PRÁCTICA Nº 3 PREPARACIÓN Y VALORACION DE SOLUCIONES DE ÁCIDO CLORHÍDRICO E HIDRÓXIDO DE SODIO. 1. TEORIA 1.1 FUNDAMENTO VOLUMETRÍA La volumetría, o análisis químico cuantitativo por medición de volúmenes, consiste esencialmente en determinar el volumen de una solución de concentración conocida (solución valorada), que se requiere para la reacción cuantitativa, con un volumen dado de solución de la sustancia en análisis. La solución de concentración conocida en equivalentes gramo por litro se denomina solución valorada. La cantidad de la sustancia que se determina se calcula conociendo el volumen de la solución valorada empleada y aplicando las leyes de la equivalencia química. La solución valorada se agrega corrientemente, mediante una bureta. La operación de agregar la solución valorada hasta que la reacción sea cuantitativa (hasta el punto final) se denomina titulación; y se dice que se titula la sustancia que así se determina. El punto final de la titulación se reconoce visualmente, como regla general, por algún cambio característico, nítido, que no deja lugar a dudas, dado por la misma solución valorada (por ejemplo, permanganato de potasio) o, más frecuentemente, por un reactivo auxiliar, denominado indicador. Cuando la reacción entre la sustancia en análisis y la solución valorada, ha llegado a ser cuantitativa, el indicador produce un cambio visualmente nítido, ya sea por una modificación del color o la aparición de un enturbiamiento en la solución que se titula. En una titulación ideal el punto final coincide con el punto final teórico de equivalencia o estequiométrico. En la práctica, hay una pequeña diferencia entre ambos, llamada error de titulación. Siempre se elegirá el indicador y las condiciones experimentales, de modo que el error de titulación sea lo más pequeño posible. Para que una reacción química pueda emplearse en volumetría, debe reunir las siguientes condiciones: 1. Debe ser una reacción simple, libre de reacciones secundarias, que se pueda representar por una ecuación química; la sustancia que se determina debe reaccionar cuantitativamente con el reactivo en relación estequiométrica o de equivalencia química. 2. La reacción debe ser prácticamente instantánea, es decir, de muy alta velocidad. La mayoría de las reacciones interiónicas cumplen con esta condición. En algunos casos, mediante el agregado de un catalizador se aumenta la velocidad de la reacción. 3. Debe poderse establecer el punto final de la titulación muy próximo al punto de equivalencia, por un cambio nítido de alguna propiedad física o química. 4. De preferencia se debe disponer de un indicador que, por un cambio visualmente perceptible (color o formación de un precipitado), permita establecer el punto final de la reacción. Si no se posee un indicador apropiado, el punto final de la titulación se puede determinar: a) por la variación del potencial durante la titulación, de un electrodo indicador respecto de un electrodo de referencia, titulación potenciométrica; ,b) por la variación, durante la titulación, de la conductancia eléctrica de la solución, titulación conductimétrica y c) por la variación, durante la titulación, de la intensidad de la corriente (corriente de difusión) para una .diferencia de potencial determinada, que pasa entre un electrodo indicador (electrodo polarizable, por ejemplo, electrodo gotero de mercurio) y un electrodo de referencia no polarizable, (por ejemplo, electrodo de calomel saturado) titulación amperométrica. Los métodos volumétricos poseen, corrientemente, gran exactitud (1 por 1000) y tienen algunas ventajas con respecto a los métodos gravimétricos. Requieren aparatos sencillos, frecuentemente evitan largas y difíciles separaciones y, además, son generalmente rápidos. Para efectuar un análisis volumétrico se requiere: Recipientes calibrados (buretas, pipetas y matraces aforados, reactivos de pureza conocida, para la preparación de soluciones valoradas. Un indicador u otro medio apropiado para establecer el punto final de la titulación. CLASIFICACIÓN DE LAS REACCIONES EMPLEADAS EN VOLUMETRÍA. Las reacciones empleadas en volumetría, pertenecen a dos tipos principales: a) Aquellas en las que no hay cambios de valencia y son tan sólo combinaciones interiónicas. b) Reacciones de oxidación-reducción, involucran cambios de valencia, o dicho en otra forma, transferencias de electrones. Conviene dividir ambos tipos en tres clases principales. 