Monografia

Laboratorio 9: Volumetría de precipitación – Volumetría con formación de complejos

RESUMEN

El trabajo presenta en el capítulo 1 y 2 información de volumetría de precipitación y volumetría con formación de complejos. De manera general, se muestran métodos directos e indirectos para la determinación de iones Cl-, las ventajas y desventajas de estos y también la función de los indicadores en cada uno. Lo mismo con respecto a los iones metálicos cuando forman compuestos complejos. En cuanto a la parte práctica, esta se encuentra en el capítulo 3. El laboratorio realizado tuvo como objetivo la aplicación de la volumetría para la determinación analítica de cloruros. Inicialmente se estandarizó el AgNO3 y de esta forma conocer su concentración exacta, necesarios para la titulación del agua de acueducto y la sal de cocina. Posteriormente se realizó la determinación de cloruros y sal mediante diferentes procedimientos y usos de indicadores con el fin de hallar porcentaje en que se encontraba cada uno. Por lo cual, hicimos uso de los métodos de Mohr. Asimismo, utilizamos el método de Liebig, el cual se basa en la valoración del ion cianuro con nitrato de plata, formándose un complejo muy estable, a la mínima cantidad de exceso de reactivo se visualiza la presencia de una turbidez permanente, precipitado que se produce por la formación del complejo de cianuro de plata, el cual observamos en este laboratorio. Palabras clave: Volumetría de precipitación, volumetría con formación de compuestos complejos, método de Mohr, Método de Liebig.

ÍNDI INTRODUCCIÓN................................................................................................................3 CAPÍTULO 1: Volumetría de precipitación......................................................................4 1.1-

Métodos directos e indirectos de la determinación de iones Cl-:.......................4

1.2-

Función que cumplen los indicadores en cada aplicación..................................7

CAPÍTULO 2: Volumetría con formación de compuestos complejos.............................7 2.1-

Métodos directos e indirectos de la determinación de iones metálicos cuando

forman compuestos complejos:........................................................................................7 2.2-

Aplicaciones del EDTA como solución titulante:.............................................8

2.3-

Cálculo del eq- gr del ion metálico cuando forma un compuesto complejo:....9

2.4-

Relación del pH y la formación del compuesto complejo:................................9

CAPÍTULO 3: Parte experimental.....................................................................................9 3.1-

Objetivos y fundamento teórico:.........................................................................9

3.2-

Procedimiento experimental:..............................................................................11

3.3-

Cálculos y resultados:..........................................................................................16

CONCLUSIONES..............................................................................................................17 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS.................................................................................18

INTRODUCCIÓN

En el presente trabajo daremos a conocer aspectos resaltantes en el análisis volumétrico con respecto a la precipitación y con la formación de complejo, así como también de la determinación de cloruros y cianuros en la parte práctica. Existe en el análisis volumétrico un grupo de reacciones de sustitución en las que uno de los productos es insoluble, y por esto, a los métodos que tienen como base la formación de un precipitado, se les denomina volumetría por precipitación. Al realizar diferentes estudios analíticos es de vital importancia aprovechar las propiedades químicas del analito. En esta experiencia se toma ventaja de la insolubilidad de las sales de plata producidas durante la valoración para identificar la presencia de cloruros en diferentes muestras. La determinación de cianuros por el método de Liebig será importante en este laboratorio, ya que en nuestros tiempos la utilización de cianuro es primordial en la industria minera y con ello se busca optimizar los procesos minero-metalúrgicos para una mayor renta de la empresa, pero teniendo en cuenta la conciencia ambiental y cuidado de las aguas y ecosistemas, es por ello que este laboratorio es de mucha importancia para nuestra carrera.

