301102 Quim Anal Guia Actualizada Julio 2012

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UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD

ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA GUIA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 301102 –QUÍMICA ANALÍTICA E INSTRUMENTAL

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA

ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA

GUÍA COMPONENTE PRÁCTICO

301102 – QUÍMICA ANALÍTICA E INSTRUMENTAL

MANUEL LOZANO RIGUEROS (Director Nacional)

BOGOTÁ Julio de 2012

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1. ASPECTOS DE PROPIEDAD INTELECTUAL Y VERSIONAMIENTO

Las presentes Guías de Laboratorio fueron diseñadas en el 2007 por el Qco. MANUEL LOZANO RIGUEROS, docente de la UNAD, adscrito a la Escuela de Ciencias Básicas, Tecnología e Ingeniería en la Sede Nacional JCM y fueron sometidas a dos actualizaciones por su autor hasta el 2009. El Químico Lozano, es egresado de la Universidad Nacional y se ha desempeñado como tutor de la anterior UNISUR desde su creación y de la UNAD en varias ocasiones y desde 2005 es docente de la ECBTI, siendo actualmente el Coordinador Nacional del Programa de Química, además de Director de los cursos de Introducción al Programa de Química y Química Analítica e Instrumental a nivel nacional. Adaptada a los últimos lineamientos emitidos por la UNAD, entrega esta nueva actualización, con el fin de que pueda ser publicada en los Repositorios autorizados de la Universidad. El documento tiene como antecedentes, las Guías para Laboratorio, incluidas en el modulo de Química Analítica1 escrito en 1966 para la entonces UNISUR por INÉS BERNAL, LUIS GAVIRIA y ALICIA MORALES, profesores del departamento de Química de la Universidad Nacional, y las incluidas en el modulo2 diseñado en 2006 por el Qco. HUMBERTO GUERRERO RODRÍGUEZ, actualmente adscrito al Sistema Nacional de Evaluación de la Vicerrectoría Académica. Como novedades de estas Guías, se presentan nuevos apartados didácticos que facilitan la preparación adecuada por parte de los estudiantes de las prácticas de laboratorio a ser efectuadas, así como la estructura y contenidos solicitados por la VIMMEP y la ECBTI. Este documento se puede copiar, distribuir y comunicar públicamente bajo las condiciones siguientes:

• Reconocimiento. Debe reconocer los créditos de la obra de la manera especificada por el autor o el licenciador (pero no de una manera que sugiera que tiene su apoyo o apoyan el uso que hace de su obra).

• No comercial. No puede utilizar esta obra para fines comerciales. • Sin obras derivadas. No se puede alterar, transformar o generar una obra

derivada a partir de esta obra. • Al reutilizar o distribuir la obra, tiene que dejar bien claro los términos de la

licencia de esta obra. • Alguna de estas condiciones puede no aplicarse si se obtiene el permiso del

titular de los derechos de autor • Nada en esta menoscaba o restringe los derechos morales del autor.

1 Bernal, I., Gaviria, L., Young, S., Morales, A. (1966). Química Analítica. Bogotá, UNISUR. 2 Guerrero, R. Humberto. Módulo de Química Analítica e Instrumental. 2006

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2. ÍNDICE DE CONTENIDO

Pág. 1. ASPECTOS DE PROPIEDAD INTELECTUAL Y VERSIONAMIENTO

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2. INDICE DE CONTENIDO

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3. LISTADO DE TABLAS

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4 LISTADO DE GRÁFICOS Y FIGURAS

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5. CARACTERÍSTICAS GENERALES

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Introducción 10 Justificación 10 Intencionalidades formativas 12 Propósitos 12 Objetivos 12 Metas 13 Competencias 13 Denominación de prácticas 13 Número de horas 13 Porcentaje 13 Curso evaluado por proyectos 13 Seguridad industrial 14 Riesgos con compuestos químicos 14 Efectos de las sustancias químicas en el organismo 14 Inhalación 14 Ingestión 15 Absorción 15 Reglas para el manejo de los reactivos químicos 15 Indumentaria de protección 16 Normas de seguridad

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6. DESCRIPCIÓN DE PRÁCTICAS

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PRÁCTICA No. 1, DETERMINACIÓN DE LA ACIDEZ Y EL pH EN UN ALIMENTO

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Tipo de práctica 19 Porcentaje de evaluación 19 Horas de la práctica 19 Temáticas de la práctica 19 Intencionalidades formativas 19

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Propósito(s) 19 Objetivo(s): 19 Meta(s): 20 Competencia(s): 20 Fundamentación Teórica 20 Descripción 24 Recursos a utilizar (Equipos / instrumentos): 24 Software a utilizar en u otro tipo de requerimiento para el desarrollo 25 Seguridad Industrial 25 Cuidados con la balanza 25 Cuidados con la bureta 25 Metodología 26 Conocimiento previo para el desarrollo de la práctica 26 Forma de trabajo 26 Procedimiento 26 Valoración de la solución de Hidróxido de sodio 26 Valoración de la acidez del alimento 26 Sistema de Evaluación 27 Informe o productos a entregar 27 Elaboración del informe 27 Rúbrica de evaluación, primera práctica 28 Retroalimentación, primera práctica

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PRÁCTICA No. 2 DETERMINACIÓN DE CLORUROS

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Propósito(s) 31 Objetivo(s) 31 Meta(s) 32 Competencia(s) 32 Fundamentación Teórica 32 Técnica de Mohr 33 Técnica de Volhard 33 Descripción 34 Recursos a utilizar (Equipos / instrumentos) 34 Software a utilizar en u otro tipo de requerimiento para el desarrollo 35 Seguridad Industrial 35 Cuidados con la balanza 35 Cuidados con la bureta 35 Metodología 36 Conocimiento previo para el desarrollo de la práctica 36 Forma de trabajo 36

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Procedimiento 36 Preparación de la muestra 36 Determinación de cloruros en la muestra 36 Sistema de Evaluación 37 Informe o productos a entregar 37 Elaboración del informe 37 Rúbrica de evaluación segunda práctica 38 Retroalimentación de la segunda práctica

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PRÁCTICA No. 3 DETERMINACIÓN DE CENIZAS Y CALCIO EN UN ALIMENTO

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Propósito(s): 40 Objetivo(s): 40 Meta(s): 41 Competencia(s): 41 Fundamentación Teórica 41 Descripción 43 Recursos a utilizar (Equipos / instrumentos): 43 Software a utilizar en u otro tipo de requerimiento para el desarrollo 44 Seguridad Industrial 44 Cuidados con la balanza 45 Cuidados con la bureta 45 Metodología 45 Conocimiento previo para el desarrollo de la práctica 45 Forma de trabajo 45 Procedimiento 45 Determinación de las cenizas 45 Solubilización de las cenizas 46 Determinación del calcio 46 Sistema de Evaluación 47 Informe o productos a entregar 47 Elaboración del informe 47 Rúbrica de evaluación tercera práctica 48 Retroalimentación, tercera práctica

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PRÁCTICA No. 4 DETERMINACIÓN DE pH Y ÁCIDO ACÉTICO EN UN VINAGRE

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Tipo de práctica 50 Porcentaje de evaluación 50 Horas de la práctica 50 Temáticas de la práctica 50

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Intencionalidades formativas 50 Propósito(s): 50 Objetivo(s): 50 Meta(s): 51 Competencia(s): 51 Fundamentación Teórica 51 Potenciometría ácido base 52 Concentración de hidronios y pH 52 Ácidos y bases débiles y fuertes 53 Descripción 55 Recursos a utilizar (Equipos / instrumentos): 55 Software a utilizar en u otro tipo de requerimiento para el desarrollo 56 Seguridad Industrial 56 Cuidados con la bureta 56 Metodología 56 Conocimiento previo para el desarrollo de la práctica 56 Forma de trabajo 56 Procedimiento 56 Calibración y operación del medidor de pH 56 Lectura del pH de la muestra 57 Neutralización del ácido clorhídrico 57 Neutralización del vinagre 58 Sistema de evaluación 58 Informe o productos a entregar 59 Elaboración del informe 59 Rúbrica de evaluación, cuarta práctica 60 Retroalimentación, cuarta práctica

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PRÁCTICA No. 5 ESPECTROFOTOMETRÍA VISIBLE I CURVA DE ABSORCIÓN

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Propósito(s): 63 Objetivo(s): 63 Meta(s): 63 Competencia(s): 64 Fundamentación Teórica 64 Espectrofotometría 64 Bloques instrumentales 64 Fuentes de energía radiante 65 Monocromadores 65 Celdas para la muestra 66 Detectores 66

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Espectros de absorción 66 Descripción 66 Recursos a utilizar (Equipos / instrumentos): 67 Software a utilizar u otro tipo de requerimiento para el desarrollo 67 Seguridad Industrial 67 Cuidados con la bureta 67 Metodología 68 Conocimiento previo para el desarrollo de la práctica 68 Forma de trabajo 68 Procedimiento 68 Preparación de la solución de trabajo 68 Preparación del patrón de lectura 68 Elaboración de la gráfica de absorción 68 Preparación del instrumento 68 Lectura de la curva espectral 68 Sistema de evaluación 69 Informe o productos a entregar 70 Elaboración del informe 70 Rúbrica de evaluación, quinta práctica 71 Retroalimentación, quinta práctica

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PRÁCTICA No. 6 ESPECTROFOTOMETRÍA VISIBLE II CURVA DE CALIBRACIÓN

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Propósito(s): 73 Objetivo(s): 73 Meta(s): 74 Competencia(s): 74 Fundamentación Teórica 74 Ley de Beer Lambert 74 Operación del espectrofotómetro 76 Ajuste por mínimos cuadrados 76 Descripción 77 Recursos a utilizar (Equipos / instrumentos): 77 Software a utilizar u otro tipo de requerimiento para el desarrollo 78 Seguridad Industrial 78 Cuidados con la bureta 78 Metodología 78 Conocimiento previo para el desarrollo de la práctica 78 Forma de trabajo 78 Procedimiento 79 Preparación de la solución de trabajo 79

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Preparación de los patrones de lectura 79 Elaboración de la curva de calibración 79 Preparación del instrumento 79 Lectura de los patrones y la solución problema 79 Ajuste por mínimos cuadrados 81 Sistema de evaluación 81 Informe o productos a entregar 82 Elaboración del informe 82 Rúbrica de evaluación, sexta práctica 82 Retroalimentación, sexta práctica

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7. FUENTES DOCUMENTALES 85

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3. LISTADO DE TABLAS

Pág. Tabla 1 Rúbrica, prácticas sin gráficas 28 Tabla 2 Retroalimentación, prácticas sin gráficas 29 Tabla 3 Determinación de cenizas 46 Tabla 4 Neutralización del ácido clorhídrico 57 Tabla 5. Neutralización del vinagre 58 Tabla 6 Rúbrica, prácticas con gráficas 60 Tabla 7 Retroalimentación, prácticas con gráficas 61 Tabla 8 Curva espectral 69 Tabla 9 Ejemplo de valores xy para cálculo de mínimos cuadrados 76 Tabla 10 Absorbancia ajustada 77 Tabla 11 Preparación de los patrones de lectura 79 Tabla 12 Ajuste por mínimos cuadrados 80 Tabla 13 Absorbancia ajustada 81

4. LISTADO DE GRÁFICOS Y FIGURAS

Pág. Fig. 1 Bloques fundamentales de los espectrofotómetros 65 Fig. 2 Esquema de un monocromador de prisma 66 Fig. 3 Diagrama fundamental de la absorción de energía radiante 75

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5. CARACTERÍSTICAS GENERALES

Introducción El curso de Química Analítica Instrumental es metodológico; esto implica que requiere de la realización de eventos prácticos supervisados por el tutor que garanticen la posibilidad de que el estudiante adquiera las destrezas, habilidades y competencias necesarias para la realización de trabajo experimental ya sea para su supervisión como jefe de proceso responsable del control de calidad de un producto o para mejorar su capacidad como investigador y dedicarse a este campo que permite conocer y explotar mejor los recursos disponibles de nuestro país de manera sostenible, con una concepción humanista de desarrollo. Con estas actividades que deben ser preparadas por el estudiante con anterioridad, se le brinda la posibilidad de acercarse al concepto de análisis químico y conocer el tipo de prácticas que va a supervisar en la industria, así como la clase de sustancias y equipos que se utilizan, las precauciones recomendadas y las normas institucionales para el trabajo de laboratorio. Con ellas se pretende desarrollar capacidades de observación y afianzar las actitudes en el espacio denominado laboratorio, experiencias que deben enriquecerlo, familiarizándolo con el tipo de situaciones que va a vivir en su vida profesional. Si es cuidadoso, y tiene una actitud proactiva, encontrará en el trabajo experimental otra ocasión de construcción y verificación del conocimiento. Entre la Bibliografía, se encontrarán instrucciones para la elaboración de los informes de las experiencias realizadas siguiendo las pautas de la elaboración de artículos científicos que permiten la comunicación técnica compartiendo los conocimientos adquiridos para la ciencia con su aplicación en estas sesiones prácticas, así como adquirir la destreza para escribir informes de actividades científicas, muy útil en situaciones profesionales, en las cuales se debe ser concreto y describir lo que realmente se hizo, con palabras propias, resaltando lo que se ha aprendido y las conclusiones deducidas.

Justificación El objetivo de las prácticas es darle al estudiante la oportunidad de realizar la aplicación directa de los principales métodos

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analíticos cuantitativos, teniendo en mente sus requerimientos, precisión y exactitud y la forma de tratar los datos para la obtención de los resultados, así como la aplicación de criterios para la valoración de los mismos y la deducción de conclusiones apropiadas que le permitan tomar decisiones sobre la calidad de los productos alimenticios analizados.

La valoración de los resultados y la formulación de conclusiones son estrategias que ayudarán a desarrollar habilidades superiores del pensamiento tales como el análisis crítico y la evaluación y resolución de problemas, necesarias para la toma de decisiones a partir de la interpretación de resultados analíticos. Adquirir tales competencias implican la estructuración de un pensamiento racional, lógico e integral que tenga en consideración cada una de las distintas facetas del problema, disponga de criterios para afrontar posibilidades de solución desde distintas perspectivas, y diseñe una alternativa real que permita su resolución.

Como el curso se oferta en la modalidad de la educación a distancia, es necesario recalcar en la importancia del trabajo individual. Se deben disponer estrategias propias para procesar la información: resúmenes, mapas conceptuales, uso del resaltador, elaboración de fichas y otros que ayudarán en la comprensión e interpretación de la información. Sin embargo, este trabajo no es completamente individual y aislado, tocando niveles de solución desde distintas disciplinas, representadas en las diferentes ocupaciones de los integrantes de los grupos, que ayudan a preparar al estudiante para un trabajo interdisciplinario como el que deberá afrontar en la vida real, en la cual, la holística de los problemas enfrentados implica analizarlo con los ojos de cada una de los campos del conocimiento humano para que la solución formulada realmente sea equilibrada y determine posibilidades de desarrollo humano. El trabajo en el laboratorio analítico comparte muchos de los problemas que genera la aplicación de la química general: conceptos fundamentales que deben ser tenidos en cuenta como la conservación de la materia, y la estequiometría, nomenclatura tanto inorgánica como orgánica y la interacción con soluciones orgánicas o acuosas que pueden ser ácidas, básicas, oxidantes o reductoras que establecen condiciones para cada una de las reacciones químicas implicadas en los métodos analíticos estudiados.

