Acidez y Complejos

ACIDEZ Y COMPLEJOS2011-II

2ANÁLISIS QUÍMICO CUANTITATIVO

del



ÍNDICE1. Objetivos……………………………………………………………………………………………………..…………………..42. Fundamento teórico…………………………………………………………………………………...……………………43. Materiales y equipos………………………………………………………………………………………………………..54. Procedimiento experimental……………………………………………………………………………………………55. Datos 5.2. Datos teóricos……………………………..…………………………………………………………….…....6 5.1. Datos experimentales……………………………………………………………………….………..……66. Tratamiento de datos……………………………………………………………………………………………………...68. Diagramas de flujo………...………………………………………………………………..…………..…………………118. Discusión de Resultados…………………………………………………………………..…………..………………...139. Observaciones………………………………………………………………………………..…………..…………………13



10. Conclusiones………………………………………………………………………………………………………..……..1411. Cuestionario………………………………………………………………………………………..…………….………..1412. Bibliografía………………………………………………………………………………………………………………...15

ACIDEZ Y COMPLEJOS

I. OBJETIVOS.- Estudiar el efecto que tiene la formación de complejos frente al comportamiento ácido-base del EDTA. Determinar la constante de formación de un complejo por el método potenciométrico.II. FUNDAMENTO TEÓRICO.-DEFINICIÓN DE DUREZA.-La dureza del agua se define como la concentración de todos los cationes metálicos no alcalinos presentes (iones de calcio, estroncio, bario y magnesio en forma de carbonatos o bicarbonatos) y se expresa en equivalentes de carbonato de calcio y constituye un parámetro muy significativo en la calidad del agua. Esta cantidad de sales afecta la capacidad de formación de espuma de detergentes en contacto con agua y representa una serie de problemas de incrustación en equipo industrial y doméstico, además de resultar nociva para el ser humano.Dureza Temporal: Esta determinada por el contenido de carbonatos y bicarbonatos de calcio y magnesio. Puede ser eliminada por ebullición del agua y posterior eliminación de precipitados formados por filtración, también se le conoce como "Dureza de Carbonatos". Dureza Permanente: Esta determinada por todas las sales de calcio y magnesio excepto carbonatos y bicarbonatos. No puede ser eliminada por ebullición del agua y también se le conoce como "Dureza de No carbonatos".PROCESO.-



El ácido dietilamino tetracético y su sal disódico forman un complejo quelato soluble cuando se adicionan a una solución de ciertos cationes metálicos. Si se adiciona una pequeña cantidad del indicador negro de eriocromo T a una solución que contiene los iones calcio y magnesio en un pH de 10, la solución toma un color similar al de vino rojo. Si se adiciona EDTA como titulante los iones calcio y magnesio serán complejados paulatinamente hasta que la solución adquiere un color azul, lo que indica el final de la titulación. Las reacciones que se llevan a cabo son:A pH 10:

Ca2+¿+Mg2+¿+ Indicador ↔ [Ca−Mg−indicador ]¿ ¿ Complejo púrpura EDTA+ [Ca−Mg−indicador ]↔ [Ca−Mg−EDTA ]+ Indicador Complejo púrpura Azul

Así:Al adicionar el negro de eriocromo T (NET) a la muestra de agua se forman complejos de color rojo, de los cuales el más estable es el de Mg:

Mg2+¿+HIn2−¿↔MgIn2−¿+H+¿¿¿¿ ¿ RojoCa2+¿+HIn2−¿ ↔CaIn2−¿+H+¿¿¿¿ ¿ Rojo

Al valorar con EDTA (H2Y-), el agente complejante destruye en primer lugar el complejo de Ca:CaIn2+¿+H 2Y

−¿↔CaY 2−¿+HIn 2−¿+H+¿ ¿ ¿ ¿¿ ¿

Una vez destruido el complejo de Ca, la adición de más EDTA destruye el complejo de Mg:MgIn−¿+H2Y

−¿↔MgY 2−¿+HIn 2−¿+H+¿¿¿¿¿ ¿ Rojo Azul Cuando el indicador queda libre, la disolución adquiere su color característico al pH de trabajo, azul.III. MATERIALES Y EQUIPO

- Bureta de 50 ml.- Tres erlenmeyer de 300ml.- Pipeta de 20ml y 25ml.- Piceta.



- Reactivos: Ácido calconcarboxílico, EDTA, buffer (pH=10), inhibidor y NaOH (2M). IV. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL Valoración del EDTA

Pipetear 25ml de la solución de calcio en un erlenmeyer de 300ml y agregar 75ml de agua destilada. Añadir 5ml de NaOH 2M y unos 50-100 mg de ácido calconcarboxílico. Mezcla bien la solución anterior y titular con EDTA, hasta que el indicador vire al azul.Determinación de la dureza total

Pipetear 50ml de la muestra en un erlenmeyer de 300ml y diluir a unos 100ml con agua destilada. Añadir 2ml del buffer de pH 10 y 2ml del inhibidor. Agregar unos 50-100 mgr de NET, mezclar bien y titular con EDTA hasta que el indicador vire al azul.Determinación de la dureza cálcica.