CAPÍTULO 1: Volumetría de precipitación. Es similar a la Valoración ácido – base, los cálculos de equilibrio se basan en el Kps, como producto de la reacción se forma una sal poco soluble que precipita cuando se llega al punto de equivalencia, donde la concentración de la sustancia buscada en la solución es mínima; en ese momento el indicador reacciona con el analito, detectándose de esta manera el punto final de la valoración. 1.1-

Métodos directos e indirectos de la determinación de iones Cl-:

Método de Mohr Para la determinación de cloruros, uno de los métodos más utilizados es el método de Mohr, que utiliza una solución de nitrato de plata con ayuda de un indicador el cual es cromato de potasio, este método de determinación es un método químico en el cual se fundamenta en la reacción del ion Ag+ y el anión Cl-, en el caso de los cloruros. La valoración se hace con solución patrón de AgNO3. El indicador es el ion cromato CrO4 =, que comunica a la solución en el punto inicial una coloración amarilla y forma en el punto final un precipitado rojo ladrillo de cromato de plata, Ag 2CrO4. Las reacciones que sigue este método son: −¿ → AgCl ( Precipitado blanco ) +¿+Cl ¿ Ag¿ 2−¿ → Ag 2 CrO 4 ( Precipitadorojo ladrillo ) +¿ +CrO ¿4 2 Ag¿ Ventajas del método de Mohr: Es aplicable en la determinación de Br- y CN-. Desventajas del método de Mohr:

 

Es muy sensible a la interferencia de otras especies. Es pH de trabajo no puede ser inferior a 6.5 ni tampoco mayor a 10 porque en las

 

soluciones alacalinas precipita óxido hidratado de plata. Se podrían formar hidróxidos y óxidos insolubles. No se puede tolerar ciertas sustancias que formen fuertes complejos con el ion cloruro.

Método de Volhard Este método de titulación se usa para la determinación de plata y compuestos de plata, aniones que se precipitan con plata como Cl-, Br-, I-, SCN-, AsO4-4. Para el caso de determinación de un anión, se acidula con HNO3, se agrega un exceso de solución tipo de AgNO3 para precipitar el anión y se valora por retroceso el exceso de Ag +, con solución patrón de tiocianato de potasio; el indicador es el Fe+3, que proporciona color rojo a la solución. Las reacciones que ocurren en la determinación de iones cloruro son: −¿ → AgCl +¿+Cl ¿ Ag¿ −¿ → AgSCN +¿+ SCN ¿ Ag ¿ 2+¿ −¿ → FeSCN ¿ 3+¿+ SCN ¿ Fe¿ Ventajas del método de Volhard: 

La titulación puede realizarse en medios bastante ácidos. A pH bajo casi no hay interferencias de los iones hidrolizables.



Otros métodos comunes para determinar plata y cloruro requieren una solución casi neutra para que la titulación se lleve a cabo con éxito, ya que muchos cationes precipitan en estas condiciones y, por lo tanto, interfieren en estos métodos. El mercurio es el único catión que interfiere en el método de Volhard.

Desventajas del método de Volhard 

El método Volhard presenta las desventajas de tener la necesidad de medir dos volúmenes (mayor error volumétrico) y la tendencia a producir un punto final anticipado por fenómenos de adsorción de Ag+ sobre el precipitado de AgSCN.

 En la determinación de Cl-, según el método de Volhard se encuentra una dificultad en la valoración por retroceso del exceso de plata, cuando ésta se hace en presencia del precipitado. Método de Swift Si en la solución de cloruro existe una alta concentración de hierro (III), y solamente se añade una pequeña cantidad de tiocianato, la titulación se puede efectuar directamente. Al agregar nitrato de plata, el cloruro de plata precipita, el tiocianato no porque es más soluble. Ventaja del método de Swift 

El tiocianato de plata solo precipita después de que todo el cloruro ya ha precipitado.

1.2-

Función que cumplen los indicadores en cada aplicación En el método de Mohr el indicador es el ion cromato que al inicio produce la coloración

amarilla de la solución y al reaccionar al final otorga un color rojo por la formación del cromato de plata. En el método de Volhard, el Fe (III) es el indicador, este tiene como función dar el color rojizo por la formación de FeSCN2+. En cuanto al método de Swift no hay un indicador propiamente dicho, se determina por la desaparición del color rojo de la solución.