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Para la elaboración de los informes es imperativo indagar en las industrias del sector o en la literatura, principalmente en las normas de calidad como las del ICONTEC, cómo se usan dichos métodos, con lo cual, la comparación con los resultados obtenidos ayudará a comprender mucho mejor la utilidad de los métodos analíticos en la consolidación de la calidad. Se destaca la importancia que tiene el establecer sistemas para controlar los atributos deseables en un producto, así como el sentido del trabajo ético en la realización de los análisis, en el manejo de los datos, en los resultados reportados y en las recomendaciones realizadas a los mismos. Se pueden obtener resultados analíticos incorrectos al utilizarse materias primas no adecuadas, por descuido durante el análisis o al no seguirse estrictamente los protocolos.

Intencionalidades formativas

Propósitos; Las prácticas de Química Analítica e instrumental están diseñadas para promover en el estudiante: � Su capacidad para decidir el tipo de análisis químico que

requiere una determinada materia prima, los resultados que debe esperar mediante la aplicación de criterios relacionados con sus propiedades químicas, las técnicas y procedimientos establecidos por el método analítico seleccionado y la variabilidad asignada a los resultados esperados.

� El desarrollo de las capacidades cognitivas superiores al capacitar al estudiante en procedimientos propios de esta disciplina y la generación de criterios que le sirvan como referentes para el análisis de esos resultados y la elaboración de las recomendaciones más apropiadas para el mejoramiento de los productos analizados, de ser posible.

Objetivos: Aplicar los fundamentos de: � Los métodos químicos para la cuantificación de propiedades

químicas relacionadas con la calidad de las muestras, permitiendo determinar si cumplen, ciertas características definidas, objeto del análisis químico.

� La química analítica, como cinética y equilibrio químico, de las reacciones químicas que se pueden utilizar para determinaciones cuantitativas, las técnicas para preparación de muestras para análisis y los criterios a tener en cuenta para ordenar un análisis químico, realizar el tratamiento y análisis de los datos y el reporte del informe.

� Los métodos clásicos de análisis cuantitativo en productos

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alimenticios o en materias primas, métodos tradicionales de realización de los mismos y aplicarlos a una muestra específica que sea de interés del estudiante.

� Los métodos analíticos instrumentales como medición de pH, espectrofotometría y cromatografía.

Metas: � Establecer criterios para la selección de los análisis requeridos en una determinada muestra de su interés buscando el cumplimiento de las características químicas definidas como criterio de calidad. � Establecer un conjunto de criterios que permitan la obtención, procesamiento y análisis de datos provenientes de un método químico teniendo en cuenta conceptos, métodos y procedimientos analíticos recomendados previamente. � Dar cuenta de los fundamentos químicos y físicos de los métodos clásicos de análisis y de los métodos instrumentales.

Competencias: Una vez terminado el trabajo académico del curso, el estudiante podrá demostrar: � Un amplio conocimiento de los métodos químicos aplicables

a la cuantificación de propiedades químicas en muestras de productos y materias primas, que le permitan la selección e interpretación de los resultados más apropiados conforme a criterios previamente definidos.

� La capacidad de realizar por su cuenta los análisis químicos de interés y responsabilizarse por el buen manejo de equipos, reactivos y materiales de vidrio en muestras previamente seleccionadas por él.

� Que valora apropiadamente los resultados y le da un manejo ético.

Denominación de prácticas

Práctica 1: Determinación de la acidez y el pH. Práctica 2: Determinación de cloruros. Práctica 3: Determinación de cenizas y calcio. Práctica 4: Determinación de pH y Ácido Acético en un vinagre. Práctica 5: Espectrofotometría Visible I Curva de Absorción. Práctica 6: Espectrofotometría Visible II Curva de Calibración.

Número de horas

Dieciséis (16).

Porcentaje 30% de la nota del curso.

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Curso evaluado por proyectos

SI___ NO_X_

Seguridad industrial

Riesgos con compuestos químicos3 Aparecen debido a la exposición por el manejo permanente o no de sustancias que es necesario manipular, moler o destapar para medir pequeñas cantidades, pesarlas, agregarlas a otras o disolverlas. La única manera de prevenir y/o disminuir esos riesgos es teniendo un profundo conocimiento de las propiedades particulares que tienen esos compuestos, de los efectos de tales sustancias en el organismo y de los métodos más apropiados para su manipulación. Efectos de las sustancias químicas en el organismo El efecto directo que pueden tener las sustancias químicas es muy variado ya que depende de su estado de agregación y de la vía de acceso al organismo humano. Si son sólidas es fácil su dispersión como polvo o humo o pueden presentarse como gases si tienen punto de ebullición bajo pudiendo en ambos casos ser inhaladas y si son líquidas pueden: ser ingeridas accidentalmente al tomar alícuotas sin precaución, ser absorbidas a través de la piel, quemar directamente ésta si son cáusticas o corrosivas u ocasionarle dermatosis por ser irritantes o alergénicas. Además, presentan otro tipo de peligros dependiendo de su estructura y propiedades fisicoquímicas (volatilidad, inflamabilidad, temperatura de explosión), al ser afectadas por los cambios de temperatura y presión atmosférica. Inhalación Los humos, soluciones coloidales de partículas generadas durante la volatilización de metales fundidos o de materiales sometidos al fuego, en gases, principalmente aire, y los polvos inhalados a través del aparato respiratorio se alojan en los pulmones y producen un grupo de enfermedades llamadas neumoconiosis, que dejan secuelas permanentes. Pueden ser inhalados, afectar los ojos y/u originar enfermedades crónicas. Los gases son los más peligrosos debido a la facilidad de ser

3 Guerrero, R, José H, Lozano R, Manuel. Seguridad en el Laboratorio Químico.

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inhalados por la gran movilidad que presentan, pudiendo producir somnolencia, asfixia, irritaciones, adormilamiento y envenenamiento. Ingestión Es la vía más directa y el medio más común para desarrollar las intoxicaciones crónicas involuntarias, ocasionadas por hábitos peligrosos como fumar o comer cuando se manipulan los compuestos o se trabaja con ellos, el desconocimiento de la peligrosidad del compuesto que se manipula o la nula aplicación de normas de higiene en el consumo de los alimentos (no lavarse las manos antes de comer). Absorción Se relaciona con la facilidad de ciertas sustancias de ser absorbidas a través de la piel y las mucosas por el contacto directo con ellas, (especialmente las líquidas), atravesándolas, acumulándose en el organismo y desencadenando enfermedades como el cáncer o intoxicaciones crónicas involuntarias. Durante la ejecución de actividades de laboratorio puede presentarse una serie de condiciones que favorecen la absorción de compuestos: - La transpiración continua alcaliniza la piel saponificando la capa grasosa que es arrastrada con el sudor. - Los disolventes y demás compuestos orgánicos se solubilizan relativamente fácil en las grasas de la piel y de allí se difunden hacia el interior del cuerpo a través de las glándulas sebáceas. - La aplicación de ungüentos y cremas grasosas sobre la piel favorecen el ingreso de sustancias tóxicas orgánicas. - Las heridas, dermatitis y otros traumas que rompan o perforen la piel favorecen la entrada de los tóxicos al organismo. - La falta de limpieza de la piel destruye su protección natural y permite la entrada de sustancias peligrosas. Reglas para el manejo de los reactivos químicos Existen trece reglas o normas de seguridad para el manejo seguro de los reactivos, que siempre se deben tener en cuenta; No vale la pena aquí exponerlas todas, pero a manera de resumen y para facilitar su memorización, se pueden establecer siete reglas básicas que son:

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1. Conocer previamente el tipo de sustancias que se va a utilizar.

2. Llevar siempre gafas protectoras y si es posible, guantes. 3. Realizar todos los trabajos en campana de extracción de

gases que tenga buena potencia de succión, con careta respiratoria o en locales bien ventilados.

4. Evitar el contacto de los reactivos con la piel, ojos y mucosas. Lavar inmediatamente, en forma abundante, con agua fría cualquier salpicadura (excepto en el caso de ácido sulfúrico, el cual primero se debe eliminar al máximo con toallas o trapos limpios y secos antes de lavar con agua, debido a la producción de calor al mezclarse con ésta).

5. Lavar los ojos bajo el chorro de agua, moviéndolos en todas las direcciones y desplazando ampliamente los párpados, si les ha caído sustancias cáusticas. Visitar lo antes posible al oftalmólogo para su revisión y posible tratamiento.

6. Retirar toda la indumentaria que esté impregnada o lavada con sustancias cáusticas o corrosivas y lavar si alcanzó la piel.

7. En caso de accidente o de encontrarse mal, buscar atención médica.

Indumentaria de protección Para una mejor protección de la persona que manipula sustancias químicas es recomendable que lleve puestos los siguientes elementos de protección: � Vestimenta fácil de quitar. Blusa amplia, que abotone y

desabotone fácil, siempre cerrada para mayor protección del traje que cubre, el cual es casi seguro que se pierda en caso de salpicaduras.

� Máscara contra gases y vapores. Con filtros que retienen los vapores peligrosos (tóxicos, sofocantes o adormilantes). Para total seguridad se debe determinar el tipo de filtro dependiendo del uso y remplazarlo una vez se haya saturado.

� Gafas de seguridad. Obligatorias en toda manipulación de reactivos químicos.

� Guantes. Seleccionados para cada ocasión dependiendo del material con que fueron elaborados y los reactivos que se van a manejar con el fin de que no sean atacados, disueltos o destruidos en las manos poniendo en peligro su integridad.

Normas de seguridad

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Con la observación de las siguientes reglas de trabajo en el laboratorio se pueden obtener resultados en forma segura y a un costo relativamente económico, sin romper material o dañar equipos: 1) La presencia del estudiante es obligatoria durante todo el

tiempo asignado a la sesión de laboratorio. 2) Para el trabajo experimental el estudiante debe tener una

blusa de laboratorio que le proteja los vestidos, gafas plásticas para protección de los ojos, un paño para la limpieza, detergente, churrusco, un pincel, jabón de tocador, toallas para cocina, un encendedor o una caja de cerillas.

3) Se debe disponer de: un cuaderno para toma de notas, donde debe estar consignado el preinforme como se indicó anteriormente, bolígrafo, regla y cinta de enmascarar.

4) Durante la sesión práctica no se deben realizar otras actividades que pueden ser peligrosas o distraer del trabajo como fumar, comer, escuchar radio, jugar o recibir visitas (si es urgente atender a alguien, salir del laboratorio).

5) No deben estar en el laboratorio personas ajenas a la experiencia, ni niños.

6) Mantener el sitio de trabajo ordenado, limpio y completamente seco.

7) Los reactivos sólidos, los papeles y los restos de cerillas ya utilizados deben ser desechados en la caneca de la basura; nunca en el desagüe ni en el piso.

8) Los ácidos o solventes orgánicos sobrantes deben guardarse en botellones dispuestos especialmente para ese fin, marcados apropiadamente.

9) Confirmar antes de usar un reactivo, que es el requerido, evitando así equivocaciones peligrosas o mortales.

10) Utilizar la cantidad de reactivo necesaria. Si es sólido emplear una espátula limpia y seca. Si es líquido, verter aparte una pequeña cantidad en un vaso de precipitados limpio y seco y tomar el volumen requerido utilizando una pipeta limpia o medir directamente en probeta.

11) Si se requiere diluir un ácido concentrado en agua, verter el ácido sobre el agua con bastante agitación y enfriamiento (especialmente si es sulfúrico), evitando salpicaduras y sobrecalentamientos peligrosos.

12) Manejar los líquidos inflamables (alcohol, acetona, éter) lejos de las llamas y en sitios bien ventilados.

13) Revisar permanentemente el líquido de los baños de maría, para evitar su desecación que puede ser peligrosa.

14) Los tubos de ensayo deben calentarse por la parte superior

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del líquido, inclinados, con agitación suave, cuidando de no apuntar a ningún compañero; Así se evitarán proyecciones peligrosas provocadas por el sobrecalentamiento del líquido que ocasionan quemaduras.

15) Si una reacción desprende muchos gases, debe ser realizada en la vitrina.

16) Al utilizar un recipiente verificar que está vacío y completamente limpio.

17) No probar los reactivos con la boca; Todos son potencialmente tóxicos por lo que solo se permite hacerlo en casos muy especiales, siguiendo las directrices de la práctica correspondiente Para oler una sustancia (únicamente bajo la supervisión de alguien responsable), se debe dirigir una parte de sus vapores hacia la nariz con la mano y no hacerlo directamente del frasco.

18) Si salpica ácido, base o cualquier otra sustancia en las manos, lavarse con abundante agua y jabón. Si es en los ojos (por no usar las gafas plásticas) colocarlos bajo el chorro del agua y avisar al profesor.

19) Evitar el pánico cuando ocurra cualquier anomalía. Mantener la puerta y las ventanas del laboratorio siempre abiertas.

20) Si se desconoce el manejo del equipo de laboratorio, pedir instrucciones y dejarlo completamente limpio y apagado después de su uso.

21) Una vez terminada la práctica, revisar que las llaves de agua y gas están bien cerradas y los aparatos eléctricos desconectados.

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6. DESCRIPCIÓN DE PRÁCTICAS

PRÁCTICA No. 1

DETERMINACIÓN DE LA ACIDEZ Y EL pH EN UN ALIMENTO

Tipo de práctica

Presencial x Porcentaje de evaluación 5% Horas de la práctica 2 Temáticas de la práctica Acidez, titulaciones ácido-base, peso equivalente,

miliequivalentes, punto final, indicadores externos, concentración de iones hidronio, pH.


Propósito(s): � Desarrollar en los estudiantes su capacidad para

decidir los resultados que debe esperar mediante la aplicación de criterios relacionados con las concentraciones de sustancias ácidas que contienen los alimentos, sus propiedades químicas, las técnicas y procedimientos establecidos para medirlas, el método analítico seleccionado y la variabilidad asignada a los resultados esperados.

� El desarrollo de las capacidades cognitivas superiores al capacitar al estudiante en procedimientos propios de la medición de la acidez y cálculo del pH y la generación de criterios que le sirvan como referentes para el análisis de esos resultados y la elaboración de las recomendaciones más apropiadas para el mejoramiento de los productos analizados, de ser posible.

Objetivo(s): � Estandarizar o valorar soluciones usando

patrones primarios. � Utilizando soluciones estandarizadas, determinar

el índice de acidez de un alimento. � Expresar el índice de acidez obtenido en

diferentes unidades de concentración.

Hugo

Resaltado

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� A partir de la concentración de acidez, calcular el

pH matemáticamente.

Meta(s): � Establecer criterios para la selección de las condiciones requeridas para analizar una determinada muestra de interés del estudiante, buscando el cumplimiento de las características químicas definidas como criterio de calidad. � Establecer el conjunto de criterios que permitan la obtención, procesamiento y análisis de datos provenientes de la determinación de acidez, teniendo en cuenta conceptos, métodos y procedimientos analíticos recomendados previamente. Competencia(s): El estudiante adquiere: � Un amplio conocimiento de los métodos químicos aplicables a la cuantificación de acidez en muestras de productos y materias primas, que le permitan la selección e interpretación de los resultados más apropiados conforme a criterios previamente definidos. �La capacidad de realizar por su cuenta los análisis de acidez en muestras previamente seleccionadas por él y de responsabilizarse por el buen manejo de reactivos y materiales de vidrio, demostrando que valora apropiadamente los resultados y les da un manejo ético.

