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UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS

FACULTAD DE QUÍMICA E INGENIERÍA QUÍMICA

DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE QUÍMICA ANALÍTICA E INSTRUMENTACIÓN

LABORATORIO DE ANÁLISIS POR INSTRUMENTACIÓN

PRÁCTICA #1

ELECTROGRAVIMETRÍA

PROFESOR: M.Sc. Héctor Luis Gómez Ramírez. ALUMNA: Dhamelyz Silva Quiñones.

LIMA-PERÚ

2015-II

I.

FUNDAMENTO DE LA TÉCNICA DE ANÁLISIS: El análisis electrogravimétrico se fundamenta en que los metales tienen tensiones de descomposición diferentes entre sí, según su posición en la serie electroquímica. Con este método electroanalítico, se puede medir cuantitativamente un metal depositado selectivamente en un electrodo, previamente pesado, midiendo su incremento en peso. El analito se deposita sobre un electrodo de malla de platino utilizado debido a su gran superficie y a su característica de ser químicamente inerte. La ecuación 1 se empleó en la determinación del % de analito en la muestra.

m analito V solución (mL) x x 100 %Analito = m V alícuota (mL) muestra

……….. (1)

Dónde: manalito: Es la masa depositada del analito en el electrodo. mmuestra: Es la masa de la muestra. II. DESCRIPCIÓN DEL MÉTODO DE ANÁLISIS: EXPERIENCIA A DETERMINACIÓN ELECTROGRAVIMÉTRICA DE COBRE EN UNA MONEDA DE 10 CENTIMOS: Naturaleza de la muestra La moneda utilizada puede ser de tipo A o B, cuyas composiciones aproximadas según datos suministrados por el laboratorio de la Casa Nacional de Moneda: A B Tabla N°1

Cobre Zinc Nique l

80% 5– 20% 0– 15%

68 – 70% 0% 30 – 32%

PREPARACIÓN Y DISOLUCIÓN DE LA MUESTRA: Se lijó la moneda hasta que este brillante, se lavó con agua de caño para quitar todo el polvo y suciedad. Luego se colocó la moneda en una luna de reloj con 5 mL de CCl4 se agitó y se decantó y se dejó secar a temperatura ambiente. Seguidamente se pesó la moneda y luego se la colocó en un vaso, al que se le agregó 45 mL de HNO 3 6N, se cubrió con una luna de reloj y se calentó hasta la disolución total de la muestra. Se hirvió hasta eliminar los vapores nitrosos, se diluyó hasta 100 mL con agua destilada y se transfirió a una fiola de 250 mL y se enrasó. Determinación electrográvimetrica del Cobre: Se lavó el electrodo de trabajo con HNO 3(cc) con H2O2, evitando tocar el electrodo directamente con las manos para evitar sustancias grasosas, luego se enjuagó con un chorro de agua de caño y tres veces más con agua desionizada, finalmente se enjuagó en alcohol, se colocó en una luna de reloj y se secó en la estufa durante 15 minutos aproximadamente.

De la misma manera se lavó el cátodo. Una vez seco el electrodo de trabajo se enfrió en un desecador y se pesó. Luego se midió una alícuota de 10 mL y se vertió en un vaso electrolítico de 150 mL. Se agregó agitando una solución de NH 4OH 6N hasta la aparición final del color zul del ión complejo tetramino cúprico, el cual indicaba la neutralización total del ácido. Se agregó 1.5mL de HNO 3 6N y 0.15g de urea y se diluyó hasta 80 mL. A continuación se electrolizó con el Analizador Sargent Slomin, con una tensión de 2 voltios durante 30 minutos, utilizando el ánodo rotativo. Una vez transcurridos los 30 minutos se sumergió totalmente los electrodos en la solución y se continuó con la electrolisis por 10 minutos más. Después se detuvo la agitación sin cortar la corriente, se elevaron los electrodos, lavándolos simultáneamente con un chorro de agua destilada, se cortó la corriente eléctrica, se quitaron los electrodos, luego se lavó el cátodo con agua destilada y alcohol etílico y se llevó a la estufa por 20 minutos aproximadamente a 70°C. Se enfrió el electrodo en un desecador y se pesó. Finalmente se calculó el % de cobre que hay en la muestra. Se repitió el análisis tres veces. EXPERIENCIA B DETERMINACIÓN ELECTROGRAVIMÉTRICA DE PLOMO EN FUSIBLE Se lijó la muestra de fusible, se colocó en una luna de reloj y se desengrasó con pequeñas porciones de acetona, se dejó secar a temperatura ambiente. Luego se pesó la muestra y se colocó en un vaso con 30 mL de HNO 3 6N y se cubrió con una luna de reloj, se calentó en la plancha hasta ataque total y luego con un calentamiento suave por 30 minutos. Luego se diluyó hasta 60 mL con agua destilada, se añadió 10 mL de HNO 3 concentrado y se completó el volumen en una fiola de 250 mL. Seguidamente se midió una alícuota de 10 mL y se colocó en una celda electrolítica, se llevó al equipo, se introdujo los electrodos y se agregó el volumen de agua necesaria dejando una parte del electrodo libre. El ánodo fue previamente limpiado como en la experiencia A y pesado. Se electrolizó a 2.5 voltios, por 30 minutos, luego se sumergió completamente los electrodos y se continuó con la electrólisis por 10 minutos más. Se siguió el procedimiento de la experiencia A. finalmente se calculó el % de Pb en la muestra del incremento en peso del ánodo considerando que se ha depositado como PbO 2. Utilizando el factor de corrección 0.864. se repitió el análisis tres veces.

