formato guía para toma de datos 6.8,
 Agua destilada.
 Agua desmineralizada ó desionizada.
 Agua del acueducto.








Agua del acueducto en ebullición.
Cloruro de potasio
Cloruro de potasio
Cloruro de potasio
cubriendo totalmente los electrodos.
Cloruro de Potasio
cubriendo parcialmente los electrodos.
Ácido acético, 0.01 M.
Solución de ácido acético 0.001 M.
Sulfato de sodio 0.1 M.
154
 Sulfato de sodio 0.001 M.
 Sulfato de potasio 0.005 N.
 Bebidas Hidratantes.
Para datos precisos y muy especialmente cuando el agua destilada con que se prepararon las soluciones no
es pura, la conductancia real del soluto es igual a la conductancia de la solución menos la conductancia del
agua empleada.
6.7 Aplicaciones analíticas
6.7.1 determinación del
de una sal.
Se determina la conductividad específica real de las soluciones saturadas de
y
con base en
ella y la conductividad equivalente a disolución infinita, llenando la tabla de datos 5.8.3 del formato guía
para toma de datos 5.8; se deduce la constante del producto de solubilidad para cada sal.
6.7.2 Titulaciones conductimétricas.
6.7.2.1 Titulaciones Acido base.
Procedimiento
a. Antes de realizar cualquier titulación, establezca teóricamente el curso de la gráfica resultante con base
en el comportamiento de la conductividad, según las conductancias iónicas equivalentes que presentan los
iones constitutivos de la sustancia problema y valorante.
b. Se depositan 25 mL de la solución del ácido problema ( ) en un beaker de 50 mL forma alta, se introduce
la celda del conductímetro, (los electrodos deben quedar totalmente cubiertos por la solución). Se Lee y anota
la conductividad específica inicial.
c. Agregue porciones constantes cada vez (0.5 mL) de la solución titulante de
estandarizado,
agite teniendo la precaución de no estropear los electrodos de la celda. Se Deja reposar la solución, se lee y
anota la conductancia específica cada vez. Se continúa adicionando el titulante teniendo en cuenta la forma
predeterminada que debe dar la curva de titulación, con 3 adiciones más después del punto de
equivalencia, es suficiente para definir la gráfica. En la titulación de un ácido fuerte con una base fuerte, Se
observa que Las primeras adicciones provocan un descenso rápido en la conductividad, después esta
disminuye más lentamente; luego crece más rápidamente. Se Continúa la valoración hasta que se haya
tomado los puntos suficientes para determinar la pendiente de esta última parte de la curva ascendente,
llenando la tabla de datos 6.8.4 del formato para toma de datos 6.8; Con los datos obtenidos se construye la
gráfica Vs mL de titulante, se determina el volumen de titulante consumido y se calcula la N del ácido.
6.7.2.2 Titulación de una mezcla de Acido fuerte y ácido débil con base fuerte problema ( ).
Se valora de igual manera que la solución problema ( ), con
estandarizado, teniendo en cuenta
el curso de la gráfica predeterminada, llenando la tabla de datos 6.8.5 del formato para toma de datos 6.8
Con los datos obtenidos se construye la gráfica Vs mL de titulante, se determina el volumen de titulante
consumido para la valoración del ácido fuerte y para la valoración del ácido débil, se calcula la N del ácido
fuerte y la N del ácido débil.
6.7.2.3 Titulaciones conductimétricas con conformación de precipitado.
a. para la valoración de la solución de acetato de plomo problema ( ), con K2CrO4 0.5 N; se procede
de igual forma que en la instrucción 6.7.2.1 ordinales a, b y c. llenando la tabla de datos 6.8.6 del
formato guía para toma de datos 6.8 Con los datos obtenidos se construye la gráfica Vs mL de
155
titulante, se determina el volumen de titulante consumido y se calcula la N del acetato de
plomo. Se debe lavar inmediatamente la celda con agua acidulada con HCl 0.1M caliente.
b.
para la valoración de la solución de cloruro de sodio problema ( ), con
; se procede de
igual forma que en la instrucción 6.7.2.1 ordinales a, b y c. llenando la tabla de datos 6.8.7 del
formato guía para toma de datos 6.8 Con los datos obtenidos se construye la gráfica Vs mL de
titulante, se determina el volumen de titulante consumido y se calcula la N del de la solución de
NaCl.
c.
para la valoración de la solución de sulfato de sodio de sodio problema ( ), con
d.
Ba (CH3COO)2; se procede de igual forma que en la instrucción 6.7.2.1 ordinales a, b y c. llenando la
tabla de datos 6.8.8 del formato guía para toma de datos 6.8; Con los datos obtenidos se construye
la gráfica Vs mL de titulante, se determina el volumen de titulante consumido y se calcula la
N del de la solución del
.
6.7.3 Determinación del contenido de vainillina en una esencia de vainilla comercial.
El componente aromático de la vainilla es la sustancia vainillina, el 4-hidroxi-3-metoxibenzaldehido. Esta
sustancia es un ácido muy débil; su ionización en solución acuosa diluida, es tan pequeña que la solución
apenas es poco conductora. Cuando se agrega hidróxido de Sodio, se forma la sal sódica de la vainillina,
la cual conduce la corriente eléctrica moderadamente bien, puesto que está totalmente ionizada. Así pues, la
conductancia aumenta linealmente con el volumen de hidróxido de Sodio adicionado; posteriormente, cuando
se agrega hidróxido de sodio en exceso, la conductancia crece muy rápidamente, debido a la gran movilidad
de los iones hidróxido. La curva de valoración conductimétrica consta, en consecuencia, de dos segmentos
rectilíneos crecientes, teniendo el segundo una pendiente mucho más fuerte que el primero. El punto de
equivalencia corresponde al punto de intersección de estos segmentos de recta.
La esencia de vainilla comercial contiene al rededor del 1% de vainillina, aunque su concentración puede
variar entre amplios límites. También suele contener algo de cumarina, y puede ocurrir que las esencias más
baratas contengan muy poca vainillina y sólo cumarina. A veces es posible valorar la esencia
directamente, después de diluirla con agua, pero los productos comerciales suelen contener tantas
sustancias de otras clases que generalmente es preferible realizar una separación previa.
6.7.3.1 Procedimiento:
a.
En un beaker de 100 mL, se pesan exactamente 0.1 gramo de vainillina pura (Pm 152,15), se
disuelven con 10 mL de etanol del 95% y se diluyen a 75 mL con agua destilada. Se calculan los mL
de NaOH 0.1 N que se gastan en la valoración. Se Valora esta solución con
estandarizado. Se procede de igual forma que en la instrucción 6.7.2.1 ordinales a, b y c. llenando la
tabla de datos 6.8.9 del formato para toma de datos 6.8 Con los datos obtenidos se construye la
gráfica Vs mL de titulante, se determina el volumen de titulante consumido y se calcula el
número de equivalentes de vainillina y el % de vainillina en la solución como referencia para la
determinación en la muestra.
b.
Tratamiento de la muestra: Se miden 10 mL de esencia, se adicionan 40 mL de
al 12.5%
(para disminuir la miscibilidad del agua y el éter), se mezcla y se transfiere la solución a un embudo
de separación de 125 mL. Se Adicionan unas gotas de HCl 6N (para retrogradar la ionización de la
vainillina). Se agregan de 40 a 50 mL de éter (precaución el éter es inflamable, narcótico y
anestésico), se agita cuidadosamente. Se alivia la presión, se Deja en reposo la mezcla hasta que
156
se separen las dos fases, se elimina la fase acuosa (capa inferior). La esencia de vainillina contiene
productos tensioactivos, por lo que es difícil en esta etapa proceder a una separación completa de
las dos fases. Se lava sucesivamente la capa etérea con dos o tres porciones pequeñas de agua
destilada; en cada lavado sucesivo la separación de las dos fases resulta más fácil. Se Desechan
los lavados. Finalmente, se decanta la capa etérea y transfiere a un beaker de 100 mL. Se
evapora el éter sobre un baño-maría en la vitrina de gases (precaución no utilizar llama).
Se disuelve el aceite que queda en el beaker como residuo, con 10 mL de etanol del 95%, se diluye
con agua destilada hasta 75 mL y se valora conductimétricamente esta solución con
estandarizado. Llenando la tabla de datos 6.8.10 del formato guía para toma de datos 6.8; Con los
datos obtenidos se construye la gráfica Vs mL de titulante, se determina el volumen de titulante
consumido y se calcula el número de equivalentes de vainillina y el % de vainillina en la esencia de
vainilla comercial.
La valoración se debe efectuar rápidamente, pues el hidróxido de sodio en exceso hidroliza lentamente
la cumarina (que es una lactona), dando lugar a la formación de una sal de un ácido carboxílico. Al
analizar productos comerciales de composición compleja y desconocida, nunca puede darse por
seguro que el análisis efectuado sea confiable en un 100%. En el presente caso, para precisar
mejor el resultado hay que repetir la determinación empleando diferentes cantidades de muestra,
diferentes procedimientos de extracción, (por ejemplo, realizando dos extracciones sucesivas con
éter en lugar de una), hasta obtener seguridad en el resultado. El resultado se expresa en gramos
de vainillina por 100 mL de esencia.
3.7.4 Consulte, planifique, ejecute y evalúe una aplicación de la técnica conductimétrica en el control de
calidad de un producto comercial, natural13 o un proceso industrial.
Sugerencia: Determinación nitrógeno volátil básico en pescado, cloruros en aguas, Carga iónica en las aguas residuales de un proceso industria,
iones intercambiables en un suelo etc.
13
157
158
Programas en Tecnología Química y Química Industrial
Laboratorio de Análisis Instrumental I
Prácticas de conductimetría
6.8 Formato para toma de datos
Fecha
Día Mes Año
Estudiantes: ___________________________ Código: ______________
___________________________
______________
Conductímetro Utilizado:
Marca: __________________
Unidades: -
Modelo: _______________
________
________
________
_________
________
________
Rango de lectura en
de_____ a_____
_________Precisión ________
de_____ a _____
Escalas: de _____ a _____
Accesorios: __________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________
Partes delicadas: ______________________________________________________________
_____________________________________________________________________________
Cuidados y precauciones: ______________________________________________________
_____________________________________________________________________________
Tipo de celda y electrodos ____________________________________________________
Estandarización:
Concentración del
____
K ______ -cm-1 Temperatura ______C
Valor de la constante de la celda _______
Funcionamiento:
Normal _____ Anormal _____ ¿Por qué? ________________________________________
_____________________________________________________________________________
Partes defectuosas: ___________________________________________________________
159
Tabla 6.8.1 Respuesta del conductímetro _______________________________________
Resistencia
Valor nominal en 
Valor experimental en 
Porcentaje de error
Conductividad en -1
X
100.0
Y
250.0
Z
500.0
Conclusión según los datos de la tabla 6.8.1 ____________________________________
____________________________________________________________________________
Tabla 6.8.2 Conductividad especifica de las sustancias y soluciones.
Sustancia o solución
Agua destilada
Agua desmineralizada ó desionizada
Agua del acueducto
Agua del acueducto en ebullición
K en -1 cm-1
T en C
cubriendo totalmente los electrodos
cubriendo parcialmente los electrodos
Ácido acético 0.01 M
Solución de ácido acético 0.001 M
Sulfato de sodio 0.1 M
Sulfato de sodio 0.001 M
Bebida Hidratante
Sulfato de potasio 0.005 M
Tabla 6.8.3 Datos para calcular el Kps de las sales
K en -1cm-1
+
-

Ag+
Cl-
Sal BaSO4 K en -1cm-1
+
-

Ba2+
SO42-
Sal AgCl
Titulaciones
160
experimental
experimental
Bibliográfico
Bibliográfico
Tabla 6.8.4 Datos para trazar la gráfica de valoración del HCl solución problema (
) con NaOH 0.1 N.
mL de titulante
K en -1cm-1
Tabla 6.8.5 Datos para trazar la gráfica de valoración de la mezcla de HCl y CH3COOH solución
problema ( ) con NaOH 0.1 N.
mL de titulante
K en -1cm-1
Tabla 6.8.6 Datos para trazar la gráfica de valoración de Pb(CH3COO)2 solución problema (
K2CrO4 0.5 N.
) con
mL de titulante
K en -1cm-1
Tabla 6.8.7 Datos para trazar la gráfica de valoración De NaCl solución problema (
M.
) con AgNO3 0.001
mL de titulante
K en -1cm-1
Tabla 6.8.8 Datos para trazar la gráfica de valoración de Na2SO4 solución problema (
(CH3COOH)2 0.01 M.
) con
Ba
mL de titulante
K en -1cm-1
Tabla 6.8.9 Datos para trazar la gráfica de valoración de la Vainilla pura con NaOH 0.1 N.
mL de titulante
K en -1cm-1
Tabla 6.8.10 Datos para trazar la gráfica de valoración de la vainilla contenida en una esencia de vainilla
comercial con NaOH 0.1 N
mL de titulante
K en -1cm-1
Porcentaje de vainillina en la esencia de vainilla comercial ______ %
Describa las características técnicas del conductímetro utilizado. Consulte en catálogos actualizados de
instrumentación química o en internet sobre los nuevos modelos de conductímetros y sus aplicaciones en el
control de calidad y procesos.
161
Reflexiones
 ¿Qué factores afectaron las medidas de la conductividad?
 Suponga, que usted no lavó bien la celda del conductímetro y que quedó impurificada con iones de
menor conductancia que los de la siguiente solución. ¿La conductancia que determine a esa nueva
solución será mayor o menor que la verdadera? Si____, No____, ¿Por qué?
 A fin de trabajar con buena luz, aconsejaría Ud. colocar el Conductímetro frente a una ventana por la
que incidan directamente los rayos solares sobre la solución. Si____, No____, ¿Por qué?
 Compare las conductividades específicas obtenidas para las diferentes sustancias y soluciones
(procedimiento 6.6), argumente por qué se presentan valores diferentes.
 Para el agua del acueducto calcule qué % aumentó experimentalmente la conductividad específica
por cada grado centígrado que aumenta la temperatura.
 Explique a que obedece la forma que presentan las gráficas de las diferentes titulaciones.
 Si en alguna titulación tuvo que aplicar factor de corrección explique por qué fue necesario.
 Calcule para el
y el
(
) las conductividades iónicas y molares.
 Cómo puede determinar la confianza en los resultados analíticos obtenidos?
 ¿Cómo puede adaptar la técnica conductimétrica para el control de calidad y controlar algunos
procesos industriales?
 Qué utilidad tienen las mediciones conductimétricas en agroquímica.
162
6.9 Diferentes modelos de Conductímetros utilizados en las prácticas.
6.9.1 Conductímetro digital modelos CG 857 y CG 858
Indicador de
Bateria
Conexión celda
Pantalla digital
Control para prendido, apagado,
medición y calibración
Selector de la escala de medición
Medidor constante de celda
Figura 6.4 Vista frontal Conductímetro digital CG 857
6.9.1.1 Características Técnicas.
Puesta en marcha
a. Antes de poner en marcha el instrumento por vez primera abrir la caja de pilas en el lado inferior del
instrumento y encajar la pila adjunta (9 V). El tornillo de fijación podrá ser aflojado mediante una
moneda. En caso de recambio, únicamente deben usarse pilas absolutamente resistentes a la oxidación.
b. Podrán emplearse celdas medidoras con constantes de
.
c. Control de pilas: Está provisto el instrumento de un sistema automático de control de pilas. Los voltajes
inferiores se señalizarán en la pantalla.
d. Para la medición de la conductividad eléctrica de una solución electrolítica los conductímetros CG
857 y 858 cuentan con tres gamas de medición:
Posición del conmutador selector
Gama de medición
Rango de medición
e. la constante de la celda medidora de conductividad podrá ajustarse de forma continua de
.
163
f. Después de sumergir la celda medidora de conductividad en la solución, podrá leerse el valor
directamente en la pantalla.
Medición de resistencias óhmicas
g. Se deberá conectar la resistencia a medir a las entradas de 4mm del instrumento.
h. Ajustar a
la constante de celda medidora en el instrumento.
i. Se leerá la Conductividad en la pantalla tras girar el Conmutador selector de gama de medición a la
gama más apropiada. La resistencia óhmica se calculará según la relación siguiente:
Indicaciones y aclaraciones importantes respecto a la medición de la conductividad eléctrica:
J. Las superficies metálicas de la celda medidora deberán estar sumergidas por completo en la solución a
medir. Por consiguiente, deberá prestarse atención a una profundidad suficiente de inmersión. Las
burbujas alteran el resultado, particularmente en el caso de mediciones de caudales.
