jueves, 11 de abril de 2013

Práctica 18


Instituto Tecnológico de Estudios Superiores de Monterrey
Campus Puebla
Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas
Departamento de Biotecnología

Laboratorio de Química Experimental-Q.1014.01
Dr. Isaac Monroy
Mtro. Víctor H. Blanco

Práctica 18: INTRODUCCIÓN AL ANÁLISIS CUALITATIVO Y CUANTITATIVO. ANIONES, HUMEDAD Y CATIONES A LA FLAMA    
Equipo 7:
Laura Barba Castillo A01322562
Alejandro Larios Campos A00399515
Rodrigo E. Hernández Jiménez A01324406
Brenda Berenice Jerónimo Atanacio   A01324138

Fecha de entrega: jueves 11 de abril de 2013


Objetivo:
Ø  Analizar una solución desconocida que contenga un número selecto de aniones.
Ø  Realizar el análisis elemental de una sal desconocida.
Ø  Determinar cuantitativamente la pérdida de peso por humedad en una muestra desconocida.


Introducción
El objetivo final de un análisis cuantitativo es la determinación de la cantidad de una especie dada presente en una muestra; que ello se consiga directa o indirectamente depende del método particular que se considere. En cualquier caso, es inherente a toda determinación alguna clase de medición final a partir de la cual se deduce la cantidad de especie en cuestión. Así, el análisis cuantitativo se subdivide en grupos basados en la naturaleza de ésta medición final. Si el proceso consiste en determinar el peso de un sólido, el método se clasifica como análisis gravimétrico, si la medición consiste en la determinación de un volumen, el método pertenece al análisis volumétrico, si se mide la absorción de energía radiante el método pertenece a análisis  colorimétrico.
(Skoog  & West, 1986)

Cuando una reacción química es reutilizable en química analítica es porque origina fenómenos fácilmente observables que, de alguna manera se relacionan con la sustancia, elemento o grupo químico que se analiza, recibe el nombre de reacción analítica. Éstas reacciones pueden verificarse por vía humedad que, generalmente, tienen lugar entre iones en disolución y por vía seca que se verifican entre sólidos.

Las reacciones analíticas por vía humedad pueden clasificarse según los cuatro tipos fundamentales que se indican a continuación:

a)     Reacción acido-base. Implica transferencia de protones.
b)     Reacción de formación de complejos. Se produce una transferencia de iones o de moléculas.
c)      Reacciones de precipitación. Hay un intercambio de iones o de moléculas  y además existe la aparición de una fase sólida.
d)     Reacciones redox. Existe un intercambio de electrones.
(Martí et al, 2008)


Desarrollo

Experimento 1. Separación y Análisis cualitativo de aniones
a)    Confirmación de iones bromuro y ioduro
1.      Se añadió 10 gotas de solución conocida y/o solución problema en un tubo de ensayo.
2.      Se añadió solución HNO3 6M hasta obtener un pH 1.
3.      Posteriormente, se añadió 1 ml de Fe(NO3)3 0.1M y se agitó la mezcla.
4.      Se añadió 1ml de aceite mineral a la mezcla y se agitó utilizando un tapón de corcho para tubo de ensayo, durante 30 segundos. Se observó la presencia de iones ioduro por coloración morada de la fase de aceite mineral.
5.      Se eliminó la fase de aceite mineral utilizando una pipeta de plástico Bereal. El procedimiento se repitió hasta extraer todos los iones I-.
6.      Posteriormente, se añadió una solución de KMnO4 0.1M gota a gota hasta que la solución adquirió un color rosa permanente.
7.      Se añadió un ml de aceite mineral, se agitó la mezcla, y se confirmó la presencia de iones bromuro por la coloración marrón de la fase de aceite mineral.

