Universidad Nacional Autónoma de México

“Facultad de Química”

Laboratorio de Química Analítica I

Alumnos:

Verónica Rodríguez Muñiz Gerardo Díaz González

Grupo: 22

Fecha de entrega: 15/Febrero/2011

Práctica 1 Preparación de Disoluciones

Objetivo

Calcular la cantidad de sustancia que se debe pesar para preparar las disoluciones que se especifican en el manual, así como llevar a cabo su elaboración.

Introducción

Una disolución es una mezcla homogénea que consta de dos o más componentes: un componente es el disolvente y el otro es el soluto. El disolvente se encuentra en mayor proporción que el soluto y el tamaño de partícula del soluto debe ser menor a 1 nm.

Una disolución buffer o amortiguadora es la mezcla de un ácido débil y su base conjugada, cuya función es mantener estable el pH de una disolución.

Materiales y equipos

Ácido clorhídrico Hidróxido de sodio Pipetas Matraz aforado Vaso de precipitado Frasco de vidrio ámbar y de plástico

Diagrama de flujo

Resultados y análisis de resultados

Para la preparación de una disolución de HCl 0.1 M

Calcular la cantidad de soluto necesario para preparar la disolución.

Pesar el soluto. Colocar el soluto en el matraz y aforar.

NUNCA DAR DE BEBER AL ÁCIDO!!!

Para la disolución de NaOH utilizar agua destilada, recién

hervida y enfriada.

Preparar aprox. el 80% del volumen final de la

disolución.

Medir el pH a través de electrodos y adicionar

HCl o NaOH hasta alcanzar el pH

deseado.

Aforar hasta alcanzar el 100% de la

disolución.

Guardar las disoluciones en frascos

apropiados. La de NaOH en una de

plástico y la de HCl en frasco de vidrio

ámbar.

Para dis.

buffer

Para realizar una disolución de HCl [0.1 M] hay que revisar y anotar los datos que nos proporciona el frasco comercial. La densidad y la pureza o concentración a la que se encuentra la disolución. En este caso anotamos que el frasco tenía una densidad de 1.18g/mL y una concentración del 37% masa/masa.

Primero hay que calcular la cantidad de moles que se requieren de HCl para la cantidad de disolución y concentración que queremos, es decir un litro:

Concentración [0.1M ]=moles necesariosde HCl(N )volumendedisolución(1 L)

N= (Volumen ) (0.1M )=0.1moles de HCl

Que en gramos son:

gramos de HCl (m )=N × PM=(0.1M ) (36.5gmol−1 )=3.65 gramos

Una vez calculado cuántos gramos necesitamos, hay que obtenerlos del frasco comercial. Al tener una concentración masa/masa de 37% podemos interpretar ésto como que por cada 100g de disolución existen 37 gramos puros de HCl. Así pues calculamos cuantos gramos de disolución en total necesitaríamos:

3.65 g de HCl ×100g dedisol37g de HCl

=9.865g dedisol

Este resultado se puede interpretar como que en 9.84g de disolución existen 3.65 gramos puros de HCl.

Una vez calculado la cantidad de gramos de disolución de HCl que necesitamos, con el dato de la densidad calculamos cuantos mililitros del frasco necesitamos aforar a un litro para obtener la cantidad y la concentración que buscamos:

v=mρ= 9.865g1.18 g/mL

=8.36mL

Estos 8.36mL de disolución del frasco comercial son los que necesitamos colocar en el matraz aforado de 1L para obtener la disolución deseada.

Se colocan 8.36 mililitros medidos con un pipeta graduada en un vaso de precipitado pequeño previamente adicionado con agua destilada. Se disuelven y se agregan al matraz de aforo previamente lavado y secado. Una vez añadida la disolución del vaso de precipitado, se enjuaga con agua destilada y se sigue agregando al matraz aforado, esto con el fin de agregar al matraz la mayor cantidad de HCl medido.

Por último sólo aforamos hasta la marca correspondiente del matraz cuidando que la cuña del líquido quede al ras de la línea de aforo. Trasladamos la disolución obtenida a un frasco de vidrio ámbar para evitar que la luz provoque

una reacción de descomposición del ácido. Etiquetamos con la fecha y concentración de la disolución.

