UNIVERSIDAD DE CARABOBO FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD ESCUELA DE BIOANÁLISIS DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS PROGRAMA: QUÍMICA ANALÍTICA y ORGÁNICA PRÁCTICA N 3 PREPARACIÓN DE SOLUCIONES Revisada y actualizada: Prof. Yulimar Álvarez Prof. Diana Arredodo Prof. Raymi Castellanos Prof. Ericka Hernández Prof. Sharim Marrero Prof. Eloina Peñate Prof. Gabriela V. Romero. PERÍODO ACADÉMICO 2015-2016
PRÁCTICA Nº 3 OBJETIVO GENERAL - Preparar soluciones de concentración aproximada a partir de compuestos sólidos y a partir de soluciones concentradas. NIVELES DE ENTRADA ( Pre-requisitos) - Conocer el material volumétrico de uso frecuente - Saber utilizar la Balanza Analítica - Cálculos para la preparación de soluciones a partir de soluciones a partir de compuestos sólidos y de soluciones concentradas. CONTENIDO 1. Conceptos de: Solución, soluto, solvente, dilución, disolver, enrasar. 2. Unidades de Concentración: Molaridad, Normalidad, Molalidad, densidad, % m/m, % m/v, % v/v, ppm. 3. Problemas relacionados con la preparación de soluciones. 4. Pasos a seguir durante la técnica de preparación de soluciones a partir de reactivos sólidos y a partir de soluciones concentradas. ACTIVIDADES A SER DESARROLLADAS (de acuerdo al contenido) - Preguntas intercaladas - Resolución de Problemas - Realización de la técnica para la preparación de soluciones a partir de reactivos sólidos y a partir de soluciones concentradas. BIBLIOGRAFÍA Química General Superior. Masterton Slowinski. Manual de Química Analítica Cualitativa. Prof. Hernani Martínez. Química General. Whitten K. Kennet G. Química. Raymond Chang Química Analítica Moderna, David Harvey
INTRODUCCIÓN El estudio de las soluciones es de gran interés e importancia porque muchos de los fenómenos naturales están relacionados directamente con ellas. Por medio de las soluciones, las plantas distribuyen los materiales necesarios para la nutrición, desde las raíces hacia las hojas, y además almacenan el almidón y el azúcar en los tubérculos y los frutos. La concentración creciente de las sales del agua de mar y la desintegración de las rocas son también el resultado de la acción disolvente del agua que forma las soluciones. Las soluciones también forman parte en los procesos de digestión ya que los alimentos son solubilizados en agua para ser transportados por la corriente sanguínea a los tejidos corporales. Los fluidos corporales de todas las formas de vida son soluciones. Las variaciones de concentración en especial de sangre y orina aportan al médico datos valiosos con respecto a la salud de las personas. Gran variedad de medicamentos usados son soluciones acuosas. La mayoría de los reactivos empleados en el laboratorio de análisis químico y bioanalítico son soluciones y en muchos de los casos los reactivos de casas comerciales se presentan para ser preparados por el profesional, según el requerimiento de cada laboratorio, que responde al número de muestras a procesar.