CAPÍTULO 2: Volumetría con formación de compuestos complejos. 2.1-

Métodos directos e indirectos de la determinación de iones metálicos cuando

forman compuestos complejos: Método de valoración directa En este método se valora el ion metálico (analito) con una solución valorante (EDTA) como solución patrón. El analito se tampona a un pH adecuado y se pone a una temperatura determinada, puesto que muchos indicadores metalcromáticos también son indicadores acido base y tienen distintos colores a diferentes valores de pH. Es así que se procede a agregar un indicador adecuado y se efectúa la titulación hasta alcanzar el viraje del indicador. El volumen empleado del titulante permite el cálculo de la cantidad de metal involucrado o de analito. Es importante saber que este método es aplicable siempre que se disponga de un indicador adecuado para la detección del punto final.

Otro punto a tomar en cuenta es que la estabilidad del complejo metal indicador debe ser menos que la del complejo metal EDTA para que sea posible que el valorante compita favorablemente con el indicador en la reacción de complejación. Método de valoración indirecta o por retorno Este método consiste en añadir una cantidad en exceso conocida de EDTA a la solución del analito para que cuando se complete la reacción, se valore el EDTA en exceso con una solución estándar de otro ion metálico y así obtener el punto final. Es importante que el ion metálico se utilice no desplace al analito de su complejo con el EDTA. Este método suele ser bastante útil cuando no se tiene un buen indicador, cuando la reacción del EDTA con el analito es lenta o cuando los aniones presentan precipitados pocos solubles a las condiciones de análisis determinadas. 2.2-

Aplicaciones del EDTA como solución titulante: Como sabemos en la atmosfera encontramos iones metálicos circundantes, los cuales

son catalizadores para reacciones de oxidación para muchos compuestos presentes en alimentos y muestras biológicas. El EDTA es un excelente preservante ya que esto se da al formar complejos tan estables con los metales presentes en los alimentos que son incapaces de catalizar la reacción de oxidación. Por lo general al EDTA y otros agentes quelantes se les llama agentes secuestradores por esta propiedad. Otras de las aplicaciones que pueden tener las titulaciones de EDTA es la determinación del contenido de calcio y magnesio en aguas para los diferentes procesos de agricultura, así como también determinar la dureza del agua. Algunas ventajas del EDTA como agente valorante es que:

 Tiene la capacidad de formar complejos metálicos muy estables, esto debido a la formación de estructuras cerradas, en la cual queda encerrado el catión aislado disolvente.  Reacciona de forma completa con los cationes en un proceso de un solo paso formando complejos en que la relación metal:ligando es 1:1.  Da puntos finales muy agudos. 2.3-

Cálculo del eq- gr del ion metálico cuando forma un compuesto complejo: Se hace uso de las curvas de valoración con EDTA. La curva de titulación consiste en

una gráfica de pM en función del agregado de EDTA. Antes del punto de equivalencia, pM se calcula por estequiometria. La forma de obtener las curvas de valoración complejométricas no difiere fundamentalmente de la forma empleada para las valoraciones por neutralización o por precipitación, pero ahora interesa conocer la variación de la concentración del ion metálico que se valora, expresado como – log (pM) en tanto se añaden volúmenes crecientes del patrón de EDTA La concentración de los reactivos influye en la magnitud del salto de pM de la curva de valoración en las proximidades del punto de equivalencia de forma similar a los casos explicados en las reacciones de neutralización y precipitación. A mayor concentración mayor es el salto de pMg en los alrededores del punto de equivalencia.

Figura 1. Volumen de EDTA vs. pMg

2.4-

Relación del pH y la formación del compuesto complejo:

La influencia del pH es muy grande ya que varía la constante condicional del complejo al variar el pH del medio. Debido a ello, uno de los aspectos más importantes es controlar el pH. En este sentido, las valoraciones complejométricas que utilizan como agente valorante el EDTA deben llevarse a cabo en un medio buffer. El uso de un medio buffer sirve no sólo para garantizar la mayor disponibilidad de ambas especies, sino también para evitar interferencia de otros cationes diferentes del analito y lograr un comportamiento satisfactorio del indicador. La siguiente figura presenta el log de la constante de formación de un complejo metalEDTA en función del pH del medio. En la misma se observa que sólo empleando pH básicos pueden valorarse cationes como el calcio y el magnesio.