Para la preparación de una disolución de NaOH 0.1M

Calcular los gramos que utilizaremos de sosa en nuestra disolución [0.1M] es más sencillo ya que la sosa la obtendremos del frasco en sólido directamente, suponiendo una pureza del 100%. Así pues al igual que la otra disolución:

Concentración [0.1M ]=moles necesariosde NaOH (N )volumendedisolución(1 L)

N= (Volumen ) (0.1M )=0.1moles de NaOH

Que en gramos son:

gramos de NaOH (m )=N × PM=(0.1M ) (40 g mol−1 )=4 gramos

Primero pesamos por diferencia en una balanza 4 gramos de NaOH; la complejidad de esta disolución es el tener cuidado a la hora de prepararla, ya que hay que considerar que el hidróxido de sodio reacciona con el vidrio del vaso de precipitado, donde disolveremos previamente, formando silicatos. Es por eso que esta disolución hay que almacenarla en recipientes de plástico. Para disolverla antes de llevar al aforo utilizamos como disolvente agua destilada previamente hervida y enfriada.

Una vez disuelto el hidróxido, agregamos nuestra disolución en un frasco de plástico de 1L y aforamos en él. Ya que este recipiente no es un instrumento diseñado para aforar, sabemos que nuestra concentración no será exacta, sin embargo ese error lo ajustaremos después normalizando la disolución.

Para la preparación de 750mL de una disolución buffer [0.09M]de ácido acético/acetato de sodio con un pH de 5 y pka de 4.7

Utilizando la ecuación de Henderson:

pH=p k a+ logCB

C A

Donde:

5=4.7+ logCB

C A

Despejando:

105−4.7=CB

C A

(1)

Esta es una ecuación con dos incógnitas, por lo que necesitamos otra ecuación que involucre las concentraciones de las especies conjugadas ácido-base; sin

embargo, sabemos que la concentración de la disolución buffer debe ser de 0.9M, y esta concentración es la suma de las dos concentraciones del par ácido-base:

CB+C A=0.09(2)

Así pues, tenemos dos ecuaciones. Despejando de la ecuación (2) Cb y sustituyendo en la ecuación (1), obtenemos lo siguiente:

105−4.7=0.09−C A

C A

C A (100.3 )=0.09−C A

C A+C A100.3=0.09

C A (1+100.3 )=0.09

C A=0.09

1+100.3=0.03

Sustituyendo en la ecuación (2):

CB=0.09−0.03=0.06

Considerando que un frasco de ácido acético tiene 99.8% de pureza y una densidad de 1.050g/mL; calcularemos las cantidades exactas para preparar la disolución buffer:

Para el ácido acético:

Con una concentración 0.03M, hay que calcular la cantidad de moles para esa concentración:

0.03= N0.75L

; N= masaPeso M .

Sustituyendo:

0.03= masa

(48 gmol−1 ) (0.75 L )

masa=(0.03M ) (60 gmol−1) (0.75 L )=1.35 g

Calculándolo en mililitros:

ρ=mv

v=mρ= 1.35 g

1.050gm L−1=1.2857mL

Haciendo la corrección de la pureza:

1.28mLde ác acét ×100mLdisol

99.8mL deác acét=1.2883mL

Para el acetato de sodio:

Con una concentración 0.06M, hay que calcular cuántos moles necesitamos:

0.06= N0.75L

;N= masaPeso M .

Sustituyendo:

0.06= masa

(82gmo l−1 ) (0.75L )

masa=(0.06M ) (82gmol−1) (0.75 L )=3.69 g

De los cálculos presentados, a la hora de realizar la práctica sólo se prepararon las disoluciones de HCl y NaOH.

Cabe destacar que las disoluciones que se prepararon podrían no cumplir con la concentración deseada (0.1 M), ya que pudieron haber diferentes errores, siendo uno de los principales el no haber medido correctamente la cantidad de soluto necesario.