K. En todos los casos en que se mida con celdas medidoras de inmersión deberá esperarse hasta que
queden constantes los valores medidos (aprox. 3s).
i. Los electrodos platinados no se deberán limpiar empleando medios mecánicos. En caso de que con
agua no se logre el objetivo, es recomendable, según el tipo de impureza, la inmersión en ácido nítrico
al 1%, hidróxido sódico al 1%, o bien en disolventes orgánicos. Celdas medidoras de plástico con
electrodos de níquel platinados deberán limpiarse con ácido únicamente por un tiempo muy corto, o de
ninguna manera, ya que existe el peligro de disolución.
m. Símbolos y fórmulas utilizados en la medición de la conductividad:
: Conductividad específica de una solución electrolítica indicada en
: Constante de la celda medidora (factor celda) indicada en
ó
.
.
n. El modelo CG 858 se diferencia del CG 857 en que posee un selector manual de temperatura, un
sistema de medición automático de temperatura mediante un sensor incorporado en la celda y la posición
auto para calibrado.
6.9.1.1 Instrucciones de manejo.
a. Se lava la celda con abundante agua del acueducto, se introduce en ácido nítrico al 1% un poco
caliente (precaución: Evitar desprendimiento de vapores), se enjuaga nuevamente con abundante agua
del acueducto y luego en agua destilada o desionizada.
b. Se conecta la celda en el equipo.
c. Se ubica el control para prendido en la posición man y luego en abs, y el control de medición en
.
d. Calibración: Se introduce la celda en una solución de
, se espera unos 45 s y se lee la
temperatura en la pantalla. Si es diferente de 25C, se tiene en cuenta un coeficiente de temperatura del
2% por C y se hacen los cálculos para la corrección respectiva a la temperatura observada. Se debe
tener en cuenta que una solución de
, tiene una conductividad específica de
164
, equivalente a
con los datos de la tabla 6.5.2.1 página 157.
o
. También se puede calibrar
e. Se ubica el control de prendido en la posición auto y el selector de medición en la posición
. Se gira el medidor de constante de celda hasta que en la pantalla se observe la
conductividad específica calculada y se deja en dicha posición.
f. Se retira la celda de la solución, se enjuaga con abundante agua del acueducto y luego con agua
destilada o desionizada, se introduce en la solución a la cual se requiere medir la conductividad específica.
Se ubica el control de prendido en la posición abs, se selecciona la escala de medición más adecuada
para obtener la mayor exactitud en la medida.
165
6.9.2 Conductímetro digital AB 30, ACCUMET basic, Fisher Scientific.
6.9.2.1 Características técnicas
Display LCD
5 teclas de membrana
Memoria de diagnóstico interna
Modos de medición:
Modo de conductividad
Rango
Resolución
Exactitud
0.5 % de la indicación
Modo de resistencia
Resistencia
Hasta
Resolución
Exactitud
0.5 % de la indicación
Modo de solidos disueltos totales TDS
TDS
0 a 99999 ppm
Resolución
Exactitud
0.5 % de la indicación
Modo de temperatura
Rango
Resolución
Exactitud
0.1
166
Rango de constantes de celda 0.1, 1.0, 10.0
Coeficientes de temperatura 0.0%, 1.5 %, 2.0%, 5.2%.
Factor solidos disueltos totales 0.4 – 1.00 (ajustable en pasos de 0.01)
Entradas para: celda de conductividad de 2 pines, celda de conductividad (DIN), ATC (sensor para ajuste
automático de temperatura).
Requerimientos eléctricos: fuente de poder 230V/50 Hz, 115V/60Hz, 12V DC (centro negativo)
6.9.2.2 Instrucciones de manejo
a. Conectar el terminal del cable de la fuente de poder al conductímetro (power) y las clavijas de la fuente
poder a la red 110V observar figuras 6.6 y 6.7.
Nota: la celda debe ser conservada en agua destilada mínimo 10 minutos para la toma de la primera
lectura.
b. Observar el pantallazo inicial cuando es conectado el conductímetro.
c. Presionar STABY para entrar el instrumento al estado de funcionamiento.
d. Observar el modo de medición (Mesure, ubicado en la parte superior izquierda de la pantalla).
e. Presionar SETUP para reconocer los diferentes modos de medición y parámetros a fijar.
Modos de medición
 Conductividad en
y
(cambio automático de
a
)
 Resistencia en Ω ohm,
,
. (el cambio de unidades es automático).
 Sólidos Disueltos Totales TDS.
Parámetros a Fijar:




Constante de Celda
Coeficiente de temperatura
Unidades de temperatura
Estabilidad
Modos de habilitación de la medición y limpieza
 Stable off Inhabilitado
 Stable on Habilitado
 Clear esta función se realiza cuando se va a trabajar con una solución diferente, permitiendo
establecer las condiciones para el nuevo análisis.
167
Figura 6.5 vista frontal conductímetro digital
Scientific, identificando sus partes.
168
AB 30, ACCUMET basic, Fisher
Figura 6.6 vista posterior conductímetro digital AB 30, ACCUMET basic, Fisher
Scientific.
Figura 6.7 Fuente de poder conductímetro digital AB 30, ACCUMET basic, Fisher
Scientific.
169
Figura 6.8 Pantalla y teclado conductímetro digital AB 30, ACCUMET basic, Fisher Scientific.
6.9.2.2.1 Medición de:
Resistencia:
 Siguiendo las instrucciones de la figura 6.8, presionar setup para seleccionar el modo de medición
en Ohm (Ω) y luego presionar enter para fijarlo.
 Presionar setup para seleccionar un valor de constante de celda de 1.0 y luego presionar enter
para fijarlo.
 Conectar los terminales (clavijas) de los cables a la resistencia a medir y luego conectar los otros
terminales en las entradas para conectar la celda de conductividad, como muestra la figura 6.6.
 Observar la medida. Cuando está habilitado el icono Stable, la lectura después de un ligero
parpadeo se muestra estable, de lo contrario se mostrará inestable. Anotar la medida.
Conductividad:
 Siguiendo las instrucciones de la figura 6.8, presionar setup para seleccionar el modo de medición
en
y luego presionar enter para fijarlo.
 Presionar setup para seleccionar un valor de constante de celda según la celda a utilizar
referenciada en los siguientes cuadros:
170
Rangos de medición celdas de conductividad de dos pines
Constante de
celda
0.1
1.0
10.0
Rango óptimo de
conductividad
0.5 a 200 μS
0.01 a 2.0
1 a 200
Referencia protector en
vidrio
13 - 620 -156
13 - 620 -155
13 - 620 -157
Referencia protector en
plástico
13 – 620 - 161
13 - 620 - 160
13 – 620 - 162
Rangos de medición celdas de conductividad DIN
Constante de
celda
1.0
10.0
Rango óptimo de
conductividad
0.01 a 2.0
1 a 200
Referencia protector en
vidrio
13 - 620 -163
13 - 620 -164
Referencia protector en
plástico
13 - 620 - 165
13 – 620 - 166
Calibración para la medición de la conductividad de las Soluciones
 Verificar el valor nominal de la celda.
 Lavado de la celda de conductividad: se realiza inicialmente con agua del acueducto, luego se
enjuaga con agua destilada o desionizada, se introduce en una solución de HNO3 1% tibia durante
dos minutos (evitar el desprendimiento de gases), se retira la celda y se enjuaga con abundante
agua del acueducto y luego con agua destilada o desionizada.
 Conectar la celda de conductividad y el sensor de temperatura.
 Seleccionar un valor de coeficiente de temperatura del 2%.
 Introducir la celda y el sensor de temperatura en la solución de calibración de
. Anotar
el valor de la temperatura en
y la conductividad en sus respectivas unidades. (recuerde el
instrumento cambia automáticamente de unidades)
 Verificar la conductividad de la solución de
a la temperatura observada mediante la
tabla 6.5.2.1. página 157.
 Si la conductividad concuerda con la de la tabla 6.5.2.1 significa que el equipo se encuentra
calibrado, si no es así, se procede a realizar la calibración; para ello se aproxima al valor más
cercano de la temperatura se observa que valor de conductividad corresponde y se procede a
ajustarlo de la siguiente forma: se selecciona el modo std (estandarización), donde observara que
en la pantalla empezara a pestañar sobre el número. Con la tecla setup seleccionar hasta la cifra
entera o decimal que desea cambiar, con la tecla
se ajusta el valor numérico deseado
cuando se obtenga el valor numérico presionar enter para introducir el cambio, finalmente
presionar std para entrar al modo de medición.
 Retirar el sensor y la celda de la solución de
, enjuagar la celda con agua del acueducto y
luego con agua destilada o desionizada, eliminar el exceso de agua en la celda como se muestra
en la figura 6.9.
171
Figura 6.9 secado de la celda
 Realizar las mediciones de conductividad a las diferentes soluciones propuestas en la guía del
manual.
Figura 6.10 Medición de la conductividad
 Lavar la celda muy bien con abundante agua del acueducto y enjuagarla con agua destilada o
desionizada antes de cada medida, eliminar el exceso de agua en la celda como se muestra en la
figura 6.9.
172
Programas en Tecnología Química y Química Industrial
Laboratorio de Análisis Instrumental I
INSTRUCCIÓN 7.0
7.1 Prácticas de electrogravimetría
Objetivo: Reconocimiento de los diferentes modelos de equipos para realizar electrodeposiciones y de sus
partes externas e internas, distinguir los componentes básicos de un electrolizador y su función. Calibrar y
manejar correctamente el electrolizador. Estudiar algunas características técnicas de los equipos. Estudio del
proceso de electrodeposición y culombimétrico, observar el comportamiento de algunas variables que afectan
la obtención de buenos electrodepósitos con fines analíticos e industriales. Análisis cuantitativo
(electrogravimétrico y culombimétrico), aplicaciones fisicoquímicas, en control de calidad, procesos y
recubrimientos electroquímicos.
Analizar el contenido de cobre en una solución realizando la electrólisis a voltaje constante o a intensidad
constante.
Aplicar la técnica electrogravimétrica en la determinación cuantitativa del contenido de cobre en un mineral,
cobre y níquel en una aleación.
Aplicación de la electroquímica en recubrimientos electrolíticos a nivel industrial.
Actividades:
a. Estudiar previamente a la ejecución de la práctica la instrucción 7.0 al entrar al laboratorio debe conocer
su contenido.
b. Realizar los cálculos matemáticos requeridos para la preparación de los reactivos con anterioridad a
la ejecución de las determinaciones.
c. Realizar en el laboratorio las instrucciones 7.7, 7.8 y 7.9
d. Aplicar las normas de las buenas prácticas de laboratorio (Leer la instrucción 9 página 197).
e. Llenar el formato guía para toma de datos 7.10.
f. Para realizar estas prácticas el estudiante debe presentarse al laboratorio con una idea clara sobre los
siguientes conceptos:
 ¿Cuál es el fundamento de los métodos de análisis electrogravimétricos y culombimétricos?
 ¿Qué formas de realizar electrodeposiciones se conocen?
 ¿Cuál es el inconveniente de realizar una electrodeposición a intensidad constante?
 ¿Qué variables físicas y químicas deben controlarse en la obtención de buenos electrodepósitos
con fines analíticos e industriales?
 ¿Qué otras aplicaciones presentan los electrodepósitos fuera del análisis químico?
 ¿Qué semirreacciones ocurren en los electrodos de platino al electrodepositar Cu2+ de una
solución ácida?
 ¿De qué material se prefieren los electrodos y por qué?
173
Equipos materiales y reactivos
1
fuente electrolizadora con su correspondiente voltímetro, amperímetro y cables de conexión.
1
Termómetro de
1
Cronómetro.
1
soporte o estativo para electrodos
2
electrodos de platino (pequeñas láminas)
3
electrodos de cobre (pequeñas láminas)
1
electrodo de hierro (pequeña lámina)
1
sistema de agitación magnética con calentamiento, cable de conexión y barra de agitación.
1
embudo en V de 100 mm de diámetro
1
beaker de 250 mL de alta
4
beaker de 100 ml
1
probeta de 25 mL
1
pipeta graduada de 10 mL
1
tubo de ensayo de 100 x 12 mm
1
vidrio de reloj
1
frasco lavador de polietileno
1
pera de pipeteo de tres válvulas
Ácido sulfúrico concentrado
Ácido sulfúrico
y 1:5
Ácido nítrico
Ácido nítrico concentrado
Amoníaco concentrado
Solución alcalina compuesta de: (KOH 37.5%; Na2 CO3 25%, Na3PO4 12H2O 6.2%)
Nitrato de amonio sólido
Nitrato de amonio 6M
Nitrito de potasio
174
Acetona o etanol comercial
Urea
Agua destilada
Papel tornasol
Papel filtro porosidad media de 90 mm diámetro
Papel absorvente
Ácido nítrico concentrado
Solución de
preparado a partir de
Solución problema cobre
.
Mineral de cobre (malaquita, azurita) o su solución.
175
7.2 Generalidades
La precipitación electrolítica se ha usado a través del tiempo como una técnica analítica para la determinación
gravimétrica de metales. El metal que se va a determinar es depositado sobre un electrodo (cátodo de platino)
previamente pesado. La ganancia en peso del cátodo obtenida por diferencia de pesada, una vez realizado
el proceso, determina la cantidad del metal depositado; el cual por simple cálculo estequiométrico puede
relacionarse con la concentración de éste en la solución o el porcentaje en la muestra problema si se trata de
un sólido. Bajo cuidadosas condiciones bien controladas, la técnica se extiende a la separación de iones de un
metal en presencia de iones de otros metales.
En condiciones adecuadas, como excepción a este procedimiento, pueden depositarse en el ánodo PbO2,
MnO2 y el Tl2O3 y, por lo tanto, separarse de casi todos los otros iones metálicos. Los iones de haluros
pueden depositarse en un ánodo de plata, selectivamente, si el ánodo es controlado, ya que el comportamiento
del ánodo es en general, análogo al de un cátodo.
El análisis electrogravimétrico, puede llevarse a cabo mediante electrólisis a: Corriente constante, voltaje
constante, potencial de cátodo constante o controlado.
La electrodeposición con potencial aplicado constante, es eficaz en la deposición de metales con
potenciales de reducción apreciablemente menos negativos que aquel al cual tiene lugar el desprendimiento
de hidrógeno.
La electrólisis llevada a cabo a un potencial fijo aplicado presenta limitaciones principalmente por el cambio en
el potencial catódico hacia valores más negativos, lo cual impide que este método sea muy específico, sin
embargo, la magnitud de este cambio se puede reducir rebajando el potencial inicialmente aplicado. Esto se
puede hacer a expensas de una disminución en la corriente inicial, lo cual aumenta el tiempo requerido para
efectuar la electrodeposición.
Entre las variables que influyen en las propiedades de un electrodepósito, deben controlarse:
a.
Físicas: Voltaje, intensidad, densidad de corriente, desprendimiento de gas, agitación, temperatura,
tiempo.
b.
Químicas: Efectos del pH, concentración, formación de complejos, aditivos químicos: Sustancias
fijadoras, antiporos, abrillantadoras.
7.2.1 Aplicaciones: La principal aplicación de la Electrogravimetría está representada en el macroanálisis.
Permite separar en estado puro y cuantificar el o los elementos de interés en una muestra metálica. Por
pesada del electrodo antes y después del depósito, se puede determinar los constituyentes más importantes,
siempre que la diferencia entre los potenciales necesarios sea suficiente para evitar la formación de otros
depósitos. Este método es el más utilizado en la determinación de metales de transición, cobre y metales
nobles.
Otra aplicación de importancia de esta técnica radica en la eficiencia que presenta como método en la
obtención de metales puros a partir de sus disoluciones, permitiendo la eliminación de impurezas o
contaminantes. Además de la aplicación de esta técnica con fines analíticos, presenta un método muy
utilizado en la industria de los recubrimientos electrolíticos (cobrizado, niquelado, cromado, plateado, zincado,
aureado, latonado etc.), que permiten proteger y dar mejor presentación a artículos elaborados con materiales
que expuestos al medio ambiente se oxidan con facilidad.
176
7.2.2 unidades, ecuaciones, Leyes y culombimetría
Es conveniente recordar ciertas unidades y leyes fundamentales y hechos relacionados con las técnicas
electrolíticas:
El Culomb ( ) Unidad de carga: Es la cantidad de electricidad que causará la deposición o remoción de
0.001118 g de plata en un electrodo. Unidad del sistema internacional (SI) de carga eléctrica igual a la carga
transportada por una corriente eléctrica de un amperio que fluye un segundo.
.
Amperio ( ) Unidad de corriente: Es
⁄ .
El Ohm ( ) Unidad del SI (sistema internacional) de resistencia eléctrica: Igual a una resistencia que deja
pasar una corriente de un amperio cuando hay una diferencia de potencial de un voltio a través de ella.(
).
