QUÍMICA ANALÍTICA EXPERIMENTAL III (1802)

DEPARTAMENTO DE QUÍMICA ANALÍTICA FACULTAD DE QUÍMICA

ESTABLECIMIENTO DE LA TRAZABILIDAD DE LAS MEDICIONES DE HIERRO EN ALEACIONES DE COBRE POR EL MÉTODO ASTM E478-03. OBJETIVO: Asegurar la trazabilidad al SI de las determinaciones espectrofotométricas de Fe(II) por el método ASTM E478-03. PRINCIPIOS: Se entiende por trazabilidad a la propiedad del resultado de una medida o del valor de un estándar que se puede relacionar con referencias específicadas, generalmente estándares nacionales o internacionales, a través de una cadena ininterrumpida de comparaciones todas con incertidumbres determinadas. [1] En este experimento se utilizarán las disoluciones de reserva que se emplean para preparar las disoluciones patrón de calibración del método espectrofotométrico, para la determinación de Fe(II) mediante titulaciones con EDTA a pH= 2.5, empleando ácido sulfosalicílico o tiocianato de potasio como indicadores de fin de reacción. Posteriormente se calcularán las incertidumbres asociadas a la concentración de Fe(II) para poder definir una cadena de trazabilidad.

METAS: • Determinar la concentración de Fe(II) por titulación con EDTA, en las disoluciones de reserva empleadas para preparar las disoluciones patrón de calibración del método espectrofotométrico de determinación de hierro en aleaciones de cobre (método ASTM E47803) • Normalizar disoluciones de EDTA de diferentes concentraciones empleando un patrón primario de cinc. • Realizar titulaciones complejimétricas: de zinc con EDTA utilizando eriocromo negro T y de Fe(II) usando ácido sulfosalicílico o tiocianato de potasio como indicadores de fin de reacción, a pH´s regulados. • Calcular la incertidumbre sobre la concentración de Fe(II) en las disoluciones patrón de calibración del método espectrofotométrico ASTM E478-03. ENUNCIADO DEL PROBLEMA: ¿Cuáles son los límites de confiabilidad y la incertidumbre de las mediciones sobre la concentración de Fe(II) con EDTA que realizarás experimentalmente, con las cuales podrás definir la cadena de trazabilidad sobre las mediciones realizadas en las disoluciones de reserva empleadas para preparar las disoluciones patrón de calibración del método espectrofotométrico? FUENTES DE INFORMACIÓN . Consultar: • Ramette R.W. Equilibrio y Análisis Químico. Fondo Educativo Interamericano, México, 1981 p.62-66 PREGUNTAS Y EJERCICIOS PREVIOS 1. Revisar lo referente a patrón primario, secundario. Averiguar si el EDTA puede considerarse como reactivo patrón primario y qué condiciones debe satisfacer el zinc para ser patrón primario. Consultar Vogel. [2]

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EQUIPO MATERIAL Y REACTIVOS MATERIALES 1 Propipeta 1 Balanza analítica 2 matraces volumétricos de 1000 mL 1 matraz volumétrico 250 mL 1 Espátula 1pipeta volumétrica de 10 mL 1 Pizeta 1 vidrio de reloj 1 Pipeta volumétrica de 5.0 mL 1 Pipeta volumétrica de 10.0 mL 4 Vasos de precipitados de 100 mL 1 Pipeta graduada de 5 mL 1 Bureta de 10 mL con pinza 1 Bureta de 25 mL con pinza 6 matraces Erlenmeyer de 125 mL

REACTIVOS Cloruro de amonio R.A. Zinc en polvo R.A. Sal disódica del EDTA R.A. Amoniaco conc. R.A. Mezcla de eriocromo negro /KCl al 1% Disolución de ácido sulfosalicílico al 2% en agua destilada HCl 5 M NaOH 1 M Rojo de metilo Disolución de Fe(III) 0.01 M Glicina R.A.

PREPARACIÓN DE LAS DISOLUCIONES I Preparación de la disolución patrón primario de Zinc 0.01M 1. Descapar 1g de zinc puro granulado, con una disolución diluida de ácido clorhídrico para eliminar la capa superficial de óxido. Se enjuaga con agua, con alcohol y con acetona, se deja secar. En un vaso de precipitados de 100 mL, limpio y seco, pesar con precisión, aproximadamente 0.16g de zinc puro granulado. Añadir 6 mL de HCl 6N y tapar el vaso con un vidrio de reloj. Esperar hasta que todo el zinc se disuelva. Levantar el vidrio de reloj con precaución e incorporar en el mismo vaso de precipitados, las salpicaduras de la disolución de ataque, enjuagando con un chorrito de agua destilada de la piseta. Hacer lo mismo con las paredes del vaso, con una pequeña cantidad de agua destilada. Transferir el contenido del vaso de precipitados a un matraz volumétrico de 250.0 mL, enjuagar el vaso con por lo menos dos porciones de agua destilada y agregarlas al matraz volumétrico. 2. Antes de llevar hasta la marca del aforo con agua destilada, añadir una o dos gotas de rojo de metilo y NaOH gota a gota hasta el cambio de color del indicador. No agregar sosa en exceso. En este momento, es posible que la disolución presente turbidez, lo cual es normal. Agregar 15 mL de disolución amortiguadora de pH 10 constituida por NH4Cl / NH3 agitar hasta que la turbidez desaparezca y completar hasta la marca de aforo con agua destilada. 3. Preparar un blanco de reactivos de todo el procedimiento descrito en los incisos anteriores, emplear las mismas cantidades de todos los reactivos utilizados excepto el zinc.

