DETERMINACION DEL COBRE

1. OBJETIVO:

Determinar la concentración de cobre.

2. FUNDAMENTO TEORICO:

La Química analítica es el estudio del producto químico de composición natural y artificial de materiales. semejante a otras disciplinas secundarias importantes de la química, por ejemplo química inorgánica y química orgánica, la química analítica no se restringe a ningún tipo particular de compuesto químico o reacción.

En química, el análisis cuantitativo es la determinación de la abundancia absoluta o relativa (expresada a menudo como concentración) de uno, de varios o todo el detalle de sustancias presentes en una muestra.

El término “análisis cuantitativo” es de uso frecuente en la comparación (o el contraste) con el “análisis cualitativo”, que busca la información sobre la identidad o la forma de presente de la sustancia.

En el análisis volumétrico la cantidad de sustancia que se busca se determina de forma indirecta midiendo el volumen de una disolución de concentración conocida, que se necesita para que reaccione con el constituyente que se analiza o con otra sustancia químicamente equivalente. El proceso de adición de un volumen medido de la disolución de concentración conocida para que reaccione con el constituyente buscado, se denomina valoración. La disolución de concentración conocida es una disolución patrón, que puede prepararse de forma directa o por normalización mediante reacción con un patrón primario. El punto final de la valoración se aprecia por un cambio brusco de alguna propiedad del sistema reaccionante, estimado mediante un indicador; este cambio debería presentarse idealmente en el momento en que se haya añadido una cantidad de reactivo equivalente a la de sustancia buscada, es decir, en el punto estequiométrico de la reacción.

DISOLUCION PATRON:

Cualquier disolución cuya concentración sea exactamente conocida es una disolución patrón. Pueden prepararse estas disoluciones por dos métodos distintos.

METODO DIRECTO:

Se disuelve una cantidad exactamente pesada de soluto, de composición definida y conocida, y se lleva la disolución a un volumen conocido en un matraz volumétrico; la concentración se calcula a partir del peso y volumen conocidos. Pata que pueda aplicarse este método el soluto debe ser una sustancia patrón primaria. Este método es especialmente adecuado para la preparación de disoluciones patrón de concentración predeterminada, como exactamente 0.1000 N, o disoluciones que tienen una equivalencia exacta expresada en términos de un constituyente determinado y especificado que se va a determinar.

METODO INDIRECTO:

Gran parte de los compuestos que se utilizan como reactivos valorantes no pueden considerarse como patrones primarios, por lo que sus disoluciones no pueden prepararse por el método directo. Por sus disoluciones se preparan medidas aproximadas del peso y del volumen y después se normalizan determinando el volumen exacto de disolución necesario para valorar una cantidad exactamente pesada de un patrón primario. La concentración exacta se determina luego a partir del volumen de disolución gastado del peso del patrón primario y del peso equivalente que corresponde a la reacción de valoración.

El yodo es soluble en agua en la proporción de 0.001 moles por litro a la temperatura ambiente. Sin embargo, en presencia de yoduros solubles, como el de potasio, aumenta su solubilidad por formación del complejo triyoduro.

I 2+ I−→ I3−

El ion triyoduro constituye la especie principal que existe en las disoluciones de “yodo”, tanto en las utilizadas como reactivo valorante en métodos directos, como en las formadas por oxidación del ion yoduro en métodos indirectos (por conveniencia en la representación de las ecuaciones, se escribirá normalmente I2 en lugar del complejo, I3)El potencial normal del sistema.

I 3−+2e↔3 I− Eº=+0 .536v

Lo hace muy utilizable en volumetría. Los oxidantes fuertes oxidan el yoduro a triyoduro y los reductores fuertes reducen el triyoduro a yoduro. Por esta razón los métodos se dividen en dos grupos:

YODIMETRIA:En que se utiliza una disolución patrón de yodo para valorar reductores fuertes, normalmente en disolución neutra o débilmente acida.