Ley de Ohm:
da en , en
Relaciona la corriente ( ), la resistencia ( ) y la fuerza electromotriz ( ); donde se
en Ω.
y
Densidad de corriente: Amperios por
de superficie de electrodo( ⁄
). Es una consideración de
gran importancia en trabajos electrolíticos. Si la densidad de corriente es muy grande, los procesos de difusión
y agitación pueden ser muy bajos para transportar material a la superficie del electrodo y algunos otros
procesos, tales como la liberación del hidrógeno del agua, consumen la mayor parte de la corriente en el
electrodo que está trabajando.
Faraday ( ), equivalente a
, es la cantidad de electricidad equivalente al número de Avogadro de
electrones transferidos en procesos de oxidación reducción.
Ecuación de Nernst: Expresión matemática que proporciona una importante relación entre el potencial de una
semicelda, , y la concentración de las formas oxidada y reducida de los componentes de la dilución en
función de ciertas variables como temperatura y número de electrones intercambiados. Diferentes formas de
expresar la ecuación de Nernst:
[
] ( )
[
] ( )
[
]
[
]
( )
Las dos leyes de la electrólisis, generalmente consideradas como leyes de Faraday, pueden enunciarse
como sigue:
a. La cantidad de una sustancia dada, que se libera en un electrodo, es proporcional a la cantidad de
electricidad que pasa a través del sistema.
b. Las cantidades de diferentes sustancias que se depositan por la misma cantidad de electricidad, son
proporcionales a los pesos químicos equivalentes de estas sustancias.
Estas definiciones son verdaderas únicamente si la eficiencia de la corriente no varía y sea el
para la
sustancia que está siendo medida.
En los cálculos cuantitativos la cantidad de elemento determinada por diferencia de peso del electrodo, debe
ser igual a la calculada mediante las leyes de Faraday si se controlan bien las variables.
177
Recordando que:
donde:
. Y que un Faraday
,
deposita un equivalente gramo de la
sustancia.
7.3 Equipo para electroanálisis
Figura 7.1 Equipo para electroanálisis
Se encuentran en el comercio una gran variedad de equipos para hacer electroanálisis los cuales están
constituidos generalmente por una fuente de corriente continua (pila, batería, convertidor), una resistencia
variable, una celda para electrólisis con sus respectivos electrodos, algún medio para la agitación
(magnético, mecánico) y calentamiento de la solución, e instrumentos de medida apropiados tales como un
voltímetro para medir ( ) y un amperímetro para medir la ( ).
Electrodos: Son construidos usualmente de platino, aunque pueden ser usados con las debidas
precauciones electrodos de cobre, latón, tántalo, acero inoxidable, grafito y otros metales. Los electrodos
de platinos tienen la ventaja de ser relativamente no reactivos y pueden ser calcinados para separar cualquier
grasa, materia orgánica, o gases que tendrían efectos perjudiciales sobre las propiedades físicas del depósito.
Ciertos metales, como bismuto, zinc y galio, no pueden ser depositados directamente sobre platino ya que
causan deterioro permanente del electrodo. El platino debe ser protegido siempre con una capa de cobre
electrodepositada antes de emprender la electrólisis de estos materiales. Igualmente el platino no debe ser
usado como ánodo en soluciones que contengan altas concentraciones de ión cloruro, puede desprenderse
cloro en lugar de oxígeno y producirse la oxidación del electrodo. Para usar un ánodo de platino en estas
condiciones debe ser protegido del ataque mediante la utilización de un despolarizador.
Los cátodos están formados comúnmente por cilindros en malla, de 2 a 3 cm de diámetro y unos 6 cm de
altura. Esta construcción reduce al mínimo los efectos de polarización, suministrando una gran área
superficial en la cual la disolución puede circular libremente. Los ánodos pueden ser serpentines de alambre,
una paleta de platino, o un segundo electrodo de tela metálica con diámetro menor al del cátodo, los cuales
pueden ser accionados por un motor para producir una agitación efectiva del electrolito.
178
La celda de electrólisis es con frecuencia un vaso de vidrio de forma alta cubierto por un vidrio de reloj, dividido
que permite el acceso de los electrodos, para excluir la suciedad y minimizar la pérdida de solución durante la
electrólisis.
7.4 Manejo del equipo electrolizador
7.4.1. Instalación y limpieza.
Se ubica el equipo en un sitio firme y seguro, libre de vibraciones, debe cerciorarse que en la red de energía no
existan equipos conectados que puedan producir interferencias.
Se limpian los electrodos de platino (láminas) por inmersión en ácido nítrico
, caliente durante 2 minutos
(evite el desprendimiento de vapores). Así se remueve cualquier suciedad depositada sobre ellos,
enjuague con abundante agua del acueducto y luego con agua destilada o desionizada. Se Manejan los
electrodos con una pinza, (en caso de ser necesario cogerlos con las manos tómelos de la parte angosta,
especialmente el que va a utilizar como cátodo.
Se arma el equipo indicado en la figura 7.2 página 157, con la ayuda del catálogo o las instrucciones propias
de manejo del equipo, identifique cada uno de los controles, instrumentos de medida y terminales de conexión
(polo Cátodo, polo + ánodo) de la fuente de corriente continua de la figura 7.3 y su función, de lo contrario
se debe Recibir las instrucciones de manejo de la fuente electrolizadora que va a ser utilizada.
7.5 Observación de la calidad del electrodepósito con relación al control de las variables.
Procedimiento:
Se Desarrolla el procedimiento siguiente dando respuesta a las preguntas que se encuentren en él:
a. Escriba las semirreacciones catódica y anódica que se realizan para la electrodeposición de cobre (Cu 2+)
de una solución que se encuentra en medio ácido (H+), escriba la reacción total y calcule su potencial a
condiciones estándar.
b. Calcule el potencial de las semirreacciones y de la reacción total para las siguientes condiciones:
[
], [
], la Caída de potencial
en la solución es despreciable,
(para desprendimiento de O2 en el ánodo utilizando electrodo
⁄
de platino liso).
c. Se colocan 8 mL de solución
, (preparada a partir de
) en un beaker de 100 mL y, se
agrega 8 mL. De ácido sulfúrico 10 M, se adiciona agua hasta 80 mL, se sumergen los electrodos de
platino, dejando aproximadamente 1 cm por fuera de la solución (cátodo polo , Ánodo polo +). ¿Sucede
algo?
Si ____ No ____ ¿por qué? ______________________________________________________
________________________________________________________________________________
d. Girando el control de voltaje de la fuente (9 figura 7.2) se Aplica la diferencia de potencial calculado en a.
¿Se ha vencido el potencial (termodinámico) de descomposición? Si ____ No ____
¿Por qué? _____________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________
¿Se observa desprendimiento de gas en el ánodo? Si _____ No _____
¿Por qué? ________________________________________________________________________
179
___________________________________________________________________________________
e. Aplique la diferencia de potencial calculada en b, si no se ha vencido el potencial de descomposición se
sube el voltaje lentamente observando cuando se comienza a depositar cobre en el cátodo lo cual se
evidencia porque el electrodo va tomando un color rojizo.
Se observa que intensidad marca el amperímetro ______
Se observa que voltaje marca el voltímetro ______
Cuánto es la diferencia entre el voltaje calculado teóricamente en b y el actual? ______
Qué causas pueden explicar esta diferencia? ___________________________________________
________________________________________________________________________________
Se regula constantemente el voltaje para mantener la intensidad constante, e inmediatamente se empieza a
cronometrar el tiempo.
Se calcula teóricamente el tiempo que se demora para depositarse todo el cobre de la solución teniendo en
cuenta que
.
Cuál es la densidad aproximada de corriente ______ ⁄
¿Al levantar un poco los electrodos del nivel de la solución, pero dejándolos sumergidos que sucede con
la intensidad?________________________________________________________
___________________________________________________________________________________
Se regresan los electrodos nuevamente a su posición.
¿Se observa algo en el cátodo?
Si _____,
No_____
¿Por qué? _____________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
f. Se Adicionan 3 mL. de ácido nítrico
.
¿Se observa algún cambio relativo en el cátodo? Sí ______ No.______
¿Disminuye la producción de H2? ____ Por qué?___________________________________________
Escriba la reacción que ocurre para que el ácido nítrico se comporte como un despolarizador ______
___________________________________________________________________________________
Qué intensidad marca el amperímetro _______ .
g. Se suspende el voltaje y se dejan los electrodos sumergidos durante 2 minutos. Luego se retiran y se frota
el cátodo con papel o tela.
¿Qué sucedió al frotarlos? __________________________________________________________
___________________________________________________________________________________
¿Por qué? ________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________________
¿Qué precauciones se aconsejan para evitar el desprendimiento del electrodepósito? ___________
180
___________________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________________
h. Se Lava el cátodo con ácido nítrico
caliente y luego se enjuaga con agua. Se Colocan de nuevo 8 mL
de la solución
, en un beaker de 100 mL, se agrega 0.8 mL de ácido sulfúrico
y 3 ml
de ácido nítrico
, se adiciona agua hasta 80 mL, se calienta la solución entre
manteniendo
la temperatura dentro del rango durante la electrólisis, se ajusta una velocidad de agitación suave y constante.
Se introducen nuevamente los electrodos, se aplica el voltaje determinado en e, observando la intensidad
que marca el amperímetro ( ___ ), regulando el voltaje para mantenerla constante durante el tiempo
calculado en e. Transcurrido el tiempo se retira una gota de la solución en un tubo de ensayo pequeño y
se agregan dos gotas de amoníaco concentrado.
¿Qué sucede?______________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
¿Por qué? _________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________________
¿Con qué objeto se realiza esta prueba? _______________________________________________
___________________________________________________________________________________
i. Cuando se ha depositado todo el cobre. Sin suspender el voltaje se retiran los electrodos lentamente,
derramando un chorro continuo de agua destilada sobre el cátodo.
¿Por qué no debe suspenderse el voltaje? ______________________________________________
___________________________________________________________________________________
j. Se sumergen los electrodos en agua destilada o desionizada y se agita. Se suprime el voltaje.
k. Se retiran los electrodos del agua, aquí habría que humedecer el cátodo en alcohol o acetona, secarlo a
en la estufa durante 3 minutos, enfriarlo y pesarlo, retirar el recubrimiento y volverlo a pesar. NO SE
HACE TODO ESTO, suponiendo que en el cátodo se depositaron exactamente 0.005 g de cobre.
Calcular: el porcentaje de Cu en la solución original y su Molaridad.
,
.
Para retirar el recubrimiento de cobre del electrodo de platino y confirmar que el proceso realizado es
reversible que se debe hacer electroquímicamente?____________________________________
________________________________________________________________________________
Se ubican nuevamente los electrodos en la solución de cobre, se aplica el voltaje calculado en e, se
invierten las polaridades desde los terminales de la fuente.
¿Qué sucedió? ____________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
l. Se lava el electrodo de hierro en una solución alcalina, (precaución la solución es muy fuerte evite el
contacto con la piel), se seca y se frota con papel o tela y se enjuaga con agua. Utilice este electrodo como
cátodo (polo -) y uno de platino como ánodo (polo +), Se Colocan de nuevo 8 mL de la solución de
en un beaker de 100 mL, se agrega 0.8 mL de ácido sulfúrico
y 3 ml de ácido nítrico
, se adiciona agua hasta 80 mL; se aplican
y luego se introducen los electrodos cuidadosamente
en la solución anterior; se electroliza durante 2 minutos. El Fe se encuentra en medio ácido y se disuelve, se
181
debe observar el desprendimiento de un hilo verde en el cátodo (las sales ferrosas dan color verde), que va
pasando a la solución. Se aumenta el voltaje a
, se observa que intensidad marca el amperímetro al
principio ( ___ ) y al final ( ___ ) de la electrodeposición y se electroliza durante 4 minutos más. Se retiran
los electrodos como en el caso anterior. Probablemente no conozca como se hace el cobrizado de los
objetos de hierro en la industria, Pero ya sabe que no puede hacerse directamente en medio ácido. ¿Por
qué? ___________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________
m. Se limpian nuevamente el electrodo de hierro y el de platino. Se Coloca de nuevo 8 mL de la solución de
en un beaker de 100 mL, se agregan 2 mL de amoníaco concentrado y 3 mL de nitrato de
amonio
, se adiciona agua hasta 80 mL y se agita suavemente.
¿Con qué propósito se agrega el nitrato de amonio? ___________________________________
___________________________________________________________________________________
n. Se sigue utilizando el electrodo de hierro como cátodo y el de platino como ánodo. Se Aplican
y
luego sumergen los electrodos, se observa que intensidad marca el amperímetro (___ ), manteniendo la
intensidad constante se electroliza durante 4 minutos.
Se retiran los electrodos, se enjuagan con
, luego se suspende el voltaje.
¿Podría hacerse un análisis electrogravimétrico en estas condiciones? Si ____ No____. Por qué
________________________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________
En la industria de los electrorecubrimiento primero se deposita una capa tenue de cobre en el objeto de hierro
en medio básico. Luego se hace el depósito en medio ácido.
¿Sin embargo los ánodos son de cobre y no de platino? Por qué?
__________________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________________
Un buen electrodepósito cualquiera que sea su finalidad analítica o industrial debe tener buena adherencia,
brillo metálico y aspecto liso.
¿Se cumplió con esta finalidad? _______________________________________________________
___________________________________________________________________________________
7.6 Aplicaciones analíticas
7.6.1 Determinación cuantitativa de cobre en un mineral (malaquita, azurita).
Procedimiento resumido:
a.
Toma de una muestra representativa del mineral.
b.
Triturar el mineral para reducir el tamaño de las partículas.
c.
Tamizar el triturado para homogenizar el tamaño de las partículas.
d.
Pesar 0.25 g del mineral triturado y tamizado.
182
e.
Disolverlo mediante un tratamiento con ácidos. (ver procedimiento detallado 7.6.1.1 pero NO SE
REALIZA; ya se efectuó para ganar tiempo). Se toman los 8 mL de la solución problema (P1) de
y
se continúa en el ordinal J.
f.
Filtrar.
g.
Lavar con agua el residuo, adicionando las aguas del lavado al filtrado.
h.
Aforar a 100 mL con agua destilada.
i.
Tomar un alícuota de 25 mL.
j.
Adicionar 3 mL de
k.
Electrolizar a intensidad constante mediante el siguiente procedimiento: Usar electrodos de Pt, lavar,
, 2..5 mL de
concentrado y llevar con agua a 80 mL.
secar y pesar el cátodo en la balanza analítica. Calentar la solución hasta una temperatura entre
, colocar una agitación suave. Sumergir los electrodos dejando por fuera de la solución 1
aproximadamente. Aplicar el voltaje necesario y regularlo cuando sea necesario para mantener constante
una intensidad de 0.5 A. Cronometrar el tiempo de la electrólisis. Hacer constantemente las pruebas
cualitativas para determinar cuándo se ha depositado todo el cobre. Lavar, secar y pesar el cátodo.
l.
Cálculos: Determinar la cantidad de cobre depositado por diferencia de peso y aplicando las leyes de
Faraday, comparar los dos datos. Con el de mayor confiabilidad Determinar el % de Cu en el mineral.
7.6.1.1 Procedimiento detallado
7.6.1.2 tratamientos de la muestra:
Se Pesan con exactitud de 0.1 a 0.3 g. de la muestra (malaquita o azurita), se transfieren a un beaker de 250
mL, se adicionan 10 mL de ácido nítrico concentrado. Se cubre el beaker con un vidrio de reloj, se calienta
hasta que el mineral se disuelva (precaución: use vitrina de gases) puede quedar algún residuo. Se deja
enfriar y se agregan 10 mL de ácido sulfúrico 1:1, se calienta hasta que se desprendan vapores densos
de
, así se evapora el ácido nítrico, que de lo contrario produciría interferencias, se deja enfriar y se
diluye cuidadosamente a 100 mL con agua destilada caliente. Se Filtra la solución a través de papel de filtro
de porosidad media recogiendo el filtrado en un beaker de 250 mL. Se lava el residuo con tres porciones de 5
mL de agua caliente. Se Recogen estos lavados en el mismo beaker donde se recibió el filtrado. Se adiciona 1
mL. de ácido nítrico concentrado, 1 g. de nitrato de amonio y 0.5 g de urea, se Agita.
7.6.1.3 Electrolisis:
Se depositan los electrodos previamente tratados (el cátodo lavado, secado y pesado), en la solución. Se
prende el agitador y se gradúa una velocidad de agitación moderada (precaución: evite salpicaduras y
turbulencia fuerte). El cátodo no debe cubrirse totalmente con la solución, debe sobresalir aproximadamente
. Encienda la fuente y ajuste el voltímetro a 3 voltios, (precaución: Si se sospecha
presencia de níquel en la muestra este se depositará parcialmente cuando el voltaje exceda a 4 voltios). La
183
intensidad debe ser de 1 a 3 amperios. Electrolice la solución hasta que desaparezca el color azul del cobre.