b)    Separación de los haluros y confirmaciones de iones de cloruro
1. Se transfirieron 10 gotas de la solución original (Tubo 1) al tubo 2
2. Se le agregaron 5 gotas de ácido acético para que la solución tuviera pH = 3
3. 10 gotas de la solución de 0.1M AgNO3 se le agregaron al Tubo 2
4. El tubo 2 se centrifugó por 5 minutos. Figura 1
5. Se descartó el sobrenadante y al sólido se le agregaron 0.5ml de agua
6. Re repitió el paso 4.
7. Se descartó el sobrenadante de agua y se le agregaron 0.5ml de NH3 6M
8. Se repitió el paso 4.        
9. La fase líquida se depositó en el tubo 3, mientras que la fase sólida se desechó
10. El tubo 3 se trató con 1ml de solución de HNO3 6M, debido a que la solución poseía un pH=2 no se le tuvieron que agregas más gotas de HNO3

c)     Análisis de la presencia de CO32- en solución
1.      Se transfirieron 10 gotas de solución conocida y/o problema a un tubo de ensayo.
2.      Se agregaron 2ml de una solución saturada de Ba(OH)2 y 0.5 ml de solución de HNO3 6M.
3.      La mezcla se calentó en un baño de agua caliente. Y se observó la presencia de CO32- por la formación de un precipitado blanco.

d)    Análisis de la presencia de SO42- en solución
1.      Se añadieron 0.5ml de la solución del tubo 1 al tubo 7.
2.      Se agregó gota a gota una solución de ácido acético 6M hasta que el pH fue 3.
3.      Se añadieron 0.5ml de la solución de BaCl2 0.1M.

e)    Análisis de la presencia de NO31- en solución
1.      Se añadió un ml de solución conocida y/o problema a un tubo de ensayo.
2.      Se agregó Fe2SO4 (s) y 10 gotas de H2SO4 concentrado, dejando resbalar el ácido por la pared del tubo.
3.      Se observó la presencia de un anillo café en la interface. 


Experimento 2. Introducción al análisis cuantitativo. Humedad de muestra
1.      Se colocaron tres charolas de aluminio previamente marcadas en una mufla a 110°C durante 10 minutos.
2.      Se colocó una muestra de cereal en el mortero y se molió hasta logar una mezcla homogénea.
3.      Se pasaron las charolas a un desecador que contenía CaCl2, de dejaron 10 min.
4.      Después se pesó cada charola vacía y se anotó su peso.
5.      Se le agregaron 2g de cereal a cada una y se registró el peso exacto de la muestra de cereal.
6.      Se colocaron las tres charolas en la mufla durante dos horas.
7.      Una vez transcurrido el tiempo, se pesaron de nuevo las charolas, esta vez con el cereal y se anotaron los pesos.
Nota: las charolas siempre fueron manipuladas usando una pinza para crisol.

Experimento 3. Análisis de cationes a la flama
1.      Se colocaron 10 gotas de los iones Ca2+, Na2+, Ba2+, K+, Sr2+ en una placa de porcelana.
2.      Se utilizó un asa de nicromo para poner las disoluciones en la flama del mechero. Fue necesario lavar el asa con solución HCl  1:1 y agua destilada cada vez que se utilizó para observar la presencia de cationes en la flama.
3.      Se anotaron las observaciones en las tablas de resultados.


Resultados

Experimento 1. Separación y Análisis cualitativo de aniones
Tabla 1. Resultado de los iones en una sustancia conocida y las soluciones aniónica y catiónica.

Prueba
Muestra
Solución conocida
Solución Catiónica
Solución Aniónica
Bromuro
+
-
-
Ioduro
+
-
-
Cloruros
+
-
+
Carbonato
+
-
-
Sulfato
+
-
-
Nitrato
+
-
+
Fuente. Laboratorio de Química Experimental, ITESM, Campus Puebla.

Nota: La solución conocida estaba compuesta de:
·         KI
·         NaBr
·         BaCl2
·         Na2SO4
·         Na2CO3
·         Sr(NO3)2

Figura 1. Iones de cloruro
Fuente. Laboratorio de Química Experimental, ITESM, Campus Puebla.

Figura 2. Precipitado de iones de sulfato
Fuente. Laboratorio de Química Experimental, ITESM, Campus Puebla.
  



Experimento 2. Introducción al análisis cuantitativo. Humedad de muestra
Tabla 2. Tabla de pesos de la muestra y las charolas utilizadas.

Charola
Peso charola vacía
Peso exacto (inicial) de muestra de cereal
Peso después de 2h de calentamiento (charola con muestra)
1
2.21g
2.02g
4.12g
2
2.21g
2.01g
4.03g
3
2.20g
2.0g
4.11g
Fuente: Laboratorio de Química Experimental, ITESM, Campus Puebla.

Cálculo de porcentaje de humedad
·         Peso final de la muestra seca:
o   A) 1.91g
o   B) 1.82g
o   C) 1.91g
·         Porcentaje de humedad de cada una:
o   Muestra a) 5.445 %
o   Muestra b) 9.452 %
o   Muestra c) 4.50 %
Promedio de humedad en la muestra: 6.465 %


Experimento 3. Análisis de cationes a la flama
Tabla 3. Solución conocida de cationes a la flama.

ION
OBSERVACIONES
Ca2+
Naranja
Na+
Naranja-amarillo
K+
Rosa-violeta
Sr2+
Rojo
Ba2+
Verde-amarillo
Fuente: Laboratorio de Química Experimental, ITESM, Campus Puebla.

Figura. Flama del Ca2+
Figura. Flama del Na2+
Figura. Flama del K+
Figura. Flama del Sr2+
Figura. Flama del Ba+
Fuente: Laboratorio de Química Experimental, ITESM, Campus Puebla.


Tabla 4. Solución desconocida de cationes a la flama.
ION
RESULTADO (POSITIVO O NEGATIVO)
Ca+2
Negativo
Ba+2
Negativo
Fuente: Laboratorio de Química Experimental, ITESM, Campus Puebla.


Discusión

Experimento 1. Separación y Análisis cualitativo de aniones
a)    Análisis de ioduro
En medio ácido, se llevó a cabo la siguiente reacción Redox:

2I- + Fe3+  ßà Fe2+ + I2

Esta reacción posee un potencial estándar de reducción de 0.23V por lo que es espontanea.  Al oxidarse  los iones ioduro, estos migraron a la fase de aceite mineral debido a su naturaleza no polar, lo cual produjo una coloración morada en dicha fase. Este ion no se encontró presente en las soluciones problema. (Brown, 2004)

Análisis de bromuro
Debido a que el ion ioduro es un agente reductor  más fuerte que el bromuro, fue necesario su extracción de la mezcla. Posteriormente, el ion bromuro se oxidó con permanganato de potasio de acuerdo con la siguiente ecuación:

2Br- + MnO4- + 8H+ ßà Mn2+ + Br2 + 4H2O

El potencial estándar de reducción es de 0.45V, por lo que la reacción se dio de forma espontánea. Al oxidarse los iones bromuro, estos migraron a la fase de aceite mineral debido a su naturaleza no polar, lo cual produjo una coloración marrón-naranja en dicha fase. Este ion no se encontró presente en las soluciones problema. (Brown, 2004)

Figura.  Análisis de bromuro por coloración marrón de la fase orgánica.


b)    Separación de los haluros y confirmaciones de iones de cloruro
Debido a la escasa solubilidad de las sales cloruro, es posibles detectarlos al disolver nitrato de plata en agua, aparecerá en la solución iones plata y además iones nitrato (Parry, 1973). Según la siguiente formula:

AgNO3 + Cl- à AgCl

Éste método se basa en que los cloruros solubles precipitan en disoluciones ácidas en presencia de nitrato de plata formando un sólido pálido de cloruro de plata. Al momento de agregar el NH3:

AgCl + NH3  à  Ag(NH3)2 + Cl
(Alonso et al. 2007)


c)     Análisis de la presencia de CO32- en solución
Este análisis se llevó a cabo de acuerdo con la siguiente reacción de doble sustitución:

Ba(OH)2(ac) + Na2CO3(ac) à BaCO3(s) + 2NaOH(ac)

El carbonato de bario es un sólido cristalino blanco insoluble en agua, por lo que su precipitación confirmó la presencia de iones carbonato en la solución inicial. Este ión no se encontró presente en las soluciones problemas. (Lide, 2010)


d)    Análisis de la presencia de SO42- en solución

El ion sulfato tiene la particularidad de precipitar a partir de soluciones de ácido acético que contengan ion bario, BaCl2, formando cristales de sulfato de bario de tamaño y aspecto uniforme. La mayoría de los metales no precipita bajo estas circunstancias.
(Universidad Distrital Facultad del Medio Ambiente y Recursos Naturales)

Estos cristales se pudieron observar en el experimento como un precipitado blanco en el tubo, por lo que se puede comprobar la presencia de iones sulfato en la solución original.