YODOMETRIA:En que los oxidantes se determinan haciéndolos reaccionar con un exceso de yoduro; EL yodo liberado se valora en disolución débilmente acida con un reductor patrón, como tiosulfato o arsenito sódicos; el primero de estos compuesto se utiliza con más frecuencia.

3. MATERIALES Y EQUIPOS:

Vaso de precipitado Embudo simple Erlenmeyer Agitador Soporte universal Pinza de bureta Bureta Probeta Pipeta propipeta

4. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL:

Muestra Cu, Fe + NH3 Se adiciona H2SO4 3 mL Agregamos NH4F 10%

Muestra Adicion de KI 20% Color marron toffe

Se observa el precipitado Empieza la titulación Adición del almidón

Se va aclarando la solución Muestra final

5. DATOS Y GRAFICOS:

5.1 DATOS:

5.1.1 Datos Bibliográficos:

Tabla Nº 1ELEMENTO SIMBOLO NUMERO ATOMICO PESO ATOMICOOXIGENO O 8 15.9994 ± 0.0001POTASIO K 19 39.102 ± 0.005

YODO I 53 126.9044 ± 0.0005Análisis Cualitativo, Ray Brumblay, apéndice VII

5.1.2 Datos Experimentales:

Tabla Nº 2Nº GRUPO VOLUMEN DE Na2S2O3 EN

LA ESTANDARIZACIONVOLUMEN DE Na2S2O3 EN

LA DETERMINACION DE Cu1* 7.80 ± 0.02 mL 17.22 ± 0.02 mL2 8.10 ± 0.02 mL 17.50 ± 0.02 mL3 7.50 ± 0.02 mL 16.50 ± 0.02 mL

* Nuestras mediciones corresponden al grupo 1

5.2 PROCESAMIENTO DE DATOS

5.2.1 Estandarización de la solución de Na2S2O3:

Calculo de las masas molares:

MKIO3 = (39.102 ± 0.005) + (126.9044 ± 0.0005)+3*(15.9994 ±0.0001)MKIO3 = (39.102 +126.9044 + 47.9982) ± (0.005 + 0.0005 + 0.0003)MKIO3 = 214.0046 ± 0.0058 g/molMKIO3 = 214.005 ± 0.006 g/mol

MKI = 166.0064 ± 0.0055 g/mol

MKI = 166.006 ± 0.006 g/mol

MI3 = 380.7132 ± 0.0015 g/mol

Se mezclan 10.0 mL de solución de KIO3 (2.500 g/L) con 1.5 g de solución de KI (20% en masa). Luego se agrega 1.0 mL de HCl (6 N ), ocurriendo:

IO3−+8 I−+6H+ ↔3 I 3

−+3H2O

nIO3=

(2 .500±0 .001) g/L∗(0 .0100±0 .0002)L(214 .0046±0.0058 )g /mol

nIO3

−=0 .0001168±∈ .mol

∈=0 .0001168(0 .0012 .500

+ 0 .00020 .0100

+0 .0058214 .0046

)

∈=0 .0001168(0 .0004+0.02+0 .000027 )∈=0 .0000023

nIO3

−=(1 .168±0.023 )¿10− 4mol

nIO3

−=(1 .17±0 .02 )∗10−4mol

nI−=

(0.20 )(1.5±0 .2) g(166 .0064±0 .0055) g/mol

nI−=0 .00180±0 .00023mol

nI−=0 .0018±0 .0002mol

Se observa que el reactivo limitante es el KIO3, por lo tanto se tiene la siguiente relación estequiométrica:

nI3−=3∗n

IO3−

Luego de titular él I 3−

con Na2 S2O3en presencia de almidón, en el punto de equilibrio se tiene:

2S2O32−+ I 3

−↔S4O62−+3 I− (θ I3

−=2)

¿eq ( S2O3−)=¿eq ( I 3− )

N (S2O32− )∗V ( S2O32−)=nI 3−∗θ

I3−

N (S2O32− )=3∗n

IO3−∗θ

I3−

V (S2O32− )