(Precaución: No interrumpa el paso de la corriente), se adiciona agua para subir unos
el nivel de la
solución y se electroliza durante 15 minutos. Si no se ha depositado cobre en la parte superior del cátodo, la
electrólisis ha terminado. Si se deposita cobre se continúa la electrólisis otros 15 minutos más. Terminado el
tiempo, sin interrumpir el paso de corriente se retiran los electrodos de la solución subiendo el estativo.
(Precaución: Si se interrumpe la corriente parte del cobre se disolverá espontáneamente, debido a la
formación de una celda voltaica y a la acidez de la solución, se lavan los electrodos con agua destilada o
desionizada. Se Interrumpe el voltaje.
7.6.1.4 Tratamiento del cátodo:
Se Desconecta el cátodo, se introduce en acetona o etanol, Se seca en la estufa a 110°C durante 3
minutos. (Precaución: Cuando el período de secado es más prolongado, el cobre de la superficie se
puede oxidar), se deja enfriar y se pesa en la balanza de precisión analítica. Se Lava el cátodo con ácido
nítrico 6 M.
7.6.1.5 Cálculo:
Del peso del cátodo obtenido en la instrucción 7.6.1.4, se resta el peso del cátodo obtenido en la
instrucción 7.6.1.3 para obtener el peso del cobre depositado.
7.6.2 Determinación de cobre y níquel en una aleación.
El cobre y el níquel se encuentran juntos en aleaciones de metales para elaboración de monedas. Su
separación y determinación cuantitativa puede lograrse mediante un procedimiento electrolítico. El cobre
puede depositarse rápidamente cuando se encuentra en solución ácida (nítrico-sulfúrico), según el
procedimiento 7.6.1.1 El níquel no es depositado ya que ocurre preferiblemente la reducción de los iones
nitrato o hidrógeno; después de la separación del cobre, el níquel puede ser depositado cambiando el
de
la solución a un medio básico con amoníaco. No obstante, antes de realizar este paso se debe separar el
nitrato por volatilización para evitar interferencias en la deposición cuantitativa del níquel. Metales como
hierro y aluminio interfieren en el análisis del níquel al formar óxidos hidratados en el medio básico usado
para esta electrólisis. Estos pueden precipitarse y separarse por filtración.
7.6.2.1 tratamientos de la muestra
Se Pesan de 0.1 a 0.15 g de la muestra, se depositan en un beaker de 250 mL. Se disuelven con una mezcla
de 10 mL de agua, 2 mL de ácido sulfúrico concentrado y 2 mL de ácido nítrico concentrado (Usar
vitrina de gases). Se hierve la solución, se deja enfriar y se diluye a 100 mL con agua.
7.6.2.2 Electrólisis
Se Electroliza para depositar el cobre de igual forma que en el procedimiento 7.6.1.3 Una vez
depositado el cobre, se conserva la disolución y los lavados para el análisis del níquel. Se Trata el
cátodo de igual manera que en el procedimiento 7.6.1.4 Después de pesar el cátodo no se retira el
depósito de cobre con ácido nítrico todavía, se conserva el cátodo en un desecador.
Se evapora la disolución y los lavados de la electrólisis del cobre hasta que se observen humos de
(Precaución: Use vitrina de gases); Se deja enfriar la solución. Se adicionan cuidadosamente 25 mL de
agua, se agrega amoníaco 1:1 hasta que la disolución presente basicidad al tornasol; si aparece algún
precipitado de óxidos hidratados, se filtra y se recoge el filtrado. Se Lava el residuo con pequeñas cantidades
de agua; si se forma mucho residuo, se redisuelve vertiendo un poco de ácido sulfúrico 1:5 caliente a través
del papel de filtro, recogiendo este filtrado en otro beaker.
184
Se lava el papel con agua y se precipita nuevamente con amoníaco. Se Filtra en el mismo papel recogiendo el
filtrado en el vaso que contiene la solución original a electrolizar. Se lava el residuo con agua, se ajusta el
volumen de la solución a 100 mL, se adicionan 15 mL de amoníaco concentrado. Se electrodeposita el
níquel sobre el cátodo usado para el cobre, electrolizando esta solución en forma similar a la indicada en el
procedimiento 7.6.1.3 Una vez terminada se trata el cátodo en la misma forma que en 7.6.1.4 Se calcula el
% de cobre, níquel y otros metales presentes en la muestra mediante el procedimiento 7.6.1.5
7.6.3 Baños electroquímicos.
7.6.3.1 Desengrasado Electroquímico
Se toma en un beaker de 100 mL, 80 mL de la solución desengrasante (es una solución preparada con:
Hidróxido de sodio, metasilicato de sodio, trifosfato sódico, carbonato de sodio). Se calienta entre
,
se utiliza como ánodo la pieza a desengrasar y como cátodo una lámina de platino, se seleccionan en la
fuente
y se sumergen ambos electrodos en la solución durante 5 segundos, se retiran los electrodos de la
solución, se retira el ánodo del estativo y se enjuaga con agua del acueducto; quedando lista para niquelarla o
cromarla usándola como cátodo.
7.6.3.2 Niquelado a intensidad constante
Ánodo: pequeña lámina de platino.
Cátodo: pequeña lámina de cobre o pieza a recubrir.
Electrolito: solución para niquelado
Nota: Esta solución está preparada a partir de sales de níquel en medio ácido. Además, contiene los
aditivos necesarios para obtener un buen recubrimiento tales como: fijadores, sustancias antiporos y
abrillantadores. NO LA CONTAMINE, cuando termine el electrodepósito, regrésela a su frasco original.
Procedimiento: Se limpia, desengrasa, se seca y pesa el cátodo. Se ubica el ánodo y cátodo en el
estativo para electrodos.
En un beaker de 100 mL se depositan unos 80 mL de la solución para niquelado. Se calienta entre
. Se coloca una agitación lenta, se aplica una diferencia de potencial hasta que el amperímetro
marque una intensidad de corriente de
, regulando el voltaje, si es necesario, mantenga esta
intensidad constante durante 5 minutos. Transcurrido este tiempo, sin suspender el voltaje, se retiran los
electrodos de la solución y se lava el cátodo con agua del acueducto, recogiendo las aguas residuales del
lavado en otro beaker (evitando que las aguas de lavado caigan a la solución y la contaminen). Se
suspende el voltaje, se seca en la estufa a 110º C durante 1 minuto, se deja enfriar y se pesa.
Determine el peso de níquel depositado por diferencia de peso y aplicando las leyes de Faraday. Calcule
el % de error con el cual depositó la cantidad de níquel considerando como dato real el obtenido por
diferencia de peso y como dato experimental el calculado con la intensidad y el tiempo. Si el tiempo y la
intensidad son bien controlados durante la electrolisis y el peso del electrodo bien determinado antes y
después de la electrólisis, ambos datos deben ser muy cercanos y el porcentaje de error mínimo.
7.6.3.3 Cromado
Materiales:
Ánodo: pequeña lámina de plomo, plomo antimonioso o platino.
Cátodo: pequeña lámina de cobre o Lámina de cobre niquelada.
Electrolito: solución para cromado.
185
Nota: Esta solución está preparada a partir de óxido de cromo en ácido sulfúrico. Además, contiene los
aditivos necesarios para obtener un buen recubrimiento. NO LA CONTAMINE, cuando termine el
electrodepósito, regrésela a su frasco original.
Procedimiento: Limpie, desengrase, seque y pese el cátodo, ubique el ánodo y el cátodo en el estativo.
En un beaker de 100 mL deposite 80 mL de la solución para cromado. Caliéntela entre
.
Sumerja los electrodos, aplíquele rápidamente el potencial necesario para obtener una intensidad de 2 a 3
Amperios y manténgala constante durante 30 segundos (precaución: Evitar inhalar los vapores
generados).
Sin suspender el voltaje retire los electrodos y lave el cátodo con agua del acueducto, recogiendo las
aguas residuales del lavado en otro beaker (evitando que las aguas del lavado caigan en la solución y la
contaminen), se toma el cátodo y se seca en la estufa a 110ºC durante 1 minuto, se deja enfriar y se
pesa.
Se determina el peso de cromo depositado por diferencia de peso y aplicando las leyes de Faraday, se
calcula el % de error con el cual se depositó la cantidad de cromo, considerando como dato real el
obtenido por diferencia de peso y como dato experimental el calculado con la intensidad y el tiempo.
186
Programas en Tecnología Química y Química Industrial
Laboratorio de Análisis Instrumental I
Prácticas de Electrogravimetría
7.7 Formato para toma de datos
Fecha
Día Mes Año
Estudiantes: ___________________________________ Código: ___________
___________________________________
___________
Fuente utilizada:
Marca: _________________________________ Modelo: _____________________
Partes delicadas: ___________________________________________________________________
Cuidados y precauciones: ____________________________________________________________
___________________________________________________________________________________
Características Técnicas:
Escalas de los instrumentos de medida:
Voltímetro de ___ Hasta ____
Amperímetro de ____ Hasta ____
Funcionamiento:
Normal Anormal ¿por qué? ______________________________________________________
___________________________________________________________________________________
¿Requirió ajuste o calibración de algún instrumento de medida?
S i____ No ____ ¿Cuál? ______________________________________________________________
Material de los electrodos usados: _____________________________________________________
Características de los electrodos: _____________________________________________________
___________________________________________________________________________________
Área aproximada de los electrodos _____
.
Qué tipo de agitación utilizó: Manual ____, mecánica ____,magnética _____.
Determinación del cobre en el mineral: Malaquita ______, Azurita _____, Otro____________
187
g de muestra tomados ____________ g.
¿Para qué adicionó el nitrato de amonio y la urea? _______________________________________
_________________________________________________________________________________
Volumen final al cual se diluyó la muestra después del tratamiento _____________ mL.
¿Fueron necesarias más diluciones? Si ______ ¿en qué proporciones? ______________________
__________________________________________________________________________________
Medio en el cual se trató la muestra para la electrólisis.
Ácido ___________ Básico ____________
Se sabe que se desprende hidrógeno en el cátodo si el potencial aplicado a la celda es superior al
calculado; a no ser que se agregue una sustancia que se reduzca más fácilmente que el
sin causar daño
al depósito. Los iones nitrato cumplen esta función al reducirse en forma más rápida que la evolución de
hidrógeno según la reacción: _________________________________________________
¿Qué consecuencias trae para el electrodepósito el desprendimiento de hidrógeno en el cátodo?
___________________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________________
¿Por qué se llama al ion nitrato un despolarizador? _________________________________________
___________________________________________________________________________________
¿Por qué la concentración del ión nitrato no debe ser demasiado alta? _________________________
___________________________________________________________________________________
¿Con qué propósito se lava el cátodo con acetona o etanol? _________________________________
___________________________________________________________________________________
Datos sobre el análisis del cobre en el mineral:
Peso del cátodo de platino antes de la electrólisis: __________________ g.
Peso del cátodo de platino después de la electrólisis: ________________ g.
Cantidad de cobre depositado: _________ g.
% de cobre en el mineral: _________ %
Datos sobre el análisis del cobre, el níquel y otros elementos en la aleación:
% de cobre en la aleación _____________ %
% de níquel en la aleación ______________ %
% de otros elementos presentes en la aleación ______________%
Datos sobre los recubrimientos electroquímicos:
Peso del electrodo de cobre o la pieza a recubrir antes del recubrimiento con níquel __________ g.
Peso del electrodo de cobre o la pieza a recubrir después del recubrimiento con níquel _________ g.
188
Gramos de níquel depositados __________ g.
Gramos de níquel depositados mediante cálculo matemático aplicando las leyes de Faraday___________ g.
% de error en la determinación de la cantidad de níquel depositado ___________ %
Peso del electrodo de cobre o pieza recubierto con níquel antes del recubrimiento con cromo _________ g.
Peso del electrodo de cobre o pieza recubierto con níquel después del recubrimiento con cromo _______ g.
Gramos de cromo depositados _________ g.
Gramos de cromo depositados mediante cálculo matemático aplicando las leyes de Faraday _________ g.
% de error en la determinación de la cantidad de cromo depositado __________ %
¿Considera confiable los análisis realizados? Si ______ No_______
¿Por qué? __________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________________
Reflexiones
 ¿Cómo considera la calidad de los electrorecubrimientos obtenidos?
 ¿Cómo puede mejorar los recubrimientos realizados?
 A nivel industrial para que serviría conocer el peso del elemento depositado en un electrodepósito?
 ¿Qué factores afectaron las medidas de las variables controladas en los electrodepósitos?
 Cómo puede determinar la confianza en los resultados analíticos obtenidos?
 ¿Cómo considera éste método analítico para la determinación del cobre, comparado con los métodos
fotométrico y yodimétrico?
 ¿Qué diferencias fundamentales encuentra en las técnicas electrogravimétrica y culombimétrica con
las técnicas: fotométricas, potenciométricas y conductimétricas con relación a la cantidad de muestra,
tratamiento de la muestra, utilización de patrones, sensibilidad, límite de detección, límite
cuantificación y error instrumental?
 ¿Cómo puede adaptar las técnicas electrogravimétrica y culombimétrica para el control de calidad y
controlar algunos procesos industriales?
 Describa las características técnicas del equipo electrolizador utilizado, Consulte en catálogos
actualizados de instrumentación química sobre las variedades, características y aplicaciones de los
nuevos modelos de electrolizadores.
 Cómo se preparan las soluciones de níquel y cromo para los baños galvánicos y cuáles son las
condiciones para realizarlos.
 ¿Por qué para el cromado se prefieren ánodos de plomo o plomo antimonioso?
189
190
7.8 Electrolizador
7.8.1 Montaje del equipo para la electrolisis.
Figura 7.2 Ilustración del montaje de un equipo para análisis electroquímico
1) Fuente de corriente continua. 2.) conexión anódica polo + (color rojo), 3) conexión catódica polo negativo
(color negro), 4) Conexión a tierra (color verde), 5) Instrumentos de medida (Tablero de lectura), 6) Interruptor
de la fuente, 7) voltímetro, 8) Amperímetro, 9) Controles para ajuste del voltaje, 10) Controles para ajuste de la
intensidad, 11) Pilotos indicadores de intensidad y voltaje, 12) Cables conectores de los electrodos, 13)
Sistema de calentamiento y agitación, 14) Placa de calentamiento, 15) Control para el ajuste de la velocidad de
agitación, 16) Control para el ajuste de la temperatura y calentamiento, 17) interruptor del sistema de
calentamiento y agitación, 18) Barra para agitación magnética, 19) Estativo para los electrodos, 20) Pinza para
sujetar el termómetro, 21) Termómetro, 22) pinza para sujetar el ánodo, 23) Pinza para sujetar el cátodo, 24)
Lámina de platino ánodo, 25) Lámina de platino cátodo, 26) Beaker que contiene el electrolito, 27)
Cronómetro.
191
7.8.2 Fuente Electrolizadora.
Calibración: Se chequea con un multímetro (tester) la respuesta del voltímetro y colocando una baja
resistencia la respuesta del amperímetro.
Vista posterior
Figura: 7.3 Vistas delantera y posterior Fuente de corriente continua GW INSTEK
1. Indicador de voltaje
2. Indicador de corriente
3. Ajuste grueso del voltaje
4. Ajuste fino del voltaje
5. Ajuste grueso de corriente
6. Ajuste fino de corriente
7. Terminal de salida positiva “+” (color rojo)
8. Terminal tierra “GND” (color verde)
9. Terminal de salida negativa“-“ (color negro)
10. Indicador de voltaje de salida voltímetro
192
11. Indicador de corriente de salida amperímetro
12. Control de encendido y apagado
13. Fusible de protección
14. Entrada cable de conexión corriente alterna
15. Hi-Lo selector de posición de voltaje alto (Hi rango de entrada de 120, 240 V AC)- selector de
posición de voltaje bajo (Lo rango de entrada de 100, 220 V AC)
16. Selector AC Hi-Lo permite la operación de voltaje en línea de 100, 120, 220, o 240 V AC, 50/60 HZ
193
194
Programas en Tecnología Química y Química Industrial
Laboratorio de Análisis Instrumenta I
INSTRUCCIÓN 8.0
8.1 Generalidades Trabajo Final
Objetivo: Que el estudiante ponga en práctica los conocimientos adquiridos en el desarrollo del curso,
consultando, interpretando, planificando, ejecutando y evaluando una determinación analítica
cuantitativa de un anión o un Catión, o cualquier otro compuesto, en una muestra problema preparada
artificialmente, previamente asignada; aplicando una de las seis técnicas desarrolladas en el curso, y
que considere más conveniente según los criterios de calidad analítica.
Es parte del trabajo del estudiante preparar los reactivos y patrones requeridos. Para los cálculos
estequiométricos debe tener en cuenta los datos reportados en las etiquetas de los reactivos tales como:
Peso molecular, hidratación, porcentaje de pureza, densidad, símbolos y advertencias de seguridad.
