Universidad De San Carlos De Guatemala

Facultad De Ingeniería

Escuela De Ingeniería Química

Área De Química

Laboratorio De Análisis Cuantitativo

Impartido Por Adrián Soberanis

“ESTANDARIZACIÓN DE SOLUCIONES CON PATRÓN PRIMARIO”“MANEJO ESTADISTICO DE DATOS”

SECCIÓN PONDERACIÓN NOTA1. Resumen 102. objetivos 53. marco teórico 54. marco metodológico 55. Resultados 156. Interpretación de Resultados 307. Conclusiones 158. Bibliografía 59. Apéndice 9.1. Datos Originales 19.2. Muestra de calculo 59.3. Datos Calculados 4

Nota

Nombre: Jackeline Elizabeth Arrecis Torres

No. De Carné: 201212674

Sección:

Guatemala, 19 de febrero del 2015

Fecha de revisión:_______________ Nota:_____ Firma: ___________

1.RESUMEN

La práctica se realizó con el objeto de analizar los resultados experimentales

de la estandarización de soluciones con patrón primario obtenidos en el laboratorio

con el manejo estadístico de datos y cálculo del error experimental.

Se lavó y taró la cristalería incluida en el marco metodológico (sección 4.2)

para la estandarización de hidróxido de sodio con ftalato ácido de potasio como

patrón primario; primero se pesó y diluyó el patrón primario y se agregaron unas

gotas de fenolftaleína, se preparó una solución de hidróxido de sodio

aproximadamente a una concentración conocida. Seguidamente se prosiguió a titular

el hidróxido de sodio con el ftalato ácido de potasio anotando el volumen gastado de

la bureta hasta llegar al punto de equivalencia, con el cambio de color de la solución

neutralizada debido al viraje del indicador de pH; este procedimiento se realizó una

serie de veces hasta obtener suficientes datos para el cálculo verdadero de la

concentración del hidróxido de sodio y la efectividad de utilizar el patrón primario por

medio de un análisis de error.

Este mismo procedimiento se realizó estandarizando el hidróxido de sodio con

ácido sulfámico. Los datos obtenidos para ambos patrones se manejaron

estadísticamente para determinar la eficancia de cada patrón al encontrar la

concentración del analito.

2.OBJETIVOS

2.1General

Realizar un manejo estadístico de datos experimentales de una estandarización de soluciones con patrón primario.

2.2Especifico

1. Determinar la verdadera concentración del hidróxido de sodio.

2. Realizar un análisis de error experimental.

3. Determinar la variación de los datos según la cantidad de corridas.

3.MARCO TEÓRICO

La Estandarización

Es un método para determinar la cantidad de una sustancia presente en

solución. Una solución de concentración conocida, llamada solución valorada, se

agrega con una bureta a la solución que se analiza. En el caso ideal, la adición se

detiene cuando se ha agregado la cantidad de reactivo determinada en función de un

cambio de coloración en el caso de utilizar un indicador interno. A este punto se le

llama punto de equivalencia.

En términos generales la reacción entre cantidades equivalentes de ácidos y

bases se llama neutralización o reacción de neutralización, la característica de una

reacción de neutralización es siempre la combinación de hidrogeniones que

proceden del ácido, con hidroxilos procedentes de la base para dar moléculas de

agua sin disociar, con liberación de energía calorífica como calor de neutralización y

formación de una sal.

Así pues, la titulación es un proceso en el cual la solución estándar (del patrón

primario) se combina con una solución de concentración desconocida para

determinar dicha concentración, la curva de titulación es la gráfica que indica como el

pH de la solución cambia durante el transcurso de la misma (el pH se gráfica contra

el volumen de base o ácido agregado).

Fenoftaleína Indicador para la determinación cualitativa y cuantitativa del pH en las

volumetrías de neutralización se prepara disuelta en alcohol al 70%. El intervalo de

viraje de la fenolftaleína, es decir, el intervalo de pH dentro del cual tiene lugar el

cambio de color del indicador, no sufre variaciones entre 0 y 100 ºC y está

comprendido entre 8,0 y 9,8. El cambio de color de este indicador está acompañado

de un cambio de su estructura; su color en medio básico es rojo-violeta y en medio

ácido es incoloro.