e)    Análisis de la presencia de NO3- en solución
Para el análisis de iones nitrato en solución fue necesario añadir sulfato de hierro y ácido sulfúrico. El ácido sulfúrico fue añadido lentamente dejando resbalar por la pared del tubo para evitar sobrecalentamiento y explosión de la muestra. El sulfato de hierro en solución reaccionó con los iones nitrato, formando un complejo inestable café  de [Fe(H2O)5NO]SO4 entre la fase acuosa y el ácido sulfúrico. La presencia de este ion fue confirmada en la solución problema. (Dhruba, 2011)

La formación de este complejo se llevó a cabo de acuerdo con las siguientes reacciones químicas:

·         NO3- + H2SO4 à HSO4- + HNO3
·         2HNO3 à 2NO + H2O + 3O
·         FeSO4 + O + H2SO4 à Fe(SO4)3 + H2O
·         6FeSO4 + 2 HNO3  + 3 H2SO4 à 3Fe2(SO4)3 + 2NO + 4H2O
·         FeSO4 + NO + 5H2O à [Fe(H2O)5NO]SO4


Experimento 2. Introducción al análisis cuantitativo. Humedad de muestra
Todos los alimentos contienen agua en mayor o menor proporción que se puede encontrar libre o ligada. El agua libre es la forma predominante y se libera con facilidad por evaporación o por secado. El agua ligada está combinada o unida en alguna forma química a las proteínas y a las moléculas de sacáridos y adsorbida en la superficie de las partículas coloidales.

El hecho de conocer este contenido es de gran importancia y poder modificarlo tiene aplicaciones inmediatas: saber cuál es la composición centesimal del producto, controlar las materias primas en la industria y facilitar su elaboración, prolongar su conservación impidiendo el desarrollo de microorganismos y otras reacciones de deterioro químicas o enzimáticas indeseables, así como mantener su textura y consistencia.

Los métodos de secado son los más comunes para valorar el contenido de humedad en los alimentos; se calcula el porcentaje en agua por la perdida en peso debida a su eliminación por calentamiento bajo condiciones normalizadas. Aunque estos métodos dan buenos resultados que pueden interpretarse sobre bases de comparación, es preciso tener presente que:

a)     Algunas veces es difícil eliminar por secado toda la humedad presente.
b)     A cierta temperatura el alimento es susceptible de descomponerse.
c)      También pueden perderse otras materias volátiles aparte de agua.

El contenido en agua de la muestra se calcula por diferencia de peso y se expresa en % de humedad (g de H2O/100 g de muestra):

%Humedad = Peso de agua en la muestra x 100
Peso de la muestra húmeda
(García, Fernández)

Los cereales generalmente se cosechan con humedad que va del 20 al 30% y el almacenamiento se debe llevar a cabo cuando su contenido de humedad es de 12 a 14%. (FAO)

En el experimento se obtuvo un porcentaje de humedad de 6.465%, el cual puede variar dependiendo del cereal con el cual se elaboró el producto final y el proceso que se llevó a cabo para la elaboración del mismo. Así como también afecta el área de contacto al que está expuesto el cereal en la mufla. Para este experimento en la charola número 2 se extendió el cereal por toda la superficie, mientras que para las otras dos se dejó en forma de montaña y se comprobó que la charola con cereal que perdió más peso fue la número dos.


Experimento 3. Análisis de cationes a la flama
Una parte muy importante de la química es la química analítica, la cual se encarga de la separación y caracterización de sustancias químicas que forman parte de una muestra y con esto determinar su presencia por razones de interés económico o toxicológico.

Casi siempre en el análisis químico se trata de encontrar la composición de la muestra y la estructura química de los componentes mediante sus métodos de análisis. Estos métodos pueden ser cuantitativos o cualitativos.

El método que se utilizó en este experimento fue cualitativo de tipo inorgánico que tiene por objeto el reconocimiento o identificación de cationes presentes en una muestra. Éste trata de investigar los componentes de cada una de las sustancias en cuanto a su fracción positiva (Catión) y su fracción negativa (Anión), esto se realiza mediante las marchas analíticas de Cationes y Aniones.