Debe aplicar con todo rigor las buenas prácticas de laboratorio (Leer la instrucción 9 página 197), tener
en cuenta preparar las cantidades necesarias para evitar el desperdicio de los reactivos. Recordar que
por seguridad del estudiante, de sus compañeros, equipos y laboratorio en general, si se van a
manipular reactivos que nunca los ha utilizado debe consultar y poner en práctica las normas y
precauciones para su manejo. El tiempo para desarrollar dicho trabajo es en una sesión de 4 horas,
programadas al final del curso o en el periodo de exámenes finales.
Según los criterios de evaluación de la Pág. 10 el trabajo final tiene un valor del 15% equivalente a 75
puntos distribuidos así:
Criterios A B C
Puntos 10 15 50
Los 50 puntos correspondientes al informe en el cual solo se debe reportar el nombre y la concentración
del analito14, se asignarán teniendo en cuenta el % de error de acuerdo con la siguiente tabla:
% de error 10 15 20 30 40 50 o mayor
Puntos
50 40 30 20 10 5
Para porcentajes de error intermedios se obtendrá el valor proporcional.
14
Analito : Se entiende como tal el Catión, anión, elemento o compuesto que se determina
195
196
INSTRUCCIÓN 9
Resumen relacionado con las buenas prácticas de laboratorio, el contenido de la norma técnica ISO
17025 para desarrollar las actividades en los laboratorios de química.
9.1 Buenas prácticas de laboratorio BPL
“Son un conjunto de reglas, de procedimientos operacionales y prácticas establecidas y promulgadas por
determinados organismos que se consideran de obligado cumplimiento para asegurar la calidad e
integridad de los datos producidos en determinados tipos de investigaciones o estudios".
Según la OCDE (Organization for Economic Cooperation and Development): "Las BPL es todo lo
relacionado con el proceso de organización y las condiciones técnicas bajo las cuales los estudios de
laboratorio se han planificado, realizado, controlado, registrado e informado".
De acuerdo a la AOAC (Association off official analytical Chemist): "Las BPL son un conjunto de reglas,
procedimientos operativos y prácticos establecidas por una determinada organización para asegurar la
calidad y la rectitud de los resultados generados por un laboratorio".
Las normas BPL constituyen, en esencia, una filosofía de trabajo, son un sistema de organización de
todo lo que de alguna forma interviene en la realización de un estudio o procedimiento encaminado a la
investigación de todo producto químico o biológico que pueda tener impacto sobre la especie humana. Las
normas inciden en como se debe trabajar a lo largo de todo el estudio, desde su diseño hasta el archivo, a
si se trate del trabajo en un laboratorio de investigación, de control de calidad o dedicado a la docencia;
donde es mayor el número de personas, y su formación puede variar dependiendo del grado de
escolaridad en que se encuentren, lo cual exige en particular el estricto cumplimiento de algunas reglas
más, propias de la labor docente.
9.1.1 Principales principios que abarcan las Buenas prácticas de laboratorio (BPL).
9.1.1.1 Facilidades Adecuadas. Desde el punto de vista del trabajo, para que este pueda ser realizado
por los trabajadores o estudiantes en forma segura y apropiada. Se debe contar con suficientes salas, para
que el personal trabaje sin limitaciones de espacio. El propósito y el tipo de productos a analizar o prácticas
a realizar deben ser considerados en el diseño de un laboratorio.
9.1.1.2. Personal Cualificado. Es importante contar con personal cualificado. Esto es una decisión de
manejo basada en trabajo de calidad, tanto en un laboratorio de investigación, servicio de análisis, control
de calidad o dedicado a la labor docente.
9.1.1.3. Equipamientos Mantenidos y Calibrados. Emplear equipos mantenidos y calibrados de manera
apropiada. Además disponer de los registros de los mantenimientos.
9.1.1.4. Procedimientos Estándares de Operación (SOPs). Procedimientos operacionales estándares
escritos. Ellos aseguran que cada uno obedezca al único procedimiento al mismo tiempo, porque no es lo
mismo dar las instrucciones en forma oral, o decir que se sigan los procedimientos que aparecen en alguna
literatura, donde muchas veces la traducción no es la más adecuada, que si está establecido por escrito;
siendo las instrucciones escritas mucho más representativas y exigentes para la labor docente. Es
importante esta práctica, tanto para las operaciones de muestreo como en las del procedimiento analítico,
197
porque es una manera de asegurar que la muestra, reactivos, materiales y equipos están en condiciones
para el análisis. Se debe considerar que: solo lo que está escrito existe.
 Se debe poner atención que siempre los procedimientos e instrucciones deben estar
explícitamente indicadas.
 Anotar los datos y observaciones en un cuaderno, libreta de laboratorio, Tablet o computador
personal, no en papeles sueltos.
 Asegurar que muestras, estándares y reactivos han sido etiquetados.
 Las muestras se deben conservar adecuadamente para impedir que sus propiedades químicas y
físicas cambien antes del análisis.
 Tener cuidado de no contaminar muestras estándares, patrones y reactivos.
 Evaluar críticamente todas las mediciones y reacciones si algo esta sospechoso.
 Siempre usar material de vidrio limpio.
9.1.1.5. Normas generales de conducta
 Se deberá conocer la ubicación de los elementos de seguridad en el lugar de trabajo, tales como:
Extintor, Estación lava ojos, ducha de seguridad, botiquín, salidas de emergencia, etc.
 Los laboratorios contarán con un botiquín de primeros auxilios con los elementos indispensables
para atender casos de emergencia. Se dictaran capacitaciones sobre primeros auxilios básicos.
 Como norma higiénica básica, el personal debe lavarse las manos al entrar y salir del laboratorio y
siempre que haya habido contacto con algún producto químico.
 Se deberá utilizar vestimenta apropiada para realizar trabajos de laboratorio, (delantal
preferentemente de algodón y de mangas largas, evitando mangas anchas que pudieran
engancharse en los montajes y material del laboratorio. zapatos cerrados, no usar faldas,
bermudas o pantalones cortos), debe llevar en todo momento la bata y ropa de trabajo abrochada
y los cabellos recogidos.
 Evitar el uso de accesorios colgantes, joyas, anillos, etc.
 No se permitirá correr en los laboratorios, hacer corrillos ni el uso de equipos audio o video.
 No se deben bloquear las rutas de escape o pasillos con equipos, máquinas u otros elementos
que entorpezcan la correcta circulación.
 No se permitirán instalaciones eléctricas precarias o provisorias. Se dará aviso inmediato a la
Jefatura de laboratorios.
 En caso de filtraciones o goteras que puedan afectar las instalaciones o equipos y puedan
provocar incendios por cortocircuitos (Informar a la Sección de mantenimiento).
 No se debe trabajar separado de la mesa, en la que nunca han de depositarse objetos personales.
 Debe estar prohibido fumar, llevar maquillaje, beber e ingerir alimentos en el laboratorio.
 No se deberán guardar alimentos en el laboratorio, ni en las neveras que contengan reactivos.
 Preferiblemente no trabajar solo en un laboratorio, es conveniente asegurarse que haya alguien
más, atento a posibles accidentes.
 Nunca se debe realizar un experimento no autorizado. Dicha actividad es motivo de expulsión en
muchas instituciones.
 Considerar en el trabajo de laboratorio que la química es experimental, requiere paciencia, para
no exaltarse ni desmotivarse.
 Se informará a la Jefatura de Laboratorios y al servicio de vigilancia (Celadores) cuando se
necesiten dejar equipos funcionando en ausencia del personal del laboratorio.
198
 Se anotará en un lugar visible desde el exterior los teléfonos de los responsables de cada
laboratorio para que puedan ser consultados en caso de alguna anomalía verificada por el
personal de Vigilancia en su recorrido fuera de los horarios habituales de trabajo.
9.1.1.6. Hábitos de trabajo en los laboratorios.
 Es imprescindible mantener el orden y la limpieza. Cada persona es responsable directa de la
zona de trabajo que le ha sido asignada y de todos los lugares comunes.
 Mantener las mesas de trabajo limpias y sin productos, libros, cajas o accesorios innecesarios
para el trabajo que se está realizando.
 Utilizar las campanas extractoras de gases cuando se realicen prácticas en la que se generen
vapores tóxicos.
 No utilizar un equipo de trabajo sin conocer su funcionamiento.
 Siempre usar los implementos de protección personal determinados (guantes, gafas, caretas).
 Se deberán utilizar guantes apropiados para evitar el contacto con sustancias químicas o material
biológico.
 Toda persona cuyos guantes se encuentren contaminados no deberá tocar objetos, ni
superficies, tales como: teléfonos, lapiceros, manijas de cajones o puertas, cuadernos, etc.
 Siempre que sea necesario proteger los ojos y la cara de salpicaduras o impactos se utilizarán
anteojos de seguridad, viseras o pantallas faciales u otros dispositivos de protección. Cuando se
manipulen productos químicos que emitan vapores o puedan provocar proyecciones, se evitará el
uso de lentes de contacto.
 Las prácticas que produzcan gases, vapores, humos o partículas, aquellas que pueden ser
riesgosas por inhalación deben llevarse a cabo bajo campana extractora.
 Se debe saber manejar el extintor de incendios y cómo usar una manta de emergencia para
extinguir un juego que haya prendido en los vestidos.
 No efectuar pipeteos con la boca: emplear siempre un pipeteador.
 No forzar directamente con las manos cierres de botellas, frascos, llaves de paso, etc, que se
hayan obturado. Para intentar abrirlos emplear las protecciones individuales o colectivas
adecuadas: guantes, gafas, campanas.
 Dejar siempre el material limpio y ordenado.
 Recoger los reactivos, equipos, etc, al terminar el trabajo.
 Las campanas de gases son un medio de protección colectiva y no deben utilizarse para
almacenar productos.
9.1.1.7. Manejo de reactivos y soluciones
Para la confiabilidad en los resultados analíticos se requiere de reactivos de pureza establecida los cuales
presentan costos elevados y por lo tanto se les debe dar un uso racional en cuanto a la calidad y cantidad.
Un frasco que contiene una sustancia con características de reactivo recientemente abierto, se puede usar
con confianza; pero, para tener igual confianza cuando parte del reactivo del frasco ha sido utilizado, solo
se justifica dependiendo de la forma en que se ha manejado después de abierto. Con tal propósito para
evitar la contaminación de los reactivos y disoluciones, se deben seguir las siguientes normas:
 Seleccionar el mejor grado de la sustancia disponible para el trabajo analítico. Siempre que sea
posible emplear el frasco de menor tamaño que pueda proporcionar la cantidad deseada.
 Volver a colocar la tapa en el frasco inmediatamente después de tomar el reactivo; no dejar que lo
haga otra persona.
 Tomar los tapones de los frascos de reactivo entre los dedos; nunca dejarlos sobre la mesa.
199
 A menos que se indique otra cosa, nunca devolver a un frasco cualquier exceso de reactivo. El
dinero que se ahorra al regresar los excesos queda superado por el riesgo de contaminar todo el
frasco.
 El proceso para la obtención y conservación del agua destilada y aún la desionizada es costoso
por lo tanto también requiere de uso racional.
 el sitio donde se derrame una sustancia química se debe limpiar inmediatamente para evitar, que
pueda tocarla, de forma accidental cualquier otra persona.
 Si alguna sustancia química entra en contacto con la piel, lo normal, ante todo, es lavar la zona
afectada con abundante agua.
 A menos que se indique otra cosa, jamás introducir espátulas, cucharillas o cuchillos dentro de un
frasco que contenga una sustancia sólida. En lugar de ello, agitar vigorosamente el frasco tapado o
golpearlo suavemente (si se puede) contra una mesa de madera para romper cualquier
incrustación; entonces, verter la cantidad deseada. Si esto no funciona, utilizar una cucharilla de
porcelana limpia.
 Se requerirá el uso de mascarillas desechables cuando exista riesgo de producción de aerosoles
(mezcla de partículas en medio líquido) o polvos, durante operaciones de pesada de sustancias
tóxicas o biopatógenas, apertura de recipientes con cultivos después de agitación, etc.
 Cuando sea necesario manipular grandes cantidades de materiales inflamables (más de 5 litros.)
deberá tenerse a mano un extintor apropiado para ese material en cuestión.
 Cuando se trasvase material combustible o inflamable de un tambor a un recipiente más pequeño,
realice una conexión con una cadena del tambor a tierra y con otra entre el tambor y el recipiente
de manera de igualar potenciales y eliminar la posible carga estática.
 Al almacenar sustancias químicas considere que hay cierto número de ellas que son
incompatibles pues almacenadas juntas pueden dar lugar a reacciones peligrosas. Ante dudas
consultar a la Sala de reactivos y/o la Jefatura de Laboratorios).
 Mantener limpio y pulcro el anaquel de reactivos y la balanza del laboratorio.
 Limpiar de inmediato cualquier salpicadura, incluso cuando alguien más esté esperando para
utilizar la misma sustancia.
 Deben seguirse en forma estricta las normas de seguridad para el manejo de gases comprimidos
en el laboratorio. Los cilindros de gases comprimidos y licuados deben asegurarse en posición
vertical con soportes, correas o cadenas a la pared en sitios de poca circulación, protegidos de la
humedad y fuentes de calor, de ser posible en el exterior. Los que no están en uso deberán tener
su caperuza protectora. Periódicamente se harán pruebas de fugas con agua jabonosa en las
conexiones. Solicitar al proveedor la realización de pruebas de estanqueidad a los cilindros.
 Respetar los reglamentos locales referentes a la disposición de residuos de reactivos y soluciones.
9.1.1.8. Disposición de residuos:
 En cada laboratorio o práctica de laboratorio se deben fijar los procedimientos que sean seguros
para eliminar los residuos dependiendo del grado de contaminación y peligrosidad mediante las
opciones siguientes:
1. Verterlas en la pileta y diluirlas con abundante agua del grifo, si para la o las sustancias en
cuestión es el procedimiento correcto.
2. Está prohibido descartar líquidos inflamables o tóxicos o corrosivos o material biológico por los
desagües de las piletas, sanitarios o recipientes comunes para residuos. En cada caso se deberán
seguir los procedimientos establecidos para la gestión de residuos. Consultar a la Sala de
reactivos y/o la Jefatura de Laboratorios).
3. Guardar el residuo para disponerlo luego en un lugar autorizado.
200




4. Transformar el residuo en otro menos peligroso y después verterlo en la pileta o guardarlo para
disponerlo en un vertedero autorizado.
5. Reciclarlo si es procedente.
Nunca se deben mezclar para su disposición final residuos químicamente incompatibles.
Todos los recipientes de residuos deben estar etiquetados con la indicación de la cantidad e
identidad de su contenido.
En los contenedores de residuos se deben indicar si su contenido es inflamable, tóxico, corrosivo,
radio activo o de propiedades nocivas.
Será necesario que todo recipiente que hubiera contenido material inflamable, y deba ser
descartado sea vaciado totalmente, escurrido, enjuagado con un solvente apropiado y luego con
agua varias veces.
9.1.1.9. Manejo de materiales sometidos a calentamiento
 Se deberá verificar la ausencia de vapores inflamables antes de encender una fuente de ignición.
 No se operará con materiales inflamables o solventes sobre llama directa o cerca de las mismas.
Para su calentamiento, sólo se utilizarán resistencias eléctricas o planchas calefactoras. Se
prestará especial atención al punto de inflamación y de auto ignición del producto.
 Nunca poner un objeto caliente sobre la mesa de trabajo; debe ponerse sobre una malla de
alambre - asbesto o sobre una placa resistente al calor.
 Verificar que estén limpias las tenazas y pinzas utilizadas para manejar objetos calientes como
crisoles, capsulas y no permitir que las puntas toquen la mesa de trabajo.
 Tomar el material de vidrio con pinzas o un paño (nunca con las manos). El material de vidrio tiene
la misma apariencia en frio que caliente lo cual puede causar accidentes.
9.1.1.10. Material de vidrio para laboratorio
 Usar el material apropiado para cada proceso a realizar: Destilación, reflujo, extracción, filtración,
centrifugación, decantación, sublimación, evaporación, lixiviación, pesada, medición de volumen
etc.
 Cuando se realice un montaje de un equipo de laboratorio (ejemplo: un equipo para destilación,
reflujo, filtración, extracción etc.), debe hacerse con el material apropiado y proporcional a las
cantidades que se va a manejar (si se trata de un micro, semimicro o macro análisis).
 Tener cuidado con el material de vidrio agrietado, esto aumenta el riesgo de accidente.