SOLUCIONES Una solución es la mezcla homogénea de un soluto disuelto en un solvente a través de fuerzas intermoleculares. Es de composición variable, limitada por la solubilidad y en ella no hay precipitación. Una solución está formada por un solvente y uno o más solutos. El solvente es el medio en el cual se mezclan o disuelven las otras sustancias. El solvente generalmente es un líquido como el agua. El término acuoso designa al agua como el solvente. El soluto es el componente que se disuelve en el solvente. En una solución acuosa de azúcar, el soluto es el azúcar y el solvente es el agua. Las propiedades físicas y químicas de las soluciones dependen en gran medida de las cantidades relativas de soluto y disolvente presentes. Suelen utilizarse distintos adjetivos para indicar las cantidades relativas de soluto y disolvente presentes en una disolución. Clasificación de las soluciones: Según la cantidad de soluto presente en la solución: Solución diluida: es aquella en la cual la relación de soluto a disolvente es muy pequeña. Solución concentrada: la relación de soluto a disolvente es grande. Según la capacidad de la solución para disolver el soluto: Solución saturada: es aquella que contiene la máxima cantidad de soluto disuelto en un disolvente dado, a una temperatura determinada. En una solución saturada no hay modificación de la concentración con respecto al tiempo. Solución insaturada: es aquella en la cual la relación de soluto a solvente es menor que en la solución saturada. Soluciones sobresaturadas: la solución contiene más soluto que el que se puede disolver. Solubilidad: es la cantidad de soluto necesaria para producir una solución saturada en una cantidad dada de solvente a una temperatura específica. La solubilidad por lo general está dada en gramos de soluto por 100 g de solvente. UNIDADES DE CONCENTRACIÓN Además de los enunciados cualitativos sobre qué componentes están presentes en una solución, se debe hacer especificación sobre la cantidad de ellos. Generalmente, sólo se especifica las cantidades relativas de los componentes.
La concentración de una solución hace referencia a la proporción de la cantidad de soluto en la cantidad de solución y se expresa utilizando unidades químicas y unidades físicas ó arbitrarias de concentración. Unidades físicas: Porcentaje en peso (%m/m o %p/p): Porcentaje en volumen (%v/v): %m/m = masa soluto x 100 masa solución %v/v = volumen soluto x 100 volumen solución Porcentaje masa-volumen (%m/v): %m/v = masa soluto (g)_ x 100 vol. solución (ml) Cuando las soluciones son muy diluidas la concentración se expresa en partes por millón (ppm), lo cual quiere decir el número de partes (en cualquier unidad) en un millón de partes (la misma unidad) de la solución. Partes por millón (ppm): 1 ppm = g soluto 10 6 g solución Cuando el agua es el disolvente, el volumen en mililitros y la masa en gramos de una solución diluida son numéricamente iguales, y se puede decir que: Las partes por billón (ppb) de manera similar, significan partes por mil millones (billón) de partes, como por ejemplo gramos por mil millones (billón) de gramos. Esta expresión se usa para sistemas extremadamente diluidos. Partes por billón (ppb): 1 ppm = 1 mg/l 1 ppb = 1 g/l
Unidades químicas: Molaridad (M) o concentración molar: M = moles de soluto litros de solución Normalidad (N): N = eq-g de soluto litros de solución Molalidad (m): m = moles de soluto kg de solvente PATRONES PRIMARIOS Son sustancias de elevada pureza que se utilizan para preparar disoluciones patrones de concentración exactamente conocidas, que son utilizadas en el proceso de valoración. SOLUCIÓN PATRÓN PRIMARIO Son soluciones de concentración exactamente conocida que pueden prepararse a partir de sustancias patrón primario. Puede prepararse esta disolución por dos métodos distintos: método directo y método indirecto. MÉTODOS DE PREPARACIÓN DE SOLUCIONES PATRÓN 1. Método directo. Este método se reserva para aquella sustancia que tiene carácter de patrón primario, por ejemplo: Carbonato de Sodio, Carbonato Ácido de Potasio, Ácido Oxálico, Dicromato de Potasio, Permanganato de Potasio etc. El procedimiento consiste en pesar exactamente en una balanza analítica la cantidad de sustancia previamente calculada, se disuelve convenientemente y se trasvasa a un balón aforado de capacidad adecuada y luego se completa con el solvente hasta el volumen requerido. Estas soluciones son de concentración conocida y por ende no necesitan ser estandarizadas para el análisis. 2. Método Indirecto. Es el más usado, debido a que el número de sustancias tipo patrón primario existente es bastante reducido. En este caso, si el soluto es una sustancia higroscópica (NaOH, KOH) o si el soluto es un reactivo líquido concentrado de densidad y % m/m conocido (HCl, H 3 PO 4, etc.), se pesa o se mide una cantidad ligeramente por encima de la previamente calculada, se disuelve convenientemente y se completa hasta el volumen requerido. Estas soluciones tienen una concentración aproximada y la exacta se determina luego, valorándola con solución patrón primario.