Pipetear 50ml de la muestra en un erlenmeyer de 300ml y diluir a unos 100ml con agua destilada. Añadir 5ml de NaOH 2N. Agregar unos 50-100 mg de ácido calconcarboxílico y titular con EDTA con agitamiento enérgico hasta que el indicador vire al azul.

V. DATOS Datos teóricos

Solución patrón CaCO3(g/L) 1.600

MCa (g/mol) 40.078

MMg (g/mol) 24.305

MCaCO3 (g/mol) 100.0872

Datos experimentales

Valoración del EDTA

Grupo Vol. Muestra (ml)

Vol. Agua (ml) Vol. EDTA (ml)

1 25 80 34.2



2 20 75 27.83 20 75 27.9

Determinación de la dureza total

Grupo Vol. EDTA (ml)

1 25.32 21.23 21.1

Determinación de la dureza cálcica.

Grupo Vol. EDTA (ml)

1 20.42 20.53 21.3

VI. TRATAMIENTO DE DATOS Estandarización del EDTA

Se tiene la siguiente relación de equivalente gramo:

¿ Eq−g (EDTA )=¿ Eq−g (CaCO3 )⟹ [EDTA ]=V muestradeCa . [CaCO3 ]

V EDTA

Remplazando los datos para el primer grupo:

[EDTA ]=

25.0ml .1.600 g/ l deCaCO3

100.0872gmol

deCaCO3

.

V EDTA

=0.399651534,2

=0,0117M

Usando los volúmenes medidos de EDTA en la titulación se obtienen las siguientes concentraciones.

Volumen(ml) Concentración del EDTA(mol/L)34.2 0,011727.8 0,011527,9 0,0115

promedio 0.0116



DETERMINACION DE LA DUREZA DEL CALCIO:

Para hallar la concentración del calcio empleamos:¿ Eq−g¿

¿

Reemplazamos los volúmenes usados del EDTA en la titulación para la obtención de la concentración del calcio (en mol/L).

La dureza cálcica expresada en mg de CaCO3 es:

mgLdeCaCO3=¿

Evaluando para el primer grupo:

mgLdeCaCO3=4,7328

−3 x 100,0872x 1000=473,693

La dureza cálcica expresada como mg de Ca2+¿ ¿es:

mgLde calcio=¿


mgLdeCalci o=4,7328−3 x 40.078 x 1000=473,693

En la siguiente tabla se muestran los resultados:

Grupo

Concentración de calcio(mol/L)

Concentración de calcio( mg/L)

Concentración de calcio como CaCO3

( mg/L)

1 0,00473 189,57 473,412

2 0,00476 190,77 476,415

3 0,00494 197,99 494,431

Ahora se realiza la Prueba “Q(0,90)” para poder descartar los valores dudosos de la concentración de calcio (mg/L) ; para ello se ordena ascendentemente los valores de la 3racolumna del cuadro anterior:

Xi Concentración de calcio

X1 189,57X2 190,77X3 197,99

Q menor = (190,77 –189,57) / (197,99-189,57) =0,1425Q mayor = (197,99-190,77) / (197,99-189,57)= 0,8574



Como para n = 3: Q teórico = 0.94Q menor < Q teórico

Q mayor < Q teórico

Por lo que afirmamos que ningún valor se rechazará, entonces hallamos la concentración de calcio por un simple promedio de los valores anteriores, con lo que se obtiene que:HALLANDO EL LIMITE DE CONFIANZA la concentración de calcio:.t(95%) = 4.30 student ; n=3 ; X( promedio) = 192,776

S=√∑i=0n

(xi−x)2

n−1=4,555

mg /LCa2+¿=192,776± txS

√n¿

mg /LCa2+¿=(192,776± 11,307 )mg /L¿

Ahora se realiza la Prueba “Q(0,90)” para poder descartar los valores dudosos de la concentración de calcio (mg/L) ; para ello se ordena ascendentemente los valores de la 3racolumna del cuadro anterior:

Xi Concentración de calcio como CaCO3

( mg/L)X1 473,412

X2 476,415

X3 494,431

Q menor = (476,415-473,412) / (494,431-473,412) =0,143Q mayor = (494,431-476,415) /(494,431-473,412)=0,857


Q mayor < Q teórico

Por lo que afirmamos que ningún valor se rechazará, entonces hallamos la concentración de calcio como carbonato de calcio por un simple promedio de los valores anteriores, con lo que se obtiene que:

HALLANDO EL LIMITE DE CONFIANZA la concentración de calcio:.t (95%) = 4.30 student ; n=3; X (promedio) =481,419