Fundamentación Teórica

La acidez es una propiedad que presentan los alimentos y que muchas veces está relacionada con el metabolismo de los organismos vivos de donde proviene y se utiliza con fines analíticos para determinar propiedades relacionadas con su conservación. En la leche y derivados lácteos puede determinar el grado de frescura, es decir, como han sido obtenidos y si se han observado los procedimientos que se siguen para su conservación. En el caso de la leche cruda, si se deja cierto tiempo en contacto con el aire y a temperatura ambiente, se descompone, detectándose ordinariamente por cambios en el aroma y sabor característicos y si es muy avanzada la descomposición, se presenta separación en dos o más capas.

Hugo

Resaltado

21



Químicamente, se puede caracterizar un descenso en el pH y un incremento en la acidez correspondiente al ácido láctico. No obstante, existen productos madurados donde se busca, de forma controlada, aumentar su acidez. Otro ejemplo es la carne; cuando el ganado ha sido subalimentado o sometido a intenso ejercicio antes del sacrificio, por procesos normales de metabolismo se disminuye el contenido de glucógeno en el músculo, que impide la disminución del pH y la desnaturalización de las proteínas al alcanzar su punto isoeléctrico, disminuyendo la capacidad de retener agua, propiedad favorable para la textura y la pigmentación de la carne. El pH queda en valores de 6,6 y la cantidad de ácido láctico es muy pequeña, produciendo una carne de baja calidad. En frutas y hortalizas se pueden presentar variaciones en su carácter ácido debido a la presencia o ausencia de ácidos orgánicos provenientes de la degradación de los carbohidratos que producen principalmente ácido cítrico y ácido málico. El contenido de ácido varía con las fases de maduración y senescencia, pero en las frutas tienen un rango de 2,4 (cítricas) hasta 5,0 (banano), mientras que en los vegetales el rango va de 5,0 a 7,0. Los ácidos más abundantes en los tejidos vegetales son el cítrico y el málico; el primero predomina en las frutas cítricas, fresa y piña y en los vegetales en las papas, leguminosas, tomate y hortalizas de hoja. El ácido málico se encuentra en manzanas, ciruelas, albaricoques y en los vegetales en la lechuga, brócoli y coliflor. Otros ácidos importantes son el oxálico que se encuentra en las espinacas y el tartárico en las uvas. En los cereales y derivados, la determinación de la acidez es una prueba utilizada para evaluar la calidad del grano y de la harina puesto que dependiendo del grado de infestación y la humedad pueden ocurrir fermentaciones indeseables, responsables de la aparición de ácidos que normalmente no se encuentran en esos productos. En la determinación analítica de la acidez se suelen expresar los resultados en el ácido más importante. La fórmula y el peso equivalente de los ácidos más comunes son: Ácido cítrico: (C6H8O7) CH2 – COOH | HO – C – COOH Eq = P.M./ 3 = 64 g/Eq. Ka = 8 x 10-4 | CH2 – COOH Ácido málico: (C4H6O5)

Hugo

Resaltado

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HO – CH – COOH | Eq = P.M./2 = 67 g/Eq. CH2 – COOH Ácido tartárico: (C4H6O6) COOH | HO – C – H | Eq = P.M./2 = 75 g/Eq. H – C – OH | COOH La forma más sencilla de determinar la acidez de un alimento es por titulación ácido-base. Ésta es una reacción química que se puede representar, si es entre el ácido clorhídrico y el hidróxido de sodio, así:

HCl + NaOH → NaCL + H2O La reacción se considera completa cuando el número de equivalentes de la solución valorante es igual al número de equivalentes de la solución del analito. Dicho de otra forma, cuando los miliequivalentes del ácido han sido igualados con los miliequivalentes de la base.

VA x NA = VB x NB = miliequivalentes (1) Por otra parte, se sabe que los miliequivalentes en gramos de un ácido o una base son iguales al Peso Molecular dividido por el número de H+ o de OH- utilizados por el ácido o la base. En general,

1000 miliequivalentes = Esto permite calcular también el número de miliequivalentes de las dos sustancias reaccionantes cuando se conocen los volúmenes y las normalidades o calcular la normalidad o concentración de uno de los dos reaccionantes conociendo los miliequivalentes o el peso del otro. Sin embargo ¿en la práctica cómo se puede detectar el punto final? Se debe encontrar un medio que detecte el punto equivalente. En las titulaciones ácido–base hay un cambio brusco del pH al añadir un pequeño exceso del valorante. Por lo tanto, hay dos formas generales de detectar el punto final: con un indicador que detecte el cambio en pH haciéndolo manifiesto mediante la aparición o desaparición de un color o con un aparato que mida directamente el pH y en el

Hugo

Resaltado

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que se puedan seguir con detalle sus cambios. En la presente práctica, se va a emplear el primero, dejando lo referente al medidor de pH para una práctica posterior. Un indicador ácido–base es en sí un ácido o una base débil cuyas distintas formas protonadas tienen diferentes colores. Para hallar el indicador más apropiado se debe calcular el pH en el punto de equivalencia o conocer el punto final y seleccionar el más cercano o que coincida con ese cambio. En este caso, se va a emplear la fenolftaleína que tiene un rango de viraje entre 8,0 y 9,6, siendo incolora a pH inferior a 8 y rosada a pH superior a 9,6. Una aplicación inmediata de lo anterior es la titulación de una solución desconocida, utilizando soluciones de concentración conocida. En análisis de alimentos, lo corriente es valorar soluciones de concentración desconocida de ácidos; Esto se hace utilizando soluciones de concentración conocida de bases. Sin embargo, a las soluciones de bases no se les puede conocer directamente la concentración debido a que las más corrientes (hidróxidos de sodio, potasio y amonio) no permiten su pesada o medición con un grado de precisión suficiente. Por ello, es necesario después de preparar sus soluciones, valorarlas con un estándar o patrón primario de tipo ácido. Un estándar o patrón primario es una sustancia altamente ionizable, no volátil ni oxidante, muy estable al aire (no debe ser higroscópica en exceso ni delicuescente), de alto peso molecular perfectamente definido y debe permitir su secado a 100-110°C sin descomponerse. En la práctica actual, se va a emplear como estándar o patrón primario el biftalato de potasio o ftalato ácido de potasio, cuyo P.M. es 204,22 g. Para la valoración del hidróxido de sodio, se parte de una cantidad conocida de biftalato de potasio, la cual se titula entonces contra la solución desconocida de hidróxido de sodio, utilizando como indicador la fenolftaleína. En el punto final, cuando la solución cambie de incoloro a rosado, se tendrá la siguiente igualdad:

NB = Una vez valorada la solución de hidróxido de sodio, se titula una solución preparada a partir del jugo o alimento. Para ello, se aplica la siguiente reacción:

Peso Ác. Cit. = De los conocimientos generales de química vistos en primera unidad del módulo, se debe recordar que un ácido débil se disocia incompletamente en agua, dando una solución en la cual:

Hugo

Resaltado

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Ka = [H3O

+] 2 [Molar ácido] = (5) De esta ecuación, se puede despejar [H3O

+], así:

[H3O+]2 = Ka X [Molar ácido]

Por lo tanto, una vez conocida la concentración del ácido en % o cualquier otra unidad, se puede convertir en [Molar ácido] y a partir de la fórmula anterior se puede hallar [H3O

+]2

Posteriormente, se puede despejar el pH, utilizando la fórmula:

pH = log 1 [H+] = (6)

Descripción Se toman alícuotas de alimentos líquidos y se valoran con una solución Normal de hidróxido de sodio o potasio, la cual se valora igualmente con un patrón de acidez para conocer exactamente su concentración normal. A partir de los datos de Volumen y Normalidad de la solución alcalina utilizada, se calcula la concentración de ácidos de la muestra, expresándola en diferentes unidades y el pH.

Recursos a utilizar (Equipos / instrumentos): Balanza analítica Vidrio de reloj Espátula pequeña Soporte Universal Pinzas para bureta Bureta de 25 mL con llave de teflón Estufa de laboratorio Desecador Pinzas cortas para crisol Pipetas aforadas de 1, 10 y 25 mL Balones aforados de 100 y 250 mL Erlenmeyer de 250 mL Vasos precipitados de 50 y 250 mL Frasco lavador Biftalato de potasio R.A. Hidróxido de sodio R.A.

Hugo

Resaltado

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Ácido clorhídrico R.A. Solución alcohólica de fenolftaleína al 1%.

Software a utilizar en u otro tipo de requerimiento Ninguno.

Seguridad Industrial: Además de los cuidados descritos en la parte general, es importante tener en cuenta lo siguiente: Cuidados con la balanza

I. Verificar que esté conectada a la línea voltaje apropiada. II. Realizar las pesadas utilizando un vidrio de reloj, nunca papel o

directamente en el plato metálico. III. No dejar caer los reactivos sobre el plato de la balanza, si ocurre limpiar

inmediatamente utilizando el pincel. IV. No agregar más sustancia cuando la balanza esté en la posición de

máxima sensibilidad. V. Cuando se termine de pesar, la balanza debe quedar apagada y en ceros.

VI. Antes de anotar los valores presentados en la pantalla, asegurarse que las puertas laterales estén cerradas para evitar las corrientes de aire que pueden falsear los datos.

Cuidados con la bureta

I. Antes de llenarla con el titulante, Verificar que la llave gira sin problema ni escapes. De lo contrario, desmontarla y lubricarla con grasa controlando el libre giro y la ausencia de fugas (si son de teflón no requieren lubricante).

II. Si no es posible desmontarla, o si después de lubricarla queda con escapes, informarle al encargado del laboratorio quien eventualmente la puede cambiar por otra.

III. Verificar que el líquido fluya sin dejar gotas. Si esto ocurre, lavarla muy bien con agua, jabón, nuevamente agua y luego agua destilada, purgándola finalmente con un poco del reactivo con el que se vaya a efectuar la determinación analítica.

IV. Al montarla en el soporte universal, asegurarla firmemente con la pinza y sin romperla.

Metodología

Hugo

Resaltado

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Conocimiento previo para el desarrollo de la práctica Los estudiantes deben haber estudiado previamente los capítulos 1, 2, 3 y 5 de la primera unidad y el capítulo uno y la lección 33 de la segunda unidad.

Forma de trabajo Los estudiantes traen preparado el Preinforme de manera individual. Desarrollan entre todos la práctica y preparan el Informe, que debe ser entregado al tutor que la dirigió, quien lo califica y hace llegar la nota al tutor presencial o virtual de los integrantes del grupo. Procedimiento Valoración de la solución de Hidróxido de sodio Pesar en balanza analítica, utilizando un vidrio de reloj o un vaso de precipitados de 50 mL, 0,25 g del biftalato de potasio, calidad reactivo analítico, previamente secado a 100–110°C y conservado dentro del desecador. Registrar el peso exacto en el cuaderno de laboratorio. Pasar el biftalato pesado a un erlenmeyer de 250 mL, ayudándose con un frasco lavador y añadir alrededor de 100 mL de agua destilada, agitando suavemente hasta su disolución. Agregar 2 gotas de solución de fenolftaleína. Purgar y llenar la bureta con la solución recién preparada de hidróxido de sodio, enrasando a cero. Titular la solución de biftalato hasta obtener una coloración rosa que persista 30 segundos. Registrar en el cuaderno el valor obtenido. Valoración de la acidez del alimento Dependiendo de la muestra traída al laboratorio (frutas cítricas, leche, harina, vino, uvas), establecer previamente con el tutor el tratamiento previo por realizar al tipo de muestra o consultar los métodos definidos por los manuales de laboratorio para obtener la solución de los ácidos del alimento. Para los alimentos líquidos, generalmente se puede tomar directamente una alícuota de 10 mL, depositarla en un erlenmeyer de 250 mL, agregar 2 gotas de fenolftaleína y alrededor de 100 mL de agua destilada, procediendo a titular con la solución estandarizada de hidróxido de sodio hasta color rosado persistente por 30 segundos. Registrar el volumen utilizado en el cuaderno de laboratorio. En unos pocos casos, habrá necesidad de hacer diluciones previas, tomando 10 mL del alimento, depositándolos en un balón aforado de 100 mL y completando a volumen con agua destilada. De esta solución, se toman alícuotas de 25 mL en

Hugo

Resaltado

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erlenmeyers de 250 mL, añadiendo 2 gotas de fenolftaleína, 100 mL de agua destilada y goteando la solución estandarizada de hidróxido de sodio hasta color rosado persistente por 30 segundos. En cualquier caso, se deben calcular las diluciones de tal manera que no se sobrepasen los 25 mL de la escala de la bureta utilizada en la titulación para minimizar errores de procedimiento, sin perder la exactitud del método. Sistema de Evaluación Se tendrán en cuenta: Preinforme individual, desempeño en el laboratorio y el informe correspondiente.

Informe o productos a entregar Hacer los cálculos para encontrar la Normalidad de la solución de hidróxido de sodio utilizando el volumen empleado en la titulación y registrarla en el cuaderno. Con el volumen de hidróxido de sodio empleado para titular el alimento y los datos de la dilución si fue necesario realizar alguna, hacer los cálculos para encontrar el porcentaje peso a volumen de acidez, expresada como ácido cítrico y registrarla en el cuaderno. Con el porcentaje de acidez hallado, calcular el pH de la solución y registrarlo en el cuaderno. Buscar en fuentes bibliográficas apropiadas el porcentaje y tipo de acidez del alimento utilizado, anotando los resultados hallados en el cuaderno de laboratorio junto con la fuente bibliográfica utilizada y comparar los resultados obtenidos. Elaborar el informe correspondiente conforme a las indicaciones siguientes: Elaboración del informe Actividad de tipo grupal evaluativa con un valor de 25 puntos. Cada práctica, su informe completo, separado, de acuerdo a la Rúbrica incluida más adelante. Producto esperado: Documento Word: con el desarrollo pormenorizado del Informe, que incluya portada, introducción, objetivos, desarrollo, etc., de acuerdo a las indicaciones dadas en la Guía para elaboración de informes de laboratorio. Documentos de referencia:

• Modulo: Química Analítica e Instrumental. Manuel Lozano Rigueros, 2010

Hugo

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• Aula virtual: Química Analítica e Instrumental 301102 • Libros de Consulta: Guías para las prácticas de laboratorio

Guías para la elaboración de informes de laboratorio Presentación:

• Página: carta • Márgenes: superior, inferior, izquierdo y derecho: 2cm • Interlineado: sencillo • Texto: Times New Roman o Arial, 12 puntos • Formato de entrega: Word o PDF. • Portada. • Contenido: Todos los componentes descritos en la Guía para elaboración

de informes de laboratorio.

Envío del informe de la actividad: al tutor, de la forma como él lo solicite, ya sea de forma personal, o por correo electrónico.

Rúbrica de evaluación, primera práctica

Tabla 1 Rúbrica, prácticas sin gráficas

Ítem Valoración baja Valoración media Valoración alta Puntaje Máximo

1. Objetivos No presenta objetivos (0)

Presenta algunos objetivos (1)

Presenta todos los objetivos (2)

(2)

2. Teoría

No presenta teoría

(0)

Presenta parte de los

conceptos (1)

Presenta los sufi-cientes conceptos

para realizar el informe (2)

(2)

3. Procedimiento

No presenta el procedimiento para

cada una de las partes de la práctica

(0)

Presenta el procedimiento para

algunas de las partes (1)


cada una de las partes.