 El material de vidrio roto no se depositará con los residuos comunes. Será conveniente ubicarlo en
cajas resistentes, envuelto en papel y dentro de bolsas plásticas. El que sea necesario reparar se
entregará limpio al taller
 Los extremos de los tubos de vidrio recientemente cortados se deben pulir al fuego. Nunca se
debe forzar un tubo de vidrio a través del orificio de un tapón. Asegurarse que el tubo y el orificio
se encuentren lubricados lo cual se puede hacer con agua jabonosa o glicerina. Se deben
proteger las manos con varias capas de una toalla o trapo mientras se inserta el tubo de vidrio
dentro del tapón.
 Nunca calentar el material de vidrio calibrado.
9.1.1.11 Material volumétrico clase A/AS
Clasificación del material volumétrico:
201
 ·Clase A/AS: Las tolerancias del volumen están dentro de los límites fijados por las normas DIN e
ISO, el material volumétrico A/AS puede ser certificado de conformidad.
 Clase B: las tolerancias del volumen están dentro del doble de los límites de error de la clase A/AS
fijados por las normas DIN e ISO.
 El material volumétrico clase A/AS presenta mayores ventajas con respecto al de clase B para los
laboratorios de análisis debido a que presentan mayor precisión y menor tolerancia.
 En cada laboratorio analítico es de gran importancia que el material volumétrico utilizado en el
análisis sea de calidad y precisión, para así alcanzar resultados de análisis fiables. Esta exigencia
es aplicada sobre todo a los laboratorios que trabajan según las directivas BPL, que están
acreditados según DIN en ISO 9001.
 La norma de contraste Alemana de 12- agosto-1988 exige certificado de conformidad en vez de
calibrado para el material volumétrico previsto y utilizado para mediciones en el sector regulado por
la Ley, ejemplo, Los laboratorios de fabricación y control de medicamentos. Conformidad quiere
decir concordancia de un material volumétrico con la norma de homologación para el sector
regulado por la ley, según la norma de contraste Alemana el proceso detallado de certificación de
conformidad esta descrito en la norma DIN 12600, el distintivo de conformidad “H” normalmente
se encuentra plasmado en el material volumétrica.
 Nota: el certificado de conformidad solo se refiere al material volumétrico.
9.1.1.12 Limpieza y marcado del material de laboratorio
 Un análisis químico se realiza comúnmente por duplicado o triplicado. Así, se debe marcar cada
vaso que contenga una muestra de manera que se pueda identificar su contenido. Los matraces,
vasos y algunos crisoles tienen pequeñas áreas grabadas sobre las que se pueden hacer marcas
semipermanentes con un lápiz apropiado.
 Existen tintas especiales para marcar superficies de porcelana. La marca se hace permanente en
el vidrio por calentamiento a una temperatura elevada. Se puede usar una solución de cloruro de
hierro (III) para marcar, aunque no es tan satisfactoria como la preparación comercial.
 Antes de utilizar cada vaso, matraz o crisol que vaya a contener una muestra, debe limpiarse
perfectamente. El material debe lavarse con una disolución detergente caliente o sustancias
apropiadas para lavar material de laboratorio y después debe enjuagarse, primero con grandes
cantidades de agua comente y finalmente varias veces con agua destilada o desionizada.
 El material de vidrio limpio debe cubrirse con una capa uniforme de agua. En casos muy raros es
necesario secar la superficie interior del material de vidrio antes de utilizarlo; el secado es, en el
mejor de los casos, una pérdida de tiempo y, en el peor, una fuente potencial de contaminación.
A menos que se indique hacerlo de otra forma, no secar las superficies interiores del material de
vidrio o porcelana.
 Puede utilizarse un disolvente orgánico como n-hexano o acetona para eliminar películas de grasa.
Los proveedores también venden preparaciones para eliminar dichas películas.
9.1.1.13. Precauciones durante el empleo de una balanza analítica.
Una balanza analítica es un instrumento delicado que se debe manejar con cuidado. Se debe consultar al
monitor o profesor sobre los detalles para pesar con el modelo particular de balanza que se tenga. Se
deben seguir las siguientes reglas generales para trabajar con una balanza analítica, independientemente
de la marca y modelo de que se disponga:
 La balanza debe estar técnicamente instalada (nivelada, calibrada, evitar: vibraciones, golpes
corrientes de aire, polvo y humedad).
 Debe estar completamente limpia.
202
 Usar los recipientes diseñados para pesar las sustancias. (pesa sustancias).
 Proteger la balanza de la corrosión. Los objetos que se coloquen sobre el platillo deben limitarse a
metales no reactivos, plásticos no reactivos y materiales de vidrio.
 Centrar la carga sobre el platillo lo mejor posible.
 Observar precauciones especiales para pesar líquidos. (normalmente se pesan por diferencia de
peso, tener las debidas precauciones para el peso de líquidos volátiles).
 Consultar con el instructor, monitor o profesor si la balanza requiere ajuste de calibración.
 Conservar la balanza y su funda protectora escrupulosamente limpios. Es útil un pincel
preferiblemente de pelo de camello o una pequeña brocha para eliminar cualquier material o polvo
que haya caído.
 Dejar siempre que un objeto que haya sido calentado regrese a la temperatura ambiente antes de
pesarlo.
 Usar pinzas o almohadillas para los dedos con el fin de evitar que los objetos secos se
humedezcan.
9.1.1.14. Cuaderno, libreta, tablet o computador personal para anotaciones y el registro de los datos
de laboratorio.
Se requiere un cuaderno, libreta, o en la actualidad y por comodidad una tableta o computador personal
para consignar las notas de laboratorio, donde anotar las observaciones y mediciones referentes al
trabajo en el laboratorio y en particular del análisis. El cuaderno debe tener las páginas numeradas de
forma consecutiva (o numerarlas a mano) y sin amontonar las observaciones, se guardan las primeras
páginas del cuaderno de notas para hacer una tabla de contenidos que se actualiza a medida que se
hacen las anotaciones.
9.1.1.14.1 Mantenimiento del cuaderno de notas de laboratorio:
1. Anotar con tinta todos los datos y observaciones en el cuaderno de notas, libreta o dispositivo
electrónico de que se disponga. Es deseable que haya nitidez, pero no debe lograrla transcribiendo los
datos de una hoja de papel al cuaderno de notas o de un cuaderno a otro, pues, el riesgo de confundir, o
de transcribir incorrectamente los datos importantes puede arruinar un experimento.
2. Asignar a cada entrada o serie de entradas un encabezado o una identificación. Por ejemplo, una serie
de datos de absorbancia para un conjunto de patrones debe llevar el título de absorbancia, la identidad de
cada patrón y el respectivo valor de absorbancia lo cual se pude disponer en forma de tabla.
3. Poner la fecha en cada página del cuaderno de notas a medida que se usen.
4. Nunca debe intentarse borrar o quitar una entrada incorrecta. En lugar de ello, hay que tacharla y anotar
la entrada correcta tan cerca como sea posible. No se debe escribir sobre las cifras incorrectas; con el
tiempo es imposible distinguir la entrada correcta de la incorrecta.
5. Nunca se debe quitar una hoja del cuaderno de notas. Es mejor trazar unas líneas diagonales sobre
cualquier página que se deba desechar. Se recomienda escribir una razón breve que explique por qué se
desecha esa página.
9.1.1.14.2 Formato del cuaderno de notas.
Se debe consultar al instructor, monitor o profesor sobre el formato propio de la práctica para consignar
los datos, si lo hay, o para usar el cuaderno de notas de laboratorio. Un convenio común establece que
cada página debe estar numerada de forma consecutiva para anotar los datos y las observaciones a
203
medida que ocurran. El análisis completo se resume en las siguientes hojas disponibles. La primera de
esas páginas debe contener las entradas siguientes:
1. El título del experimento (Ejemplo determinación fotométrica de Hierro en agua potable)
2. Una breve explicación de los principios fisicoquímicos en los que se fundamenta el análisis.
3. Un resumen completo de los datos de pesadas, volúmenes y respuesta del instrumento, necesarios
para calcular los resultados.
4. Un informe del mejor valor del conjunto y una definición de su precisión.
5. Las ecuaciones de las reacciones principales del análisis.
6. La ecuación algebraica que ilustre como se calcularon los resultados aplicada una vez como ejemplo.
7. Un resumen de las observaciones que apoyan la validez de un resultado en particular o del análisis
Total. Cualquier anotación debe registrase en el cuaderno o libreta preferiblemente en el momento en que
se hizo la observación.
9.1.1.14.3 Tablet o computador personal.
La revolución ocasionada por las computadoras personales y Tablet en la última década del presente
siglo y su accesibilidad económica, ha producido muchas herramientas útiles para los estudiantes,
químicos y otros científicos. En química analítica así, como en gran número de investigaciones químicas y
científicas, los programas con hojas de cálculo proporcionan una forma de almacenar, analizar y organizar
textos y datos numéricos. Las hojas de cálculo, son versátiles, útiles y fáciles de usar. Se utilizan para
llevar registros, realizar cálculos matemáticos, análisis estadísticos, ajustar curvas, gráficas de datos,
análisis financieros, bases de datos y una gran variedad de tareas, cuya limitación sólo depende de la
imaginación del usuario. Los programas con hojas de cálculo más adelantados traen incorporadas muchas
funciones de ayuda para realizar los cálculos relacionados con la química analítica. Hay una creciente
necesidad de elaborar y mantener bases de datos de química analítica con la información obtenida en el
laboratorio, recopilada, importada de Internet o recibida por correo electrónico de otros colaboradores. Con
frecuencia se necesita volver a dar formato a las tablas de datos, según los propósitos particulares.
Microsoft Excel usa las funciones numéricas, estadísticas y gráficas, lo cual se aprovecha cuando los
equipos tienen su propio procesador o al interfasar el computador con el equipo o simplemente consignar
los datos y demás información sobre la práctica o experimento.
9.2. Norma técnica ISO 17025
La norma ISO 17025 fue escrita para incorporar todos los requisitos de la norma ISO 9001 que son
pertinentes para el alcance de los servicios de ensayo y calibración, así como especificar los requisitos
técnicos para la competencia técnica.
La norma ISO 17025, en si se compone de 5 elementos:
1. Ámbito.
2. Referencias Normativas.
3. Términos y Definiciones.
4. Requisitos de gestión.
5. Requisitos Técnicos.
Para el caso específico con laboratorios dedicados a la docencia, la norma 17025 aplica en la parte 5.3
instalaciones y condiciones ambientales de la siguiente manera:
5.3.1 Las fuentes de energía, la iluminación y las condiciones ambientales, deben facilitar la realización
correcta de los ensayos o de las calibraciones.
5.3.2. El laboratorio debe asegurarse de que las condiciones ambientales no invaliden los resultados ni
comprometan la calidad requerida de las mediciones. Se deben tomar precauciones especiales cuando el
204
muestreo y los ensayos o las calibraciones se realicen en sitios distintos de la instalación permanente del
laboratorio.
5.3.3 El laboratorio debe realizar el seguimiento, controlar y registrar las condiciones ambientales según lo
requieran las especificaciones, métodos y procedimientos correspondientes, o cuando estas puedan influir
en la calidad de los resultados. Se debe prestar especial atención, por ejemplo, a la esterilidad biológica, el
polvo, la interferencia electromagnética, la radiación, la humedad, el suministro eléctrico, la temperatura, y
a los niveles de ruido y vibración, en función de las actividades técnicas en cuestión.
5.3.4 Debe haber una separación eficaz entre áreas vecinas en las que se realicen actividades
incompatibles. Se deben tomar medidas para prevenir la contaminación cruzada.
5.3.5 Se deben controlar el acceso y el uso de las áreas que afectan a la calidad de los ensayos o de las
calibraciones. El laboratorio debe determinar la extensión del control en función de sus circunstancias
particulares.
5.3.6 Se deben tomar medidas para asegurar el orden y la limpieza del laboratorio. Cuando sean
necesarios se deben preparar procedimientos especiales.
205
206
BIBLIOGRAFIA
 ACHMOD, Sjamsul A. Variantes en los Métodos de Enseñanza de la Química y actividades de
Laboratorio. Nuevas Tendencias de la Química. (Volumen IV). ED, UNESCO, 1975.
 ALMAGRO, Huertas V. Teoría y Práctica Electroanálisis. (S. ed). ED Alambra, 1.969.
 ALUN, Evans. Potentiometry and Ion Selectivo Electrode (Analitycal Chemistry By Open Learning).
 Análisis del Agua. Publicación Técnica Merck
 ARBOLEDA, Carlos Alberto. Baños Electroquímicos. Trabajo de grado U.T.P.
 AYRES, Gilbert H. Análisis Químico Cuantitativo (2a. Ed.) México: ED. Harla, 1972 octava
reimpresión.
 BELTRAN Faustino F; Bulwik Marta; Lastres Luz; Vidarte Laura. Reflexiones Sobre la Enseñanza
de la Química en Distintos niveles. Argentina: ED. Magister Rio de la Plata, 1999.
 BRIAN, W. Woodget. Sample and Standrs (Analitycal Chemistry By Open Learning).
 BLUM, William. Galvanotecnia y Galvanoplastia (3ª. Ed.). ED. C.E.C.S.A. México 1.964.
 BURNSTROVA, O.S., Karapentiants, M.J., G.S., y otros. Prácticas de Química Física (1a. ed.).
Moscú: ED, MIR, 1974.
 CHERIM, Stanley M. Química aplicada (1a Ed.) México: ED. Interamericana S.A. 1974.
 CHRISTIAN, Gary D. Química Analítica (3a. ed.). México: ED. Limusa, S.A., 1981.
 Catálogos de los diferentes Equipos. (Instrumentación Química), Videos, Películas y software
Demostrativos, internet Casas Productoras y distribuidoras de equipos.
 Consejo Superior de Investigaciones científicas CSIC. Manual de Buenas Prácticas de Laboratorio.
Sevilla, febrero de 2007.
 DAY, R.A. J.R. UNDERWOOD A.L. Química Analítica Cuantitativa (5a. Ed). México ED, PrenticeHall Hispano Americana S.A., 1.989.
 DICK, W. Diseño sistemático de la instrucción. Bogotá: ED. Voluntad Ltda. 1979.
 DONBROW, M. Instrumental Methodos in Analitical Chemistry Optical. Volumen II.
 DONAL, Stevenson. KEITH, Miller. Microprocesador Aplicaciones (Analitycal Chemistry By Open
Learning).
 FLOR ÁNGELA HENAO; Francy J. Ramírez; Luisa Fernanda Echeverri L. Elaboración de nueve
guías complementarias de laboratorio para la ejecución de prácticas de aplicación analítica en la
asignatura laboratorio de análisis instrumental I. Trabajo de grado programa de tecnología Química
universidad Tecnológica de Pereira. 2009.
 EWIN, Galen W. Métodos Instrumentales de Análisis. (4a. ed.). México: ED, Libros Mx Graw Hill,
S.A., 1978.
 F.L, Hart y H.J, Fisher. Análisis Moderno de los Alimentos: ED, Acribia 1.971.
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 FRIES, J. y Gestrost H. Organic Reagents For Trace Analysis
Merck, 1975.
Darmstadt: Publicación Técnica
 FRIES, J. Métodos Fotométricos Comprobados; Análisis de Trazas. Publicación Técnica Merck.
 FRITZ, James S., Schenk, George H. Química Analítica Cuantitativa (3a. ed.). México: ED, Limusa,
S.A., 1979.
 GAGNE, Robert M. Principios Básicos del Aprendizaje para la Instrucción (1a. ed.) México: ED,
Diana S.A., 1975.
 GALBANO, Baños Electroquímicos. Publicaciones Técnicas.
 GARCIA, Mauricio. EWERT Jeannine. Introducción a la Física Moderna (2a. ed). Colombia: ED,
Universidad Nacional de Colombia, 1.997.
 GARY D, Christian. Química Analítica (2ª.ed). México: ED, Limusa, S.A. 1.981.
 H.O, Gunther. Métodos modernos de Análisis Químico de Carnes y Productos Cárnicos: ED,
Acribia. Zaragosa (España) 1.973.
 HAMILTON, Leicester F., y Simpson, Stephen G. Cálculos de Química Analítica (6a. ed.). México:
ED, Libros Mc Graw Hill, S.A., 1978.
 HALLIDAY, David. RESNICK, Robert. Fìsica (3a. ed). México: ED, Compañía Editorial Continental.
1.982.
 HARVEY, David. Química Analítica Moderna (1ª. ed). Madrid: ED, Mc Graw Hill. 2002
 Harris, Daniel C. Análisis Químico cuantitativo (3a.ed, sexta original).Barcelona: ED Reverté 2009
 LONGO, Frederick. Química general (1a Ed.) México: ED. Mac Graw, 1976.
 MARÍN V, Fabio; Castro E, Federmán Manual de laboratorio de Análisis Instrumental I Programa y
Prácticas. (1ª ed) 1998 Publicación U.T.P.