S=√∑i=0n

(xi−x)2

n−1=11,36

mg /LCa/CaCO 3=481,419±t xS

√n



mg /LCa/CaCO 3= (481,419±28,22 )mg /L

DETERMINACION DE LA DUREZA TOTALSe tiene que:

¿ Eq−g¿¿

La dureza total expresada como concentración de CaCO3 está dada por:

mgLdeCaCO3=¿


mgLdeCaCO3=5,8696 x10

−3 x 100,0872x 1000=587,472

En la siguiente tabla se muestran los volúmenes usados de EDTA, la concentración de calcio y magnesio juntos y la dureza total, con la corrección de cifras por el criterio de cifras significativas.

Grupo Concentración de calcio y magnesio (mol/L)

Concentración de calcio y magnesio como CaCO3( mg/L)

1 0,005869 587,412

2 0,004918 492,229

3 0,004895 489,947

Ahora se realiza la Prueba “Q(0,90)” para poder descartar los valores dudosos de la concentración de calcio y magnesio como carbonato de calcio (mg/L) ; para ello se ordena ascendentemente los valores de la 3racolumna del cuadro anterior:

XiConcentración de calcio y magnesio

como CaCO3( mg/L)

X3 489,947

X2 492,229

X1 587,412

Q menor = (492,229-489,947) / (587,412-489,947) =0,023Q mayor = (587,412-492,229) / (587,412-489,947)= 0,9765


Q mayor > Q teórico

Por lo que afirmamos que el mayor valor se rechaza. Por lo tanto se toma el promedio de los otros dos datos

mg /L(Ca−Mg)/CaCO3=¿ 491,088 mg/L



DETERMINACION DE LA DUREZA MAGNÉSICA

Para determinar la dureza del magnesio tenemos que hallar su concentración en la muestra.

¿

Concentración de calcio y magnesio

(mol/L)

Concentración de calcio(mol/L)

Concentración del magnesio

(mol/L)

0,005869 0,00473 0,001139

0,004918 0,00476 0,000158

Se eliminaron los datos del grupo 3.

Hallamos la dureza del magnesio expresada como concentración de CaCO3 de la siguiente manera:

mgLdeCaCO3=¿


mgLdeCaCO3=0,001139 x 100,0872x 1000=113,994

Y la dureza específica está dada por:

mgLdemagnesio=¿


mgLdeMg=0,001139 x24.305 x1000=27,68

Obteniéndose el siguiente cuadro:

Concentración del magnesio(mg/L)

Concentración del magnesioComo CaCO3 (mg/L)

27,68 113,9943,840 15,814

Finalmente se obtienen como resultados finales:Dureza de calcio Dureza total



(481,419±28,22 )mg /L 491,088 mg/L

VII.- DIAGRAMA DE FLUJOVALORACION DEL EDTA

DETERMINACIÓN DE LA DUREZA CÁLCICA



DETERMINACIÓN DE LA DUREZA CÁLCICA

VIII. ANÁLISIS Y DISCUCIÓN DE RESULTADOS: En la dureza de la determinación de magnesio se elimino los datos del tercer grupo ya que sería imposible encontrar una concentración de calcio mayor a la concentración de calcio y magnesio. Se utiliza el acido calconcarboxílico para la determinación de la dureza cálcica ya que es un indicador específico del calcio, y permite determinarlo a un pH superior a 12, aun en presencia de grandes cantidades de magnesio, el cambio de color es de un rojo vinoso (complejo de calcio) al azul limpio. El agua dura (es decir, la que contienen concentración apreciables de calcio y magnesio) ,uno de los problemas es que ,deja un depósito de CaCO3 y MgCO3 cuando se la hierve. Esto se debe porque el hervir elimina el CO2 en forma de gas, con lo que los iones HCO-3 se reconvierten a los CO2-3 que pueden formar los precipitados. Se pueden apreciar estos depósitos (CaCO3 y MgCO3) en las teteras, en calderas. Debido a su efecto aislante, reducen la eficiencia de la



trasferencia de calor y, en casos más serios pueden bloquear el flujo del agua en cañerías. Se empleo una solución Buffer para mantener el pH dentro de un rango cercano a 10 para evitar la formación de un precipitado de hidróxido de magnesio.

IX. OBSERVACIONESEstandarización del EDTA

La solución de calcio es incolora. Al agregar a la solución NaOH no se observa ningún cambio. Pero cuando se agrega 50-100

mg de ácido calconcarboxilico la solución se torna de color fucsia traslucido. Al titular la solución con 34.2 ml de EDTA la solución se torna de color azul.

