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UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS (Universidad del Perú, DECANA DE AMÉRICA) FACULTAD DE QUÍMICA E INGENIERÍA QUÍMICA

Análisis Químico

GRAVIMETRÍA DE PRECIPITACIÓN II Determinación gravimétrica de calcio en producto orgánico

INFORME DE LABORATORIO

DOCENTE: Rey Sánchez García, Eddy Saúl

ALUMNA: Santillan Valqui, Angie Steffi

CÓDIGO: 16070143

Lima, mayo del 2017

Tabla de contenido 1

INTRODUCCIÓN ................................................................................................................ 2

2

OBJETIVOS ......................................................................................................................... 3

3

MARCO TEÓRICO .............................................................................................................. 3 3.1

FUNDAMENTO DE LOS MÉTODOS USADOS ....................................................... 3

3.1.1

DETERMINACION DE CENIZAS ..................................................................... 3

3.1.2

DETERMINACION DE CALCIO ....................................................................... 3

4

MATERIALES ..................................................................................................................... 4

5

APARATOS E INSTRUMENTOS....................................................................................... 5

6

PARTE EXPERIMENTAL................................................................................................... 8 6.1 DETERMINACIÓN DE LA CANTIDAD DE CENIZAS OBTENIDAS EN UNA MUESTRA DE LECHE EN POLVO ....................................................................................... 8 6.2

DETERMINACIÓN DE LA HUMEDAD.................................................................... 8

6.3 DETERMINACIÓN DE LA CANTIDAD DE CALCIO EN UNA MUESTRA DE LECHE EN POLVO ................................................................................................................. 8 7

CÁLCULOS ........................................................................................................................ 10

8

ESTADÍSTICA EN EL ANÁLISIS DE DATOS ............................................................... 13

9

8.1

CONSTRASTE DE GRUBBS .................................................................................... 13

8.2

VARIANZA (S2) ......................................................................................................... 14

8.3

COMPARACIÓN DE MEDIAS USANDO LA T DE STUDENT ............................ 14

8.4

INTERVALOS DE CONFIANZA ............................................................................. 14

DISCUSIONES ................................................................................................................... 15

10

CONCLUSIONES .......................................................................................................... 16

11

RECOMENDACIONES ................................................................................................. 16

12

FUENTES ....................................................................................................................... 16

1 INTRODUCCIÓN Las cenizas o residuo inorgánico que queda después de quemar se conocen como sólido total o materia seca; este proceso destruye los compuestos orgánicos y libera los minerales 2

que existentes en las porciones. Estos métodos no incluyen el contenido de nitrógeno de las proteínas, ni otros elementos que se convierten en gases cuando se incineran los alimentos. La medición de la ceniza total es útil en el análisis de alimentos, ya que se pueden determinar diversos minerales contenidos en la muestra. Los minerales se pueden encontrar en los alimentos en forma de sales tanto orgánicas como inorgánicas, un ejemplo es el fósforo que puede combinarse con fosfoproteínas y metales en enzimas. Existen más de 60 elementos minerales en los alimentos. Es frecuente que un químico tenga que determinar la cantidad de una sustancia que está en disolución. Un camino utilizado tradicionalmente para hacerlo es añadir otra sustancia que reaccione con la primera formando un producto insoluble. 2

OBJETIVOS 





3

Determinar el porcentaje de cenizas obtenidas después de la calcinación de la leche, se basa en la destrucción de la materia orgánica presente en la muestra por calcinación en la mufla y determinación gravimétrica del residuo. Determinar el porcentaje de calcio de una muestra de leche a partir de métodos gravimétricos de precipitación en forma de oxalato de calcio y calcinando el oxalato hasta oxido de calcio. Emplear el análisis estadístico para ver la calidad de los datos obtenidos durante el proceso gravimétrico.

MARCO TEÓRICO 3.1 FUNDAMENTO DE LOS MÉTODOS USADOS 3.1.1 DETERMINACION DE CENIZAS MÉTODO DE CENIZAS EN SECO Consiste en quemar la muestra en la estufa y posteriormente en una mufla para eliminar todo el material orgánico. La ceniza remanente es el residuo inorgánico y la medición de la ceniza total es útil en el análisis de alimentos, ya que se pueden determinar diversos minerales contenidos en la muestra. 3.1.2 DETERMINACION DE CALCIO El calcio se precipita como oxalato de calcio, CaC2O4.H2O, agregando a la solución en caliente, previamente acidificada con ácido clorhídrico, oxalato de amonio, y neutralizando con solución de amoniaco. Se lava el precipitado con solución diluida de oxalato de amonio, se lo somete a un tratamiento térmico adecuado para poder pesarlo en una de las formas siguientes: Ca C2 O4 .H2O