N (S2O32− )=3 (1 .168±0 .023 )∗10

−4∗2

(7 .80±0 .02)∗10−3 L

N (S2O32− )=(0 .08984±0.00198 ) N

N (S2O32− )=(0 .0898±0 .0020 )N

Análogamente para los demás grupos:

Tabla Nº 3Nº GRUPO NORMALIDAD DE Na2S2O3

1 0.0898 ± 0.0020 N2 0.0865 ± 0.0018 N3 0.0934 ± 0.0020 N

5.2.2 Determinación de la concentración de Cobre en la muestra:

Después de la preparación del analito, se procede a reducir el cobre con 7.5 mL de una solución de KI (20%)(Esta solución de KI se adiciona en exceso)

2Cu2++3 I−↔2Cu++ I 3− (θ

I−=23

)

¿eq (Cu2+ )=¿eq ( I− )

¿eq (Cu2+ )=nI−∗θ

I−nI−=3∗n

I 3−

¿eq (Cu2+ )=3∗nI 3−∗23

Luego se titula el I 3−

en presencia de almidón con Na2 S2O3 , obteniéndose en el punto de equilibrio:

2S2O32−+ I 3

−↔S4O62−+3 I− (θ I3

−=2)

¿eq ( S2O3−)=¿eq ( I 3− )

¿eq ( S2O3−)=nI 3−∗θ

I3− =n

I3− ¿2

¿eq ( S2O3−)=¿eq (Cu2+ )

N (Na2 S2O3)∗V (Na2 S2O3)=CCu2+∗V

Cu2+ ¿θCu2+

CCu2+=

N (Na2 S2O3 )¿V (Na2S2O3 )V

Cu2+ ¿θCu2+

CCu2+=

(0 .08984±0 .00198)n(17 .22±0 .02)mL(10.0±0 .2)mL∗(1)¿

eq /mol¿

CCu2+=0 .1547±0 .0066

CCu2+=0 .155±0 .007mol /L

Análogamente para los demás grupos:

Tabla Nº 4Nº GRUPO CONCENTRACION DEL Cu

1 0.155 ± 0.007 mol/L2 0.151 ± 0.006 mol/L3 0.154 ± 0.006 mol/L

5.3 RESULTADOS Y TRATAMIENTO ESTADISTICO

5.3.1 Estandarización de la solución de Na2S2O3:

Antes de comenzar en si el tratamiento estadístico, se debe de realizar el TEST Q a los datos, para analizar la permanencia de estos en los posteriores cálculos.

El primer paso al comenzar a usar el TEST Q, es el de ordenar en forma creciente los datos:

7.50 7.80 8.10

El valor más bajo es 7.50 y el rango viene dado por:R=8.10 – 7.50

Por lo tanto para la primera prueba se obtiene:

7 .80−7 .508 .10−7 .50

=0 .5<0.94 Q0 .9 Para 3 datos

Por lo tanto se acepta el valor más bajo.

El valor más alto es 8.10, con el rango dado anteriormente:

8 .10−7 .808 .10−7 .50

=0 .5<0.94 Q0 .9 Para 3 datos

Por lo tanto se acepta el valor más alto.

Como la serie esta corregida, y esta cuenta con los mismos valores; proseguimos con el tratamiento estadístico.

Ahora se calcula la media y la desviación estándar:

La media es:

X=7 .50+7 .80+8 .103

=7 .800

La desviación estándar es:

s=√ (7 .50−7 .800 )2+ (7 .80−7 .800 )2+(8 .10−7 .800)2

3−1=0 .300

Ahora se determina el intervalo de confianza utilizando el método de la “t de student”.

El valor de t para intervalos de confianza del 95% para 2 grados de libertad (grados de libertad = n-1).