Determinación de la dureza total. Inicialmente la muestra (solución de calcio) es incolora. El inhibidor consiste en una solución de Na2S acuoso, esta solución es de color amarillo

tenue. Aparentemente la solución no cambia cuando se agrega los 2ml del buffer de pH 10 y los

2ml del inhibidor. El Negro de eriocromo T consiste en pequeños cristales de color plomo. Al añadir una cucharadita de NET a la muestra ésta se pone de color fucsia traslúcida. Luego de titular la muestra con 25.3ml de EDTA esta se torna de color turquesa.

Determinación de la dureza cálcica.

Inicialmente la muestra (solución de calcio) es incolora. Luego de añadir los 5ml de NaOH a la solución anterior aparentemente la muestra no

presenta cambios. El ácido calconcarboxílico consiste en pequeños cristales de color morado. Al añadir una cucharadita de ácido calconcarboxílico la muestra se torna de color fucsia

claro, esta vez la muestra no es traslúcida ya que se observa la presencia de partículas suspendidas en la solución.

Al añadir el EDTA a la muestra las partículas suspendidas en ella desaparecen por completo.

Al cabo de un tiempo la solución otra vez se oscurece y se vuelve a observar la presencia de dichas partículas.

Luego de agregar 20,4ml de EDTA la solución se torna azul con presencia de partículas suspendidas en la muestra también de color azul.

X. CONCLUSIONES: Podemos concluir que la muestra de agua que ha sido analizada, posee una cantidad muy

grande de impurezas, esto se ve reflejado en los valores obtenidos de dureza los cuales, según la tabla de interpretación, sobrepasan los niveles aptos para el consumo humano (270mg/L), es decir, que posee elevadas cantidades de CaCO3 , el cual es el indicativo principal de la dureza del agua.



La calidad del agua depende de la mayor o menor concentración de esas sustancias extrañas en su composición.

Los iones responsables de esta dureza son primordialmente los producidos por el calcio y el magnesio (Ca+2 y Mg+2).

Con los resultados obtenidos pudimos constatar que el agua que abastece a la UNI tiene una dureza de 491,088 mg/L, lo que la ubica en el grupo de las aguas muy duras. Y que es una dureza temporal ya que posee una mayor cantidad de iones de calcio que de magnesio.

Sabemos que en la universidad se cuenta con fuentes de agua una que llega directamente de sedapal y la otra que proviene del almacenamiento; es decir del pozo, entonces con los resultados obtenidos diremos que el agua con el q se trabaja en el laboratorio proviene del pozo esto por la dureza obtenida. La determinación de calcio y magnesio se pueden determinar rápida y exactamente mediante una simple titulación con EDTA.

XI. CUESTIONARIO:

1.- Expresión de la dureza del agua. Equivalencias.- Grados franceses: 1 grado francés equivale a 10 mg de CaCO3 por litro de agua. Grados alemanes: 1 grado alemán equivale a 17,9 mg de CaCO3 por litro de agua. Partes por millón (ppm): 1 mg de CaCO3 por litro de agua equivale a 1ppm de CaCO3.2.-Clasificación de agua en función de su dureza.-De acuerdo a la concentración de carbonatos contenidos en el agua, ésta puede clasificarse en niveles de dureza, la siguiente tabla indica las cantidades de sales.

Tabla 1.- Índices de dureza del agua en ppm en ppm de CaCO3

Tabla 1.- Índices de dureza del agua en grados franceses

DENOMINACIÓN ppm de CaCO3Muy suaves 0-15Suaves 16-75Medias 76-150Duras 150-300Muy duras Mayor a 300DENOMINACIÓN Grados francesesMuy dulce <7Dulce 7-14Medianamente dulce 14-22Medianamente dura 22-32Dura 32-54Muy dura >54



XII. BIBLIOGRAFÍA http://catarina.udlap.mx/u_dl_a/tales/documentos/leip/valenzuela_m_td/capitulo3.pdfConsultado el día 4 de noviembre del 2011. http://catarina.udlap.mx/u_dl_a/tales/documentos/leia/garcia_h_da/apendiceC.pdfConsultado el día 4 de noviembre del 2011. http://arturobola.tripod.com/dureza.htmConsultado el día 4 de noviembre del 2011.

Tabla 1.- Índices de dureza del agua en grados alemanes

DENOMINACIÓN Grados francesesAgua blanda ≤0.95Agua levemente dura ≤3.35Agua moderadamente dura ≤6.70Agua dura ≤10.05Agua muy dura >10.05

http://catarina.udlap.mx/u_dl_a/tales/documentos/leia/garcia_h_da/apendiceC.pdf

http://catarina.udlap.mx/u_dl_a/tales/documentos/leia/garcia_h_da/apendiceC.pdf

http://catarina.udlap.mx/u_dl_a/tales/documentos/leip/valenzuela_m_td/capitulo3.pdf

http://catarina.udlap.mx/u_dl_a/tales/documentos/leip/valenzuela_m_td/capitulo3.pdf

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