DETERMINACIÓN DE SULFATOS POR CONDUCTIMETRIA ANALISIS INSTRUMENTALUNIVERSIDAD NACIONAL FEDERICO VILLARREAL 1 UNIVERSIDAD NACIONAL FEDERICO VILLARREAL FACULTAD DE OCEANOGRAFÍA, PESQUERÍA, CIENCIAS ALIMENTARIAS Y ACUICULTURA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ALIMENTARIA Tema: Determinación de Sulfatos por Conductimetria. Apellidos y nombres: - Correa Espinoza, José - Del Río Chávez, Patrick - Díaz Peña, José Daniel - Gálvez Ruiz, María Luisa - Hoyos Aranda, Ariana Año: 5to año Horario: Miércoles, 8:30 pm – 10:10 pm Curso: Análisis Químico Instrumental Docente: Ing. Luis Encinas P. Fecha: Miercoles, 21 de mayo de 2014 DETERMINACIÓN DE SULFATOS POR CONDUCTIMETRIA ANALISIS INSTRUMENTAL UNIVERSIDAD NACIONAL FEDERICO VILLARREAL 2 Determinación de Sulfatos por Conductimetria I. FUNDAMENTO Método electro analítico que se basa en la poca variabilidad de la conductancia que llega a experimentar una solución que contiene sulfatos(SO4) cuando se le agrega otra solución con iones Bario (Ba). II. OBJETIVOS Manejo adecuado del conductímetro Elaborar la curva de valoración conductimetrica para sulfatos. Determinar la cantidad de sulfatos (ppm) en muestras liquidas. III. MARCO TEÓRICO 3.1 Titulaciones de Precipitación y de Formación de Complejos La técnica conductimétrica es una titulación de precipitación es más ventajosa, en contraste con los métodos potenciométricos o con el uso de indicadores. Así mismo el punto de equivalencia determinado es independiente de la terminación absoluta de la reacción entre el titulante y el titulado. Por lo que puede utilizarse este método para titulaciones en equilibrio relativamente desfavorables. Las mediciones conductimétricas ofrecen un medio cómodo para la localización de los puntos finales o P.E. En una titulación. Se necesitan por los menos tres o cuatro medidas antes y después del punto de equivalencia para definir la curva de titulación. Tras haber corregido el cambio de volumen los datos de conductancia se representan gráficamente como una función del volumen del titulante. Luego se extrapolan las dos porciones lineales y se toma el punto de intersección como punto de equivalencia (P.E.) 3.2 Factores que influyen en la Utilidad y Exactitud de las Titulaciones de Precipitación a) La movilidad del ión que va a reemplazar al ión reaccionante de la solución a titular, mientras más mínima sea más exacta será el resultado. b) La ionización de la sal a titular, debe encontrarse totalmente ionizada dado que las lecturas de conductancia dependen de la ionización. DETERMINACIÓN DE SULFATOS POR CONDUCTIMETRIA ANALISIS INSTRUMENTAL UNIVERSIDAD NACIONAL FEDERICO VILLARREAL 3 c) Solubilidad del precipitado (inferior al 5%) mientras más soluble sea el precipitado, el punto de equivalencia graficada podrá coincidir con los experimentales. d) Capacidad absorbente del precipitado, si presenta esta característica su composición no será constante y dará errores apreciables. En la determinación de sulfatos por el método conductimétrico, se observa una variación mínima de la conductividad cuando se le agrega un agente precipitante (Cl 2 Ba): Cuando todo el sulfato ha precipitado va existir un exceso del ion bario con lo que se incrementará notoriamente la conductancia conforme se vaya adicionando Cl 2 Ba Es un hecho comprobado que la determinación gravimétrica de sulfatos es siempre más exacta que la determinación volumétrica por cualquier