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QUMICA ANALTICA DEPARTAMENTO DE QUMICA ANALTICA EXPERIMENTAL III (1802) FACULTAD DE QUMICA

ESTABLECIMIENTO DE LA TRAZABILIDAD DE LAS MEDICIONES DE HIERRO EN ALEACIONES DE COBRE POR EL MTODO ASTM E478-03.

OBJETIVO: Asegurar la trazabilidad al SI de las determinaciones espectrofotomtricas de Fe(II) por el mtodo ASTM E478-03. PRINCIPIOS: Se entiende por trazabilidad a la propiedad del resultado de una medida o del valor de un estndar que se puede relacionar con referencias especficadas, generalmente estndares nacionales o internacionales, a travs de una cadena ininterrumpida de comparaciones todas con incertidumbres determinadas. [1] En este experimento se utilizarn las disoluciones de reserva que se emplean para preparar las disoluciones patrn de calibracin del mtodo espectrofotomtrico, para la determinacin de Fe(II) mediante titulaciones con EDTA a pH= 2.5, empleando cido sulfosaliclico o tiocianato de potasio como indicadores de fin de reaccin. Posteriormente se calcularn las incertidumbres asociadas a la concentracin de Fe(II) para poder definir una cadena de trazabilidad.

METAS: Determinar la concentracin de Fe(II) por titulacin con EDTA, en las disoluciones de reserva

empleadas para preparar las disoluciones patrn de calibracin del mtodo espectrofotomtrico de determinacin de hierro en aleaciones de cobre (mtodo ASTM E478-03)

Normalizar disoluciones de EDTA de diferentes concentraciones empleando un patrn primario de cinc.

Realizar titulaciones complejimtricas: de zinc con EDTA utilizando eriocromo negro T y de Fe(II) usando cido sulfosaliclico o tiocianato de potasio como indicadores de fin de reaccin, a pHs regulados.

Calcular la incertidumbre sobre la concentracin de Fe(II) en las disoluciones patrn de calibracin del mtodo espectrofotomtrico ASTM E478-03.

ENUNCIADO DEL PROBLEMA: Cules son los lmites de confiabilidad y la incertidumbre de las mediciones sobre la concentracin de Fe(II) con EDTA que realizars experimentalmente, con las cuales podrs definir la cadena de trazabilidad sobre las mediciones realizadas en las disoluciones de reserva empleadas para preparar las disoluciones patrn de calibracin del mtodo espectrofotomtrico? FUENTES DE INFORMACIN . Consultar:

Ramette R.W. Equilibrio y Anlisis Qumico. Fondo Educativo Interamericano, Mxico, 1981 p.62-66

PREGUNTAS Y EJERCICIOS PREVIOS

1. Revisar lo referente a patrn primario, secundario. Averiguar si el EDTA puede considerarse como reactivo patrn primario y qu condiciones debe satisfacer el zinc para ser patrn primario. Consultar Vogel. [2]

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EQUIPO MATERIAL Y REACTIVOS

MATERIALES REACTIVOS 1 Propipeta Cloruro de amonio R.A.

1 Balanza analtica 2 matraces volumtricos de 1000 mL 1 matraz volumtrico 250 mL

Zinc en polvo R.A. Sal disdica del EDTA R.A.

1 Esptula 1pipeta volumtrica de 10 mL

Amoniaco conc. R.A.

1 Pizeta 1 vidrio de reloj

Mezcla de eriocromo negro /KCl al 1%

1 Pipeta volumtrica de 5.0 mL 1 Pipeta volumtrica de 10.0 mL

Disolucin de cido sulfosaliclico al 2% en agua destilada

4 Vasos de precipitados de 100 mL HCl 5 M

1 Pipeta graduada de 5 mL NaOH 1 M

1 Bureta de 10 mL con pinza Rojo de metilo

1 Bureta de 25 mL con pinza Disolucin de Fe(III) 0.01 M

6 matraces Erlenmeyer de 125 mL

Glicina R.A.