III. REACCIONES QUÍMICAS PRODUCIDAS DURANTE EL EXPERIMENTO: EXPERIENCIA A DETERMINACIÓN ELECTROGRAVIMÉTRICA DE COBRE EN UNA MONEDA DE 10 CENTIMOS: Cu(s) +HNO3(aq)  Cu(NO3)2(aq) + NO(g) +H2O(l)

(sol. Celeste)

Cu2+(aq) + 2NH4OH(aq)  Cu(NH4)2(aq) + 2H2O(l)

En el cátodo

Cu2+ + 2e-  Cu0 Es posible la formación de Los nitritos (evitan que el cobre deposite) 2H+ + NO3 - + 2e-  H2O + NO21 Por lo tanto se agrega urea para eliminar los nitritos 2NO2 - + 2H+ + (NH2)2CO  CO2 + 2N2 + 3H2O EXPERIENCIA B DETERMINACIÓN ELECTROGRAVIMÉTRICA DE PLOMO EN FUSIBLE 3Pb(s) + 8H+(aq) + 2NO3− (aq) → 3Pb2+ (aq) + 2NO(g) + 4H2O(l)

En el

ánodo Pb 2+ + 2H2O  PbO2 + 4H+ + 2e-

IV. DESCRIPCIÓN DEL INSTRUMENTO EMPLEADO: ELECTROANALIZADOR SARGENT SLOMIN En ambas experiencias A y B se usó el electroanalizador Sargent Slomin, que tiene dos unidades de electroanalización separadas, lo cual permite hacer dos determinaciones simultáneas. El instrumento usa dos electrodos de platino en forma de canastilla. El electrodo grande (b) se utiliza para recibir el depósito, es el electrodo de trabajo. El electrodo menor (c) sirve de agitador. El electrodo menor, se encuentra en el centro y el electrodo de trabajo lo rodea, estos no deben hacer contacto de lo contrario hacen corto circuito y no habrá electrólisis. El electroanalizador consta de un control para activar el MOTOR, la cual se debe girar a ON para comenzar a agitar la solución. También consta con un control NORMAL-REVERSE con el cual se selecciona la polaridad de los electrodos. En la posición NORMAL el electrodo del centro es el ánodo y el lateral es el cátodo. Y en la posición REVERSE la polaridad de los electrodos se invierte. El control CURRENT, cuando está en la posición ON, indica el paso de la corriente eléctrica a través de la celda, su valor se lee en el amperímetro y depende del voltaje aplicado. El control INCREASE se gira en sentido horario para aplicar voltaje que se recomienda en la técnica de análisis y su valor se lee en el voltímetro. Cuando se cumple el tiempo de electrolisis, primero se apaga el MOTOR, sin cortar la corriente, hasta que los electrodos queden fuera de la solución, se lava cuidadosamente. Finalmente se procede como recomienda la técnica de análisis.

Fig. N°1 Fig. N°2

V.

TABLA DE RESULTADOS Y ESTADISTICA. EJEMPLO DE CÁLCULOS: EXPERIENCIA A DETERMINACIÓN ELECTROGRAVIMÉTRICA DE COBRE EN UNA MONEDA DE 10 CENTIMOS:

Tabla N°2

Muestra Moneda de 10 Céntimos Masa = 3.4936 g

Electrodo s de Pt, masa (g)

Electrodos de Pt + Depósitos (g)

Cu depositad o, masa (g)

35.4824

35.5787

0,0963

32.7404

32.8369

0.0965

50.4652

50.5616

0,0964

EJEMPLO DE CÁLCULO

%Cu =

%Cu =

mCu(depositado ) mmuestra 0.0963 3.4936

x

x 250 10

V solución V alícuota x 100

x 100



%Cu = 68.91%

ESTADÍSTICA %Cupromedio =

68.91+69.05+ 68.98 3

= 68.98%

% Cu 68.91 % 69,05 % 68.98 %

S=

√

2

2

2

(68.91−68.98) +(69.05−68.98) +(68.98−68.98) 3−1

= 0.07, con una

tendencia a variar por debajo o por encima de dicho valor en 0.07 por ciento.