(2)

(2)

4. Cálculos

No presenta

ejemplo de cálculos (0)

Presenta ejemplo de cálculos solo para una de las partes

(1)

Presenta ejemplo de cálculos para

todas las partes del informe (2)

(2)

5. Datos experimentales.

No presenta datos experimentales o

están equivocados(0)

Presenta solamente algunos datos

experimentales, en desorden

(1)

Presenta correcta-mente los datos experimentales

(2)

(2)

6. Resultados.

No presenta resultados o están

equivocados (0)

Presenta solamente algunos resultados

(1)

Presenta correcta-mente todos los

resultados pedidos. (2)

(2)

7. Análisis Resultados.

No hace análisis de resultados o está

Analiza solamente algunos aspectos

Hace un análisis de resultados correcto

(3)

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mal enfocado (0) (1) (3)

8. Aplicaciones en la profesión.

No presenta aplicaciones en su

profesión (0)

Presenta solamente una aplicación

(1)

Presenta varias aplicaciones

(2) (2)

9. Conclusiones.

No presenta conclusiones o

están mal elaboradas

(0)

Presenta solamente algunas conclusiones

(1)

Presenta las conclusiones

correspondientes a los objetivos

(4)

(4)

10. Referencias No presenta referencias

(0)

Presenta solamente una o dos referencias

(1)

Presenta las referencias

suficientes para un buen informe (2)

(2)

11. Redacción y ortografía

El documento pre-senta deficiencias

en redacción y más de cinco (5) errores

ortográficos (0)

Presenta buena redacción pero cinco

o menos errores ortográficos o al

revés. (1)

Presenta buena redacción y no hay errores ortográficos

(2)

(2)

Total 25*

Retroalimentación, primera práctica

Los estudiantes se pondrán de acuerdo con el Tutor que les oriente la práctica, sobre el tiempo disponible para hacerle llegar el respectivo informe. Se sugiere que no sea mayor de quince días calendario y podrá ser mucho menor si el laboratorio se realiza en fecha cercana a la finalización del curso, ya que tanto el Tutor como el Director de curso necesitarán disponer de la calificación con tiempo suficiente para subir notas a R&C antes del cierre del aplicativo correspondiente.

PRÁCTICA No. 2

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DETERMINACIÓN DE CLORUROS

Tipo de práctica Presencial X

Porcentaje de evaluación 5% Horas de la practica 2 Temáticas de la práctica Volumetrías de precipitación, halógenos, cloruros,

reacciones de los halógenos, precipitación, técnica de Mohr de análisis de cloruros, técnica de Volhard, titulaciones indirectas o por retroceso.



decidir los resultados que debe esperar mediante la aplicación de criterios relacionados con las concentraciones de cloruros que contienen los alimentos, sus propiedades químicas, las técnicas y procedimientos establecidos para medirlas, el método analítico seleccionado y la variabilidad asignada a los resultados esperados.

� El desarrollo de las capacidades cognitivas superiores al capacitar al estudiante en procedimientos propios de la medición de las concentraciones de cloruros y la generación de criterios que le sirvan como referentes para el análisis de esos resultados y la elaboración de las recomendaciones más apropiadas para el mejoramiento de los productos analizados, de ser posible.

Objetivos: � Aplicar los fundamentos de la técnica analítica

volumetría de precipitación. � Describir los cambios que ocurren durante una

titulación argentimétrica. � Conocer los fundamentos de los métodos de

Mohr y de Volhard para la determinación de cloruros.

� Determinar cuantitativamente los cloruros presentes en una muestra, utilizando el método de Volhard.

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� Expresar el contenido de cloruros en diferentes

unidades. Meta(s): � Establecer criterios para la selección de las condiciones requeridas para analizar una determinada muestra de interés del estudiante, buscando el cumplimiento de las características químicas definidas como criterio de calidad. � Establecer el conjunto de criterios que permitan la obtención, procesamiento y análisis de datos provenientes de la determinación de cloruros, teniendo en cuenta conceptos, métodos y procedimientos analíticos recomendados previamente. Competencia(s): El estudiante adquiere: � Un amplio conocimiento de los métodos químicos aplicables a la cuantificación de cloruros en muestras de productos y materias primas, que le permitan la selección e interpretación de los resultados más apropiados conforme a criterios previamente definidos. �La capacidad de realizar por su cuenta los análisis de cloruros en muestras previamente seleccionadas por él y de responsabilizarse por el buen manejo de reactivos y materiales de vidrio, demostrando que valora apropiadamente los resultados y les da un manejo ético.

Fundamentación Teórica Tal como se conoce desde hace muchos años, al agregar nitrato de plata a una solución neutra o débilmente ácida de un haluro (cloruro, yoduro, bromuro), se precipita cuantitativamente haluro de plata, de acuerdo a las reacciones:

Ag+ + Cl- → AgClblanco↓ Ag+ + I- → AgIamarillo↓ Ag+ + Br- → AgBrcafé↓

Con base en estas reacciones, numerosos químicos establecieron métodos para la determinación cuantitativa de haluros, utilizando soluciones de nitrato de plata de concentración conocida ya que aunque los haluros de plata formados son

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sensibles a la luz directa o a la artificial semejante a la diurna, presentándose un oscurecimiento (fundamento de la fotografía), este fenómeno no afecta el resultado final. Técnica de Mohr. Utiliza un método directo, añadiendo desde una bureta la solución de nitrato de plata y como indicador, un cromato alcalino, el cual reacciona con la primera gota en exceso de plata, según la reacción:

2Ag+ + CrO4= → Ag2CrO4rojo↓

Dando un color rojo a la solución. En este punto, de acuerdo a la teoría general de volumetría, puede decirse que:

VAgNO3 X NAgNO3 = meq AgNO3 = meqCl-

Siendo 1000 meqCl- = PMCl- /1

La ventaja que tiene este método es que se pueden valorar rápidamente las soluciones de nitrato de plata empleando como patrón primario cloruro de sodio R.A. A pesar de la sencillez del método, es poco utilizado sin embargo en el análisis rutinario, porque el cromato de plata es más insoluble que el cloruro y en el punto final, el cloruro ya precipitado tiende a transformarse en aquel, lo cual da una cierta imprecisión.

2AgClblanco↓ + CrO4= → Ag2CrO4rojo↓ + 2Cl-

Técnica de Volhard, emplea un método indirecto, por el cual, primero los cloruros de la muestra son precipitados utilizando una solución en exceso de nitrato de plata. A continuación, el cloruro de plata formado es retirado de la solución por filtración o se aísla utilizando ciertos compuestos orgánicos que se adsorben fuertemente eliminándolo de la solución. Luego, se valora el nitrato de plata que quedó sin reaccionar en la reacción anterior, utilizando una solución valorada de tiocianato (sulfocianuro) de amonio, empleando como indicador una solución de alumbre férrico amónico, el cual suministra iones Fe+3 que reaccionan con la primera gota en exceso de tiocianato dando a la solución un color rojo, según las reacciones:

Ag+ + CNS- → AgCNS blanco↓ Fe+3 + CNS- → Fe(CNS)+2

rojo El punto final de esta técnica es más preciso. Sin embargo, el tiocianato de sodio, potasio o amonio no son patrones primarios o estándar, siendo necesario valorarlos contra soluciones de nitrato de plata las que a su vez se valoran con cloruro de sodio R.A. Se tiene entonces que VAgNO3 X NAgNO3 = meq AgNO3 = meqCl- + meq CNS –

33



De donde meqCl- = meq AgNO3 - meq CNS – Y además, meqCNS- = VCNS- X NCNS- Siendo 1000 meqCNS- = PM CNS- /1 Un factor de interferencia para cualquiera de las dos técnicas es la presencia de aniones bromuro, yoduro, tiocianato, cianuro y sulfuro, y otros, todos los cuales precipitan en las condiciones de la determinación analítica, o la presencia de agentes reductores del catión plata como el estaño (II), hipofosfitos, formaldehído, hidroquinona y celulosa. Para evitar estas interferencias, cuando se trabaja con sustancias de origen orgánico se debe calcinar la muestra antes de realizar el análisis, ya que las altas temperaturas descomponen todos estos compuestos, volatilizando el bromo y el yodo formados.

Descripción: Las muestras que pueden ser de sal de cocina (cloruro de sodio), o las soluciones de las cenizas de algún alimento, son pesadas o medidas, se disuelven en agua, completando a un determinado volumen en un balón aforado; de allí se toman alícuotas, a las cuales se les añade un volumen exactamente conocido de solución de normalidad también conocida de nitrato de plata, el cual se ha calculado de antemano, de tal manera que una parte de la plata se precipita con los cloruros originales de la muestra y otra parte, permanece sin reaccionar. La parte de plata que ha reaccionado como cloruro, se separa de la solución ya sea por filtración o por adsorción sobre ciertos compuestos orgánicos (benceno o nitrobenceno) y en la solución remanente se determina la plata sobrante mediante su titulación con una solución de normalidad conocida de tiocianato de sodio o potasio. A partir del volumen y la normalidad de las soluciones de nitrato de plata y de tiocianato, se calculan las concentraciones de cloruro que contenían las muestras originales.

Recursos a utilizar (Equipos / instrumentos): Balanza analítica Soporte universal Pinzas para bureta Espátula Bureta de 25 ml con llave de teflón Pesasustancias de 30 ml Vidrio de reloj Vaso de precipitados de 50 ml Balón aforado de 250 ml

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Balón aforado de 100 ml Pipeta aforada de 25 ml Pipeta aforada de 10 ml Pipeta graduada de 5 ml Erlenmeyer de 250 ml Frasco lavador Probeta de 100 ml Cloruro de sodio R.A. Solución de nitrato de plata 0,1N Solución de sulfocianuro de amonio, de sodio o de potasio 0,1N Solución saturada de alumbre férrico amónico Solución de ácido nítrico 6N Solución de cromato de potasio al 5% Benceno o nitrobenceno.

Software a utilizar

Ninguno.

Seguridad Industrial: Además de los cuidados descritos en la parte general, es importante tener en cuenta lo siguiente: Cuidados con la balanza 1. Verificar que esté conectada a la línea voltaje apropiada. 2. Realizar las pesadas utilizando un vidrio de reloj, nunca papel o directamente en el

plato metálico. 3. No dejar caer los reactivos sobre el plato de la balanza, si ocurre limpiar

inmediatamente utilizando el pincel. 4. No agregar más sustancia cuando la balanza esté en la posición de máxima

sensibilidad. 5. Cuando se termine de pesar, la balanza debe quedar apagada y en ceros. 6. Antes de anotar los valores presentados en la pantalla, asegurarse que las puertas

laterales estén cerradas para evitar las corrientes de aire que pueden falsear los datos.

Cuidados con la bureta 1. Antes de llenarla con el titulante, Verificar que la llave gira sin problema ni escapes.

De lo contrario, desmontarla y lubricarla con grasa controlando el libre giro y la ausencia de fugas (si son de teflón no requieren lubricante). Si no es posible desmontarla, o si después de lubricarla queda con escapes, informarle al encargado

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del laboratorio quien eventualmente la puede cambiar por otra. 2. Verificar que el líquido fluya sin dejar gotas. Si esto no ocurre, lavarla muy bien con

agua, jabón, nuevamente agua y luego agua destilada, purgándola finalmente con un poco del reactivo con el que se vaya a efectuar la determinación analítica.

3. Al montarla en el soporte universal, asegurarla firmemente con la pinza y sin romperla.

Metodología:


Forma de trabajo Los estudiantes traen preparado el Preinforme de manera individual. Desarrollan entre todos la práctica y preparan el Informe, que debe ser entregado al tutor que la dirigió, quien lo califica y hace llegar la nota al tutor presencial o virtual de los integrantes del grupo. Procedimiento Preparación de la muestra Pesar 0,2 g de sal de cocina utilizando una balanza analítica, en un vidrio de reloj, pesa sustancias o vaso de precipitados de 50 mL, diluir con agua y transferir cuantitativamente a un balón aforado de 100 mL, ayudándose con un embudo si es necesario. Completar a volumen y homogenizar. Determinación de cloruros en la muestra De la muestra preparada en el apartado anterior, tomar una alícuota de 10 mL con una pipeta aforada y trasvasarlos a un erlenmeyer de 250 mL. Agregar 1.0 mL de ácido nítrico 6 M, 50 mL de agua destilada y utilizando pipeta aforada añadir 25 mL de la solución de nitrato de plata previamente estandarizada y 1 mL de benceno o nitrobenceno. Agitar muy bien y añadir 5 mL del indicador alumbre férrico amónico. Purgar, llenar y llevar a cero la bureta con la solución de tiocianato recién preparada y estandarizada y agregarla lentamente sobre el nitrato de plata sobrante, con mucha agitación, hasta obtener un color rojo. Anotar el volumen utilizado en el cuaderno de laboratorio.

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Sistema de Evaluación Se tendrán en cuenta: Preinforme individual, desempeño en el laboratorio y el informe correspondiente.

Informe o productos a entregar

Calcular las normalidades de las soluciones de nitrato de plata y de tiocianato (sulfocianuro) de potasio, si se han preparado recientemente. De lo contrario, con las concentraciones conocidas para estas soluciones y los datos del peso de muestra y teniendo en cuenta la dilución realizada y las relaciones expuestas, calcular la concentración en cloruro de sodio de la muestra de sal de cocina en % peso a peso. Elaborar el informe correspondiente conforme a las indicaciones dadas a continuación. Elaboración del informe

Actividad de tipo grupal evaluativa con un valor de 25 puntos. Cada práctica, su informe completo, separado, de acuerdo a la Rúbrica incluida más adelante. Producto esperado: Documento Word: con el desarrollo pormenorizado del Informe, que incluya portada, introducción, objetivos, desarrollo, etc., de acuerdo a las indicaciones dadas en la Guía para elaboración de informes de laboratorio. Documentos de referencia:

Modulo: Química Analítica e Instrumental. Manuel Lozano Rigueros, 2010 Aula virtual: Química Analítica e Instrumental 301102 Libros de Consulta: Guías para las prácticas de laboratorio


Página: carta Márgenes: superior, inferior, izquierdo y derecho: 2cm Interlineado: sencillo Texto: Times New Roman o Arial, 12 puntos Formato de entrega: Word o PDF. Portada. Contenido: Todos los componentes descritos en la Guía para elaboración

de informes de laboratorio. Envío de la actividad: al tutor, de la forma como él lo solicite, ya sea de forma personal, o por correo electrónico.

Hugo

Resaltado

37



Rúbrica de evaluación segunda práctica





(2)

2. Teoría

No presenta teoría (0)


conceptos (1)



(2)

3. Procedimiento



(0)





(2)

(2)

4. Cálculos

No presenta



(1)



(2)






(1)


(2)

(2)

6. Resultados.


equivocados (0)


(1)



(2)


No hace análisis de resultados o está mal enfocado (0)


(1)


(3) (3)



profesión (0)


(1)


(2) (2)

9. Conclusiones.



(0)


(1)



(4)

(4)


(0)


(1)



(2)




ortográficos (0)



revés. (1)


(2)

(2)

Total 25

38



Retroalimentación de la segunda práctica


Hugo

Resaltado

Hugo

Resaltado

Hugo

Resaltado

39



PRÁCTICA No. 3

DETERMINACIÓN DE CENIZAS Y CALCIO EN UN ALIMENTO

Tipo de práctica

Presencial X

Porcentaje de evaluación 5% Horas de la practica 2 Temáticas de la práctica Gravimetría, humedad, cenizas, contenido de

minerales, reacciones de oxidación-reducción, permanganimetría, precipitación.



decidir los resultados que debe esperar mediante la aplicación de criterios relacionados con las concentraciones de elementos metálicos o no metálicos que contienen los alimentos, sus propiedades químicas, las técnicas y procedimientos establecidos para medirlas, el método analítico seleccionado y la variabilidad asignada a los resultados esperados.

� El desarrollo de las capacidades cognitivas superiores al capacitar al estudiante en procedimientos propios de la medición de las concentraciones de calcio y la generación de criterios que le sirvan como referentes para el análisis de esos resultados y la elaboración de las recomendaciones más apropiadas para el mejoramiento de los productos analizados, de ser posible.

Objetivos: � Aprender la técnica de determinación de cenizas

en un alimento por calcinación en mufla eléctrica. � Realizar la preparación de una muestra de

alimento a partir de sus cenizas con el fin de determinar cuantitativamente sus componentes minerales.

� Determinar cuantitativamente el calcio de un

40



alimento por permanganimetría y expresar los resultados en diferentes bases y unidades

� Aprender a buscar información en fuentes bibliográficas, comparándola con la obtenida en circunstancias reales.

Meta(s): � Establecer criterios para la selección de las condiciones requeridas para analizar una determinada muestra de interés del estudiante, buscando el cumplimiento de las características químicas definidas como criterio de calidad. � Establecer el conjunto de criterios que permitan la obtención, procesamiento y análisis de datos provenientes de la determinación de calcio, teniendo en cuenta conceptos, métodos y procedimientos analíticos recomendados previamente. Competencia(s): El estudiante adquiere: � Un amplio conocimiento de los métodos químicos aplicables a la cuantificación de calcio en muestras de productos y materias primas, que le permitan la selección e interpretación de los resultados más apropiados conforme a criterios previamente definidos. �La capacidad de realizar por su cuenta los análisis de calcio en muestras previamente seleccionadas por él y de responsabilizarse por el buen manejo de reactivos y materiales de vidrio, demostrando que valora apropiadamente los resultados y les da un manejo ético.

Fundamentación Teórica Las cenizas corresponden al residuo inorgánico proveniente de la incineración de la materia orgánica. En los alimentos, su composición y cantidad depende de la naturaleza del alimento calcinado y del método correspondiente. Los derivados lácteos líquidos tienen del 0,5 al 1 %, mientras que las grasas y los aceites prácticamente no contienen cenizas, las margarinas, mayonesas y aceites para ensaladas contienen principalmente cloruro de sodio; En las frutas, depende del contenido de humedad, frescas pueden contener entre 0,2 y 0,8 % mientras que secas pueden alcanzar el 3,5 %. Las nueces van del 1,5 al 2,5 %. En el pescado

41



del 1 al 2 %, en carnes, especialmente las procesadas, puede llegar al 12 %. Dos de los elementos minerales que generalmente se determinan en las cenizas de la mayoría de alimentos son el calcio y el fósforo (harinas, leches y sus derivados). En esta práctica se utilizarán los fundamentos de la permanganimetría con el fin de determinar el contenido de calcio presente en algunas de estas muestras que seleccionará el estudiante según su interés. En el método más corriente para obtener las cenizas, la muestra se somete a calefacción hasta peso constante en una mufla eléctrica a 550-600°C. El residuo en estas condiciones está formado principalmente por los carbonatos de los metales alcalinos y alcalino térreos o los óxidos de los demás metales. Así, p.ej., el calcio se tendrá como carbonato. Al tratar las cenizas con ácido clorhídrico, el carbonato sufre una reacción ya conocida:

CaCO3 + 2 HCl → Ca++ + CO2↑ + H2O + 2Cl- Al agregar ion oxalato a la solución que contiene el calcio, precipita oxalato de calcio en un estado cristalino que depende del medio y la temperatura. Así, si el medio es alcalino con presencia de amoniaco y cloruro de amonio, a 50-60°C y se permite la precipitación lenta, se obtienen cuantitativamente cristales grandes que permiten su filtración.

Ca++ + C2O4= → CaC2O4↓

El precipitado obtenido se deja madurar manteniendo la temperatura a 50-60°C por lo menos ½ hora para que adquiera un tamaño adecuado facilitando la filtración y posterior lavado del exceso de oxalatos, que más adelante puede interferir en la determinación cuantitativa. Una vez filtrado y lavado el oxalato de calcio (o el de sodio en el caso de la valoración del permanganato) se hace reaccionar con ácido sulfúrico para poner en libertad el ácido oxálico, según las reacciones:

CaC2O4↓ + H2SO4 → C2O4= + CaSO4 ↓

y Na2C2O4+ H2SO4 → C2O4= + 2Na+ + SO4

=

El cual se valora con una solución estandarizada de permanganto de potasio, en caliente, para que sea rápida y cuantitativa:

C2O4= + MnO4

- + 8 H+ → Mn++ + 2 CO2↑+ 4 H2O

De donde, VMnO4- X NMnO4- = meq MnO4-

y meq MnO4- = meqCa++

42



Un mol de oxalato reacciona con un mol de calcio y los pesos equivalentes dependen del número de electrones transferidos por la molécula durante la reacción, así el oxalato libera dos electrones luego su peso equivalente será la mitad del peso molecular; mientras que para el calcio será la mitad del peso atómico.

Por consiguiente, 1000 meqCa++ = PACa /2 Se pueden presentar algunas interferencias en el método; todos los metales, excepto los alcalinos forman oxalatos insolubles, sin embargo el magnesio no precipita cuando se tiene el buffer de amoniaco – cloruro de amonio. Aunque el permanganato de potasio es un estándar primario, sus soluciones se van reduciendo muy rápidamente, cambiando su concentración, debido a las partículas de polvo y trazas de sales amoniacales en el agua destilada. Por eso es necesario estandarizarlas en el momento de su uso, lo cual se hace corrientemente con oxalato de sodio que también es un estándar primario.

Descripción: Las muestras que pueden ser de cualquier alimento (preferible con alto contenido de calcio, como queso o leche en polvo), son pesadas con cuidado en balanza analítica; se someten a calcinación en una mufa eléctrica a 550°C durante tres horas (en la industria, hasta peso constante); se dejan enfriar y se pesan sus cenizas, que con cuidado se disuelven en un ácido mineral, preferiblemente clorhídrico, completando a volumen en balón aforado. De la solución obtenida, se toma alícuota que se somete a reacción con oxalato de amonio en condiciones analíticas controladas; el precipitado obtenido, que contiene el calcio, se deja madurar para poderlo filtrar cuantitativamente, y se disuelve con ácido sulfúrico para dejar en libertad el ión oxalato, el cual por ser reductor se valora por reacción cuantitativa con permanganato de potasio de concentración conocida. A partir de los pesos de muestra original y de cenizas, se calcula el % de cenizas de la muestra y teniendo en cuenta el volumen y la normalidad de la solución de permanganato de potasio empleado para la valoración y el peso de muestra original y sus cenizas, así como las diluciones efectuadas, se calculan las concentraciones de calcio que contenían las muestras originales, tanto en % normal, como en % de cenizas, utilizando las relaciones matemáticas expuestas en la parte teórica.

Recursos a utilizar (Equipos / instrumentos): Balanza analítica

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Soporte universal Trípode de hierro Malla de asbesto Mechero bunsen Mufla eléctrica de laboratorio Desecador Pinzas largas para crisol Guantes de carnaza Mortero y mano Baño maría de anillos concéntricos Crisol o cápsula de porcelana de 30 ml Frasco lavador Balón aforado de 100 ml Pipeta graduada de 5 ml Embudo pequeño Papel de filtro cuantitativo Vaso de precipitados de 50 ml Vaso de precipitados de 400 ml Erlenmeyer de 250 ml Balón aforado de 250 ml Pipeta aforada de 25 ml Pipeta aforada de 10 ml Agitador de vidrio Permanganato de potasio R.A Agua destilada Ácido sulfúrico R.A. Oxalato de sodio R.A. Ácido sulfúrico solución 1:1 Ácido sulfúrico, solución al 5% Vol/Vol Nitrato de plata, solución al 0,5% Oxalato de amonio, solución saturada Solución fenolftaleína al 1% Ácido clorhídrico solución 1:1 Hidróxido de amonio solución 1:1

Software a utilizar

Ninguno.

Seguridad Industrial Además de los cuidados descritos en la parte general, es importante tener en cuenta lo siguiente:

44



Cuidados con la balanza 1. Verificar que esté conectada a la línea voltaje apropiada. 2. Realizar las pesadas utilizando un vidrio de reloj, nunca papel o directamente en el

plato metálico. 3. No dejar caer los reactivos sobre el plato de la balanza, si ocurre limpiar

inmediatamente utilizando el pincel. 4. No agregar más sustancia cuando la balanza esté en la posición de máxima

sensibilidad. 5. Cuando se termine de pesar, la balanza debe quedar apagada y en ceros. 6. Antes de anotar los valores presentados en la pantalla, asegurarse que las puertas

laterales estén cerradas para evitar las corrientes de aire que pueden falsear los datos.

Cuidados con la bureta 1. Antes de llenarla con el titulante, Verificar que la llave gira sin problema ni escapes.

De lo contrario, desmontarla y lubricarla con grasa controlando el libre giro y la ausencia de fugas (si son de teflón no requieren lubricante). Si no es posible desmontarla, o si después de lubricarla queda con escapes, informarle al encargado del laboratorio quien eventualmente la puede cambiar por otra.

2. Verificar que el líquido fluya sin dejar gotas. Si esto no ocurre, lavarla muy bien con agua, jabón, nuevamente agua y luego agua destilada, purgándola finalmente con un poco del reactivo con el que se vaya a efectuar la determinación analítica.


Metodología


Forma de trabajo Los estudiantes traen preparado el Preinforme de manera individual. Desarrollan entre todos la práctica y preparan el Informe, que debe ser entregado al tutor que la dirigió, quien lo califica y hace llegar la nota al tutor presencial o virtual de los integrantes del grupo. Procedimiento Determinación de las cenizas

45



En un crisol de porcelana previamente tarado4 a 500 – 550 ºC en la mufla, pesar utilizando una balanza analítica, 7 g de una muestra homogenizada de queso. Registrar los datos en el cuaderno de laboratorio. Calcinar directamente las muestras en la mufla, instalada en una vitrina de extracción, dejándolas allí unas tres horas a 500-550°C, verificando que se han logrado cenizas blancas o grises o hasta obtener un peso constante. Para los cálculos se utiliza el último dato registrado. Diligenciar el cuadro siguiente con los datos obtenidos:

Tabla 3 Determinación de cenizas

Peso crisol vacío

a

Peso crisol + muestra

b

Peso de Muestra

b - a c

Peso crisol + cenizas

d

Peso de cenizas

d - a e

% cenizas

e x 100 / c

Solubilización de las cenizas Una vez determinado y registrado el peso de las cenizas, se añaden 5 mL de ácido clorhídrico (1:1) y se evaporan en la vitrina utilizando un baño de maría. Repetir el tratamiento dos veces más, trasladando cuantitativamente la última solución formada, a un balón aforado de 100 mL, lavando muy bien el crisol con agua caliente. Completar a volumen con agua destilada. Si se observa algún depósito en el fondo del balón, filtrar una porción de unos 50 mL. Si la solución está transparente, omitir el filtrado. Determinación del calcio Tomar con pipeta aforada de 50 mL, una alícuota de la solución resultante de la solubilización de las cenizas y pasarla a un vaso de precipitados de 250 mL; añadir aprox 50 mL de agua destilada, calentar a ebullición, adicionar lentamente 10 mL de la solución saturada de oxalato de amonio, tres gotas de fenolftaleína al 1 %, y lentamente solución de hidróxido de amonio (1:1) hasta reacción alcalina agitando con una varilla de vidrio. Mantener la ebullición por 5 minutos agitando permanentemente y dejar en reposo el precipitado de oxalato de calcio formado durante una hora en un sitio tibio. Finalmente filtrar por decantación con papel de filtro cuantitativo y lavar con agua caliente hasta fin de cloruros, pasar el papel con el precipitado a un erlenmeyer

4 Siempre que utilicemos la expresión material tarado, significa que se ha colocado en la estufa o la mufla por una hora, se ha dejado enfriar y luego se determina exactamente su masa. Se debe manipular con unas pinzas largas para crisol y en un desecador.

46



de 250 mL, añadir 100 mL de agua destilada y 10 mL de solución de ácido sulfúrico (1:1), triturar con una varilla de vidrio para destrozar el papel de filtro y disolver el precipitado, calentar a ebullición. y titular con la solución estandarizada de permanganato de potasio 0,1N hasta obtener la coloración rosada persistente por 30 segundos. Registrar el volumen consumido en el cuaderno de laboratorio.


Informe o productos a entregar Determinar el % de cenizas, diligenciando el cuadro 1. A partir del peso de oxalato de calcio y el volumen de permanganato de potasio utilizado, calcular la concentración de éste en Normalidad, utilizando las relaciones matemáticas expuestas en la parte teórica. A partir del peso de muestra y de cenizas (cuadro 1.), de la alícuota de la solución de cenizas y el volumen de permanganato utilizado en su valoración calcular el % de calcio en mg Ca por 100 g de cenizas y mg de Calcio por 100 g de muestra. Comparar con los valores dados en los manuales de laboratorio, tablas de composición de alimentos y otros, determinando el % de error. Elaborar el informe correspondiente conforme a las indicaciones dadas a continuación: Elaboración del informe

Actividad de tipo grupal evaluativa con un valor de 25 puntos. Cada práctica, su informe completo, separado, de acuerdo a la Rúbrica incluida más adelante. Producto esperado: Documento Word: con el desarrollo pormenorizado del Informe, que incluya portada, introducción, objetivos, desarrollo, etc., de acuerdo a las indicaciones dadas en la Guía para elaboración de informes de laboratorio. Documentos de referencia:

Modulo: Química Analítica e Instrumental. Manuel Lozano Rigueros, 2010 Aula virtual: Química Analítica e Instrumental 301102

47



Libros de Consulta: Guías para las prácticas de laboratorio Guías para la elaboración de informes de laboratorio Presentación:



Rúbrica de evaluación, tercera práctica





(2)

2. Teoría

No presenta teoría (0)


conceptos (1)



(2)

3. Procedimiento



(0)





(2)

(2)

4. Cálculos

No presenta



(1)



(2)






(1)


(2)

(2)

6. Resultados.


equivocados (0)


(1)



(2)




(1)


(3) (3)





(2)

48



profesión (0) (1) (2)

9. Conclusiones.



(0)


(1)



(4)

(4)


(0)


(1)



(2)




ortográficos (0)



revés. (1)


(2)

(2)

Total 25

Retroalimentación, tercera práctica


49



PRÁCTICA No. 4

DETERMINACIÓN DE pH Y ÁCIDO ACÉTICO EN UN VINAGRE


Porcentaje de evaluación 5% Horas de la practica 2 Temáticas de la práctica Volumetrías ácido-base, ácidos fuertes y débiles,

constante de equilibrio, punto de equilibrio, volumen de neutralización, pH de neutralización, medidores de pH.



decidir los resultados que debe esperar mediante la aplicación de criterios relacionados con las concentraciones de ácidos orgánicos que contienen los alimentos, sus propiedades químicas, las técnicas y procedimientos establecidos para medirlas, el método analítico seleccionado y la variabilidad asignada a los resultados esperados.

� El desarrollo de las capacidades cognitivas superiores al capacitar al estudiante en procedimientos propios de la medición de las concentraciones de ácidos y pH y la generación de criterios que le sirvan como referentes para el análisis de esos resultados y la elaboración de las recomendaciones más apropiadas para el mejoramiento de los productos analizados, de ser posible.

Objetivos: � Identificar los componentes de un medidor

potenciométrico de pH. � Aprender a calibrar y utilizar un medidor de pH. � Determinar el pH de un alimento - vinagre. � Determinar el contenido de ácido acético en un

vinagre.

50



� Elaborar las gráficas de neutralización de un

ácido débil y un ácido fuerte y compararlas. � A partir de las gráficas de neutralización del ácido

acético y del ácido clorhídrico, hallar los volúmenes y pH de neutralización.

� A partir del volumen de neutralización del vinagre, hallar el % de ácido acético.

� A partir del pH del vinagre, utilizando las relaciones pertinentes, calcular la concentración de ácido acético y compararla con la obtenida a partir del volumen de neutralización.

� Aprender a buscar información en fuentes bibliográficas, comparándola con la obtenida en circunstancias reales

Meta(s): � Establecer criterios para la selección de las condiciones requeridas para analizar una determinada muestra de interés del estudiante, buscando el cumplimiento de las características químicas definidas como criterio de calidad. � Establecer el conjunto de criterios que permitan la obtención, procesamiento y análisis de datos provenientes de la determinación de ácidos débiles y pH, teniendo en cuenta conceptos, métodos y procedimientos analíticos recomendados previamente. Competencia(s): El estudiante adquiere: � Un amplio conocimiento de los métodos químicos aplicables a la cuantificación de ácidos débiles con medidores de pH en muestras de productos y materias primas, que le permitan la selección e interpretación de los resultados más apropiados conforme a criterios previamente definidos. �La capacidad de realizar por su cuenta los análisis de ácidos débiles y pH en muestras previamente seleccionadas por él y de responsabilizarse por el buen manejo de reactivos y materiales de vidrio, demostrando que valora apropiadamente los resultados y les da un manejo ético.

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Fundamentación Teórica El índice de acidez de un alimento es la propiedad química cuantitativa que puede utilizarse como un parámetro de calidad al estar en estrecha relación con el pH, factor que permite controlar el efecto perjudicial de algunos microorganismos que son tóxicos por sí mismos o por las toxinas que producen. Se puede definir como la cantidad en gramos o en miligramos presentes en 100 gramos de un alimento. Según la cantidad presente y considerada como normal, se puede establecer el grado de conservación del alimento. En esta práctica se tendrá la oportunidad de aplicar los principios teóricos y metodológicos de la potenciometría en el registro del pH y su variación en función del titulante en la determinación de la concentración de un ácido débil - ácido acético - en una muestra comercial de vinagre o de un alimento que ha sido procesado y conservado en esa sustancia y a partir de estas características, calcular el índice de acidez del alimento analizado, comparándolos con los obtenidos en las mismas condiciones de trabajo para un ácido fuerte. Potenciometría ácido base La potenciometría es la medida de una f.e.m. producida en una celda galvánica a través de la cual la corriente que pasa es virtualmente cero, por lo que no tienen lugar cambios importantes en la concentración de las especies electroactivas y la variable que interesa es la modificación del potencial de un electrodo sencillo (semicelda) en que tiene lugar la variación de la concentración de uno o de ambos componentes. Como el potencial de un electrodo sencillo se puede medir directamente, el par de electrodos de la celda consiste en un electrodo de referencia que mantiene el potencial constante y un electrodo indicador cuyo potencial depende de la composición de la solución electrolítica que en nuestro caso tiene iones hidronio e hidroxilo. No vale la pena repetir aquí todos los conceptos concernientes a las celdas galvánicas y potenciométricas, pero el estudiante, debe revisar los capítulos correspondientes del módulo de química analítica. Igualmente, debe tener presente que el medidor de pH desarrollado a partir de los conceptos ya estudiados, es un potenciómetro que mide diferencias de potencial muy pequeñas a través de una celda potenciométrica muy refinada formada por electrodos, siendo el más corriente de éstos, el combinado, que incluye el electrodo de referencia y el indicador. La potenciometría ácido- base permite la elaboración de las curvas de titulación al poder registrar la variación del pH (o de la f.e.m.) en función del volumen del titulante. El comportamiento del sistema que se está midiendo es exactamente el mismo que se discutió en la práctica de volumetría ácido-base, sólo que la detección del punto de equivalencia se hace mediante la utilización del medidor de pH.

52



Concentración de hidronios y pH Una de las propiedades más importantes del agua, que le ha valido su título como solvente universal es la posibilidad de establecer enlaces de hidrógeno ya sea con sustancias orgánicas o inorgánicas. La interacción con algunas sustancias de carácter iónico le permiten modificar su conductividad eléctrica y la reacción consigo misma u autoprotólisis le confiere la capacidad ambivalente de ser ácido o base, lo cual se expresa mediante la reacción:

H2O + H2O ↔ H3O+ + OH- (1)

Ácido Base Ácido conjugado Base conjugada Desde el punto de vista del equilibrio químico, se puede expresar la constante de equilibrio para esta reacción así: (2) Teniendo en cuenta que en general se trabaja con un litro de solución, al hallar su molaridad, se encuentra que el denominador es muy grande y casi constante:

[H2O] = 55,6 g/mol (3) por lo que reemplazando en la ecuación anterior y despejando, se tiene la siguiente relación:

KEQ(55,6)2 = [H3O+] [OH-] (4)

Esta expresión de equilibrio se denomina constante del producto iónico del agua KW, que a temperatura ambiente tiene un valor de 1X10- 14, de donde se deduce que en el agua pura la concentración molar de los iones hidronio y de los iones hidroxilo es de 1X10- 7:

KW = [H3O+] [OH-] = 1X10- 14 (5)

[H3O+] = [OH-] = 1X10- 7 (6)

Para no trabajar con potencias negativas, se comenzó a trabajar con el concepto de pK, por el cual pK = log 1/ K y por extensión se tienen el pH y el pOH, así:

pH = log 1/ [H3O+] y pOH = log 1/ [OH-]

de tal manera que reemplazando en (5),

pH + pOH = 14 Ácidos y bases débiles y fuertes

KEQ = [H3O

+] [OH-]

[ H2O ]2

53



Un protón no existe solo en solución sino que trata de asociarse a una base, en nuestro caso al agua para formar el hidronio (H3O

+); La mayor o menor facilidad de ceder o recibir protones determina la fuerza de los ácidos y las bases. Así, los ácidos y las bases fuertes los ceden o reciben fácilmente, mientras que los considerados débiles lo hacen muy lento y hasta cierto límite estableciendo un equilibrio químico donde se identifica un par de ácidos conjugados y de bases conjugadas. La disociación de los ácidos y las bases débiles es una reacción reversible que se puede representar así:

MA ↔ [M+] [A-] Su ecuación de equilibrio químico será: (donde el símbolo [ ] significa moles/L). Los ácidos y bases monopróticas débiles son sustancias que al disolverse en agua pierden o ganan un protón, hasta alcanzar un equilibrio químico de poca extensión, como ocurre con los ácidos fórmico, acético y láctico o con el amoniaco:

CH3COOH + H2O ↔ CH3COO- + H3O+

Acético

NH3 + H2O ↔ NH4+ + OH-

Amoníaco

Las constantes de equilibrio son: Puesto que para la mayoría de ácidos y bases débiles, los valores de Ka y Kb son menores de 10-5, se pueden reemplazar por las siguientes expresiones: De tal manera que por ejemplo, en el caso de un ácido débil, se puede despejar su [H3O

+], así: [H3O

+] 2 = [CH3COOH] x Ka (Ka del Ácido Acético = 1,7 x 10-5) En el caso de un ácido fuerte, la [H3O

+] es directamente proporcional a la concentración del ácido:

[H3O+] = [Ácido]

KEQ =

[M+] [A-] [MA]

Ka =

[CH3COO-] [H3O+]

[CH3COOH]

Kb =

[NH4+] [OH-]

[NH3]

Ka =

[H3O+] 2

[CH3COOH]

Kb =

[OH-]2 [NH3]

54



Descripción: Se hacen dos titulaciones: la primera con una alícuota de ácido clorhídrico (un ácido fuerte) y la segunda con una alícuota del vinagre que puede ser cualquier vinagre comercial. Se van tomando los datos para cada titulación por aparte, del volumen de NaOH empleado, midiendo el pH con un medidor de pH y elaborando una tabla con los resultados para cada titulación, las cuales se llevan a cabo hasta llegar a un pH aproximado de 11. Una vez terminadas las titulaciones, a partir de los datos, se calculan ∆Vol, ∆pH y ∆pH/∆Vol para cada uno de los datos tomados. Finalmente, con estos últimos, se elaboran dos gráficas para cada ácido: la primera en la cual en el eje de las X se tiene el volumen de titulante y en el eje de las Y la ∆pH/∆Vol correspondiente, a partir de la cual se halla el punto de inflexión correspondiente al volumen de neutralización. La segunda, con el volumen del titulante en el eje de las X y en el eje de las Y el pH, en la cual, se señala una vez elaborada, el volumen de neutralización hallado antes y se interpola para hallar el pH de neutralización. Con estos datos básicos, y utilizando las relaciones expuestas en la parte teórica, se calculan el resto de valores que se piden en los objetivos.

Recursos a utilizar (Equipos / instrumentos): Medidor de pH Electrodo combinado Vaso de precipitados de 250 ml Vaso de precipitados de 100 ml Soporte universal Pinzas para bureta Agitador magnético Imanes recubiertos en teflón Bureta de 25 ml llave de teflón Pipeta aforada de 10 ml Pipeta aforada de 25 ml Balón aforado de 250 ml Frasco lavador Solución buffer pH 7,0 Solución Buffer pH 4,0 Hidróxido de sodio 0,1N Ácido clorhídrico 0,1N

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Software a utilizar en la práctica:

Ninguno.

Seguridad Industrial Además de los cuidados descritos en la parte general, es importante tener en cuenta lo siguiente: Cuidados con la bureta 1. Antes de llenarla con el titulante, Verificar que la llave gira sin problema ni escapes.




Metodología

Conocimiento previo para el desarrollo de la práctica Los estudiantes deben haber estudiado previamente los capítulos 1, 2, 3 y 5 de la primera unidad, el capítulo ocho de la segunda unidad y el capítulo nueve de la tercera unidad.

Forma de trabajo Los estudiantes traen preparado el Preinforme de manera individual. Desarrollan entre todos la práctica y preparan el Informe, que debe ser entregado al tutor que la dirigió, quien lo califica y hace llegar la nota al tutor presencial o virtual de los integrantes del grupo. Procedimiento Calibración y operación del medidor de pH

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Puesto que cada marca y modelo de medidor de pH tiene sus controles propios y su manera particular de calibrarlo y manejarlo, esas etapas se omitirán en este texto, en el entendido de que el estudiante debe seguir las instrucciones que le dará el tutor sobre el manejo del equipo en el laboratorio. Lectura del pH de la muestra Tomar en un vaso de precipitados de 100 mL unos 50 mL del vinagre, retirar el electrodo del agua destilada, secarlo suavemente con papel de filtro y sumergirlo en el vinagre. Mover el control correspondiente a la posición de medición de pH y esperar a que se estabilice la lectura. Anotarla en el cuaderno de laboratorio. Neutralización del ácido clorhídrico Hacer un montaje con el soporte universal, un agitador magnético, las pinzas para bureta, una bureta de 25 mL y el electrodo de manera que al colocar un vaso de precipitados de 250 mL, la bureta queda aproximadamente en la mitad del vaso. Tomar con pipeta aforada una alícuota de 25 mL de solución de ácido clorhídrico 0,1N y depositarla en un vaso de precipitados de 250 mL, añadir 50 mL de agua destilada y colocar el vaso en el montaje descrito de manera que la bureta quede aproximadamente en la mitad del vaso y el electrodo quede sumergido sin tocar las paredes ni el fondo del vaso. Agregar un imán recubierto de teflón. Purgar, llenar y llevar a cero la bureta con solución de hidróxido de sodio 0,1N, Colocarla en el montaje anterior con las pinzas para bureta. Retirar el electrodo del agua destilada, secarlo suavemente con papel de filtro y sumergirlo en el vaso de precipitados. Encender el agitador magnético y graduarlo en una velocidad apropiada. Mover el control correspondiente a la posición de medición de pH, esperar a que se estabilice la lectura y comenzar a agregar el hidróxido de sodio, en porciones de 0,5 mL al comienzo, anotando los volúmenes agregados y los pH leídos en el cuaderno de laboratorio. En la medida en que se vayan viendo las variaciones en el pH, ir disminuyendo los volúmenes de NaOH agregados, de tal manera que habrá una parte en que se deberán añadir volúmenes de 0,1 mL. Con los datos tomados, elaborar una tabla como la siguiente:

Tabla 4 Neutralización del ácido clorhídrico

Vol. NaOH ∆Vol pH ∆pH ∆pH / ∆Vol 0 0 Lectura1 0 0

0,5 - 0,5 Lectura2 Lectura1 – Lectura2 Lectura1 – Lectura2 / 0,5 1 - 0,5 Lectura3 Lectura2 – Lectura3 Lectura2 – Lectura3 / 05

1,5 - 0,5 Lectura4 Lectura3 – Lectura4 Lectura3 – Lectura4 / 0,5 etc. etc. etc. etc. etc.

Continuar agregando hidróxido de sodio y anotando las lecturas hasta que se alcance un pH entre 10 y 11. Al terminar, detener el agitador magnético, mover el

57



control correspondiente a la posición de cero o stand by, retirar el electrodo, enjuagarlo y sumergirlo en agua destilada. Neutralización del vinagre Tomar con pipeta aforada 25 mL del vinagre y llevarlos a un balón aforado de 250 mL, completando a volumen con agua destilada Utilizar el mismo montaje del apartado anterior. Tomar con pipeta aforada una alícuota de 25 mL de solución preparada anterior y depositarla en un vaso de precipitados de 250 mL, añadir 50 mL de agua destilada y colocar el vaso en el montaje de manera que la bureta quede aproximadamente en la mitad del vaso y el electrodo quede sumergido sin tocar las paredes ni el fondo del vaso. Agregar un imán recubierto de teflón. Llenar y llevar a cero la bureta con la solución de hidróxido de sodio 0,1N, Colocarla en el montaje anterior con las pinzas para bureta. Retirar el electrodo del agua destilada, secarlo suavemente con papel de filtro y sumergirlo en el vaso de precipitados. Encender el agitador magnético y graduarlo en una velocidad apropiada. Mover el control correspondiente a la posición de medición de pH, esperar a que se estabilice la lectura y comenzar a agregar el hidróxido de sodio, en porciones de 0,5 mL inicialmente, anotando los volúmenes agregados y los pH leídos en el cuaderno de laboratorio. En la medida en que se vayan viendo las variaciones en el pH, ir disminuyendo los volúmenes de NaOH agregados, de tal manera que habrá una parte en que se deberán añadir volúmenes de 0,1 mL. Con los datos tomados, elaborar una tabla como la siguiente:

Tabla 5. Neutralización del vinagre

Vol NaOH ∆Vol pH ∆pH ∆pH / ∆Vol 0 0 Lectura1 0 0

0,5 - 0,5 Lectura2 Lectura1 – Lectura2 Lectura1 – Lectura2 / 0,5 1 - 0,5 Lectura3 Lectura2 – Lectura3 Lectura2 – Lectura3 / 0,5

1,5 - 0,5 Lectura4 Lectura3 – Lectura4 Lectura3 – Lectura4 / 0,5 etc. etc. etc. et. etc.