Figura 2. Curva de pH vs. log Kf

CAPÍTULO 3: Parte experimental. 3.1-

Objetivos y fundamento teórico:

Objetivos

 Lograr determinar los iones cianuro por medio del método de Liebig.  Lograr determinar los iones cloruros mediante el método de Mohr.  Definir el fundamento del método de Liebig-Deniges para la determinación de iones cianuro.  Determinar la concentración de cloruros, de la muestra problema.

Fundamento Teórico

La determinación de cloruros con el método de Mohr Para la determinación de cloruros, se utilizará uno de los métodos más utilizados que es el método de Mohr, que utiliza una solución de nitrato de plata con ayuda de un indicador el cual es cromato de potasio, este método de determinación es un método químico en el cual se fundamenta en la reacción del ion Ag+ y el anión Cl-, en el caso de los cloruros. En el proceso de titulación se conocerá que la determinación se basa en la aparición de un color rojo ladrillo, por la reacción de indicador y el catión Ag +, ya que la reacción Ag+ y Cl- produce un color blanco, que no es muy apreciado por observación directa, por eso se utiliza el cromato, como indicador en esta reacción. También para la determinación de cloruros, se tendrá en cuenta que se debe utilizar una pequeña cantidad de indicador y la vez en una concentración muy pequeña, ya que si la concentración del indicador es muy alta aportara un dato erróneo en la concentración de los aniones presentes, en este caso de cloruros. Es por esta razón la importancia de tener un blanco a la hora de realizar la titulación.

La determinación de cianuros con el método de Liebig Existen varios métodos utilizados en la identificación de cianuro libre, entendiéndose como tal al cianuro disociado en solución, generalmente para asegurar esto se trabaja con un

pH bastante alcalino (pH=10-14) para evitar la presencia de HCN. El método de Liebig es un método de valoración directa de iones CN-, en el cual se emplea el AgNO 3 como titulante, dicho método constituye un ejemplo del procedimiento de detección del punto final que se basa en la aparición de una fase solida constante. Cuando se adiciona solución de AgNO 3 sobre una solución de un cianuro se forma un complejo altamente estable e incoloro. En el método de Liebig-Deniges se encuentra el uso de KI como indicador para poder observar el punto final de la valoración. Este método da como resultado la formación de dos complejos antes mencionados. Se inicia la valoración añadiendo AgNO 3; se formarán en un primer momento iones dicianoargentato. +¿+ Na( Ag(CN )2 ) AgN O3 +2 NaCN → NaN O3¿ 3.2-

Procedimiento experimental: MATERIALES     

1 Vasos de precipitado 1 Bureta 1 Pizeta con agua destilada 1 Matraz de Erlenmeyer Reactivos: 1. Nitrato de plata AgNO3 0.1N 2. Cloruro de sodio NaCl 3. Cianuro de sodio NaCN 1ml/ml  Indicadores 1. Cromato de potasio K2CrO4 2. Yoduro de potasio KI 10%

PROCEDIMIENTO I: A. Valoración de la solución AgNO3 1. Pesar 0.2 gr de NaCl , disolver con 30 ml de H 2O dest.; añadir unas 6 gotas de K2CrO4 2. Titular con solución de AgNO3 preparada.

Figura 3. Disolución del NaCl

Realizamos la titulación con AgNO3.

Figura 4. Procedimiento Cambio de amarillo pálido a undecolor marrón titulación A. anaranjado B. Análisis de una muestra 1. Tomar 80 ml de agua potable y añadir el indicador K2CrO4. 2. Proceder a titular con solución AgNO3 valorada.