PREPARACIN DE LAS DISOLUCIONES I Preparacin de la disolucin patrn primario de Zinc 0.01M 1. Descapar 1g de zinc puro granulado, con una disolucin diluida de cido clorhdrico para

eliminar la capa superficial de xido. 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 precisin, aproximadamente 0.16g de zinc puro granulado. Aadir 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 precaucin e incorporar en el mismo vaso de precipitados, las salpicaduras de la disolucin de ataque, enjuagando con un chorrito de agua destilada de la piseta. Hacer lo mismo con las paredes del vaso, con una pequea cantidad de agua destilada. Transferir el contenido del vaso de precipitados a un matraz volumtrico de 250.0 mL, enjuagar el vaso con por lo menos dos porciones de agua destilada y agregarlas al matraz volumtrico.

2. Antes de llevar hasta la marca del aforo con agua destilada, aadir 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 disolucin presente turbidez, lo cual es normal. Agregar 15 mL de disolucin 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 Preparacin y Normalizacin de una disolucin de EDTA 0.01 M 1. En un vaso de precipitados de 100 mL, limpio y seco, pesar 0.94 g de la sal disdica del EDTA ,

disolver en 30 mL de agua destilada y transferir el contenido del vaso de precipitados a un matraz volumtrico de 250.0 mL, enjuagar el vaso con dos porciones de agua destilada e incorporar cada enjuague al matraz volumtrico. Llevar hasta la marca del aforo con agua destilada. Homogeneizar la disolucin.

2. Enjuagar una bureta limpia con una pequea porcin de la disolucin de EDTA por normalizar,

descartar el enjuague y llenar con la misma disolucin. Cerciorarse que no persistan burbujas de aire en el cuerpo de la bureta ni tampoco en la punta despus de la llave.

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3. Tomar 5.0 mL de la disolucin patrn de cinc 0.01 M, con la pipeta volumtrica y transferirlos a un matraz Erlenmeyer de 125mL. Agregar 3mL de disolucin amortiguadora de pH=10 (NH4Cl/NH3), 50mL de agua destilada y el indicador eriocromo negro T. Proceder a titular con la disolucin de EDTA hasta observar el vire del indicador. Realizar el proceso por triplicado.

4. Repetir el procedimiento anterior empleando 5.0 mL de la disolucin blanco de reactivo preparada en la seccin I, inciso (3).

III Preparacin y Normalizacin de una disolucin de EDTA 0.001 M Preparar por dilucin de la disolucin de EDTA 0.01 M otra de concentracin 0.001 M y normalizarla con una disolucin de cinc que tambin se prepara por dilucin de la disolucin de cinc. 0.01 M, siguiendo un procedimiento similar al propuesto en la seccin II inciso (3). Nota: La disolucin stock de reserva de Fe(II) que se emplea para preparar las disoluciones patrn de calibracin del mtodo espectrofotomtrico, tiene una concentracin aproximada de 2 x 10

-3M,

razn por la cual, se debe trabajar con disoluciones de zinc y de EDTA del mismo orden de concentracin, para disminuir los errores asociados con el gasto del volumen consumido en la titulacin empleando una bureta apropiada.

Preparacin de una disolucin 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 volumtrico de 250.0 mL, enjuagar el vaso con dos porciones de agua destilada y cada enjuague incorporarlo al matraz volumtrico. Adicionar en el mismo matraz volumtrico, 143 mL de amoniaco concentrado, llevar hasta la marca del aforo con agua destilada. Homogeneizar la disolucin.

IV Preparacin del indicador eriocromo negro T En un mortero se prepara una mezcla al 1% de eriocromo negro T con KCl slido.

V Preparacin del indicador cido sulfosaliclico Se prepara una disolucin al 2.0% p/v del reactivo en agua.

VI Preparacin de una disolucin 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

potencimetro previamente estandarizado, llevar el pH de la disolucin a 2.5 por adicin de HCl 5M. Transferir el contenido del vaso de precipitados a un matraz volumtrico de 250.0 mL, enjuagar el vaso con dos porciones de agua destilada y cada enjuague incorporarlo al matraz volumtrico, llevar hasta la marca del aforo con agua destilada. Homogeneizar la disolucin.