El valor de t es 4.303 y el intervalo de confianza es:

μ=X± t∗s√n

=7 .800±( 4 .303 )(0 .30 )

√3

μ=7 .800±0.745 mL

μ=7 .80±0 .74 mL

Ahora se determina la concentración del Na2 S2O3

N (S2O32− )=3∗n

IO3−∗θ

I3−

V (S2O32− )

N (S2O32− )=3 (1 .168±0 .023 )∗10

−4∗2

(7 .800±0 .745 )∗10−3L

N (S2O32− )=(0 .08984±0.05256 ) N

N (S2O32− )=(0 .0898±0 .0526 ) N

5.3.2 Determinación de la concentración de Cobre en la muestra:

Antes de comenzar en si el tratamiento estadístico, se debe de realizar el TEST Q a los datos, para analizar la permanencia de estos en los posteriores cálculos.

El primer paso al comenzar a usar el TEST Q, es el de ordenar en forma creciente los datos:

16.50 17.22 17.50

El valor más bajo es 15.70 y el rango viene dado por:R=17.50 – 16.50

Por lo tanto para la primera prueba se obtiene:

17 .22−16 .5017 .50−16 .50

=0.72<0 .94 Q0 .9 Para 3 datos

Por lo tanto se acepta el valor más bajo.

El valor más alto es 17.22, con el rango dado anteriormente:

17 .50−17 .2217 .50−16 .50

=0.28<0 .94 Q0 .9 Para 3 datos

Por lo tanto se acepta el valor más alto.

Como la serie esta corregida, y esta cuenta con los mismos valores; proseguimos con el tratamiento estadístico.

Ahora se calcula la media y la desviación estándar:

La media es:

X=16 .50+17 .22+17 .503

=17 .073

La desviación estándar es:

s=√ (16 .50−17 .073 )2+ (17 .22−17 .073)2+(17 .50−17.073)2

3−1=0 .515

Ahora se determina el intervalo de confianza utilizando el método de la “t de student”.

El valor de t para intervalos de confianza del 95% para 2 grados de libertad (grados de libertad = n-1).

El valor de t es 4.303 y el intervalo de confianza es:

μ=X± t∗s

√n=17 .073±

( 4 .303 )(0 .515 )

√3

μ=17 .073±1 .279 mL

μ=17 .07±1 .28 mL

Ahora se determina la concentración del Cu2+

CCu2+=

N (Na2 S2O3 )¿V (Na2S2O3 )V

Cu2+ ¿θCu2+

CCu2+=

(0 .08984±0 .05256)∗(17 .073±1.279 )mL(10 .0±0 .2 )mL∗(1)¿

eq /mol¿

CCu2+=0 .1533±0 .0904

CCu2+=0 .153±0 .090mol/L

6. OBSERVACIONES

La titulación yodométrica no se puede realizar en medio alcalino, debido a que el yodo reacciona con los alcalis.

El exceso de KI es indispensable para diluir I2 y evitar la volatilización.

Se podría titular sin el uso de un indicador, pero no se tendría la noción del punto de equivalencia, por eso se utiliza un reactivo sensible al yodo, una solución de almidón.

La solución de almidón debe agregarse cuando se haya disminuido la concentración de yodo en la solución a titular, en caso contrario se formaría un fuerte complejo insoluble en agua obligando a sobre titular la solución normal.

Para la titulación debe trabajarse con una temperatura adecuada debido a que si es muy elevada disminuye la sensibilidad del almidón como indicador.

En las soluciones acidas la luz acelera la reacción secundaria de oxidación de iones I- a I2 con el oxigeno del aire:

4 I- + 4 H+ + O2 2 I2 + 2 H2O

El punto de equivalencia final puede determinarse potencio métricamente.

7. CONCLUSIONES, ANALISIS Y DISCUSION DE RESULTADOS

El método Yodométrico cuenta con una gran precisión, relacionada con la alta sensibilidad del indicador, la concentración mínima de yodo libre que puede ser detectada es del orden de 1.10-5, lo que hace que sea tan preciso.

También es posible el uso de tetra cloruro de carbono como indicador, debido a que este disuelve al yodo y es visible en concentraciones bajas.

En comparación con el método de tratamiento estadístico, se obtuvo menos error con el método normal debido a que se considera mayor cantidad de incertidumbres en los cálculos (masa molar, volumen, etc).

La incertidumbre en el cálculo de la estandarización de Na2S2O3, tienen los mismos valores para todos los grupos debido a que se considero incertidumbres iguales para los instrumentos y la misma cantidad de yodato.