Conclusiones

Aprendimos a hacer los cálculos necesarios para preparar disoluciones y disoluciones buffer a diferentes concentraciones y la manera adecuada de elaborarlas (excepto la buffer). Esto involucra también el uso adecuado de los instrumentos a utilizar como el matraz de aforo, la pipeta, y conocer que existen distintos tipos de disoluciones con las que hay que tener cuidado al prepararlas, ya que podrían reaccionar con vidrio o con la luz, como lo son el caso del Hidróxido de sodio y el ácido clorhídrico respectivamente.

Aunque existen diferentes fuentes de error, posteriormente se realizará la normalización de éstas para comprobar su concentración exacta.

Reflexiones finales

1. ¿Cuáles de las siguientes proposiciones son falsas?

Los incisos a, c y d.

a) Una disolución molal contiene contienen un mol de soluto en 1000 g de disolución.b) Una disolución 2N de ácido sulfúrico contiene un mol de H2SO4 en 100cm3 de disolución.c) En 200 mL de una disolución 10M de ácido sulfúrico hay cinco equivalentes de sulfúricod) 20 mL de NaCl 2M contiene igual número de iones cloruro que 20 ml de CaCl2 2M.c) 20 mL de NaCl 2M contiene igual número de iones cloruro que 20 ml de CACL 2M.

2. ¿Qué volumen de una disolución de etanol C2H6O, que tiene el 94% de etanol en masa, contiene 0.200 moles de C2H6O? La densidad de la solución es 0.807 g/mL.

M=(%m /m ) ( ρ )

M×10

M=(94%) (0.807 g/mL )

46 g/mol×10=16 .49M

M=molesL dis .

L dis .=molesM

=0.200moles16.49M

=0 .0121L

3. ¿Cómo varía la concentración de una disolución al añadir agua?

Disminuye, ya que la misma cantidad de moles ahora se distribuyen en un mayor volumen de disolvente.

4. ¿Cómo varía la concentración de una disolución al evaporarla?

Aumenta ya que el volumen de disolvente es cada vez menor. Si evaporamos completamente al final nos quedará solamente el soluto.

5. Describe los pasos básicos implicados en la dilución de una solución de concentración conocida.

Dependiendo de la nueva concentración a la que se quiere llegar con la dilución, calcular la cantidad de volumen que se debe tomar de la solución de concentración conocida. Para esto se puede usar la ecuación:

C1V 1=C2V 2

Una vez que se ha determinado el volumen, se vacía un poco del contenido de la disolución que se quiere diluir a un vaso de precipitado y se toma el volumen deseado con ayuda de una pipeta volumétrica, para después colocar el contenido en un matraz aforado.Posteriormente se afora con el disolvente deseado y se homogeniza. Finalmente se guarda la disolución en un recipiente adecuado y etiqueta.

6. Describe cómo se prepara 1.00 L de solución de HCl 0.646 M a partir de una solución 2.00 M.

C1V 1=C2V 2

V 1=(0.646M ) (1000ml )

(2.0M )=323mL

En un vaso de precipitado con una capa de agua se colocan 323 mL de la solución de HCl 2 M y posteriormente se vierten al matraz aforado de 1 L. Una vez añadida la disolución del vaso de precipitado, se enjuaga con agua destilada y se sigue agregando al matraz aforado, esto con el fin de agregar la mayor cantidad de HCl medido.

7. Se tienen 505 mL de HCl 0.125 M y se desean diluir a exactamente 0.100 M. ¿Qué cantidad de agua se debe agregar?

0.505 L−0.125Mx−0.10M

Se necesitan 0.404 L, pero como inicialmente ya se tenían 0.505 L se hace la diferencia entre estos dos volúmenes:

(0.505−0.404) L=0.101 L

Por tanto, el resultado final es 0.101 L de agua.

8. Se desea preparar una disolución en la que la concentración del ion NO3- sea

0.250M, y se dispone de 500 mL de una disolución de KNO3 que es 0.200 M. ¿Qué volumen de disolución de Ca(NO3)2 0.300 M habría que añadir?

Se necesitan 71.4 mL de Ca(NO3)2 0.300 M.