1) Reacciones de neutralización, acidimetría y alcalimetría.- a esta clase pertenecen, la titulación de bases libres, o formadas por hidrólisis de sales de ácidos débiles, con un ácido valorado (oxidimetría) y la titulación de ácidos libres, o formados por hidrólisis de sales de bases débiles, con un álcali valorado (alcalimetría). Estas reacciones implican la combinación de iones hidrógeno y oxhidrilo, para formar agua. 2) Reacciones de precipitación y de formación de complejos.- comprenden la combinación de iones, excluida la del hidrógeno con el oxhidrilo, para formar un precipitado, como por ejemplo, la titulación de plata con solución de cloruro o bien, un ion complejo, como en la titulación de cianuro con solución de nitrato de plata. 3) Reacciones de oxidación-reducción.- en esta clase se agrupan todas aquellas reacciones que involucran un cambio del número de oxidación o transferencia de electrones entre las sustancias reaccionantes. Se emplean soluciones valoradas de sustancias oxidantes o reductoras. Los principales oxidantes son: permanganato de potasio, dicromato de potasio, sulfato cérico, sulfato mangànico, yodo, yodato de potasio, bromato de potasio y cloramina T. Los reductores empleados frecuentemente son: compuestos ferrosos y estannosos, tiosulfato de sodio, óxido arsenioso, y cloruro o sulfato titanoso. 2. ESTANDARIZACIÓN DE SOLUCIONES La estandarización es el proceso mediante el cual se determina con exactitud la concentración de una solución. Algunas veces se puede preparar una solución estándar disolviendo una muestra pesada con exactitud en un volumen de solvente con exactitud. Por lo general este método no se utiliza, ya que muy pocos reactivos químicos se pueden obtener en una forma lo suficientemente pura como para satisfacer la exactitud requerida por el analista. Las pocas substancias que son adecuadas a este respecto son conocidas como estándares primarios. Una solución se estandariza en forma común mediante una titulación, en la cual ésta reacciona con un estándar primario previamente pesado. La reacción que ocurre entre el titulante y la substancia seleccionada como estándar primario debe reunir todos los requisitos del análisis volumétrico. Además de esto, el estándar primario debe tener las siguientes características: 1) Debe encontrarse disponible en una forma pura o de pureza conocida a un costo razonable. En general, la cantidad total de impurezas no debe exceder de un 0.01 a un 0.02% y debe ser posible determinar las impurezas mediante ensayos cualitativos de sensibilidad conocida. 2) La substancia debe ser estable. Debe ser fácil de secar y no debe ser tan higroscópica como para retener agua mientras se pesa. No debe perder peso al contacto con el aire. Las sales hidratadas por lo general no se emplean como estándares primarios. 3. Es conveniente que el estándar primario tenga un peso equivalente razonablemente elevado para minimizar los errores al pesarlo. En las titulaciones ácido-base es común preparar las soluciones del ácido y de la base a una concentración aproximada a la que se desea tener, y después estandarizar una de las soluciones con un estándar primario. La solución así estandarizada se puede utilizar como estándar secundario para obtener la normalidad de la otra solución. En trabajos que son de exactitud elevada es preferible estandarizar ambas soluciones con su respectivo estándar primario. El ftalato ácido de potasio, KHC8H4O4, abreviado como KHP, es un estándar primario muy utilizado para soluciones básicas. También son excelentes estándares primarios los ácidos fuertes HSO3NH2, ácido sulfámico y KH(IO3)2, yodato ácido de potasio. Los estándares primarios más comunes para los ácidos son el carbonato de sodio, Na2C03 y el trihidroximetil-aminometano, (CH2OH)3CNH3, conocido como THAM. 1.2 CONSULTA 1.2.1 ¿qué importancia tiene el uso del indicador para este tipo de titulaciones? 1.2.2 a más de los indicadores utilizados en esta práctica complete la siguiente tabla con 5 indicadores ácido-base INDICADOR VIRAJE DE COLOR INTERVALO DE VIRAJE DE COLOR EN pH 1.2.3 Enumere 3 patrones primarios que se utilizan para estandarizar soluciones, con la respectiva solución a la cual estandarizan. 