Sin embargo en el cálculo del valor de la concentración de Na2S2O3 los diferentes valores obtenidos pueden considerarse a factores como errores de medición, las distintas interpretaciones en el cambio de color en el punto de equivalencia (debido almidón).

Los valores obtenidos son comparables debido a que los resultados son aproximados, en consecuencia diremos que la concentración de cobre es de 0,2 m.

8. APLICACIONES

ANALISIS DE RESIDUOS DE SULFITOS EN CAMARON ENTERO

La melanosis consiste en una coloración negruzca sobre la cutícula del camarón. Se produce por la reacción enzimática de la polifenol oxidasa (PFO) al oxidarse los compuestos fenoliticos en quinonas. La melanosis se presenta en todas las especies de camarones.

La PFO se activa 18 a 20 horas después de la muerte del camarón. La melanosis se extiende sobre el camarón desde la cabeza hasta la cola, ramificándose por las extremidades. Este proceso es semejante al bronceado de a piel humana cuando es expuesta a la luz solar.

Para que se desarrolle melanosis debe existir la PFO, un ambiente de ph alto, una alta temperatura y la exposición a la luz y oxigeno molecular.

Un método empleado para la prevención de melanosis es el tratamiento con meta bisulfito de sodio (MBS).

PROCEDIMIENTO:Obtener una muestra de 50 a 60 gramos de camarón tratado con MBS, es preferible que la muestra sea del tejido de la cola y sin el exoesqueleto.

Macerar durante 10 minutos en un beaker con 100 ml de agua destilada y tapar con papel aluminio para agitar intermitentemente la mezcla, dejar reposar durante 10 minutos. Esto es con la finalidad de obtener una solución acuosa disponible de sulfitos que están retenidos en el tejido.

Obtener 10 ml de la mezcla y vaciar en un beaker de 250 ml, a esto se adicionan 1.4 ml de acido clorhídrico y 1 ml de almidón al 1%.

Se titula la solución anterior con yodo 63N hasta obtener un cambio de color azul que se mantiene durante 20 segundos, lo cual indica el final de la valoración.

Se anota el yodo que se ha consumido para lograr la titulación y se utiliza la siguiente fórmula para determinar la concentración de sulfitos.

consumode yodo∗0 .5∗100∗1000

peso gramosdemuestra

∗100=ppmSO2

REACTIVOS: Yoduro de yodato 63N

Solución de almidon al 1% Solución de acido clorhídrico 1N Bureta 25 ml Beaker 250 ml Probeta 100 ml Agua destilada Pipetas 5, 10,1 ml

COMENTARIO:

El método de la yodometria aplicado en este laboratorio no solo sirve para la determinación de cobre en minerales o aleaciones, sino también para la detección de otras sustancias.

Para el caso de esta aplicación, el método de la yodometria determinara la presencia de sulfitos en los tejidos de los camarones que presentan melanosis.

El procedimiento de la yodometria consiste en la titulación de una muestra de camarón macerada con yodo.

Este procedimiento se fundamenta en que el acido clorhídrico hace disponible el azufre, haciendo que el yodo reaccione con el azufre libre en la solución, al consumirse todo el azufre disponible, el yodo reacciona con al almidón generando una coloración azul, el cual indica el final de la titulación.

Este método no es muy preciso en la detección de sulfitos a comparación con el método de Monier – Willians, pero la desventaja de este último método radica en que requiere de un mayor tiempo de proceso.

9. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

V. N. Alexeiev – Análisis Cuantitativo – editorial Mir Moscú – UR SS – 1976 – pág.: 406 – 412

J. G. Dick – Química Analítica – editorial McGraw – Hill .Inc – México – 1979 – pág.: 63 – 70

Arthur I. Vogel – Química Analítica Cuantitativa – editorial Kapelusz – Argentina – 1960 – pág.: 457 – 462

http://zamo-oti-02.zamorano.edu/tesis_infolib/2002/T1448.pdf