método, cuando se trata de sulfatos puros. No obstante, dadas las características especiales del precipitado de sulfato de bario en lo que a la adsorción se refiere, esta precipitación ha sido objeto de gran interés en el campo de la investigación. La coprecipitación como resultado de la adsorción durante el crecimiento de un precipitado microcristalino, es un hecho manifiesto en la precipitación del SO 4 -2 al estado SO 4 Ba ó SO 4 Pb, pudiendo ocasionar errores hasta del 1 %. Por ello se explica que aun cuando se dispongan de indicadores para tales volumetrías, estas determinaciones no puedan suministrar en general resultados exactos. Un precipitado tiende a adsorber las sales que tienen un ion común con la red, pudiendo ocurrir durante el crecimiento de un precipitado, y produciéndose la oclusión. La determinación volumétrica de sulfatos con bario o la inversa, es un problema nada fácil, debido a la coprecipitación, solubilidad, etc., que si ya en gravimetría constituyen un inconveniente, se acentúan en los métodos volumétricos por las dificultades inherentes a la determinación del punto final de la volumetría con el indicador conveniente. Es sabido, que la necesidad de un método rápido, y práctico para determinar sulfatos^ ha polarizado la atención especial de los investigadores, dado la laboriosidad del método gravimétrico. Esta necesidad justifica los múltiples intentos para desarrollar un método volumétrico exacto, aunque ello sea a costa de la compensación de errores. SO 4 +2 + Ba SO 4 Ba (pp. Blanco insoluble) DETERMINACIÓN DE SULFATOS POR CONDUCTIMETRIA ANALISIS INSTRUMENTAL UNIVERSIDAD NACIONAL FEDERICO VILLARREAL 4 3.3 Determinación de Sulfatos en Agua Potable Un gran número de métodos analíticos para la determinación de sulfatos se basan en la precipitación de sulfato de bario (BaSO 4 ) y sulfato de plomo (PbSO 4 ); entre otros se han empleado métodos gravimétricos y turbidimétricos. La determinación de sulfatos en agua potable se basa en una titulación conductimétrica durante la cual el sulfato es precipitado como sulfato de bario. Sin embargo, este proceso no está libre de interferentes; Ca +2 y Mg +2 pueden coprecipitar, los carbonatos y bicarbonatos también pueden precipitar como BaCO 3 y H+ puede interferir si el contra-ión (ión indiferente) del Ba +2 es la base de un ácido débil. Para superar estos inconvenientes se debe realizar un pre-tratamiento eficiente. La interferencia de Ca +2 y otros cationes se resuelve mediante un sistema (resina) de intercambio iónico. Los carbonatos se eliminan mediante acidificación del medio. Luego de esto se debe neutralizar el exceso de H+ para disminuir los efectos adversos de posibles ácidos débiles, pero de mayor importancia es la disminución de la conductividad de fondo. Este último aspecto es de fundamental importancia al momento de seleccionar al titulante; el cual debe aportar una conductancia relativamente baja. Si se consultan los valores de conductancia de las sales de la tabla siguiente, se apreciará que el acetato es el de menor aporte. Figura nº1: Determinación de Sulfatos en Agua Potable DETERMINACIÓN DE SULFATOS POR CONDUCTIMETRIA ANALISIS INSTRUMENTAL UNIVERSIDAD NACIONAL FEDERICO VILLARREAL 5 3.4 Aplicaciones de las Valoraciones Conductometricas Determinaciones directas: Verificación de contenido iónico de una solución Verificación del contenido o concentración salina Verificación de pureza (ausencia