Para establecer una marcha analítica hay que tener en cuenta los siguientes factores:
·         El producto de solubilidad.
·         El pH.
·         La formación de iones complejos.
·         El comportamiento de los cationes en presencia de soluciones reguladoras.
·         En algunos casos el efecto del Ion común.
(Burriel 2008)

Los ensayos de coloración a la llama en combinación con otros resultados de tipo fisicoquímicos se usan para llegar a determinar la presencia de alguno de estos cationes en una muestra dada. Del mismo modo que se han asociado los cationes mediante marchas sistemáticas analíticas, los aniones se han organizado en grupos donde pueden ser separados para posterior aislamiento. Este procedimiento es bastante flexible y abarca la mayoría de los aniones que comúnmente se tienen en las muestras problemas.

Con el objeto de evitar las interacciones de los aniones oxidantes y reductores, la solución problema debe mantenerse en solución ligeramente básica durante toda la marcha de análisis.
(Torres,  sin fecha)


Conclusión
Se confirmó la presencia de iones cloruro de la muestra, mediante reacciones de doble sustitución se pudo aislar los iones cloruro. Durante el desarrollo se generaron residuos inorgánicos acuosos, mismos que fueron desechados en sus respectivos contenedores. Además la prueba sirve para identificar iones cloruro, bromuro y yoduro.

Se determinó la presencia de iones bromuro y ioduro en una solución conocida de ioduro de potasio y bromuro de sodio. No se detectaron estos iones en las soluciones problema. Se determinó la presencia de iones carbonato en una solución conocida con carbonato de sodio por precipitación con hidróxido de bario. Este ion no se detectó en las soluciones problema. Se generaron residuos acuosos y orgánicos de aceite mineral.

Se comprobó la presencia de iones nitrato por la prueba del “anillo café”  en la solución conocida de nitrato de estroncio y en las solución problema aniónica. Se generaron residuos acuosos y de ácido sulfúrico.

Se pudo observar y confirmar la pérdida de agua en las muestras de cereal utilizando el método de la estufa y basándose en los pesos de la charola y la muestra de cereal antes y después del calentamiento.

Se pudo comprobar la presencia de ciertos iones en algunas sustancias observando el espectro de color que producen a la llama, ya que cada ion tiene el suyo específico.



Bibliografía

Brown, T. (2004) Química, la ciencia central. Pearson Educación. México.
Burriel, F. Martí. (2008). Química analítica cualitativa. Madrid: CENGAGE Learning.
Depósito de Documentos de la FAO (s.f.) Manual de manejo poscosecha de granos a nivel rural.
Dhruba, D. (2011) Analytical Chemistry. PHI Learning. New Delhi.
García, E. & Fernández, I. (s.f.) Determinación de la humedad de un alimento por un método gravimétrico indirecto por desecación. ETSIAMN. Universitat Politècnica de València.
Lide, R. (2010) CRC Handbook of Chemistry and Physics. (90 ed.) CRC Press.
Martí, F. Conde, F. et al. (2008). Química Analítica Cualitativa. Thomsom. Madrid, España. Recuperado el 11 de abril de 2013, de: http://books.google.com.mx/books?id=QChYqMlUlL8C&printsec=frontcover&dq=quimica+analitica&hl=es-419&sa=X&ei=xVNmUd--J6PD2AWWtIGAAw&ved=0CC0Q6AEwAA#v=onepage&q=quimica%20analitica&f=false
Parry, Robert. (1973). Química: Fundamentos experimentales. Reverte. Barcelona, España.
Sierra, Isabel. Morante, Sonia. Pérez,  Damián. (2007). Ciencias experimentales y tecnología. Universidad Rey Juan Carlos. Madrid, España
Skoog, Douglas & West, Donald. (1986). Introducción a  la Química Analítica. Editorial Reverte. Barcelona, España. Recuperado el 11 de abril de 2013, de: http://books.google.com.mx/books?id=HYxVZlYkk-MC&pg=PA545&dq=quimica+analitica+analito&hl=es-419&sa=X&ei=K1hmUcyDB4Sv2QXurIHgAQ&ved=0CD0Q6AEwAw#v=onepage&q=quimica%20analitica%20analito&f=false
Torres, Humberto. (Sin fecha). Guía de Química Analítica No. 1. Colombia: Departamento de Ciencias Básicas.

Universidad Distrital Facultad del Medio Ambiente y Recursos Naturales. (s.f.) Sulfatos. Obtenido de: http://atenea.udistrital.edu.co/grupos/fluoreciencia/capitulos_fluoreciencia/calaguas_cap13.pdf

No hay comentarios:

Publicar un comentario