II Preparación y Normalización de una disolución de EDTA 0.01 M 1. En un vaso de precipitados de 100 mL, limpio y seco, pesar 0.94 g de la sal disódica del EDTA , disolver en 30 mL de agua destilada y transferir el contenido del vaso de precipitados a un matraz volumétrico de 250.0 mL, enjuagar el vaso con dos porciones de agua destilada e incorporar cada enjuague al matraz volumétrico. Llevar hasta la marca del aforo con agua destilada. Homogeneizar la disolución. 2. Enjuagar una bureta limpia con una pequeña porción de la disolución de EDTA por normalizar, descartar el enjuague y llenar con la misma disolución. Cerciorarse que no persistan burbujas de aire en el cuerpo de la bureta ni tampoco en la punta después de la llave.

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3. Tomar 5.0 mL de la disolución patrón de cinc 0.01 M, con la pipeta volumétrica y transferirlos a un matraz Erlenmeyer de 125mL. Agregar 3mL de disolución amortiguadora de pH=10 (NH4Cl/NH3), 50mL de agua destilada y el indicador eriocromo negro T. Proceder a titular con la disolución de EDTA hasta observar el vire del indicador. Realizar el proceso por triplicado. 4. Repetir el procedimiento anterior empleando 5.0 mL de la disolución “blanco de reactivo” preparada en la sección I, inciso (3).

III Preparación y Normalización de una disolución de EDTA 0.001 M Preparar por dilución de la disolución de EDTA 0.01 M otra de concentración 0.001 M y normalizarla con una disolución de cinc que también se prepara por dilución de la disolución de cinc. 0.01 M, siguiendo un procedimiento similar al propuesto en la sección II inciso (3). Nota: La disolución stock de reserva de Fe(II) que se emplea para preparar las disoluciones patrón -3 de calibración del método espectrofotométrico, tiene una concentración aproximada de 2 x 10 M, razón por la cual, se debe trabajar con disoluciones de zinc y de EDTA del mismo orden de concentración, para disminuir los errores asociados con el gasto del volumen consumido en la titulación empleando una bureta apropiada.

Preparación de una disolución amortiguadora de amonio/amoniaco 9.7M, y pH= 10


En un vaso de 100 mL pesar y disolver 16.9 g de cloruro de amonio R.A., transferir el contenido del vaso de precipitados a un matraz volumétrico de 250.0 mL, enjuagar el vaso con dos porciones de agua destilada y cada enjuague incorporarlo al matraz volumétrico. Adicionar en el mismo matraz volumétrico, 143 mL de amoniaco concentrado, llevar hasta la marca del aforo con agua destilada. Homogeneizar la disolución.

IV Preparación del indicador eriocromo negro T


En un mortero se prepara una mezcla al 1% de eriocromo negro T con KCl sólido.

V Preparación del indicador ácido sulfosalicílico


Se prepara una disolución al 2.0% p/v del reactivo en agua.

VI Preparación de una disolución amortiguadora de glicina 2M, pH = 2.5


En un vaso de 100 mL pesar y disolver 37.5 g de glicina R.A. Con la ayuda de un potenciómetro previamente estandarizado, llevar el pH de la disolución a 2.5 por adición de HCl 5M. Transferir el contenido del vaso de precipitados a un matraz volumétrico de 250.0 mL, enjuagar el vaso con dos porciones de agua destilada y cada enjuague incorporarlo al matraz volumétrico, llevar hasta la marca del aforo con agua destilada. Homogeneizar la disolución.