Patrón primario

Es un compuesto de elevada pureza que sirve como material de referencia en

valoraciones gravimétricas y volumétricas. La exactitud del método depende sobre

todo de las propiedades de este compuesto. Los requisitos más importantes para un

patrón primario son los siguientes:

1. Alto grado de pureza.

2. Tienen composición conocida.

3. Debe ser estable a temperatura ambiente.

4. Debe ser posible su secado en estufa.

5. No debe absorber gases.

6. Debe reaccionar rápida y estequiométricamente con el titulante.

7. Ausencia de agua de hidratación, para que la composición del sólido no cambie con las valoraciones de humedad.

8. Solubilidad razonable en el medio de valoración

9. Masa molar razonablemente grande de modo que se minimice el error relativo al pesar el patrón.

Patrones primarios:

-Para estandarizar bases:

Ftalato ácido de potasio,

KHC8H4O4 o KHP

Sal doble de ácido

sulfosalicílico,

KHC7H4SO6⋅K2C7H4SO6

Ácido benzoico, C6H5COOH

Ácido sulfanílico,

NH2C6H5SO3H

Ácido sulfámico, NH2SO3H

Ácido oxálico, C2O4H2

-Para estandarizar ácidos:

tris(hidroximetil)aminometano o

TRIS

Carbonato de sodio, Na2CO3

Bórax, Na2B4O7⋅10H2O

Fuentes de Incertidumbre

Todas las mediciones tienen asociada una incertidumbre que puede deberse a los

siguientes factores:

1. La naturaleza de la magnitud que se mide,

2. El instrumento de medición,

3. El observador,

4. Las condiciones externas.

Cada uno de estos factores constituye por separado una fuente de incertidumbre y

contribuye en mayor o menor grado a la incertidumbre total de la medida. La tarea de

detectar y evaluar las incertidumbres no es simple e implica conocer diversos

aspectos de la medición.

En principio, es posible clasificar las fuentes de incertidumbres en dos conjuntos bien

diferenciados, las que se deben a:

1. Errores accidentales o aleatorios que aparecen cuando mediciones

repetidas de la misma variable dan valores diferentes, con igual probabilidad

de estar por arriba o por debajo del valor real. Cuando la dispersión de las

medidas es pequeña se dice que la medida es precisa.

2. Errores sistemáticos que son una desviación constante de todas las

medidas ya sea siempre hacia arriba o siempre hacia abajo del valor real y

son producidos, por ejemplo, por la falta de calibración del instrumento de

medición.

La desviación estándar (S)o desviación típica es la raíz cuadrada de la varianza.

Es decir, la raíz cuadrada de la media de los cuadrados de las puntuaciones de desviación, se representa por σ.

El coeficiente de variación (CV)

Es una medida que se emplea fundamentalmente para:

1. Comparar la variabilidad entre dos grupos de datos referidos a distintos sistemas de unidades de medida. Por ejemplo, kilogramos y centímetros.

2. Comparar la variabilidad entre dos grupos de datos obtenidos por dos o más personas distintas.

3. Comparar dos grupos de datos que tienen distinta media.

4. Determinar si cierta media es consistente con cierta varianza.

El Coeficiente de Variación muestral se denota y se define como:

 (   )

 Distribuciones asimétricas (sesgadas) positivas o negativas, la media no es la mejor medida de tendencia central disponible. Mientras mayor sea la asimetría o sesgo de los datos, mayor utilidad tendrá la mediana (y más engañosa será la media), porque la mediana estará más cerca del ‘valor promedio’ real de las observaciones.

Sesgo: Mide si la curva de la gráfica que representa a los datos es simétrica respecto al eje vertical, si lo es se dice que hay simetría (distribución simétrica o insesgada) y si no lo es se dice que es asimétrica o sesgada.

Exactitud

Exactitud

Exactitud

Presición

Valores de t para intervalos de confianza

(Estadística para química analítica-Miller pág. 23)

Gráfica con 95 % de confiabilidad

4. MARCO METODOLÓGICO

4.1Reactivos

1. Ftalato ácido de potasio.

2. Solución de Hidróxido de sodio 0.1 M.

3. Fenolftaleína.

4.2Cristalería

1. 1 vidrio de reloj.

2. 2 balones de aforo de 50 mL.

3. 2 buretas.

4. 3 Earlenmayer de 125 mL.

5. 2 pipetas volumétricas de 10 mL.

6. 1 Beacker de 100 mL.

7. 1 varilla de agitación.