VII Preparacin de una disolucin 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 continuacin se desarrollarn 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 reaccin (cido sulfosaliclico o tiocianato de potasio), empleados en la titulacin de Fe(III) con EDTA. Se trabajar con una concentracin 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 realizar la titulacin de Fe(II)

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(previamente se oxida el Fe(II) a Fe(III) con perxido de hidrgeno) proveniente de la disolucin stock de reserva para la preparacin de las disoluciones de calibracin del mtodo espectrofotomtrico. Principio El cido sulfosaliclico o el tiocianato de potasio se pueden emplear como indicadores incoloros en la titulacin de Fe(III) con EDTA, debido a que son reactivos que forman complejos muy coloridos con el Fe(III) ( rojo vino con el cido sulfosaliclico 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 plido que es el color del complejo Fe(III)-EDTA.

Actividad A: Titulacin control de Fe(III) con EDTA empleando cido sulfosaliclico como indicador de fin de reaccin En un matraz Erlenmeyer de 125 mL colocar 5.0 mL de una disolucin de Fe(III) 0.01 M,

agregar 5 mL de disolucin amortiguadora de glicina 2M y pH=2.5, 50 mL de agua destilada,

calentar a aprox. 60C durante cinco minutos, adicionar cinco gotas de indicador de cido sulfosaliclico al 2% y titular con disolucin normalizada de EDTA 0.01 M, hasta vire del indicador al amarillo.

Actividad B: Titulacin 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 disolucin de Fe(III) 0.01 M,

agregar 5 mL de disolucin amortiguadora de glicina 2M y pH=2.5, , 50 mL de agua destilada,

calentar a aprox. 60C durante cinco minutos, adicionar cinco gotas de indicador de tiocianato de potasio al 15% y titular con disolucin normalizada de EDTA 0.01 M, hasta vire del indicador al amarillo.

Actividad C: Titulacin de Fe(II) en la disolucin stock de reserva empleada para preparar las disoluciones patrn de calibracin del mtodo espectrofotomtrico. En un matraz Erlenmeyer de 125 mL colocar 10.0 mL de la disolucin stock de reserva de

Fe(II), (conc. aproximada 2x10-3 M) agregar 5 mL de disolucin 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 disolucin de cido sulfosaliclico al 2%, 50 mL de agua destilada y titular con disolucin 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. Propn una cadena de trazabilidad de las mediciones realizadas sobre las disoluciones de

reserva empleadas para preparar las disoluciones patrn de calibracin del mtodo espectrofotomtrico.

4. Comparar los resultados promedio y desviaciones estndares entre los equipos de trabajo. 5. Calcular la constante condicional de la reaccin Fe

3+ + Y

4- = FeY

- en las condiciones en las que

se realiza la titulacin. Se tienen los siguientes datos: logKFeY

= 25.1, log FeHY

= 1.3; para el

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EDTA: pKai = 10.2, 6.1, 2.7, 2.0; hidrlisis de Fe3+ : Fe

3+ + iOH

- = Fe(OH)i log i = 11.2, 21.2,

28.7, 33.3. Complejos Fe3+/SCN

- : log j = 2.3, 4.2, 5.6, 6.4, 6.4. (HSCN se considerar cido

fuerte). Calcular la cuantitatividad de la reaccin del hierro con EDTA en el punto de equivalencia y concluir sobre la validez de la titulacin. Consultar el libro de Ringbom Captulo IV, seccin 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 Qumica, o de acuerdo a las instrucciones de su profesor. REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS: [1] NMX-Z-055:1996 IMNC Metrologa Vocabulario de trminos fundamentales y generales;

equivalente al documento Intenational Vocabulary of Basic and General Terms in Metrology, BIPM, IEC, IFCC, ISO, IUPAC, OIML, 1993.

[2] VOGEL. A textbook of Quantitative Inorganic Anlisis 4

a Ed. p. 317 (Seccin B2.

Complexation Titration, Inciso X,50. Standard EDTA Solutions. [3] Ringbom Complexation in Analytical Chemistry, Wiley, 1963 (En espaol: Formacin de

Complejos en Qumica Analtica, Alambra, Madrid, 1979.