VII Preparación de una disolución de tiocianato de potasio al 15 % p/v


En un vaso de precipitados de 100 mL pesar y disolver 15.0 g del reactivo en agua y llevar a 100.0 mL con agua destilada.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL A continuación se desarrollarán tres actividades (A, B y C), las dos primeras tienen como finalidad que el estudiante se familiarice con el vire de los indicadores de fin de reacción (ácido sulfosalicílico o tiocianato de potasio), empleados en la titulación de Fe(III) con EDTA. Se trabajará con una concentración de Fe(III) 0.01M, superior a la del experimento C, con el fin de que se aprecie claramente el vire de los indicadores. En la actividad C, se realizará la titulación de Fe(II)

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(previamente se oxida el Fe(II) a Fe(III) con peróxido de hidrógeno) proveniente de la disolución stock de reserva para la preparación de las disoluciones de calibración del método espectrofotométrico. Principio El ácido sulfosalicílico o el tiocianato de potasio se pueden emplear como indicadores incoloros en la titulación de Fe(III) con EDTA, debido a que son reactivos que forman complejos muy coloridos con el Fe(III) ( rojo vino con el ácido sulfosalicílico y rojo sangre con el tiocianato de potasio), el vire de los indicadores se observa cuando hay un cambio de color del rojo vino o rojo sangre al amarillo pálido que es el color del complejo Fe(III)-EDTA. Actividad A: Titulación control de Fe(III) con EDTA empleando ácido sulfosalicílico como indicador de fin de reacción


En un matraz Erlenmeyer de 125 mL colocar 5.0 mL de una disolución de Fe(III) 0.01 M, agregar 5 mL de disolución amortiguadora de glicina 2M y pH=2.5, 50 mL de agua destilada, calentar a aprox. 60°C durante cinco minutos, adicionar cinco gotas de indicador de ácido sulfosalicílico al 2% y titular con disolución normalizada de EDTA 0.01 M, hasta vire del indicador al amarillo.

Actividad B: Titulación control de Fe(III) con EDTA utilizando tiocianato de potasio como indicador


En un matraz Erlenmeyer de 125 mL colocar 5.0 mL de una disolución de Fe(III) 0.01 M, agregar 5 mL de disolución amortiguadora de glicina 2M y pH=2.5, , 50 mL de agua destilada, calentar a aprox. 60°C durante cinco minutos, adicionar cinco gotas de indicador de tiocianato de potasio al 15% y titular con disolución normalizada de EDTA 0.01 M, hasta vire del indicador al amarillo.

Actividad C: Titulación de Fe(II) en la disolución stock de reserva empleada para preparar las disoluciones patrón de calibración del método espectrofotométrico.


En un matraz Erlenmeyer de 125 mL colocar 10.0 mL de la disolución stock de reserva de Fe(II), (conc. aproximada 2x10-3 M) agregar 5 mL de disolución amortiguadora de glicina 2M y pH=2.5, adicionar 3 mL de agua oxigenada al 7.5% hervir durante cinco minutos, lavar las paredes del matraz con agua destilada, incluir 5 mL de buffer de glicina 2 M pH = 2.5 y 1 mL de disolución de ácido sulfosalicílico al 2%, 50 mL de agua destilada y titular con disolución normalizada de EDTA 0.001 M, hasta vire del indicador al amarillo. Realizar el experimento por sextuplicado.

CUESTIONARIO 1. Anotar los resultados experimentales y concluir sobre las actividades realizadas. 2. Calcula las incertidumbres sobre las concentraciones en las determinaciones realizadas. 3. Propón una cadena de trazabilidad de las mediciones realizadas sobre las disoluciones de reserva empleadas para preparar las disoluciones patrón de calibración del método espectrofotométrico. 4. Comparar los resultados promedio y desviaciones estándares entre los equipos de trabajo. 3+

4-

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5. Calcular la constante condicional de la reacción Fe + Y = FeY en las condiciones en las que se realiza la titulación. Se tienen los siguientes datos: logKFeY = 25.1, logβ FeHY = 1.3; para el

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3+

3+

-

EDTA: pKai = 10.2, 6.1, 2.7, 2.0; hidrólisis de Fe : Fe + iOH = Fe(OH)i logβ i = 11.2, 21.2, 3+ 28.7, 33.3. Complejos Fe /SCN : logβ j = 2.3, 4.2, 5.6, 6.4, 6.4. (HSCN se considerará ácido fuerte). Calcular la cuantitatividad de la reacción del hierro con EDTA en el punto de equivalencia y concluir sobre la validez de la titulación. Consultar el libro de Ringbom Capítulo IV, sección “Indicadores Incoloros de Metales” [3] TRATAMIENTO DE RESIDUOS Dar a los desechos el tratamiento o destino que se indique en el manual de seguridad de la Facultad de Química, o de acuerdo a las instrucciones de su profesor. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS:
[1] NMX-Z-055:1996 IMNC Metrología – Vocabulario de términos fundamentales y generales; equivalente al documento Intenational Vocabulary of Basic and General Terms in Metrology, BIPM, IEC, IFCC, ISO, IUPAC, OIML, 1993. a

Ed. p. 317 (Sección B2.




[2] VOGEL. A textbook of Quantitative Inorganic Análisis 4 Complexation Titration, Inciso X,50. Standard EDTA Solutions.




[3] Ringbom Complexation in Analytical Chemistry, Wiley, 1963 (En español: Formación de Complejos en Química Analítica, Alambra, Madrid, 1979.

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