2. METODOLOGIA 2.1 MATERIALES Y REACTIVOS MATERIALES Bureta 25ml ±0,1mL Balón aforado de 1 L Vaso de precipitación de 250 mL 4 Erlenmeyer de 250 mL Papel aluminio Vidrio Reloj Espátula Equipo de Seguridad Varilla de Vidrio Tela blanca de algodón Pinza para bureta Soporte Universal Pipeta volumétrica de 25 mL Pipeta graduada 10 mL Pera de Succión Papel Absorbente 2 Frascos de Polietileno de 1 L Balanza Analítica ±0.0001 g Balanza Granataria ± 0.1 g REACTIVOS HCl comercial NaOH comercial Agua destilada KHF pp. Na2CO3 pp. Fenolftaleína Verde de Bromo Cresol 2.2 PROCEDIMIENTO Preparación de solución de HCl 0.1N 1. Realizar los cálculos correspondientes para conocer el volumen necesario a medirse de HCl con las especificaciones dadas por el instructor de porcentaje y densidad 2. Colocar con precaución la cantidad de HCl calculado en un balón aforado de 1L al cual previamente se le adiciono agua destilada, y aforar Valoración de solución de HCl 0.1N 1. Realizar los cálculos pertinentes de masa necesaria de NaCO3 para gastar un volumen de 25.00 ml aproximadamente de titulante (HCl) 2. Pesar el NaCO3 calculado en una balanza analítica 3. Diluir con agua destilada suficiente, de preferencia en un intervalo de 25.00 a 50.00 ml 4. Añadir 1 o 2 gotas de indicador verde de bromo cresol (VBC) 5. Titular con HCl 0.1N, repetir este proceso hasta un total de cuatro veces. 6. Dejar hervir durante 1 a 2 minutos y enfriar. 7. Terminar de titular con el HCl. Preparación de solución de NaOH 0.1N 1. Realizar los cálculos pertinentes de masa necesaria de NaOH y pesar dicha cantidad en una balanza granataria. 2. Colocar con precaución la cantidad de HCl calculado en un balón aforado de 1L al cual previamente se le adiciono agua destilada, y aforar Valoración de solución de NaOH 0.1N (OPCIÓN 1) 1. Realizar los cálculos pertinentes de masa necesaria de KHF para gastar un volumen de 25.00 ml aprox. de titulante (NaOH) y pesar dicha cantidad en una balanza analítica 2. Diluir con agua destilada suficiente, de preferencia en un intervalo de 25.00 a 50.00 ml 3. Añadir 1 o 2 gotas de indicador fenolftaleína 4. Titular con NaOH 0.1N, repetir este proceso hasta un total de cuatro veces Valoración de solución de NaOH 0.1N (OPCIÓN 2) 1. Medir 25.00 ml de HCl 0.1N con una pipeta volumétrica 2. Añadir 1 o 2 gotas de indicador fenolftaleina 3. Titular con NaOH 0.1N, repetir este proceso hasta un total de cuatro veces 3. DATOS EXPERIMENTALES. Ácido Clorhídrico Repetición M Na2CO3 , g V HCl, ml 1 2 3 4 Hidróxido de Sodio Opción A Repetición M KHF , g V NaOH, ml Opción B Repetición 1 1 2 2 3 3 4 4 V HCl, ml V NaOH, ml 4. CALCULOS 4.1 Reacciones Químicas 4.2 Calculo de los ml de HCl necesario para preparar 1L de HCl de concentración 0.1N 4.3 Calculo de los g de Na2CO3 necesarios para titular 25ml de HCl 0.1N 4.4 Calculo de la concentración de HCl 4.4.1 Tratamiento estadístico: solo análisis de aceptación o rechazo de datos (Criterio Q) 4.5 Calculo de los g de NaOH necesario para preparar 1L de NaOH de concentración 0.1N 4.6 Calculo de los g de KHF necesarios para titular 25ml de NaOH 0.1N 4.7 Calculo de la concentración de NaOH 4.7.1 Tratamiento estadístico: solo análisis de aceptación o rechazo de datos (Criterio Q) 5. RESULTADOS Tabla 1. Concentración de HCl. M Na2CO3 , g V HCl, ml N HCl, eq/L Tabla 2. Tratamiento estadístico N HCl, eq/L Promedio ( ) Rango (R) Desviación estándar (s) Límite de confianza (L.C) Tabla 3. Concentración de NaOH. Opción A M KHF , g Opción B V NaOH, ml N NaOH, eq/L V HCl, ml V NaOH, ml Tabla 4. Tratamiento estadístico N NaOH, eq/L Promedio ( ) Rango (R) Desviación estándar (s) Límite de confianza (L.C) N NaOH, eq/L UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS LABORATORIO DE QUÍMICA ANALÍTICA CUANTITATIVA I PRÁCTICA N°3 PREPARACIÓN Y VALORACION DE SOLUCIONES DE ÁCIDO CLORHÍDRICO E HIDRÓXIDO DE SODIO. HOJA DE REGISTRO DE DATOS PARA EL AYUDANTE Integrantes: Grupo: Fecha: Día y Hora de Laboratorio: DATOS EXPERIMENTALES. Ácido Clorhídrico Repetición M Na2CO3 , g V HCl, ml 1 2 3 4 Hidróxido de Sodio Opción A Repetición M KHF , g V NaOH, ml Opción B Repetición 1 1 2 2 3 3 4 4 FIRMA ESTUDIANTE 1 V HCl, ml FIRMA ESTUDIANTE 2 V NaOH, ml