de iones) Valoraciones conductimétricas: Soluciones turbias o coloreadas 3.5 Importancia en la Industria Alimentaria Las valoraciones conductimétricas tienen importancia especial en la valoración de soluciones muy diluidas, y en aquellos casos en el que la reversibilidad del proceso hace imposible la aplicación de otros métodos, lo que las hace especialmente aptas para las microdeterminaciones. Las titulaciones conductimétricas se emplean para la determinación de impurezas en la solución; el control del agua de alimentación de las calderas y del agua utilizada con otros fines en el procesamiento. La entrada de cantidades infinitamente pequeñas de vapor, se pueden determinar con una medida conductimétrica del agua condensada. Las valoraciones conductimétricas se han empleado con éxito en el examen de cerveza, vino, leche, jugos de fruta, agua potable, orina y otros líquidos. Con aplicaciones en la industria de la azúcar, papel y colorantes, y en análisis agrícolas DETERMINACIÓN DE SULFATOS POR CONDUCTIMETRIA ANALISIS INSTRUMENTAL UNIVERSIDAD NACIONAL FEDERICO VILLARREAL 6 IV. PARTE EXPERIMENTAL 4.1. Materiales y Equipos - Conductimetro - Homogenizador - Termómetro - Magneto - Soporte universal - Bureta - Pipetas - Probeta - Vasos de precipitado - Piscetas - Agitadores de vidrio 4.1.1. Reactivos - Solución de Cl 2 Ba 0.2 N - Solución de SO 4 NA 2 0.2 N - Agua destilada 4.1.2. Muestras - Agua potable 4.2. PROCEDIMIENTO O METODOLOGÍA 4.2.1. Calibración del Conductimetro: - Se efectuará de acuerdo al procedimiento que dicte cada equipo (siempre al comienzo, antes de comenzar una práctica que requiera su utilización). Solución de KCl 0.01N T o = 25 o C Conductividad = 1413 s/cm DETERMINACIÓN DE SULFATOS POR CONDUCTIMETRIA ANALISIS INSTRUMENTAL UNIVERSIDAD NACIONAL FEDERICO VILLARREAL 7 4.2.2. Valoración de Solución de Cl 2 Ba: a) Realizar el montaje de los equipos y materiales respectivos para una valoración conductimétrica. b) Enrazar la bureta con la solución de Cl2Ba 0.2N c) Colocar en un vaso de precipitado 5 ml de una solución de SO4Na2 0.2N y agregar agua destilada para obtener un volumen apropiado según sea el conductimetro a utilizar. Volumen inicial = 250 ml DETERMINACIÓN DE SULFATOS POR CONDUCTIMETRIA ANALISIS INSTRUMENTAL UNIVERSIDAD NACIONAL FEDERICO VILLARREAL 8 d) Registrar la medida de la conductancia de la solución de SO4Na2 antes de la titulación con la solución de Cl 2 Ba. (Adición del 1 er ml, lectura de L = 875 s/cm) e) Continuar con la valoración agregando alícuotas de 1 ml. anotar las lecturas correspondientes hasta observar la variación de la conductancia. Finalizar la titulación una vez que se haya obtenido las lecturas necesarias antes y después del cambio en mención. DETERMINACIÓN DE SULFATOS POR CONDUCTIMETRIA ANALISIS INSTRUMENTAL UNIVERSIDAD NACIONAL FEDERICO VILLARREAL 9 (Formación de precipitado al agregar el 2 do ml de Cl 2 Ba) f) Con los valores de conductancia anotados en la titulación deberá calcular la conductancia corregida para cada volumen adicionado. De acuerdo a la siguiente fórmula: L’ = L g) Elaborar la curva de valoración conductimétrica para determinar el punto de equivalencia (P.E). es decir para encontrar el gasto de Cl 2 Ba requerido para precipitar los sulfatos presentes en los 5 ml de SO 4 Na 2 . Para ellos deberá efectuar el gráfico con los datos obtenidos y el análisis regresional respectivo. h) Seguidamente encontrar