à

Ca C2 O4

à

100ºC-226ºC

Ca C O3 420ºC

3

à

Ca O 660ºC-840ºC

El oxalato de calcio monohidratado tiene una solubilidad de 0.0067 y 0.0140 g/L a 25°C Y 95°C, respectivamente. Las dos mejores formas de determinar calcio, precipitado como oxalato de calcio, es transformarlo en carbonato o en óxido, para pesarlo. En la calcinación del oxalato monohidratado: CaC2O4(s) = CaO(s) + CO(g) + CO2(g) Siendo el oxalato de calcio una sal de ácido débil, su solubilidad aumenta al aumentar la concentración del ion hidrógeno de la solución, pues disminuye la concentración de los iones oxalato. Con las constantes de ionización del ácido oxálico y el producto de solubilidad del oxalato de calcio, puede calcularse que la precipitación es cuantitativa a un pH 4, mejor aún a pH más alto. El indicador utilizado para este método es el Rojo de Metilo, el cual vira sus colores de rojo a amarillo en pHs de 4.2 a 6.3 respectivamente, coincidiendo con el pH necesario para la precipitación. Si la precipitación se efectúa en solución neutra o amoniacal, se forma un precipitado muy fino, que es difícil de filtrar. El precipitado, después de dejarlo digerir durante una hora, se compone de CRISTALES relativamente grandes que pueden filtrarse fácilmente. En la práctica el Magnesio puede coprecipitar en cantidades apreciables, pero esta coprecipitación puede disminuirse considerablemente no haciendo hervir la solución y no dejando el precipitado, con la solución, durante mucho tiempo, antes de efectuar la filtración (se reduce la postprecipitación). Empleando un gran exceso de oxalato de amonio, el magnesio se mantiene en solución, por formación de una SAL COMPLEJA con el ion oxalato. En el método de determinación de calcio por precipitación en agua natural, recomendado por la Association of Official Analytical Chemists, se agrega un exceso de ácido oxálico, H2C2O4, a un volumen de muestra, cuidadosamente medido. Al añadir amoniaco, todo el calcio que hay en la muestra que precipita como oxalato cálcico. 4

MATERIALES  Pipetas volumétricas de 5 mL y 10 mL  Filtro

4

Imagen 1

    5

Varilla de vidrio, 40 cm Propipeta Pinza para filtros Plancheta acero inoxidable o aluminio

APARATOS E INSTRUMENTOS  Estufa de secado con capacidad de 100-200 °C

Imagen 2  Mufla para operar a 550 ± 50 °C

5

Imagen 3

 Plancha de calentamiento

Imagen 4  Balanza analítica 200g de sensibilidad de 0.1mg

6

Imagen 5  Desecador

Imagen 6

 Sistema de filtración al vacío: matraz de succión y motor.

7

Imagen 7

6 6.1

PARTE EXPERIMENTAL DETERMINACIÓN DE LA CANTIDAD DE CENIZAS OBTENIDAS EN UNA MUESTRA DE LECHE EN POLVO Se pesó entre 1-2 g de la muestra en una cápsula adecuada, luego se introdujo a una mufla a 550°C hasta que la ceniza esté exenta de carbón. Se colocó las cenizas a un horno a 98-100°C, luego se sacó la muestra y se colocó en el desecador, una vez fría se pesó y se procedió a realizar los cálculos.

6.2

DETERMINACIÓN DE LA HUMEDAD Se pesó 5g aproximadamente de muestra orgánica y se colocó en una cápsula tarada para introducirla al horno aproximadamente a 98-100°C, luego se sacó la muestra y se colocó en el desecador hasta enfriamiento. Finalmente se pesó y se procedió con los cálculos.

6.3

DETERMINACIÓN DE LA CANTIDAD DE CALCIO EN UNA MUESTRA DE LECHE EN POLVO a) Se disolvió el residuo obtenido en el análisis de cenizas, adicionando 5 mL de HCl (1+1) al crisol que contenía el residuo. Se calentó la plancha y se vertió el residuo disuelto a un breaker de 250 mL, luego se lavó el crisol con agua destilada y se juntó con el beaker hasta un volumen final de 100 Ml agregando unas gotas del indicador rojo de metilo. b) Se calentó el beaker a ebullición insipiente y se agregó en porciones pequeñas solución saturada de oxalato de amonio, agitando lentamente. Se agregó gota a gota y continuamente amoniaco concentrado, hasta observar que el indicador vire hasta un color amarillo. Se continuó con el calentamiento suave hasta ebullición por algunos minutos y se sacó de la plancha para dejarlo en reposo por 30 min.

8

c)

Se filtró por decantación a través de papel Wathman #40, y se procedió a lavar 3 veces con porciones de 10 mL cada vez de solución de oxalato de amonio (1g/L), pasar el precipitado al papel con ayuda de una pizeta de agua. d) Se colocó el papel de filtro que contiene el precipitado al crisol de porcelana previamente tarado, luego se llevó a una estufa a una temperatura aproximada de 100°C y luego a una mufla a más de 680°C. El producto que se deseó obtener fue el CaO por ello se eligió esa temperatura.

9

7

CÁLCULOS 7.1 DETERMINACIÓN DE LA CANTIDAD DE CENIZAS OBTENIDAS EN PRODUCTO ORGÁNICO %𝑐𝑒𝑛𝑖𝑧𝑎𝑠 =

𝑊 𝑟𝑒𝑠𝑖𝑑𝑢𝑜 × 100 𝑊 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎

𝑪𝒂𝒏𝒕𝒊𝒅𝒂𝒅 𝒅𝒆 𝒍𝒂 𝒎𝒖𝒆𝒔𝒕𝒓𝒂 1.0250

𝑾 𝒓𝒆𝒔𝒊𝒅𝒖𝒐 %𝐜𝐞𝐧𝐢𝐳𝐚𝐬 0.0583 5.6878 0.0622 5.1916 0.0657 5.2193 0.0646 5.0351 0.0702 5.1659 0.0766 5.2588 0.0737 4.9166 0.0805 5.0805 0.0784 4.9336 0.0879 5.2446

1.1981 1.2588 1.2830 1.3589 1.4566 1.4990 1.5845 1.5891 1.6760

7.2 DETERMINACIÓN DE LA HUMEDAD EN PRODUCTO ORGÁNICO 𝑊𝑐á𝑝𝑠𝑢𝑙𝑎+𝑟𝑒𝑠𝑖𝑑𝑢𝑜 = 47. 4664 𝑚𝑔 𝑊𝑐á𝑝𝑠𝑢𝑙𝑎 = 52.4229 mg 𝑊𝑚𝑢𝑒𝑠𝑟𝑎 𝑎𝑛ℎ𝑖𝑑𝑟𝑎 = 4.9565 𝐿 % Humedad =

𝑊𝑎𝑛ℎ𝑖𝑑𝑟𝑎 × 100 𝑊𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎

% Humedad =

0.1182 × 100 5.0747

% Humedad = 2.34 % Cantidad de humedad en cada muestra: 𝑊ℎ𝑢𝑚𝑒𝑑𝑎𝑑 = 𝑊𝑚𝑢𝑒𝑠𝑟𝑎 ×

2.34 100

𝑪𝒂𝒏𝒕𝒊𝒅𝒂𝒅 𝒅𝒆 𝒍𝒂 𝒎𝒖𝒆𝒔𝒕𝒓𝒂 𝑾 𝒉𝒖𝒎𝒆𝒅𝒂𝒅 0.0240 1.0250 0.0280 1.1981 0.0295 1.2588 0.0300 1.2830 0.0318 1.3589 0.0341 1.4566 0.0351 1.4990 0.0371 1.5845 10

0.0372 0.0392

1.5891 1.6760 7.3 PÉRDIDA POR CALCINACIÓN %𝑃é𝑟𝑑𝑖𝑑𝑎 𝑝𝑜𝑟 𝑐𝑎𝑙𝑐𝑖𝑛𝑎𝑐𝑖ó𝑛 = 𝑪𝒂𝒏𝒕𝒊𝒅𝒂𝒅 𝒅𝒆 𝒍𝒂 𝒎𝒖𝒆𝒔𝒕𝒓𝒂 1.0250 1.1981 1.2588 1.2830 1.3589 1.4566 1.4990 1.5845 1.5891 1.6760

(𝑊𝑚𝑢𝑒𝑠𝑟𝑎 − 𝑊𝑚𝑢𝑒𝑠𝑟𝑎 𝑎𝑛ℎ𝑖𝑑𝑟𝑎 − 𝑊ℎ𝑢𝑚𝑒𝑑𝑎𝑑) × 100 𝑊 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎

𝑾 𝒓𝒆𝒔𝒊𝒅𝒖𝒐

𝑾 𝒉𝒖𝒎𝒆𝒅𝒂𝒅 %𝑷é𝒓𝒅𝒊𝒅𝒂 𝒑𝒐𝒓 𝒄𝒂𝒍𝒄𝒊𝒏𝒂𝒄𝒊ó𝒏 0.0240 91.97 0.0280 92.47 0.0295 92.44 0.0300 92.62 0.0318 92.49 0.0341 92.40 0.0351 92.74 0.0371 92.58 0.0372 92.73 0.0392 92.42

0.0583 0.0622 0.0657 0.0646 0.0702 0.0766 0.0737 0.0805 0.0784 0.0879

7.3 DETERMINACIÓN DE LA CANTIDAD DE ÓXIDO DE CALCIO 𝑊 𝐶𝑎𝑂 = 𝑊 𝑟𝑒𝑠𝑖𝑑𝑢𝑜 %𝐶𝑎𝑂 =

𝑊 𝑟𝑒𝑠𝑖𝑑𝑢𝑜 × 100 𝑊 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎

𝑪𝒂𝒏𝒕𝒊𝒅𝒂𝒅 𝑾 𝒓𝒆𝒔𝒊𝒅𝒖𝒐 %𝑾𝑪𝒂𝑶 𝒅𝒆 𝒍𝒂 𝒎𝒖𝒆𝒔𝒕𝒓𝒂 0.0141 1.3756 1.0250 0.0170 1.4189 1.1981 0.0164 1.3028 1.2588 0.0233 1.8161 1.2830 0.0211 1.5527 1.3589 0.0238 1.6339 1.4566 0.0249 1.6611 1.4990 0.0126 0.7952 1.5845 0.0270 1.6991 1.5891 0.0224 1.3365 1.6760 7.4 DETERMINACIÓN DE LA CANTIDAD DEL CALCIO 𝑊 𝐶𝑎 = 𝑊 𝑟𝑒𝑠𝑖𝑑𝑢𝑜 × 𝑓𝑔

%𝐶𝑎 =

𝑊 𝑟𝑒𝑠𝑖𝑑𝑢𝑜 × 𝑓𝑔 × 100 𝑊 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎

11

𝑓𝑔(𝑓𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑔𝑟𝑎𝑣𝑖𝑚é𝑡𝑟𝑖𝑐𝑜) = 𝑪𝒂𝒏𝒕𝒊𝒅𝒂𝒅 𝑾 𝒓𝒆𝒔𝒊𝒅𝒖𝒐 𝒅𝒆 𝒍𝒂 𝒎𝒖𝒆𝒔𝒕𝒓𝒂 0.0141 1.0250 0.0170 1.1981 0.0164 1.2588 0.0233 1.2830 0.0211 1.3589 0.0238 1.4566 0.0249 1.4990 0.0126 1.5845 0.0270 1.5891 0.0224 1.6760

12

𝑃𝐹𝐶𝑎 40𝑔 = = 0.7143 𝑃𝐹𝐶𝑎𝑂 56𝑔 𝑾 𝑪𝒂 0.0101 0.0121 0.0117 0.0166 0.0151 0.0170 0.0178 0.0090 0.0193 0.0160

%𝑪𝒂 0.9826 1.0135 0.9306 1.2972 1.1091 1.1671 1.1865 0.5680 1.2136 0.9547

8

ESTADÍSTICA EN EL ANÁLISIS DE DATOS

Imagen 8 En esta práctica se considerará un nivel de confianza al 95% con un grado de libertad de 9. 8.1

CONSTRASTE DE GRUBBS 𝐺𝑚𝑒𝑑𝑖𝑑𝑜 =

|𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑠𝑜𝑠𝑝𝑒𝑐ℎ𝑜𝑠𝑜 − 𝑥̅ | 𝑆

Donde: ∑𝑛𝑖=1 𝑥𝑖 𝑥̅ = 𝑛

n= número de medidas Ordenando los datos de mayor a menor y usando los comandos de Excel: %ca 1.2972 1.2136 1.1865 1.1671 1.1091 1.0135 0.9826 13

0.9547 0.9306 0.5680 ̅ =1.0423 𝒙 S= 0.1961 𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑠𝑜𝑝𝑒𝑐ℎ𝑜𝑠𝑜 → 0.5680 𝐺𝑚𝑒𝑑𝑖𝑑𝑜 =

|𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑠𝑜𝑠𝑝𝑒𝑐ℎ𝑜𝑠𝑜 − 𝑥̅ | 𝑆

𝐺𝑚𝑒𝑑𝑖𝑑𝑜 =

|0.5680 − 1.0423| 0.1961

𝐺𝑚𝑒𝑑𝑖𝑑𝑜 = 2.42 𝐺𝑡𝑎𝑏𝑢𝑙𝑎𝑑𝑜 = 2.26 Como: 𝐺𝑚𝑒𝑑𝑖𝑑𝑜 = 2.42 > 𝐺𝑡𝑎𝑏𝑢𝑙𝑎𝑑𝑜 = 2.26 𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑠𝑜𝑝𝑒𝑐ℎ𝑜𝑠𝑜: 0.5680 𝑠𝑒 𝑑𝑒𝑠𝑐𝑎𝑟𝑡𝑎 8.2 VARIANZA (S2) Se calcula la varianza despreciando el valor descartado anteriormente, usando comandos de Excel: %ca ̅= 𝒙 S= S2= 8.3

1.2972 1.2136 1.1865 1.1671 1.1091 1.0135 0.9826 0.9547 0.9306 1.0950 0.1298 0.0168

COMPARACIÓN DE MEDIAS USANDO LA T DE STUDENT ̅ − 𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑐𝑜𝑛𝑜𝑐𝑖𝑑𝑜| |𝒙 𝑇𝑚𝑒𝑑𝑖𝑑𝑜 = × √𝑛 𝑆

Donde: n= 9 s=0.0168 ̅ = 1.0950 𝒙 Valor conocido= 1. 00% 𝑇𝑚𝑒𝑑𝑖𝑑𝑜 =

|1.0950 − 1| × √9 0.1298

𝑇𝑚𝑒𝑑𝑖𝑑𝑜 = 2.20 𝑇𝑡𝑎𝑏𝑢𝑙𝑎𝑑𝑜 = 2.31 8.4

INTERVALOS DE CONFIANZA

14

I.C = 𝑥̅ ± I.C = 1.0950 ±

𝑡×𝑠 √𝑛 2.31×0.0168 √9

I.C = 1.0950 ± 0.0129 9

DISCUSIONES

Calculando el error experimental con respecto al Ca: %Ca experimental= 1.0950 % %Ca teórico=1.000% %𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟:

|%Ca experimental − %Ca teórico| × 100 %Ca teórico

%𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟:

|1.000 − 1.0950| × 100 1.000 %𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟: 9.5 %

Calculando el error experimental con respecto al CaO: %CaO experimental= 1.4592% % %Ca teórico=1.3998% %𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟:

|%CaO experimental − %CaO teórico| × 100 %CaO teórico %𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟:

|1.3998 − 1.4592| × 100 1.3998

%𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟: 4.2434 %

 Algunos errores y dificultades involucrados en la determinación de las cenizas en seco son: la pérdida de ceniza debido a la intensidad con que arde la flama en el momento de quemar la muestra al aire y el cambio gradual en las sales minerales con el calor; lo cual puede ocasionar pérdida de la muestra y fusión del carbón a partes no oxidadas atrapadas de la muestra.

15

10 CONCLUSIONES  Se determinó la cantidad de Ca en una muestra de leche correspondiente al valor 1.0950 % y la cantidad de CaO correspondiente al valor de 1.39898%.  El indicador utilizado para este método es el Rojo de Metilo, el cual vira sus colores de rojo a amarillo en pH de 4.2 a 6.3 respectivamente, coincidiendo con el pH necesario para la precipitación. Si la precipitación se efectúa en solución neutra o amoniacal, se forma un precipitado muy fino, que es difícil de filtrar.  La media concuerda exactamente con el valor teórico pues al usar el método de la T de STUDENT se determinó que el 𝑇𝑚𝑒𝑑𝑖𝑑𝑜 = 2.20 < al 𝑇𝑚𝑒𝑑𝑖𝑑𝑜 = 2.20  Se determinó correctamente la cantidad de CaO, pues el error no supera el 5%, la cantidad de Ca difiere más de %5 debido a errores experimentales.  Existe un 95% de probabilidad de que cuando se determine la cantidad de calcio (%Ca) la verdadera media esté en el intervalo 1.0950 ± 0.0129 11 RECOMENDACIONES  Una vez que es preparada la muestra se recomienda realizar el análisis lo antes posible para reducir al mínimo la descomposición de los sólidos.  Se recomienda que, al realizar el calentamiento en la plancha, este se realice de forma suave, a fin de evitar pérdidas de muestra al salpicar por un calentamiento brusco. 12 FUENTES  Harris, D. (2001). “Análisis Químico Cuantitativo”, España: Editorial Mc Graw Hill. Página: 61-69  James N.Miller.Jane C.Miller. “Estadística y quimiometría para Química Analítica”. España: Editorial Prentice Hall. Páginas: 55-59  UNMSM, “GUÍA DE PRÁCTICAS DE LABORATORIO DE QUÍMICA ANÁLISIS QUÍMICO”, 2017, páginas: 23 y 24  VOGEL, Arthur. “Química Analítica Cuantitativa”. Editorial Kapelusz. Volumen I. 1980.

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