4.3Procedimiento

1. Se pesó exactamente 0.1 g de ftalato ácido de potasio.

2. Se diluyo el patrón primario con agua destilada y aforó a 50 mL.

3. Se agregó fenolftaleína a la disolución del paso 2.

4. Se preparó una solución de hidróxido de sodio a 0.1M.

5. La solución del paso 3 se tituló con la solución de hidróxido de sodio

preparada, anotando el consumo para determinar la concentración

real del hidróxido de sodio.

4.4Diagrama de flujo

No

No sí

sí

Estandarización de soluciones con patrón primario.¿Conoce el método de

estandarización?

¿Sabe que es un patrón primario?

Investigar

Continuar

Eliminar la humedad del patrón primario (ftalato ácido de potasio).

Pesar 0.1g

Diluir y aforar a 50 mLAgregar fenoftaleína

Preparar solución 0.1M de NaOH

Titular

Anotar volumen gastado

Fin de la práctica

5.RESULTADOS

Tabla No.1: Estandarización de Hidróxido de sodio con ftalato ácido de potasio.

corrida V(mL) gastado NaOH [M] NaOH exp V(ml) teórico[M] NaOH teórico

1 1,65 0,059353333 0,97 0,0592 1,45 0,06754 0,97 0,0593 1,2 0,081610833 0,97 0,0594 1,3 0,075333077 0,97 0,059

Media 1,4 0,070959311 0,97 0,059DESVEST 0,195789002 0,009643221 0 0VAR 0,038333333 9,29917E-05 0 0

Fuente: Hoja de datos originales y datos calculados.

Tabla No.2: Estandarización de Hidróxido de sodio con ácido sulfámico.

Fuente: Hoja de datos originales y datos calculados.

corrida V(mL) gastado NaOH [M] NaOH exp V(ml) teórico[M] NaOH teórico

1 6,5 0,063384615 4,12 0,12 5,8 0,071034483 4,12 0,13 5,5 0,170909091 9,4 0,14 5,6 0,167857143 9,4 0,1

Media 5,85 0,118296333 6,76 0,1DESVEST 0,450924975 0,059085687 3,048409421 0VAR 0,203333333 0,003491118 9,2928 0

Tabla No. 3 Porcentaje de error patrón primario ftalato ácido de potasio.

Fuente: Datos calculados.

Tabla No. 4 Porcentaje de error patrón primario ácido sulfámico.

Fuente: Datos calculados.

Tabla No.5: Manejo estadístico de datos (KHP)

Fuente: Datos calculados.

Tabla No.6: Manejo estadístico de datos (ácido sulfámico)

% Error V(mL) gastado % Error [NaOH]

44,32989691 29,0406891

% Error V(mL) gastado % Error [NaOH]

13,46153846 18,29633298

CV13,58979021

Mediana 0,071436538Sesgo -0,148465188t (grado de libertad) conf.95 % 3.18µ 0.070959311±0.061330885

CV 3,984775269Mediana 0,119445813Sesgo 2,002114862

t (grado de libertad) 3.18µ 0,11829633±1,59

Fuente: Datos calculados

6. INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS

Al comparar los datos obtenidos en las corridas y obteniendo un promedio de

los mismos, también conocido como media estos valores se encuentran en las tablas

No. 1 y 2 según el patrón primario; utilizando patrón primario KHP el valor de mililitros

gastados en la bureta de NaOH fueron 1.4mL, teóricamente los mililitros necesarios

para la estandarización eran 0.97mL; se obtuvo un porcentaje de error de dichos

valores igual a 44.33% tabulados en la tabla No.3 y en la tabla No. 4 se encuentra el

porcentaje de error utilizando como patrón primario el ácido sulfámico.

El mismo cálculo se realizó con los valores de las concentraciones obtenidas

supuestamente reales de NaOH para cada volumen gastado, los valores

experimentales se compararon con los teóricos cuyos resultados se encuentran en

las tablas mencionadas anteriormente. El valor teórico de la concentración de NaOH

fue de 0.1 M.

En las tablas No. 5 y 6 se encuentran los datos estadísticos manejados según

el patrón primario que se utilizó y con estos se pudieron comparar ambos llegando a

la conclusión de que el ftalato ácido de potasio posee una mayor exactitud cuyo

sesgo fue de -0.14 dando origen a una curva de asimetría negativa y con límites de

confiabilidad según un 95% con t=3.18 según grados de libertad encontrando así el

valor medio de dicha curva simbolizado como µ con un valor de 0.070959311 ±

0.061330885 (Tabla No.5) y la precisión es menor al utilizarse en la estandarización.

El ácido sulfámico es lo contrario ya que este posee una mayor precisión en la

obtención de la concentración desconocida del hidróxido de sodio. El sesgo

encontrado fue de 2.002 con el mismo porcentaje de confiabilidad y t mismo valor y µ

con un valor de 0,11829633±1,59 (tabla No. 6) dando origen a una curva de asimetría

positiva.

El valor central de las corridas para KHP fue de 0,071436538 y para el ácido

ftálico 0,119445813; las desviaciones estándar fueron 0,009643221 y 0,059085687

ambas son de magnitud pequeña por lo tanto la variabilidad de la distribución es

menor; es más homogénea la media con la menor dispersión en este caso las

corridas con KHP. Por lo tanto el patrón más efectivo fue el ftalato para el análisis de

la concentración del hidróxido de sodio.

7. CONCLUSIONES

1. Para encontrar la concentración de un analito (base) a partir de un patrón

primario puede utilizarse ftalato ácido de potasio para obtener datos con

mayor exactitud; y si se quieren datos con mayor precisión el ácido

sulfámico es la mejor opción.

2. La concentración de hidróxido de sodio a partir del KHP promedio fue de

0.070959311M.

3. La concentración de hidróxido de sodio a partir del ácido sulfámico

promedio fue de 0.0018296333M.

4. La efectividad de cada patrón primario depende del medio analizado y los

resultados deseados.

5. Con la utilización correspondiente de los métodos estadísticos pueden

analizarse de una mejor manera los datos obtenidos experimentalmente en

el laboratorio.

8.BIBLIOGRAFÍA

1. J.C MILLER, J.N MILLER; ESTADISTICA PARA QUIMICA ANALITICA 2aed.

Capitulo 1 ,2 y 3. ADDISON-WESLEY IBEROAMERICANA

2. Medidas de Tendencia Central II fecha de visita (19/02/2015) [en línea]

http://www.cca.org.mx/cca/cursos/estadistica/html/m10/

comoparacion_medidas.htm

3. Medidas de distribución fecha de visita (19/02/2015) [en línea]

http://www.spssfree.com/spss/analisis3.html

4. Manual de estadística descriptiva Facultad de ingeniería USAC 2011

5. Exactitud, precisión y error fecha de visita (19/02/2015) [en línea]

http://www.um.es/geograf/sigmur/temariohtml/node26_mn.html

9.APÉNDICE

9.1Muestra De Cálculo

Molaridad

La molaridad (M), o concentración molar, es la cantidad de sustancia (n) de soluto por cada litro de disolución.

(Ecuación No.1)

Nota: se utilizo para conseguir las concentraciones de los reactivos.

Porcentaje de error

Error = (Ecuación No.2)

Donde:

T(lab) = dato teórico

T(corr) = dato practico

Nota: se utilizo para el análisis de error.

9.2Análisis de error

%E= (81.4-0.97)/0.97)*100= 44.33%

Nota: se utilizó para el valor del análisis de error de volumen gastado de la tabla No.3 con los datos obtenidos en la tabla No.1 utilizando los valores de la media de cada columna.

9.3Datos calculados

Concentración de NaOH

C1V1=C2V2

C2= (9.79E-3)(10ml)/1.65ml = 0.059 M

C1: Concentración inicial

V1: Volumen inicial

C2: Concentración desconocida

V2: Volumen gastado en la bureta.

Nota: Esta ecuación se utilizó para encontrar la concentración real de NaOH para cada corrida de las tablas No. 1 y 2.

Cálculo de la curva de asimetría

µ= X ± t*S*(4)^1/2

µ= 0.070959311 ± (3.18)*(0.009643221)*(4)^1/2

µ= 0.070959311 ± 0.061330885

Donde :

X= Media

t= valor grado de libertad según grado de confiabilidad (4)^1/2 (según tabla 2.2 pag 23 libro de texto Miller).

S= desviación estándar

Nota: Este valor calculado corresponde a las gráficas de desviación negativa.

Reacción: HC8H4O4 + OH --> C8H4O4 + H2O

Tabla No.7: Propiedades de la solución KHP (grupo 1,2)

Fuente: elaboración propia

Tabla No.8: Propiedades de la solución ácido sulfámico(grupo 3,4)

Molaridad alicuota mL2,06E-02 200,047 20

Fuente: elaboración propia

Hoja de datos originales grupo No. 1

Molaridad alicuota mL9,79E-03 10