el factor de cálculo (F.C) con lo cual podrá determinar la cantidad de sulfatos que precipitan o equivalen por cada ml de Cl2Ba que se gaste. DETERMINACIÓN DE SULFATOS POR CONDUCTIMETRIA ANALISIS INSTRUMENTAL UNIVERSIDAD NACIONAL FEDERICO VILLARREAL 10 4.2.3. DIAGRAMA DE FLUJO VALORACIÓN DE LA SOLUCIÓN DE Cl 2 Ba 1 MONTAJE DE EQUIPOS 2 ENRASE DE BURETA 3 PREPARACIÓN DEL TITULADO 4 MEDICIÓN DE LA CONDUCTIVIDAD 5 VALORACIÓN 6 CÁLCULO DE CONDUCTANCIA CORREGIDA 7 CURVA DE VALORACIÓN CONDUCTIMETRICA 8 DETERMINAR EL PUNTO DE EQUIVALENCIA 9 ENCONTRAR FACTOR DE CÁLCULO Conductímetro Homogenizador Magneto Soporte universal Pinzas Mariposa Bureta Agitadores de vidrio Cl 2 Ba 0.2 N 5ml de SO 4 Na 2 0.2N agregar agua destilada (hasta 250ml) Antes de titulación L = 875s/cm Agregar cada min un ml de Cl 2 Ba Medición de conductividad cada minuto L’ DETERMINACIÓN DE SULFATOS POR CONDUCTIMETRIA ANALISIS INSTRUMENTAL UNIVERSIDAD NACIONAL FEDERICO VILLARREAL 11 4.2.4. Determinación de Sulfatos en las muestras: Agua de caño. Muestra utilizada: a) Tomar un volumen indicado por el profesor (200 ml). b) Iniciar la titulación con el Cl2Ba de mililitro en mililitro. Estar pendiente de la variación notoria de la conductancia. c) Elaborar la curva de valoración con los gráficos y cálculo correspondientes para encontrar el (P.E) que viene a ser los mililitros de Cl2Ba gastados para precipitar todos los sulfatos presentes en la muestra respectiva. d) En base al factor de cálculo (F.C) y el gasto de Cl2Ba. Determinar la cantidad de sulfatos (ppm) presentes en cada muestra. DETERMINACIÓN DE SULFATOS POR CONDUCTIMETRIA ANALISIS INSTRUMENTAL UNIVERSIDAD NACIONAL FEDERICO VILLARREAL 12 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 0 5 10 15 20 V. CALCULOS Haciendo la gráfica a mano en papel milimetrado, tengo como gasto 4.9 ml, entonces: Calculando la N real del Na2SO4: Determinando la cantidad de Na2SO4 en la muestra: Para la valoración de ClBa ml de ClBa L L' 0 875 875 1 873 878.82 2 871 882.613333 3 870 887.4 4 870 893.2 5 879 908.3 6 1019 1059.76 7 1184 1239.25333 8 1349 1420.94667 9 1500 1590 10 1647 1756.8 11 1788 1919.12 12 1931 2085.48 13 2100 2282 14 2230 2438.13333 15 2370 2607 Del 1 al 4to ml A = 874.368 B = 4.508 R = 0.995 Del 5 al 15vo ml A = 46.668 B = 170.849 R = 0.9998 DETERMINACIÓN DE SULFATOS POR CONDUCTIMETRIA ANALISIS INSTRUMENTAL UNIVERSIDAD NACIONAL FEDERICO VILLARREAL 13 - Pero son 5 ml, entonces: Determinando la cantidad de SO4: Expresando la cantidad de SO4 queprecipita por cada ml de CL2Ba: DETERMINACIÓN DE SULFATOS POR CONDUCTIMETRIA ANALISIS INSTRUMENTAL UNIVERSIDAD NACIONAL FEDERICO VILLARREAL 14 0 500 1000 1500 2000 0 5 10 15 Haciendo la gráfica a mano en papel milimetrado a mano, tengo como gasto 3.3 ml Cl2Ba: Calculando la normalidad del SO4 en el agua de caño: Determinando la cantidad de Na2SO4 - Pero son 5 ml de muestra: Para determinación de SO4 en agua ml de ClBa L L' 0 556 556 1 586 589.906667 2 600 608 3 640 652.8 4 720 739.2 5 826 853.533333 6 942 979.68 7 1047 1095.86 8 1162 1223.97333 9 1271 1347.26 10 1364 1454.93333 11 1472 1579.94667 Del 0 al 4to ml (R1) A = 555.4 B = 30.85 R = 0.987 Del 5 al 11vo ml (R2) A = 255.44 B = 120.51 R = 0.999 DETERMINACIÓN DE SULFATOS POR CONDUCTIMETRIA ANALISIS INSTRUMENTAL UNIVERSIDAD NACIONAL FEDERICO VILLARREAL 15 Determinando la cantidad de SO4: Calculando la cantidad que precipita por cada ml de Cl2Ba adicionado: