TÉCNICAS DE MUESTREO, ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN. Ingeniería Ambiental

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Josefa Cruz San Segundo
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1 TÉCNICAS DE MUESTREO, ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN Ingeniería Ambiental

2 UNIDAD Nº3 VOLUMETRÍAS

3 Problema Elección del método analítico Toma de muestra Tratamiento de la muestra Proceso de medida Tratamiento de los datos Valoración de los resultados Informe y conclusiones

4 VOLUMETRÍAS: Son métodos de análisis que consisten en la medida precisa del volumen de un reactivo en disolución de concentración perfectamente conocida que reacciona

4 4 VOLUMETRÍAS: Son métodos de análisis que consisten en la medida precisa del volumen de un reactivo en disolución de concentración perfectamente conocida que reacciona estequiometricamente con el analito contenido en la muestra disuelta. Volumetrías Volumetrías Ácido-Base. Volumetrías de Precipitación. Volumetrías Redox. Volumetrías de complejación (complexometrías)

5 EJEMPLOS HAc + OH - Ag + + Cl - Fe 2+ + Ce 4+ Ca 2+ + Y 4- Ac - + H 2 O (Acido-Base) AgCl (s) (Precipitación) Fe 3+ + Ce 3+ ( Redox) [CaY] 2- ( Complexometría)

6 DEFINICIONES Reacción volumétrica: Reacción química sobre la que se basa el método volumétrico. Punto de Equivalencia: punto en el que la cantidad de agente valorante y de sustancia valorada, coinciden estequiometricamente. Punto Final (P.F.): momento en el que se visualiza o detecta el punto de equivalencia (P.E.) de la reacción volumétrica. Error de Valoración: es la diferencia entre el punto de equivalencia y el punto final de la valoración. Indicador: sustancia o técnica que permite visualizar o detectar el punto final de la equivalencia.

7 PUNTO FINAL El punto final es entonces el punto donde el indicador ha sufrido algún cambio. Analito + Valorante cantidad estequiométrica Punto de Equivalencia Luego: Indicador + Valorante en exceso Indicador modificado En esta etapa no se requiere que todo el indicador reaccione, solo se necesita un pequeño % para que el cambio sea visible

8 TÉCNICAS VOLUMÉTRICAS Volumetría directa: se usa el procedimiento convencional. El agente valorante se dispone en una bureta. El analito se dispone junto con el indicador en el matraz volumétrico (Erlenmeyer). Volumetría inversa (por retroceso): se añade exceso conocido de valorante y se determina el exceso de éste con otra solución de concentración conocida. En este caso se adiciona el exceso de valorante al erlenmeyer y la porción de este que no reacciona se determina por el agregado de un segundo valorante de concentración conocida desde la bureta.

9 FUNDAMENTO: 1. La reacción volumétrica ha de ser completa y estequiométrica. 2. El volumen de la disolución de analito (sustancia a valorar) debe poder medirse fácilmente. 3. El valorante se adiciona progresivamente de forma que su consumo se evidencie fácilmente. Eq valorante = Eq analito N val V val = N anal V anal

10 CARACTERÍSTICAS DE LA REACCIÓN VOLUMÉTRICA Específica: es aquella que produce un reactivo particular con un ion, elemento o compuesto determinado, estando éste en presencia de cualesquiera otros iones, elementos o compuestos. Selectiva: es decir que debe producir un efecto sobre un grupo de determinado de elementos, iones o compuestos. Estequiométrica: es decir que la relación de masas reaccionantes debe estar perfectamente determinada. Rápida Punto Final detectable Cuantitativa: Si una reacción es cuantitativa, significa que dicha reacción transcurre desde reactivos a productos con un 99.9% de rendimiento. Es decir que no se considera un equilibrio.

11 PATRÓN PRIMARIO Es una sustancia utilizada como referencia al momento de hacer una valoración o estandarización. Usualmente son sólidos que cumplen con las siguientes características: De composición conocida. Con un peso equivalente grande. De elevada pureza. Más del 98,5%. Debe ser estable a temperatura ambiente. Normalmente debe ser estable a temperaturas mayores que la del punto de ebullición del agua. No debe absorber gases ni reaccionar con los componentes del aire. Debe reaccionar rápida y estequiometricamente con el valorante. Se recomienda que la masa de patrón a utilizarse sea no sea menor de 50 mg ya que de esta manera se reduce el error relativo de la pesada.

12 PATRÓN SECUNDARIO Llamado también estándar secundario. Su nombre se debe a que en la mayoría de los casos se necesita del patrón primario para conocer su concentración exacta. El patrón secundario debe poseer las siguientes características: De composición conocida. De preferencia con un peso equivalente grande. Debe ser estable mientras se efectúe el período de análisis. Debe reaccionar rápidamente con el analito. La reacción entre el patrón secundario y el patrón primario debe ser completa. Debe existir una ecuación ajustada o balanceada que describa la reacción.

13 VOLUMETRÍAS DE NEUTRALIZACIÓN

1. Una solución de HClO 4 se valoró disolviendo 0,345g HgO grado patrón primario en una solución de KBr: HgO (s) + 4 Br + H 2 O HgBr 4 2 + 2 OH La neutralización del OH - liberado consumió 37,79 ml

14 1. Una solución de HClO 4 se valoró disolviendo 0,345g HgO grado patrón primario en una solución de KBr: HgO (s) + 4 Br + H 2 O HgBr OH La neutralización del OH - liberado consumió 37,79 ml del ácido. Calcular la molaridad del HClO Se utilizó una solución de Ba(OH) 2 0,1475M para titular ácido acético (60,05 g/mol) presente en una solución acuosa diluida. Los resultados obtenidos son: Muestra Volumen de Volumen de Muestra [ml] Ba(OH)2 [ml] 1 50,00 43, ,50 42, ,00 21, ,00 43,33 Calcular el porcentaje medio (p/v) de ácido acético. Al nivel de confianza del 90%, se podría descartar alguno de los resultados?

15 REACCIONES MÉTODO DE KJELDAHL DIGESTIÓN catalizadores (1) n-cr R -NR 2 ó n-co-nr 2 + mh 2 SO 4 CO 2 + (NH 4 ) 2 SO 4 + SO 2 proteína calor NEUTRALIZACIÓN Y DESTILACIÓN (2) (NH 4 ) 2 SO NaOH 2 NH 3 + Na 2 SO 4 + 2H 2 O (3) NH 3 + H 3 BO 3 NH H 2 BO 3 - TITULACIÓN El anión borato (proporcional a la cantidad de nitrógeno) es titulado con HCl (o H 2 SO 4 ) estandarizado: (4) H 2 BO H + H 3 BO 3

17 TRAZADO DE CURVAS DE VALORACIÓN ÁCIDO FUERTE BASE FUERTE: Antes de comenzar a titular (punto inicial): HA + H 2 O A - + H 3 O + 2H 2 O H 3 O + + OH - Balance de cargas: [H 3 O + ] =[OH - ] + [A - ] La concentración [OH - ] se desprecia. [H 3 O + ] = [A - ] y se calcula ph según la formula: ph = - log [H 3 O + ]

18 TRAZADO DE CURVAS DE VALORACIÓN Antes del punto de equivalencia (cuando se comienza a titular): La concentración de H 3 O + disminuye Balance de cargas: [H 3 O + ] =[OH - ] + [A - ] [B + ] La concentración [OH - ] se desprecia. Balance de Masa se expresa como: H 3 O + = V HA c HA V BOH c BOH V HA + V BOH

19 TRAZADO DE CURVAS DE VALORACIÓN En el punto de equivalencia: No existe exceso de ácido ni de base. [H 3 O + ] =[OH - ] Kw = [H 3 O + ][OH - ] Suponiendo [H 3 O + ] = [OH - ] entonces de Kw se obtiene: H 3 O + = K W = 1, obteniéndose una solución neutra donde el ph = 7

20 TRAZADO DE CURVAS DE VALORACIÓN Después del punto de equivalencia: La solución se vuelve básica. Balance de cargas: [OH - ] =[B + ] [A - ] + [H 3 O + ] Se desprecia la concentración de [H 3 O + ] Balance de masa: OH = V BOH c BOH V HA c HA V HA + V BOH Se calcula el ph de la solución a partir del poh. ph = 14 - poh

21 CURVA DE TITULACIÓN ÁCIDO FUERTE - BASE FUERTE 25 ml de HCl 1N se neutralizan con NaOH 1N

23 CURVAS DE TITULACIÓN VIRAJE DE INDICADORES

24 CURVAS DE TITULACIÓN DE ÁCIDO FUERTE CON UNA BASE FUERTE Punto de equivalencia Punto final

25 TRAZADO DE CURVAS DE VALORACIÓN ÁCIDO DÉBIL BASE FUERTE: Antes de comenzar a titular: El ácido se disocia parcialmente en A - de esta forma: [HA] = [HA] o [H 3 O + ] disociado [HA] o Suponiendo que [H 3 O + ] = [A - ] entonces despejando de K a se tiene: H 3 O + = K a HA

26 TRAZADO DE CURVAS DE VALORACIÓN Durante la titulación: Suponiendo que la reacción se completa, se produce A - ya que [B + ] = [A - ] de esta manera: HA = V HA c HA V BOH c BOH V HA + V BOH ph = pk a + log A HA En el punto de equivalencia: A - + H 2 O HA + OH - K h base = K w K a = HA OH A OH = K h base A

27 TRAZADO DE CURVAS DE VALORACIÓN [HA] [OH - ] ya que se tiene una solución aparentemente básica. A = V HA c HA V HA + V BOH Utilizando Ka y Kw, se obtiene [OH - ] para determinar ph. Después del punto de equivalencia: Se calcula a partir del exceso de base.

28 CURVAS DE TITULACIÓN DE ÁCIDO DÉBIL -BASE FUERTE 25 ml de NH 3 1N se neutralizan con HCl 1N

29 CURVAS DE TITULACIÓN DE ÁCIDO DÉBIL -BASE FUERTE

31 CURVAS DE TITULACIÓN DE BASE DÉBIL - ÁCIDO FUERTE

32 CURVAS DE TITULACIÓN DE BASE DÉBIL - ÁCIDO FUERTE

33 3. Qué peso de formiato de sodio se debe agregar a 400 ml de ácido fórmico 1,00M para producir una solución amortiguadora que tenga un ph de 3,50? 4. Sugerir el intervalo de masas de muestra para los patrones primarios que se indican si se desea gastar entre 35 ml y 45 ml de valorante: a. HClO 4 0,150M titulado frente a Na 2 CO 3. b. NaOH 0,2M titulado frente a ácido benzoico. 5. Se determinó la concentración de HClO4 por reacción frente a Na2CO3 como patrón primario; se obtuvieron los siguientes resultados. Calcule el valor medio y desviación correspondientes. Se puede descartar algún resultado si se desea tener un nivel de confianza del 95%? Masa Na 2 CO 3 [g] 0,2068 0,1997 0,2245 0,2137 Volumen HClO 4 [ml] 36,31 35,11 39,00 37,54

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