Ca(NO3)2 Ca2+ + 2NO3-

0.3 M 0.3 M 0.6 MMoles de NO3

- en Ca(NO3)2:

moles=(0.6M ) (0.0714 L )=0.04284moles

Moles de NO3- en KNO3:

moles=(0.2M ) (0.5L )=0.1mol

M=(0.04284+0.1)(0.5+0.0714 ) L

=0 .24998M

Cuestionario

1.- ¿Cómo influye el agua en la hidratación de los sólidos en los cálculos que se llevan a cabo para la preparación de disoluciones?

Puede presentarnos un error de masa, debido a que al pesar nuestros sólidos, no estaríamos contemplando de que en él también se encuentra cierta cantidad de humedad, es decir, masa del agua que alterarían los cálculos al no poner la cantidad de masa exacta que tiene nuestro sólido puro.

2.- ¿Qué consideraciones hay que hacer para preparar disoluciones que tienen solutos líquidos, como los ácidos clorhídrico, nítrico y sulfúrico?

Que su pureza jamás va a ser al 100%, por lo que hay que ajustar las cantidades a utilizar dependiendo del grado de pureza o concentración.

3.- ¿Cómo afecta la pureza en que se encuentra el reactivo para la preparación de disoluciones?

Afecta en la cantidad de reactivo que tengo que añadir a mi disolución, entre menos puro es mayor cantidad de reactivo hay que utilizar para compensar las impurezas presentes.

4.- ¿Para qué son utilizadas las disoluciones? ¿Dónde son utilizadas? Describe un ejemplo de uso en el laboratorio químico.

Las disoluciones se utilizan para hacer reacciones, ya que la gran mayoría de las reacciones se llevan a cabo en medio acuoso. Y principalmente son utilizadas en cualquier industria química. En un laboratorio químico, por ejemplo para efectuar una reacción de neutralización, por ejemplo el HCl + NaOH, ambos deben de estar en medio acuoso para que se lleve a cabo dicha reacción produciendo agua más el cloruro de sodio.

5.- ¿Cuál es la razón por la que se recomienda guardar las disoluciones de sosa y de EDTA en envase de plástico?

Porque como lo habíamos mencionado arriba, la sosa y el EDTA reaccionan con fragmento s de las paredes de los envases de vidrio, formando en el caso de la sosa silicatos, por lo que se recomiendo no almacenarlos en vidrio.

6.- ¿Por qué se recomienda conservar las disoluciones de tiosulfato de sodio en un envase de vidrio ámbar?

Porque estas sustancias son fotosensibles, es decir reaccionan por medio de la luz descomponiéndose, principalmente.

7.- ¿Por qué una disolución amortiguadora de pH no presenta cambios notables en su valor de pH cuando se agregan pequeñas cantidades de ácido o bases fuertes?

Porque al tener el ácido con su base conjugada, cada uno de ellos actúa en la disolución dependiendo de que le agreguemos a ésta, por ejemplo, si agregamos un ácido fuerte a la disolución la base actúa y controla el pH agregado del ácido, y de igual forma actúa su par ácido cuando se agrega un base fuerte. Por lo que ambos controlan el pH.

8.- ¿Por qué los bioquímicos y otros científicos de las ciencias de la vida están particularmente interesados en los amortiguadores?

Porque el mantener el valor del pH da como resultado un óptimo funcionamiento de algunas enzimas y el balance de la presión osmótica.

9.- Se dice que una disolución amortiguadora de pH está constituida por un ácido y su base conjugada, y que permite mantener el valor de un pH en un medio de reacción. ¿Las disoluciones de biftalato de potasio, tetraborato de sodio o de tartrato ácido de potasio pueden emplearse como disoluciones amortiguadoras de pH? ¿Por qué? El valor de pH de estas disoluciones es prácticamente invariable para disoluciones moderadas, ¿a qué se debe esto?

Bibliografía

CHANG, Raymond; Química; Novena Edición; Mc Graw Hill, México, 2007. ATKINS, P.W; Química; Tercera Edición; Omega, España, 1998. CAÑIZARES, Ma. del Pilar; Fundamentos de Química Analítica; Segunda

Edición; Facultad de Química, UNAM, México, 2009.