 MELOAN, Clifton E., y KISER, Robert M. Problemas y Experimentos en análisis Instrumental. (1a.
ed.). México: ED, Reverté, S.A., 1973. (8)
 MILLAN, Nora Lucia. Estudio sobre cobreado, niquelado y cromado. Trabajo de Grado U.T.P; 1.977.
 MUÑOZ, Guauhtèmoc. Prácticas de Instrumentación Analítica Métodos Eléctricos. (1a. Ed.)
México: ED. Limusa, S.A., 1981.
 MUÑOZ, Cuauhtèmoc Prácticas de Instrumentación Analítica Métodos Ópticos (1a. Ed). México:
ED, Limusa, S.A., 1981.
 Norma Técnica Colombiana NTC-ISO/IEC 17025. Requisitos generales para la competencia de los
laboratorios de ensayo y calibración.
 PECSOK, Robert L., y Shields, L. Donald. Métodos Modernos de Análisis Químico (1a. ed.).
México: ED, Limusa, S.A., 1977.
 R.M. Burns y W W Brodley. Recubrimientos protectores de los métodos. Ediciones Interciencias.
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 RAO, C.N., Espectroscopia Ultravioleta y Visible (1a. ed.).
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 ROBINSON, James W., Principios de Análisis Instrumental (1a. ed.). Zaragoza: ED, Acriba, 1974.
 RONAL C, Denney. Visible and Ultravioleta Spectroscopy (Analitycal Chemistry By Open Learning).
 RUBINSON, Kenneth A; Rubinson Judith F. Química Analítica Contemporánea (edición en español).
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 Standard Methos For the Examination of Water and Wastewater.
 SKOOG, Douglas A., West, Donald N. Análisis Instrumental (1a. ed.). México: ED, Interamericana,
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Fundamentos de Química Analítica, Barcelona: ED,
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ED Mcgraw-Hill 1.999.
 SKOOG, Douglas A. LEARY, James J. Análisis Instrumental (4a. ed) España: ED, McGraw-Hill
1.994.
 SKOOG, Douglas A; Holler F James; Nieman Timothy A. Principios de Análisis Instrumental (5ª.
Ed). Madrid: ED Mcgraw-Hill 2000.
 SKOOG, Douglas A. WEST Donald M. HOLLER F. James. Crouch Stanley R. Principios de Análisis
Instrumental (6a. ed). México: ED Cengage Learning 2008.
 SKOOG, Douglas A. WEST Donald M. HOLLER F. James. Crouch Stanley R. Química Analítica (8a.
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 VASSOS, Bsil H. EWIN, Galen W. Electroquímica (1ª. Ed) México: ED, Limusa, 1.987.
 ROMERO R, Jairo Alberto. Acuiquimica (1ª. Ed) Colombia: ED, Presencia 1.996.
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 WALTON, Harol F., Reyes, J. Análisis Químico e Instrumental Moderno (1a. ed.). Barcelona: ED,
Reverté, S.A., 1978.
 WILLARD, Hobart H., Merritt, Lynnel., y Dean Demostrativos, internet Casas Productoras y
distribuidoras de equipos.
209
 John A. Métodos
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Instrumentales de Análisis (7a. ed). México: ED, Grupo Editorial Iberoamérica,
210
ANEXO 1 Reglamento interno para los laboratorios de la Escuela de Química de la Facultad de
Tecnología de la Universidad Tecnológica Pereira.
UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DE PEREIRA
FACULTAD DE TECNOLOGIA
ESCUELA DE QUIMICA
REGLAMENTO INTERNO PARA LOS LABORATORIOS DE QUIMICA
(Propuesta)
El presente reglamento establece las condiciones de Higiene, Seguridad y manejo de materiales y
Reactivos, para los laboratorios de los Programas de Tecnología Química y Química Industrial de la
Facultad de Tecnología.
Es aplicable en todos los laboratorios de los Programas de Tecnología Química y Química Industrial, en
donde se realice trabajo experimental, sea de docencia, de investigación o de extensión.
I.
Del suministro de reactivos
-
Todo profesor a través de los monitores de laboratorio, deberá presentar al Profesional de la Sala
de Reactivos con anticipación de dos días la relación de los reactivos que utilizará en la práctica en
la cual deberá especificar cantidades por subgrupo, número de subgrupos, calidades y
concentraciones en el formato establecido para ello.
-
En caso de preparaciones especiales de reactivos para la práctica el Profesor debe hacer las
anotaciones o recomendaciones del caso, dentro del horario previamente asignado a su materia
para la preparación.
-
A los estudiantes no se les suministrarán reactivos y sólo se podrán solicitar a través del monitor
correspondiente con autorización del profesor.
-
Los profesores podrán solicitar los reactivos que requieran para implementar otras prácticas
registrando el formato utilizado por las Sala de reactivos para tal fin.
-
El profesor y los estudiantes asumirán la responsabilidad de que la práctica se realice con los
reactivos y cantidades planeadas en la relación previa.
-
El Profesor y el monitor ofrecerán instrucciones y colaborarán para que los reactivos no sean
contaminados en el desarrollo de las prácticas de laboratorio y el debido uso del material de vidrio
y equipos.
-
El profesional de la sala de reactivos no estará autorizado para entregar reactivos adicionales
durante el desarrollo de la práctica, sin la autorización del Jefe de Laboratorios.
211
-
Cuando se presenten casos fortuitos por accidentes justificados el jefe de Laboratorios autorizará
la entrega de las cantidades de reactivos adicionales puros. En el caso de labores de preparación
estos deberán efectuarse en el laboratorio bajo responsabilidad del Profesor para no interferir el
trabajo del Profesional de la Sala de Reactivos.
-
No se permitirá la repetición injustificada de prácticas de laboratorio. La repetición de una práctica
de laboratorio deberá contar con la aprobación del Jefe de Laboratorios de Química, previa
conversación con el Docente de la asignatura.
-
La realización de prácticas en tiempo extra o adicional requiere la autorización del Jefe de
Laboratorios de Química y estará supervisada por el Docente o el Monitor.
-
Las solicitudes de reactivos y materiales para el desarrollo de trabajos de grado deberán ser
presentadas por escrito al inicio del proyecto para ser evaluadas en cuanto a cantidades y
disponibilidades. El estudiante deberá tener matriculada la materia trabajo de grado para solicitar
los materiales.
-
La devolución del material y reactivos llevados por el Monitor al laboratorio, deberá realizarse al
finalizar la práctica o en horario siguiente del personal administrativo.
-
En todos los casos deberá atenderse la definición para el control de las cantidades de reactivos,
debido a las dificultades de importación, transporte, etc.
II.
Del suministro de material
Al comienzo de cada período lectivo se suministrará a los estudiantes un material básico devolutivo
para las asignaturas que así lo requieran. Este material estará en poder y bajo responsabilidad del
estudiante (s) durante todo el semestre.
Una vez acordada la práctica de laboratorio por parte del Docente, este a través de los monitores de
laboratorio, deberá presentar al Almacenista de Química, con anticipación de dos días la relación de
los materiales que utilizará en la práctica en la cual deberá especificar cantidades por subgrupo,
número de subgrupos y consideraciones adicionales en el formato establecido para ello.
Material de reserva
Si para la ejecución de las prácticas se requiere material adicional no considerado dentro de la
dotación básica por razones de costo, escasez o poca utilización, el estudiante deberá solicitarlo a
título personal en el almacén.
a. El material deberá ser solicitado al almacén preferiblemente en la primera hora del
desarrollo de la práctica.
212
b. Este material de reserva debe devolverse al almacén a la finalización de la práctica o en el
horario siguiente del personal administrativo.
c. Los proyectos de investigación o extensión que requieran de materiales o reactivos del
Programa académico deberán ser registrados en los formatos establecidos para ello y su
disponibilidad estará priorizada por las prácticas académicas.
d. La no devolución oportuna ocasionará al estudiante el pago de una multa económica
similar a la fijada para la Biblioteca por cada día de retraso y por cada elemento, a favor de
la Universidad, los cuales se pagaran en la Caja de la UTP (Proyecto Laboratorio de
Química 511-22-265-04).
e. Para la programación de las prácticas que requieren materiales no existentes el profesor
deberá informar con anticipación a la planeación que realiza el jefe de laboratorios sobre la
inclusión de sus necesidades.
Trabajos de grado.
La Escuela de Química colaborara de acuerdo a sus posibilidades a la realización de los trabajos de grado
de acuerdo a las siguientes pautas:

El trabajo de grado deberá desarrollarse en lo posible durante el periodo de tiempo contemplado en el
respectivo programa académico.

Es requisito para acceder a reactivos y material de laboratorio tener matriculada la asignatura trabajo
de grado y haber presentado la lista para establecer viabilidad de los reactivos y materiales.

Presentar en las dos primeras semanas de clase sus requerimientos, con las características y
cantidades aproximadas.
La Jefatura de los laboratorios en acuerdo con la Sala de reactivos analizara todas las solicitudes para
realizar una asignación equitativa.
III.
De los equipos de uso común
La prioridad en el uso de equipos comunes a varias prácticas se determinará de acuerdo a los
siguientes criterios:



Trascendencia del uso del equipo en el desarrollo de la práctica.
Orden de presentación de la solicitud por parte del profesor con anterioridad a la práctica.
Anticipación en el aviso que se dé a la jefatura de laboratorio sobre la necesidad de utilización.
Los equipos de uso común se entregarán calibrados y en buen estado de funcionamiento a
satisfacción del profesor. Las alteraciones ocasionadas por mal manejo de los equipos durante la
213
práctica no serán atendidas por la jefatura de laboratorios. (El profesor debe sancionar
académicamente a los responsables).
Toda alteración en el buen funcionamiento del equipo de uso común ocasionada por mal manejo, a
juicio del profesor, debe ser sancionada académicamente.
La responsabilidad económica será la que establece la Universidad para los usuarios de los
laboratorios de química (Acuerdo 00011 de mayo 10 de 1990 del consejo superior).
IV.
De la ejecución de las prácticas
Para el desarrollo de las prácticas de laboratorio el Estudiante deberá presentarse con los siguientes
elementos:








Gafas de protección
Delantal blanco manga larga en algodón.
Guantes de nitrilo
Fósforos
Toalla o limpión
Vestimenta adecuada. (Pantalón largo)
Zapatos cerrados
Las prácticas deberán realizarse en las fechas y horarios programados.
El Profesor de cada asignatura será el encargado de velar por el cumplimento y buen uso de los
elementos de protección personal (EPP).
Durante el desarrollo de las prácticas de laboratorio no se permite la utilización de celulares, ni
dispositivos de audio o video, debido a su efecto de distracción que generan, igualmente no se permite
el uso de radios amplificadores de música.
Al inicio de cada semestre cada docente deberá programar la realización de capacitación en los temas
de seguridad y manejo de reactivos químicos.
Cuando por causas de fuerza mayor plenamente justificados (falta de servicios, días festivos y
similares), la fecha o el horario de las prácticas debe ser alterado. El profesor debe acordar con la
debida anticipación con el Jefe de Laboratorios, los ajustes necesarios.
La responsabilidad del profesor debe cubrir la totalidad de la duración de la práctica. Por lo tanto debe
delimitar la terminación de ella. En casos en los cuales la práctica se prolongue por causa justificada a
juicio del profesor, éste debe estar presente hasta el final de ella, y responsabilizarse por el estado en
que quede el laboratorio. En ningún caso deben quedar estudiantes sin control en las instalaciones. En
situaciones especiales, el profesor podrá delegar el control en el monitor, previo aviso al jefe de
laboratorios.
El monitor debe responder por el cumplimiento de sus funciones en el desarrollo de la práctica.
Los estudiantes quienes por alguna causa plenamente justificada, no hayan realizado la práctica en el
horario establecido, solo podrán ejecutarla con la autorización del profesor en el sitio y horario
autorizado por el Jefe de Laboratorios.
214
La responsabilidad de ésta ejecución aislada, estará en todos los aspectos a cargo del profesor quien
deberá tomar las medidas necesarias.
A los estudiantes les corresponde realizar la práctica según las orientaciones del profesor y el monitor
con el conocimiento previo de la labor que se debe desarrollar.
Los usuarios deben observar estrictamente durante el trabajo en el laboratorio, las normas de
seguridad preventivas.
Parágrafo: Antes de la iniciación de la práctica, el profesor debe implantar los mecanismos necesarios
para actuar en situaciones de emergencia.
A un laboratorio en funcionamiento, sólo pueden entrar los estudiantes que deban realizar la
práctica programada, el monitor y el profesor de la materia.
Parágrafo: Si excepcionalmente otra persona necesita impostergablemente entrar por un momento a
un laboratorio en uso, debe obtener autorización del profesor que dirige la práctica.
Las reglas básicas de higiene y seguridad en laboratorios hacen parte integral de este reglamento.
V.
De las irregularidades
Se considerará como hurto dentro de los laboratorios el poseer materiales de dotación o reactivos no
respaldados por vales de almacén u otro comprobante.
Esta irregularidad se sanciona de acuerdo a la reglamentación de la Universidad.
Se considera consumo ilícito de reactivos la utilización de los mismos en situaciones no autorizadas o
no consideradas en el contenido de la práctica.
Parágrafo: Los usuarios (profesores o estudiantes) que necesiten efectuar labores especiales
deben solicitar y justificar el trabajo ante el Jefe de Laboratorios, para obtener la autorización
respectiva.
VI.
De los servicios a otras dependencias institucionales o personas:
Los servicios a otras dependencias, instituciones o personas, serán prestados por los laboratorios
siempre y cuando no interfieran ni perjudiquen el desarrollo de las labores académicas normales.
La utilización de equipos o instrumentos por alumnos o profesores de otras dependencias, estará
supeditado a la autorización del jefe de laboratorios y a la asesoría de una persona conocedora de la
labor.
Las visitas de grupos pertenecientes a otras instituciones, deberán solicitar autorización previa del jefe
de laboratorios y ser guiados por personal de confianza que sea delegado.
El ofrecimiento de cursos prácticos en las instalaciones de los laboratorios, debe solicitarse por escrito
con anticipación de un mes, a la Dirección de la Escuela de Química, la cual estudiará el caso y
establecerá las condiciones para su aprobación.
215
Los servicios de análisis y asesorías a la industria, serán ofrecidos independientemente de la labor
docente y se rigen por la reglamentación de los proyectos especiales y bajo las normas legales
establecidas por la Universidad.
Este reglamento debe ser fijado en un lugar visible a todo el personal y se deberá notificar su
existencia, claridad y comprensión.
216
Contenido
INTRODUCCION ............................................................................................................................................5
INSTRUCCIÓN 1 ............................................................................................................................................7
1. Generalidades............................................................................................................................................7
1.1 Objetivos ..............................................................................................................................................7
1.2 Justificación .........................................................................................................................................7
1.3 Metodología .........................................................................................................................................7
1.4.1 Introducción ...................................................................................................................................8
1.4.2 Refractometría ...............................................................................................................................8
1.4.3 Polarimetría....................................................................................................................................8
1.4.4 Fotometría......................................................................................................................................8
1.4.5 Potenciometría ...............................................................................................................................8
1.4.6 Conductimetría ...............................................................................................................................8
1.4.7 Electrogravimetría ..........................................................................................................................9
1.4.8 Trabajo final ...................................................................................................................................9
1.5 plan de prácticas ...................................................................................................................................9
1.6 Sistema de evaluación ..........................................................................................................................9
1.6.1 Actividades a evaluar .....................................................................................................................9
1.6.2 Valor de los criterios de evaluación.............................................................................................10
1.6.3 Distribución en porcentajes y valor en puntos para cada técnica. .............................................10
1.7 Instrucciones para elaborar los informes ...........................................................................................10
1.7.1 Tipo de papel: .............................................................................................................................10
1.7.2 Carátula: .....................................................................................................................................10
1.7.3 Introducción: ...............................................................................................................................10
1.7.4 Contenido:...................................................................................................................................10
1.7.5 Aclaraciones ...............................................................................................................................11
1.7.6 Tablas .........................................................................................................................................12
1.7.7 Gráficas.......................................................................................................................................12
1.8 Representación de datos por medio de gráficas ................................................................................13
1.8.1 Procedimiento para construir la gráfica: ......................................................................................13
1.8.2 Ajuste de la línea por el método de mínimos cuadrados..................................................................14
1.8.3 Ejercicio de aplicación ................................................................................................................19
1.9 Procedimiento a seguir en un análisis químico .................................................................................21
217
1.9.1 Toma de la muestra: ........................................................................................................................21
1.9.2 Conservación de la muestra: ......................................................................................................21
1.9.3 Selección de la técnica analítica de acuerdo con los siguientes criterios: ..................................21
1.9.4 Tomar un alícuota: ......................................................................................................................21
INSTRUCCIÓN 2.0 .......................................................................................................................................23
2.1 Practicas de refractometría ................................................................................................................23
Actividades ...............................................................................................................................................23
Equipos materiales y reactivos .................................................................................................................23
2.2 Índice de refracción ............................................................................................................................25
2.3 Dispersión ..........................................................................................................................................25
2.4 Refractómetro de Abbé ......................................................................................................................25
2.4.1 Partes de un refractómetro de Abbé. ..........................................................................................25
2.5 Manejo del refractómetro ...................................................................................................................27
2.5.1 Instalación y limpieza ......................................................................................................................27
2.5.2 Calibración: .................................................................................................................................27
2.5.3. Medición del índice de refracción de una sustancia ....................................................................28
2.5.4. Medida de grados brix.................................................................................................................29
2.5.5.