Realizamos la titulación con AgNO3

Figura 5. Procedimiento de titulación B.

Cambio de amarillo pálido a un color rojo ladrillo PROCEDIMIENTO II: A. Valoración de la solución AgNO3 Pesar 1 gr de NaCN Q.P/lt soluc. 1. Tomar 25 ml de solución, añadir unas gotas de KI 10% que actúa como indicador y titular con la solución de AgNO3 preparada.

Figura 6. Toma de la solución.

Realizamos la titulación con AgNO3

Figura 7. Titulación A del Cambio de incoloro procedimiento II. a un color parecido a la limonada B. Análisis de muestra – Determinación de cianuro libre 1. Tomar 25 ml de la solución problema. 2. Añadir unas gotas de KI 10%. 3. Titular con la solución de AgNO3 valorada.

Figura 8. Titulación B del procedimiento II. Cambio de incoloro a un color parecido a la limonada

3.3-

Cálculos y resultados:

3.1.

DETERMINACION DE CLORUROS METODO DE MOHR 3.1.1.

w =N∗V m

VALORACION DEL AgNO3

V AgNO 3=35 ml y 0,2 g de NaCl puro

¿ Eq — gr AgNO 3=¿ Eq — gr NaC l

N = 0, 097N

3.1.2. VALORACION DE NaCl:

V AgNO 3=32.9 ml y 0.2 gr de NaCl impuro ¿ Eq — gr AgNO 3=¿ Eq — gr NaC l

N∗V =

W 58.7

W =0.18733 gr %NaCl= 3.2.

0.18733 =93.665 0.2

DETERMINACION DE CIANUROS: 3.2.1 VALORACION DEL AgNO3 −3

V AgNO 3=9.5 ml ,V NaCN =25 ml y W NaCN =25∗10 2CN + Ag → Ag(CN )2 θ=0.5 ¿ Eg−grAgN O3=¿ Eg−grNaCN N∗V =

W M θ

N=0.02685 N 3.2.2

VALORACION DE NaCN

V AgNO 3=3.4 ml y W NaCN =25∗10−3

¿ Eg−grAgN O3=¿ Eg−grNaCN N∗V =N∗V −3 −3 34∗10 ∗0.02685=N NaCN∗25∗10 N NaCN =0.00365 N=M ∗θ M =0.0073 M n M= V −4 n=1.82∗10 w=n∗M %NaCN =35.67

CONCLUSIONES Se puede concluir que las valoraciones con Ag permiten determinar los iones cloruro presentes en muestras de agua, es decir, presentan ciertas similitudes con las valoraciones por formación de complejos, pero a diferencia de estas últimas las primeras cuentas con métodos que son de gran ayuda a la hora de realizar el respectivo análisis. Cuando se trata de volumetría con formación de compuestos complejos, la solución valorante viene a ser el compuesto orgánico EDTA, aunque existen alternativas, el más usado es este y existen métodos tanto directos como indirectos para las respectivas determinaciones. En la primera parte del procedimiento experimental, a la solución neutra de cloruros se le agregó el indicador cromato y con la solución valorada de AgNO 3 se logró la precipitación de cloruros de plata. Es la reacción con el cromato lo que permite reconocer el punto final porque la solución adquiere una coloración pardo rojiza. En la segunda parte se dio la determinación de cianuros en la cual se empleó como indicador al yoduro de potasio. El punto final se pudo identificar con el cambio de color a un amarillo limonada. Para la parte uno se determinó que la concentración de … era … por lo que … En la segunda parte se obtuvo una concentración de …para el … entonces…. Recomendaciones Ser cuidadosos al manipular las diferentes sustancias. Por eso, se recomienda usar todos los implementos de seguridad posibles para evitar posibles circunstancias de riesgo. La precisión es fundamental en las titulaciones por lo que se debe observar con cautela el volumen gastado para cada caso.

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Lavar los instrumentos y manipularlos adecuadamente para trabajar en condiciones óptimas.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Fuentes primarias:

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