Continuar agregando hidróxido de sodio y anotando las lecturas hasta que se alcance un pH entre 10 y 11. Al terminar, detener el agitador magnético, mover el control correspondiente a la posición de cero o stand by, retirar el electrodo, enjuagarlo y sumergirlo en agua destilada.

Sistema de evaluación Se tendrán en cuenta: Preinforme individual, desempeño en el laboratorio y el informe correspondiente.

58




A partir de los valores de pH hallados para el vinagre y el ácido clorhídrico, calcular las [H3O

+] y las [Ácido], utilizando las relaciones de la sección de aspectos teóricos. Expresarlas como % peso a volumen. Comparar con los datos obtenidos en manuales, tablas de composición, etc. Con los datos de la tabla 4.1 elaborar una gráfica en papel milimetrado, de tal manera que en el eje X se tenga el volumen de NaOH y en el eje Y ∆pH / ∆vol. A partir de ella, visualmente hallar el volumen de neutralización del ácido clorhídrico, expresándolo con una cifra decimal. Con los datos de la tabla 4.1 elaborar una gráfica en papel milimetrado, de tal manera que en el eje X se tenga el volumen de NaOH y en el eje Y el pH. A partir de ella, interpolando el valor hallado en la gráfica anterior para el volumen de neutralización, hallar visualmente el pH de neutralización del ácido clorhídrico, expresándolo con una cifra decimal. Con este pH, calcular la [H3O

+] para el ácido clorhídrico. Compararla con la obtenida por lectura directa del pH. Con los datos de la tabla 4.2 elaborar una gráfica en papel milimetrado, de tal manera que en el eje X se tenga el volumen de NaOH y en el eje Y ∆pH / ∆vol. A partir de ella, hallar visualmente el volumen de neutralización del ácido acético, expresándolo con una cifra decimal. Con los datos de la tabla 4.2 elaborar una gráfica en papel milimetrado, de tal manera que en el eje X se tenga el volumen de NaOH y en el eje Y el pH. A partir de ella, interpolando el valor hallado en la gráfica anterior para el volumen de neutralización, hallar el pH de neutralización para el ácido acético, expresándolo con una cifra decimal. Con este pH, calcular la [H3O

+] para el ácido acético. Compararla con la obtenida por lectura directa del pH. Comparar las gráficas de volumen de neutralización Vs pH obtenidas para los dos ácidos. ¿Qué diferencias y semejanzas se encuentran? ¿Cómo se explican? Elaborar el informe correspondiente conforme a las indicaciones dadas a continuación: Elaboración del informe Actividad de tipo grupal evaluativa con un valor de 25 puntos. Cada práctica, su informe completo, separado, de acuerdo a la Rúbrica incluida más adelante.

59



Producto esperado: Documento Word: con el desarrollo pormenorizado del Informe, que incluya portada, introducción, objetivos, desarrollo, etc., de acuerdo a las indicaciones dadas en la Guía para elaboración de informes de laboratorio. Documentos de referencia:





Rúbrica de evaluación, cuarta práctica

Tabla 6 Rúbrica, prácticas con gráficas





(2)

2. Teoría

No presenta teoría

(0)


conceptos (1)



(2)

3. Procedimiento



(0)





(2)

(2)

4. Cálculos

No presenta



(1)



(2)







(2)

(2)

60



(1)

6. Resultados.


equivocados (0)


(1)



(2)




(1)


(2) (2)



profesión (0)


(1)


(2) (2)

9. Conclusiones.



(0)


(1)



(3)

(3)


(0)


(1)



(2)

11. Gráfica No presenta gráfica

(0)

Presenta gráfica pero está mal elaborada

(1)

Presenta gráfica bien elaborada

(2) (2)




ortográficos (0)



revés. (1)


(2)

(2)

Total 25

Retroalimentación, cuarta práctica


61



PRÁCTICA No. 5

ESPECTROFOTOMETRÍA VISIBLE I CURVA DE ABSORCIÓN


Porcentaje de evaluación 5% Horas de la practica 2 Temáticas de la práctica Espectrofotometría, absorción, Visible. Ultravioleta,

bloques instrumentales, fuentes, monocromador, celda, detector, espectros de absorción, % de Transmitancia, Absorbancia.



decidir los resultados que debe esperar mediante la aplicación de criterios relacionados con la elaboración de curvas de absorción, las técnicas y procedimientos establecidos para medirlas, el método analítico seleccionado y la variabilidad asignada a los resultados esperados.

� El desarrollo de las capacidades cognitivas superiores al capacitar al estudiante en procedimientos propios de la elaboración de curvas de absorción y la generación de criterios que le sirvan como referentes para el análisis de esos resultados.

Objetivos: � Aprender a preparar patrones para elaborar una

curva de absorción. � Identificar los componentes de un

espectrofotómetro Uv/Vis. � Elaborar la curva de absorción característica de

un compuesto químico. � Determinar la longitud de onda óptima para un

análisis espectrofotométrico. Meta(s):

62



� Establecer criterios para la selección de las condiciones requeridas para elaborar la curva de absorción para una determinada práctica analítica, que permita analizar una determinada muestra de interés del estudiante, buscando el cumplimiento de las características químicas definidas como criterio de calidad. � Establecer el conjunto de criterios que permitan la obtención, de una curva de absorción, teniendo en cuenta conceptos, métodos y procedimientos analíticos recomendados previamente. Competencia(s): El estudiante adquiere: � Un amplio conocimiento de los métodos químicos aplicables a la elaboración de curvas de absorción, que le permitan la selección e interpretación de los resultados más apropiados conforme a criterios previamente definidos. �La capacidad de realizar por su cuenta las curvas de absorción en métodos analíticos y de responsabilizarse por el buen manejo de equipos, reactivos y materiales de vidrio, demostrando que valora apropiadamente los resultados y les da un manejo ético.

Fundamentación teórica Espectrofotometría Se da el nombre general de espectrofotometría o métodos espectrofotométricos a los métodos de análisis químico basados en la absorción de energía radiante de cualquier región del espectro electromagnético, en particular Infrarrojo, Visible, Ultravioleta y Rayos X. Prácticamente toda sustancia que al solubilizarse produce una solución que absorba radiación en los intervalos mencionados, es susceptible de ser usada en estos métodos. De ahí la importancia de esta metodología para el análisis de sustancias tanto orgánicas como inorgánicas. Bloques instrumentales Los equipos usados para esta técnica son los colorímetros, fotómetros y

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espectrofotómetros, los cuales se diferencian básicamente en sus componentes, que les confieren mayor o menor sensibilidad para detectar y registrar pequeñas diferencias de intensidad de energía, de una longitud de onda determinada, entre la emitida por una fuente y la absorbida por pequeñas cantidades de la sustancia absorbente, en orden creciente de sensibilidad y complejidad desde los colorímetros, más sencillos y menos sensibles, pasando por los fotómetros, hasta los espectrofotómetros. En esta práctica se va a emplear un espectrofotómetro Visible, por lo que la descripción general se refiere a estos equipos. En la Figura 5.1. se esquematiza un diagrama de bloques que ilustra los componentes básicos de los equipos utilizados en estas técnicas:

Figura 1 Bloques fundamentales de los espectrofotómetros .

λ λ λ Fuentes de energía radiante Deben cumplir ciertos requisitos básicos para poderse emplear en análisis químico. La más utilizada es una lámpara de wolframio, accionada por una fuente de energía eléctrica de voltaje regulado. Produce radiación principalmente en el rango visible, con un porcentaje importante en el cercano infrarrojo el cual sin embargo, no se puede utilizar para análisis debido a la temperatura tan baja y al material del bulbo que evita su transmisión adecuada. Monocromadores Tienen como función seleccionar los fotones de una longitud de energía determinada. Su eficiencia aumenta desde los monocromadores de filtro hasta los de rejilla pasando por los de prisma. Los equipos más sencillos como los colorímetros emplean monocromadores de filtro, en tanto que los fotómetros usan de prisma o de rejilla y los espectrofotómetros, rejilla, complementada con lentes y espejos. Los monocromadores de prisma, dependiendo de su composición, dispersan la energía incidente en rayos de diferente longitud de onda, que siguen diferente camino dentro del prisma y al emerger del monocromador, tal como esquematiza la Figura 2. Utilizando un mecanismo manual o automático que permite hacer girar el prisma sobre su eje, se puede seleccionar la radiación de la longitud de onda requerida para el análisis de tal manera que a la muestra y al detector solamente llega la radiación seleccionada.

FUENTE DE ENERGÍA RADIANTE

(1)

MONOCROMADOR (2)

CELDA PARA LA MUESTRA

(3)

DETECTOR (4)

64



Figura 2 Esquema de un monocromador de prisma

Luz blanca incidente Energía emergente

(radiaciones de diferente λ)

prisma Para el rango visible, los prismas se elaboran de vidrio y para el UV de cuarzo fundido. Celdas para la muestra En espectrofotometría Visible y Ultravioleta que son las más comunes, se emplean celdas de vidrio y cuarzo, respectivamente, cilíndricas o rectangulares para soluciones acuosas o de solventes orgánicos, construidas de tal manera que la distancia entre sus paredes se conoce con precisión, generalmente de 1 cm y corresponde al paso de luz. Detectores Los más usados son células fotoeléctricas, con diferentes modelos dependiendo del rango de longitud de onda y de la casa fabricante. Generalmente se diseñan para que comuniquen su respuesta a un registrador o actualmente para que tengan una salida que se puede conectar a un computador. Espectros de absorción Son las gráficas obtenidas al localizar en papel milimetrado los pares de coordenadas longitud de onda λ en el eje de las X vs Absorción en % de Transmitancia en el eje de las Y. En ellas se aprecian las fluctuaciones de máximos y mínimos obtenidas para la muestra al ir variando la λ y registrar la Transmitancia obtenida. En compuestos orgánicos, los espectros obtenidos son muy complejos con varios máximos y mínimos, en tanto que en compuestos inorgánicos, generalmente se obtienen dos máximos, siendo, en cualquier caso, el mayor de ellos el que define la longitud de onda de máxima absorción, que es una característica del compuesto en el solvente usado.

Descripción Una muestra de la solución final a ser analizada, se pone en una de las celdas

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del espectrofotómetro; otra celda se llena con el blanco de reactivos. Utilizando las dos soluciones, se toman sistemáticamente los datos de la absorción en % de transmitancia o en Absorbancia, para distintas longitudes de onda (el tutor explicará el procedimiento detallado a seguir, de acuerdo con el equipo suministrado). Con los datos tomados, posteriormente los estudiantes elaboran en papel milimetrado la gráfica correspondiente que debe ser anexada al informe.

Recursos a utilizar (Equipos / instrumentos) Espectrofotómetro Vis Celdas de lectura Agua destilada Solución patrón de KmnO4 0,02N Gradilla para tubos de ensayo 2 tubos de ensayo Soporte universal Pinzas para bureta Bureta de 25 o 50 ml con llave de teflón Pipeta aforada de 25 mL Balón aforado de 100 mL Papel celofán

Software a utilizar

Ninguno.

Seguridad Industrial

Además de los cuidados descritos en la parte general, es importante tener en cuenta lo siguiente: Cuidados con la bureta 1. Antes de llenarla con el titulante, Verificar que la llave gira sin problema ni escapes.



3. Al montarla en el soporte universal, asegurarla firmemente con la pinza y sin

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romperla.

Metodología

Conocimiento previo para el desarrollo Los estudiantes deben haber estudiado previamente los capítulos 1, 2, 3 y 5 de la primera unidad y las lecciones 37 a 40 de la tercera unidad.

Forma de trabajo Los estudiantes traen preparado el Preinforme de manera individual. Desarrollan entre todos la práctica y preparan el Informe, que debe ser entregado al tutor que la dirigió, quien lo califica y hace llegar la nota al tutor presencial o virtual de los integrantes del grupo. Procedimiento Preparación de la solución de trabajo De la solución patrón de permanganato de potasio suministrada, (0,02N), tomar una alícuota de 25 mL con pipeta aforada y llevar a un balón aforado de 100 mL, completando a volumen con agua destilada. Preparación del patrón de lectura Colocar la solución de trabajo en la bureta. Tomar un tubo de ensayo y agregar 5 mL de la solución de trabajo preparada en el apartado anterior, con otra bureta, llena con agua destilada, agregar 10 mL de agua destilada, completando el volumen del tubo hasta 15 mL. Tapar el tubo con un cuadrito de papel celofán y agitarlo suavemente, sin introducir aire, para homogenizar la solución. Conservar al abrigo de la luz, hasta el momento de su uso en las gavetas de cada grupo.

Elaboración de la gráfica de absorción Para el manejo del espectrofotómetro, referirse a las instrucciones suministradas por el tutor. Preparación del instrumento Conectar el instrumento a 110 voltios, encenderlo con el control correspondiente y dejar que se estabilice durante diez minutos. Lectura de la curva espectral

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Elaborar en el cuaderno de laboratorio una tabla como la N° 8

Tabla 8. Curva espectral

Longitud de onda

λλλλ Porcentaje de

Transmitancia %T 380 Leer 390 Leer etc. etc.

Operar el control de longitud de onda hasta el valor de 380 nm. Con el control correspondiente, seleccionar las lecturas en %T. Con el portaceldas vacío, operar el control apropiado hasta que la escala en la pantalla señale 0%T. Abrir el portaceldas y colocar una celda con agua destilada (blanco de reactivos). Operar el control correspondiente hasta que la escala señale 100%T. Llenar otra celda con el patrón de lectura y sin mover ninguno de los controles del aparato, leer en la pantalla el valor de %T y anotarlo en la tabla 8. Retirar la celda del patrón; Con el portaceldas vacío cambiar la longitud de onda a 390 nm y con el control correspondiente, rectificar el 0%. Colocar en el portaceldas el tubo con agua destilada y ajustar el 100%T. Retirar el blanco del portaceldas, colocar en su lugar el patrón de lectura y sin mover ningún control, observar la lectura en la pantalla y anotarla en la Tabla 8. en el cuaderno de laboratorio. Continuar cambiando λ y registrando los valores de %T obtenidos hasta el límite de longitud de onda del equipo o hasta 760 nm, haciendo las lecturas en los alrededores de las menores transmitancias con la mínima división de la escala que permita el aparato.


68




Teniendo en cuenta la dilución de la solución patrón, de KmnO4 0,02N y las diluciones efectuadas, hacer los cálculos y completar la tabla N° 8. Con los datos de la Tabla N° 5.1, elaborar en papel milimetrado una gráfica de tal manera que en el eje X se sitúen los valores de longitud de onda y en el eje Y los valores correspondientes de %T. A partir de la gráfica anterior, determine visualmente la longitud de onda a la cual se obtuvo la menor lectura de %T y reportarla como longitud de onda de máxima absorción. Elaborar el informe correspondiente conforme a las indicaciones dadas a continuación: Elaboración del informe Actividad de tipo grupal evaluativa con un valor de 25 puntos. Cada práctica, su informe completo, separado, de acuerdo a la Rúbrica incluida más adelante. Producto esperado: Documento Word: con el desarrollo pormenorizado del Informe, que incluya portada, introducción, objetivos, desarrollo, etc., de acuerdo a las indicaciones dadas en la Guía para elaboración de informes de laboratorio. Documentos de referencia:





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Rúbrica de evaluación, quinta práctica





(2)

2. Teoría

No presenta teoría

(0)


conceptos (1)



(2)

3. Procedimiento



(0)





(2)

(2)

4. Cálculos

No presenta



(1)



(2)



están equivocados (0)



(1)


(2)

(2)

6. Resultados.


equivocados (0)


(1)



(2)




(1)


(2) (2)



profesión (0)


(1)


(2) (2)

9. Conclusiones.



(0)


(1)



(3)

(3)


(0)


(1)



(2)


(0)


(1)


(2) (2)




Presenta buena redacción y no hay

(2)

70




ortográficos (0)


revés. (1)

errores ortográficos

(2)

Total 25

Retroalimentación, quinta práctica


71



PRÁCTICA No. 6

ESPECTROFOTOMETRÍA VISIBLE II CURVA DE CALIBRACIÓN


Porcentaje de evaluación 5% Horas de la practica 2 Temáticas de la práctica Espectrofotometría, absorción, Visible. Ultravioleta,

bloques instrumentales, fuentes, monocromador, celda, detector, espectros de absorción, % de Transmitancia, Absorbancia, Leyes de Beer-Lambert, ajuste por mínimos cuadrados, análisis de regresión,



decidir los resultados que debe esperar mediante la aplicación de criterios relacionados con las concentraciones de componentes que contienen los alimentos, a partir del análisis mediante técnicas analíticas con espectrofotómetros y los procedimientos establecidos para medirlas, el método analítico seleccionado y la variabilidad asignada a los resultados esperados.

� El desarrollo de las capacidades cognitivas superiores al capacitar al estudiante en procedimientos propios de la utilización de instrumentos analíticos y la generación de criterios que le sirvan como referentes para el análisis de esos resultados y la elaboración de las recomendaciones más apropiadas para el mejoramiento de los productos analizados, de ser posible.

Objetivos: � Aprender a preparar las soluciones para elaborar

una curva de calibración. � Leer en un espectrofotómetro los valores de %T

para una serie de soluciones preparadas a partir de una solución de trabajo

� Utilizando la ley de Beer Lambert, convertir los

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valores de %T en Absorbancia. � Elaborar la gráfica o curva de calibración para el

manganeso. � Determinar estadísticamente la mejor recta que

se ajuste a la curva anterior. � A partir de la ecuación de la recta ajustada,

obtener la concentración de una solución problema.

Meta(s): � Establecer criterios para la selección de las condiciones requeridas para analizar una determinada muestra de interés del estudiante, buscando el cumplimiento de las características químicas definidas como criterio de calidad. � Establecer el conjunto de criterios que permitan la obtención, procesamiento y análisis de datos provenientes de utilización de instrumentos analíticos, teniendo en cuenta conceptos, métodos y procedimientos recomendados previamente. Competencia(s): El estudiante adquiere: � Un amplio conocimiento de los métodos químicos aplicables a la determinación cuantitativa de sustancias utilizando instrumentos analíticos, en muestras de productos y materias primas, que le permitan la selección e interpretación de los resultados más apropiados conforme a criterios previamente definidos. �La capacidad de realizar por su cuenta análisis mediante la utilización de instrumentos, en muestras previamente seleccionadas por él y de responsabilizarse por el buen manejo de equipos, reactivos y materiales de vidrio, demostrando que valora apropiadamente los resultados y les da un manejo ético.

Fundamentación Teórica Ley de Beer Lambert A partir de investigaciones, se ha determinado que el número de fotones

73



absorbidos es directamente proporcional al número de átomos o moléculas absorbentes presentes en la muestra. Entonces, si sobre la muestra contenida en un recipiente transparente (celda) se hace incidir una radiación, al otro lado del recipiente se obtendrá una radiación de menor intensidad. Esto se puede representar esquemáticamente en la Figura 3 siguiente:

Figura 3 Diagrama fundamental de la absorción de energía radiante

I0 Radiación incidente λ I Radiación transmitida λ

I < I0 b En la cual, se denomina intensidad de radiación (I) el número de fotones por unidad de tiempo y de volumen, siendo I0 la radiación incidente de longitud de onda λ, b el camino que recorre la radiación dentro de la muestra con una concentración de la especie absorbente en unidades de peso/volumen c e I la radiación transmitida de longitud de onda λ. Los investigadores Beer y Lambert, descubrieron la ley combinada de su nombre que establece que: = a.b.c. = A donde: a = Constante denominada Absortividad b = Camino recorrido c = Concentración de la especie absorbente en unidades de peso/volumen. y A = Absorbancia Además, el término I0 / I se denomina Transmitancia, siendo su símbolo T y

I0 / I X 100 = %T. Igualmente, se puede establecer que la Absorbancia es igual al logaritmo de la diferencia del porcentaje de la luz incidente y el porcentaje de luz transmitida; Puesto que la luz incidente es el 100%, se puede escribir que:

A = log (100% - %T) = 2 – log %T

Solución en análisis

Concentración c

Log

I0 I

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Operación del espectrofotómetro Para la operación del espectrofotómetro, referirse a las instrucciones suministradas por el tutor. Ajuste por mínimos cuadrados En la obtención de datos experimentales, como los obtenidos en los métodos espectrofotométricos, en los que un conjunto de ellos son función de otro conjunto, se obtiene con frecuencia una dispersión de puntos por los que supuestamente pasa una línea recta. Se debe determinar entonces por donde pasa la recta

Y = ax + b

donde a = pendiente de la recta y b = corte con el eje x de tal manera que ligue lo más cercanamente posible a la mayor cantidad de dichos puntos. La forma más sencilla de hacerlo es emplear una calculadora que tenga la función correspondiente, con lo cual solamente se deben ir entrando las parejas de datos xy y al terminar, arroja como resultados los valores de los parámetros a y b y el coeficiente de linealidad r. Si no se dispone de una calculadora con esta función, se pueden hallar a y b en la siguiente forma, tomando como modelo el ejemplo de la Tabla 6.1.

Tabla 9. Ejemplo de valores xy para cálculo de mínimos cuadrados

N1 Concentración

ppm (X1) Absorbancia

(y1)

(X1) (y1)

(X1)2

1 5 0,071 0,355 25 2 10 0,145 1,450 100 3 15 0,210 3,150 225 4 20 0,285 5,700 400 5 25 0,335 8,375 625 Σ 75 1,046 19,030 1375 Σ(X1)

2 = 5625

Reemplazando estos valores en las ecuaciones para hallar los parámetros a y b, se tiene: (5) (19,030) – (75) (1,046) a = = 13,26 x 10 -3 (5)(1375) – (5625)

75



(1375) (1,046) – (75) (19,030) b = = 8,8 x 10 -3 (5)(1375) – (5625) El valor de b se hace igual a cero, porque cualquier curva de calibración sencilla debe pasar por el origen5. Por consiguiente, la ecuación de la gráfica que se ajusta a los puntos de la Tabla N°9.1.será:

A = 13,26 x 10 –3c Con esta ecuación, se vuelven a calcular los valores de Absorbancia para cada concentración, obteniéndose los de la Tabla 6.2

Tabla 10. Absorbancia ajustada

Concentración ppm (X1)

Absorbancia ajustada

5 0,067 10 0,134 15 0,200 20 0,267 25 0,334

Con los datos de la Tabla N° 6.2. se traza la recta que sirve como curva de calibración de trabajo.

Descripción Una celda del espectrofotómetro se llena con el blanco de reactivos; la otra celda se va llenando sistemáticamente con las soluciones finales preparadas para ser analizadas y se van tomando los datos de la absorción de la muestra para la longitud de onda determinada en el experimento anterior. (El tutor explicará el procedimiento detallado a seguir, de acuerdo con el equipo suministrado). Con los datos tomados, posteriormente los estudiantes elaboran en papel milimetrado la gráfica correspondiente que debe ser anexada al informe.

Recursos a utilizar (Equipos / instrumentos) Espectrofotómetro Vis 5 Sin embargo, depende del tipo de gráfica; Si se hace el método de adición estándar, el valor numérico de b

obtenido por el método de mínimos cuadrados es completamente válido.

76



Celdas de lectura Agua destilada Solución patrón de KmnO4 0,02N Gradilla para tubos de ensayo 10 tubos de ensayo Pipeta aforada de 25 mL Balones aforados de 50 mL y 100 mL.

Software a utilizar en la práctica:

Ninguno.

Seguridad industrial Además de los cuidados descritos en la parte general, es importante tener en cuenta lo siguiente: Cuidados con la bureta 4. Antes de llenarla con el titulante, Verificar que la llave gira sin problema ni escapes.




Metodología

Conocimiento previo para el desarrollo de la práctica Los estudiantes deben haber estudiado previamente los capítulos 1, 2, 3 y 5 de la primera unidad y el capítulo uno y las lecciones 37 a 40 de la tercera unidad.

Forma de trabajo Los estudiantes traen preparado el Preinforme de manera individual. Desarrollan entre todos la práctica y preparan el Informe, que debe ser entregado al tutor que

77



la dirigió, quien lo califica y hace llegar la nota al tutor presencial o virtual de los integrantes del grupo. Procedimiento Preparación de la solución de trabajo De la solución patrón de permanganato de potasio suministrada, (0,02N), tomar una alícuota de 25 mL con pipeta aforada y llevar a un balón aforado de 100 mL, completando a volumen con agua destilada. Preparación de los patrones de lectura Colocar la solución de trabajo en la bureta. Marcar 10 tubos de ensayo e ir agregando solución de trabajo, según la Tabla 11. Con otra bureta, llena con agua destilada, ir completando el volumen de cada tubo hasta 15 mL. Tapar los tubos con cuadritos de papel celofán y agitarlos suavemente, sin introducir aire, para homogenizar las soluciones. Conservar al abrigo de la luz, en las gavetas de cada grupo.

Tabla 11. Preparación de los patrones de lectura

N° tubo

Alícuota Solución de trabajo

mL

Volumen de agua destilada

KMnO4

mg/ 15 mL

KMnO4

mg/mL Mn

mg/litro

1 1 14 2 2 13 3 3 12 4 4 11 5 5 10 6 6 9 7 7 8 8 8 7 9 9 6 10 10 5

Elaboración de la curva de calibración Preparación del instrumento Conectar el instrumento a 110 voltios, encenderlo con el control adecuado y dejar que se estabilice durante diez minutos. Lectura de los patrones y la solución problema Elaborar en el cuaderno de laboratorio una tabla como la 12.

78



Tabla 12. Ajuste por mínimos cuadrados

N1 Mn

mg/litro (X1) Absorbancia

(y1)

(X1) (y1)

(X1)2

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Σ Σ(X1)

2 = P*

P(dil) P = Problema suministrado por el Tutor. Donde los valores de la columna 2 (Mn mg/litro) son los calculados para la última columna de la Tabla 11. Operar el control de longitud de onda hasta el valor de λ de máxima absorción obtenido en la Práctica 5. Seleccionar las lecturas en A. Con el portaceldas vacío, operar el control apropiado hasta que la escala en la pantalla señale 0%T. Abrir el portaceldas y colocar una celda con agua destilada (blanco de reactivos). Operar el control adecuados hasta que la escala señale 100%T. Llenar otra celda con el patrón del tubo N°1 y sin mover ninguno de los controles del aparato, leer en la pantalla el valor de A y anotarlo en la tabla elaborada. Retirar la celda del patrón, colocar en su lugar el patrón N° 2 y sin mover ningún control, observar la lectura en la pantalla y anotarla en la Tabla 12 en el cuaderno de laboratorio. Continuar cambiando los patrones en el portaceldas, sin mover los controles del aparato y registrando los valores de A obtenidos hasta leerlos todos. Finalmente leer la muestra problema (P). Anotar todos los datos obtenidos en la Tabla 12 en el cuaderno de laboratorio.

79



Si el valor leído para la muestra problema, está por encima del mayor obtenido para los patrones, hacer una dilución, tomando 25 mL con una pipeta aforada, llevándolos a un balón aforado de 50 mL y completando a volumen con agua destilada, leyendo esta solución y registrando el valor de A obtenido en la Tabla 12 en el cuaderno de laboratorio. Ajuste por mínimos cuadrados Con una calculadora corriente, calcular y completar la Tabla 12 y a partir de los datos hallados, calcular a y b de acuerdo a lo expuesto en un apartado anterior Con los valores hallados para a y b, reemplazar en

A= bx +c Y haciendo c= 0, calcular los diferentes valores de A, llenando la Tabla 13.

Tabla 13. Absorbancia ajustada

Mn mg/litro (X1)

Absorbancia ajustada

Con los datos de 13 trazar en una hoja de papel milimetrado la gráfica, cuidando de tomar en el eje de las X los valores de concentración y en el eje de las Y los de Absorbancia. Trazar la recta correspondiente y utilizando el valor de Absorbancia leída para la muestra (o su dilución), interpolar en la recta obtenida para calcular el valor de la concentración de la muestra.


80




Diligenciar completamente las tablas pedidas, realizando los cálculos necesarios; a partir de ellas, elaborar la gráfica solicitada en papel milimetrado y finalmente hallar la concentración de la solución problema. Con toda esta información, elaborar el informe correspondiente, conforme a las indicaciones dadas a continuación: Elaboración del informe Actividad de tipo grupal evaluativa con un valor de 25 puntos. Cada práctica, su informe completo, separado, de acuerdo a la Rúbrica incluida más adelante. Producto esperado: Documento Word: con el desarrollo pormenorizado del Informe, que incluya portada, introducción, objetivos, desarrollo, etc., de acuerdo a las indicaciones dadas en la Guía para elaboración de informes de laboratorio. Documentos de referencia:





Rúbrica de evaluación, sexta práctica





(2)

2. Teoría Presenta los sufi- (2)

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No presenta teoría

(0)

Presenta parte de los conceptos

(1)

cientes conceptos para realizar el

informe (2)

3. Procedimiento



(0)





(2)

(2)

4. Cálculos

No presenta



(1)



(2)






(1)


(2)

(2)

6. Resultados.


equivocados (0)


(1)



(2)




(1)


(2) (2)



profesión (0)


(1)


(2) (2)

9. Conclusiones.



(0)


(1)



(3)

(3)


(0)


(1)



(2)


(0)


(1)


(2) (2)




ortográficos (0)



revés. (1)


(2)

(2)

Total 25

Retroalimentación, sexta práctica

82




83



7. FUENTES DOCUMENTALES

Ayres, G.H. Análisis Químico Cuantitativo. Harper & Row Publisher Co. NE. York

1970. Ayres, Gilbert H. Análisis Cuantitativo. México, Harla, 1970. Bernal de Ramírez, y otros, Química Analítica, UNAD, Bogotá, D.C., 2001. Curtman, L.J. Análisis químico cualitativo. Barcelona, Provenza, 1940. Dick, J. G., Química Analítica, El Manual Moderno, México, 1979. Dyer, J.R. Aplicaciones de Espectroscopia de Absorción en Compuestos

Orgánicos, Prentice Hall. New York. Ewing. G.W. Métodos Instrumentales de Análisis Químico. McGraw Hill, 1978. Fisher, R.B. y otro. Compendio de análisis químico cuantitativo. México,

Interamericana, 1971. Gander, G y otros, Análisis volumétrico. México, Hispanoamericana, 1961. Gaviria. L.E. y Bravo, J. Química Analítica Básica. Universidad Nacional de

Colombia. Bogotá, 1983. Guerrero, R., H, y Lozano, R. M., Química Analítica. Hamilton, L.F. y otros. Cálculos de química analítica. México, 2Ed, McGraw-Hill,

1981. Maier H.G., Métodos Modernos de Análisis de Alimentos. Volumen 2, Acribia,

Zaragoza, España.

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