SOLUCIÓN PATRÓN SECUNDARIO Son soluciones que se han valorado con una solución patrón primario para determinar su concentración exacta. Ejemplo: Solución de Acido Clorhídrico 0,0982 N una vez que ha sido valorada con una solución patrón primario puede ser utilizada para valorar otras soluciones. DILUCIÓN: proceso mediante el cual se reduce la concentración de un soluto en solución, agregando más solvente. Cuando diluimos una solución mezclándola con más solvente, la cantidad de soluto presente no cambia. Mc.Vc = Md.Vd (sólo en diluciones) DISOLVER: proceso mediante el cual se disgrega el soluto en el solvente. TÉCNICA A SEGUIR PARA LA PREPARACIÓN DE SOLUCIONES 1.- Realizar los cálculos correspondientes para determinar la cantidad de soluto y solvente que se utilizará en la preparación de la solución. En caso de soluciones cuya concentración se exprese en % m/m se debe calcular el peso de soluto y el peso de solvente a emplear; si el solvente es agua generalmente se utiliza el volumen en lugar del peso, ya que la densidad es aproximadamente la unidad; si es otro líquido, es necesario calcular el volumen correspondiente al peso requerido por medio de la densidad, ya que siempre es más cómodo medir el volumen que pesar el líquido. Si la concentración es en % m/v, % v/v, Normalidad ó Molaridad, basta completar con el solvente para obtener el volumen de solución requerido. 2.- Seleccionar el material a emplear. 3.- Preparar el soluto. Algunas veces es necesario someter el soluto a procesos previos, ello se indica en la técnica de preparación de cada solución en particular. Los textos de química analítica y los manuales de laboratorio contienen los detalles para cada caso. Cuando se trata de soluto sólido, se debe tener el cuidado que esté finamente dividido (pulverizar en un mortero antes de pesar), para que la disolución ocurra lo antes posible. 4.- Pesar o medir el soluto según sea sólido ó líquido, utilizando la balanza ó el instrumento adecuado cuya elección depende de las características del soluto. Si su composición cuantitativa no está bien definida en cuanto al contenido de impurezas ó se trata de sustancias higroscópicas no se requiere de exactitud en la pesada ó en la medida. 5.- Medir el solvente en caso de soluciones cuya concentración esté expresada en % m/v, Normalidad y Molaridad.
6.- Disolver el soluto (sólido) en un vaso de precipitado adecuado, dependiendo del volumen de solución a preparar. La disolución previa de soluto debe hacerse en una cantidad de solvente inferior al total, especialmente en la preparación de soluciones cuya concentración se exprese en % m/m, % m/v, Normalidad y Molaridad. El soluto disuelto se trasvasa mediante un embudo al matraz aforado, se agrega pequeñas porciones de solvente y se agita el matraz con movimiento rotativo después de cada agregado. Cuando se trata de reactivos líquidos concentrados, se debe añadir previamente un pequeño volumen de agua en el matraz aforado, con la finalidad de evitar el excesivo calor de disolución, posteriormente se agrega pequeñas porciones de solvente como en el caso anterior. 7.- Enrasar. Cuando el nivel de la solución llegue a la base del cuello del matraz, se procede a enrasar agregando el solvente con una pipeta hasta la señal de aforo, es necesario esperar que la solución alcance la temperatura ambiente ya que generalmente al disolver una sustancia hay desprendimiento de calor (Acido Sulfúrico, Hidróxido de Sodio, etc.) ó absorción de calor (Cloruro de Sodio y otras sales). 8.- Agitar por inversión. Para realizar este paso es necesario aforar previamente. 9.-Almacenar. La solución preparada se trasvasa a un recipiente adecuado (frasco de vidrio ó de plástico); si se trata de soluciones que se alteran por acción de la luz el recipiente debe ser opaco ó de color ámbar. Todo frasco almacenado debe llevar una etiqueta (ROTULACIÓN) que indique el nombre del contenido, concentración, fecha de preparación de la solución y el nombre de la persona que lo preparó.