Análisis de mezclas .............................................................................................................29
2.6 Formato para toma de datos ...............................................................................................................31
El porcentaje se aumenta en: .......................................................................................................................36
INSTRUCCIÓN 3.0 .......................................................................................................................................41
3.1 Practicas de polarimetría ........................................................................................................................41
3.2 Luz polarizada:...................................................................................................................................43
3.3 Sustancia ópticamente activa: ...........................................................................................................43
3.4 Ecuación básica: ................................................................................................................................43
3.5 Aplicaciones: ......................................................................................................................................43
3.5.1 Análisis cualitativo: .......................................................................................................................43
3.5.2 Análisis cuantitativo:.....................................................................................................................44
3.6 Polarímetro .........................................................................................................................................44
3.6.1 Partes del polarímetro y su función .............................................................................................44
3.6.2 Manejo del polarímetro ...............................................................................................................45
3.7 Formato para toma de datos ...............................................................................................................53
218
INSTRUCCIÓN 4.0 .......................................................................................................................................57
4.1 Practicas de fotometría visible ...........................................................................................................57
d. Aplicar las normas de las buenas prácticas de laboratorio (Leer la instrucción 9 página 197). ............57
Equipos materiales y reactivos .................................................................................................................57
4.2 Absorción de radiaciones ...................................................................................................................59
4.3 Transmitancia y absorbancia ............................................................................................................59
4.4 Ley de Beer y parámetros de control ................................................................................................59
4.5 Los colores y la luz blanca ................................................................................................................60
4.6 Blanco fotométrico ............................................................................................................................60
4.7 Espectrofotómetro.............................................................................................................................60
4.7.1 Ajustes generales ...........................................................................................................................62
4.7.2 Instrucciones de manejo .................................................................................................................62
4.7.2.1 Medición del % de
y la
en una especie Absorbente ............................................................63
4.7.2.2 Observación del Espectro Visible. ...............................................................................................63
4.7.2.3 Estudio de la Respuesta Relativa Total .......................................................................................63
Figura 4.3 Curva espectral de transmitancia del cristal de didimio. ..........................................................65
4.7.3 Celdas. ......................................................................................................................................65
4.8 Análisis fotométrico. ...........................................................................................................................67
4.8.1 Análisis Cualitativo .......................................................................................................................67
4.8.2 Análisis Cuantitativo .....................................................................................................................68
4.8 Aplicación de la fotometría visible en el análisis químico ...................................................................69
4.9.1 Motivación al Análisis Fotométrico (lectura) ................................................................................71
4.9.2 Determinación Fotométrica de Manganeso en un Acero. .........................................................73
4.9.3 Para la cuarta sesión de laboratorio de fotometría: .....................................................................75
4.10 Formato para toma de datos .............................................................................................................77
4.10.5 Espectros de diferentes sustancias para comparar e identificar la muestra problema P1. .........80
4.11 Instrucciones de manejo de los diferentes modelos de los espectrofotómetros utilizados en las
prácticas. ..................................................................................................................................................87
4.11.1 Espectrofotómetro Spectronic. ...................................................................................................87
4.11.3 Espectrofotómetro ultravioleta visible Shimadzu UV-1700............................................................97
4.11.4 Espectrofotómetro Evolution 60 ...............................................................................................103
4.11.5 Espectrofotómetro evolution 201..............................................................................................108
Programas en Tecnología Química y Química Industrial ........................................................................109
219
INSTRUCCIÓN 5.0 .....................................................................................................................................109
5.1 Practicas de Potenciometría ............................................................................................................109
Actividades .............................................................................................................................................109
Equipos materiales y reactivos ...............................................................................................................109
5.2. Generalidades.................................................................................................................................111
5.3. Aplicaciones analíticas .....................................................................................................................111
5.4 Instrumento de medición y su configuración .....................................................................................112
5.4.1 Objeto del instrumento de medición ..........................................................................................112
5.4.2 Principio de funcionamiento del pH-metro analógico ................................................................113
5.4.3 Principio de funcionamiento del pH-metro con microprocesador ..............................................113
5.4.4 Curva característica ideal del sistema de electrodos ................................................................114
5.4.5 Necesidad de la calibración ......................................................................................................115
5.5 Partes del potenciómetro medidor de pH análogo o digital .............................................................115
5.6 Instrucciones genéricas de manejo del pH-metro ...........................................................................117
5.6.1 Instalación y limpieza. ...............................................................................................................117
5.6.2 Puesta en funcionamiento y calibración ...................................................................................117
5.7 determinaciones de pH ...................................................................................................................119
5.8 Estudio de indicadores ......................................................................................................................119
5.9 Titulación potenciométrica acido base ..............................................................................................120
5.10 Aplicación de la potenciometría en un estudio fisicoquímico, determinación de las constantes de
ionización del ácido fosfórico. .................................................................................................................120
5.10.1 Procedimiento ..........................................................................................................................121
5.10.2 Determinación del ácido fosfórico (fosfatos) contenido en una bebida cola (problema p 5)
mediante valoración potenciométrica. .................................................................................................122
5.11 Titulación de oxidoreducción...........................................................................................................122
5.11.1 Determinación del hierro contenido en un mineral (problema p 6) ...........................................122
5.11.2 Determinación del porcentaje de hierro contenido en una Cuchilla de afeitar (problema p 7). .123
5.12. Titulación ácido base en medio no acuoso. ..................................................................................124
5.13. Titulación potenciométrica de aminoácidos (problema p9). ..........................................................124
5.14 Formato para toma de datos ...........................................................................................................127
5.15 Instrucciones de manejo de pH-metro Fisher Accumet AB15 usado en las prácticas. ...................134
5.15.1 Características técnicas ...........................................................................................................135
5.15.2 Instrucciones de manejo ..........................................................................................................135
220
5.16 pH metro Thermo Scientific Orin 3 Star ..........................................................................................137
5.16.1 Características técnicas ...........................................................................................................137
5.16.2 Instrucciones de manejo ..........................................................................................................138
INSTRUCCIÓN 6.0 .....................................................................................................................................143
6.1 Prácticas de conductimetría .............................................................................................................143
6.2 Generalidades..................................................................................................................................146
6.2.1 Conductancia específica
.......................................................................................................146
6.2.2 Determinación de la constante de la celda ...............................................................................147
6.2.3 Conductancia equivalente .....................................................................................................147
6.2.4 Conductancia equivalente en dilución infinita: ..........................................................................147
6.3. Medición de la conductividad ..........................................................................................................148
6.3.1 Conductímetro análogo. ............................................................................................................148
6.3.2 Conductímetro digital. ...............................................................................................................149
6.4 Aplicaciones analíticas .....................................................................................................................151
6.4.1 Titulaciones conductimétricas ...................................................................................................152
6.5 Manejo del conductímetro .................................................................................................................153
6.5.1 Instalación y Limpieza. .............................................................................................................153
6.5.2 Puesta en funcionamiento ajuste y estandarización. .....................................................................153
6.5 Mediciones de resistencia y conductividad .......................................................................................154
6.7 Aplicaciones analíticas ......................................................................................................................155
6.7.1 determinación del
de una sal. ..........................................................................................155
6.7.2 Titulaciones conductimétricas. ..................................................................................................155
6.7.3 Determinación del contenido de vainillina en una esencia de vainilla comercial. .......................156
6.8 Formato para toma de datos .............................................................................................................159
6.9 Diferentes modelos de Conductímetros utilizados en las prácticas. ...............................................163
6.9.1 Conductímetro digital modelos CG 857 y CG 858 .....................................................................163
6.9.2 Conductímetro digital AB 30, ACCUMET basic, Fisher Scientific. .............................................166
INSTRUCCIÓN 7.0 .....................................................................................................................................173
7.1 Prácticas de electrogravimetría ........................................................................................................173
7.2 Generalidades..................................................................................................................................176
7.2.1 Aplicaciones ...............................................................................................................................176
7.2.2 unidades, ecuaciones, Leyes y culombimetría ...........................................................................177
221
7.3 Equipo para electroanálisis .............................................................................................................178
7.4 Manejo del equipo electrolizador .....................................................................................................179
7.4.1. Instalación y limpieza. ...............................................................................................................179
7.5 Observación de la calidad del electrodepósito con relación al control de las variables. ...............179
7.6 Aplicaciones analíticas .....................................................................................................................182
7.6.1 Determinación cuantitativa de cobre en un mineral (malaquita, azurita). ..................................182
7.6.2 Determinación de cobre y níquel en una aleación ....................................................................184
7.6.3 Baños electroquímicos. ..............................................................................................................185
7.7 Formato para toma de datos .............................................................................................................187
7.8 Electrolizador ...................................................................................................................................191
7.8.1 Montaje del equipo para la electrolisis. ......................................................................................191
7.8.2 Fuente Electrolizadora ..............................................................................................................192
INSTRUCCIÓN 8.0 .....................................................................................................................................195
8.1 Generalidades Trabajo Final .............................................................................................................195
INSTRUCCIÓN 9 ........................................................................................................................................197
Resumen relacionado con las buenas prácticas de laboratorio, el contenido de la norma técnica ISO 17025
para desarrollar las actividades en los laboratorios de química. ................................................................197
9.1 Buenas prácticas de laboratorio BPL ................................................................................................197
9.2. Norma técnica ISO 17025 ...............................................................................................................204
BIBLIOGRAFIA ...........................................................................................................................................207
ANEXO 1 Reglamento interno para los laboratorios de la Escuela de Química de la Facultad de Tecnología
de la Universidad Tecnológica Pereira. .....................................................................................................211
Índice de figuras..........................................................................................................................................223
Índice de tablas ...........................................................................................................................................226
222
Índice de figuras
Figura 2.1 Gráfica de calibración para cuantificar una sustancia ópticamente activa (sin
extrapolación a cero y sin ajustar por mínimos cuadrados)……………………………………..
16
Figura 1.2 Gráfica de calibración para cuantificar una sustancia ópticamente activa
(considerando en cero el origen para las coordenadas x y , ajustada por mínimos
cuadrados)………………………………………………………………………………………….
1
Figura 1.3 Gráfica de calibración para cuantificar una sustancia ópticamente activa
(extrapolando a cero y ajustada por mínimos cuadrados)………………………………………
17
Figura 2.1 Esquema de las partes de un refractómetro de Abbe…………………………………
26
Figura 2.2 Refractómetro Abbé-3L, Fisher………………………………………………………
30
Figura 2.3 Refractómetro de Abbé binocular Aus Jena………………………………………..
40
Figura 3.1 diagrama de las partes del polarímetro jena…………………………………………
45
Figura 3.2 Polarímetro de círculo Jena (análogo)………………………………………………..
45
Figura 3.3 Posiciones de los campos………………………………………………………………
46
Figura 3.4 Ilustración de la escala de lectura, la medición índica 170.5° angulares,
correspondiente a la escala de unidades y decimales (nonio)………………………………….
47
Figura 4.1 Esquema de las partes de espectrofotómetros de haz sencillo y doble haz………
60
Figura 4.2 Curva espectral de absorción de una solución de dicromato de potasio
preparada disolviendo 120 mg de K2Cr2O7 en 1 L de H2SO4 0.01 N, comparada con un
blanco fotométrico de una solución de H2SO4 0.01 N en cubetas de 1 cm de espesor………
64
Figura 4.3 Curva espectral de absorción del cristal de didimio…………………………………
65
Figura 4.4 Espectrofotómetro Spectronic 20 D (análogo y digital) vista frontal y diagrama
óptico…………………………………………………………………………………………………
87
Figura 4.5 Espectrofotómetro Genesys 20 vistas frontal y trasera………………………………
90
Figura 4.6 Descripción de las funciones del teclado del espectrofotómetro Genesys 20
91
Figura 4.7 Espectrofotómetro Ultravioleta Visible Shimadzu UV-1700 vista frontal…………...
97
Figura 4.8 Espectrofotómetro Evolution 60, vistas frontal y trasera……………………………
223
103
Figura 4.9 Teclado Evolution 60………………………………………………………………….
104
Figura 4.10 Funciones teclado Evolution 60……………………………………………………..
105
Figura 4.11 Continuación funciones teclado Evolution 60……………………………………….
106
Figura 4.12 Espectrofotómetro evolution 201………………………………………………………..
108
Figura 5.1 Diagrama del principio de funcionamiento del pH-metro analógico………………...
113
Figura 5.2 diagrama del principio de funcionamiento del pH-metro con microprocesador……
114
Figura 5.3 Diagrama ideal del sistema de electrodos…………………………………………….
115
Figura 5.4 Gráfica de la valoración potenciométrica de una solución de H3PO4 0.1 M con
NaOH 0.1M…………………………………………………………………………………………..
121
Figura 5.5 Aminoácidos: (a) solución Ácida, (b) solución Neutra, (c) solución básica…………
Figura 5.6 Curva de titulación del:
124
……………………………………………..
125
Figura 5.7 pH-metro Fisher Accumet AB15 Vista frontal……………………………………….
Figura 5.8 pH-metro Fisher Accumet AB15 con las instrucciones de calibración y medición
resumidas……………………………………………………………………………………………
134
Figura 5.9 Vista posterior pH-metro Fisher Accumet AB15……………………………………..
136
Figura 5.10 fuente de poder para pH-metro Fisher Accumet AB15…………………………….
136
Figura 5.11 pH metro Thermo Scientific Orin 3 Star……………………………………………..
139
Figura 5.12 Teclado del pH metro Thermo Scientific Orin 3 Star………………………………
139
Figura 6.1 Diagramas del puente de Wheatstone………………………………………………..
149
Figura 6.2 Amplificador operacional utilizado para mediciones de resistencia y conductancia.
150
Figura 6.3 Diferentes modelos de celdas para medir la conductividad…………………………
151
Figura 6.4 Vista frontal Conductímetro digital CG 857…………………………………………..
Figura 6.5 vista frontal conductímetro digital AB 30, ACCUMET basic, Fisher Scientific,
identificando sus partes……………………………………………………………………………..
163
Figura 6.6 vista posterior conductímetro digital AB 30, ACCUMET basic, Fisher Scientific….
169
224
134
168
Figura 6.7 Fuente de poder conductímetro digital AB 30, ACCUMET basic, Fisher Scientific.
169
Figura 6.8 Pantalla y teclado conductímetro digital AB 30, ACCUMET basic, Fisher
Scientific……………………………………………………………………………………………….
170
Figura 6.9 secado de la celda………………………………………………………………………
172
Figura 6.10 Medición de la conductividad………………………………………………………….
172
Figura 7.1 Equipo para electroanálisis…………………………………………………………….
178
Figura 7.2 Ilustración del montaje de un equipo para análisis electroquímico…………………
191
Figura: 7.3 Vistas delantera y posterior Fuente de corriente continua GW INSTEK……….
192
225
Índice de tablas
Tabla No. 1 Datos para cuantificar polimétricamente una sustancia ópticamente activa
y trazar la gráfica 1. Temperatura 25C……………………………………………………
13
Tabla No. 2 Método de mínimos cuadrados…………………………………………………
15
Tabla No. 3 Valores de en función de ajustados por mínimos cuadrados para trazar la
gráfica 3.
Temperatura 25C…………………………………………………………………
15
Tabla No. 4 Datos ………………………………………..........................................................
19
Tabla No. 2.5.1 Índice de refracción del agua de 15 a 26° c medido con la línea del
sodio………………………………………………………………………………………………..
27
Tabla No. 2.6.5 Lista de posibles sustancias para identificar la muestra Problema 1…..
35
Tabla 2.6.6 Para corrección del % de sacarosa hallado con el Refractómetro a
temperaturas diferentes a 20C………………………………………………………………….
36
Tabla No. 3.7.9 Lista de posibles sustancias para identificar la muestra problema (p1)…...
55
Tabla 4.1 Coeficientes molares de absorción del cromato de potasio en KOH 0.05M…...
65
de algunos aminoácidos seleccionados……………………….
133
Tabla: 6.1 Conductividades a dilución infinita (movilidades iónicas) En medio acuoso a
25 C……………………………………………………………………………………………….
148
Tabla 6.5.2 .1 Conductividades específicas de soluciones de
de diferente
concentración molar a distintas temperaturas……………………………………………………
154
Tabla 5.14.11 Valores de
226