EXPERIENCIA B DETERMINACIÓN ELECTROGRAVIMÉTRICA DE PLOMO EN FUSIBLE

Tabla N°3 Electrodo s de Pt + Depósito s, masa (g) 55.7866 51.6190 46.4439

Electrodo s de Pt, masa (g)

Muestra Fusible Masa =0,5238 g

55.7638 51.5950 46.4204

PbO2 deposita do, masa (g)

%PbO2

%Pb

0,0228 0,0540 0,0235

108.82 % 114.54 % 112.16 %

94.02 % 98.96 % 96.91 %

EJEMPLO DE CÁLCULO Factor de corrección = 0.864

%PbO2 =

mPbO (depositado) mmuestra

%PbO2 =

0.0228 0.5238

%Pb =

%Pb =

2

mmuestra 0.0228 0.5238

250 10

x

m Pb(depositado )

x

x

x 250 10

V solución V alícuota x 100

V solución V alícuota

x 100



%PbO2 = 108.82 %

x f.c x 100

x 0.864 x 100

ESTADÍSTICA %Pbpromedio =

94.02+ 98.96+96.91 3

= 96.63 %



%Pb = 94.02 %

S=

√

2

2

2

(94.02−96.63) +(98.96−96.63) +( 96.91−96.63) 3−1

= 2.48, con una

tendencia a variar por debajo o por encima de dicho valor en 2.48 por ciento.

VI. DISCUSIÓN DEL MÉTODO EMPLEADO: En la determinación electrogravimétrica de Cu, el porcentaje promedio de Cobre obtenido, en la muestra, una moneda de 10 céntimos, fue de 68.98%, este resultado indica que es una moneda tipo B, ya que está dentro del rango de 68 – 70%, según la tabla N°1. En esta determinación no se tuvo inconvenientes, se obtuvieron buenos resultados en la tres determinaciones y valores de % cercanos entre sí (tabla N°2). Se siguieron los pasos recomendados en la guía y en especial se tuvo cuidado al momento de lavar, secar y pesar el electrodo de trabajo. En la determinación electrogravimétrica de Plomo en una muestra de fusible, el porcentaje promedio de plomo obtenido fue 96.63%, se consideró que el plomo se deposita en el ánodo como PbO 2, para ello se utilizó el factor gravimétrico, y se determinó el % de Pb. En la tabla N°3 se observa que el % de PbO 2 es mayor a 100 en todos los casos, esto se debe a que lo que se deposita en el ánodo es el dióxido de plomo y la presencia de oxígeno aumenta el porcentaje ya que en la muestra fusible el Pb es metálico. Finalmente se consideró que las soluciones preparadas de ambas muestras pudieron contener impurezas como trazas de hierro y otros metales, las cuales afectan los valores de los porcentajes.

VII. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES:  Los resultados de ambas determinaciones por análisis electrogravimetrico fueron buenos, comprobando que es un método efectivo para determinar los metales que contiene una muestra.  Es muy importante el uso y cuidado de los electrodos de platino, ya que estos deben ser pesados antes y después de la electrólisis, y si éstos contienen impurezas o no son debidamente usados se obtienen resultados erróneos y menos precisos.  El Pb y el Cu tienen tensiones de descomposición diferentes, ello se manifiesta al momento de separar cuantitativamente cada metal en su respectiva muestra.

 Se recomienda tener sumo cuidado al momento de lavar, secar y pesar el electrodo de trabajo, ya que de este electrodo depende los resultados.  Enfriar el electrodo de trabajo antes y después de la electrolisis en un desecador, para evitar la humedad del ambiente, y así tener resultados más precisos.  No tocar los electrodos con las manos ya que se puede adherir grasa y otras impurezas.  Seguir la técnica operativa que indica la guía.

VIII.

BIBLIOGRAFÍA:

LIBROS:  Douglas A. Skoog, A.F James Holler, Stanley R. Crouch, Principios de Análisis Instrumental, Sexta edición, págs. 697-712. Daniel C. Harris, Análisis Químico Cuantitativo, Tercera edición, editorial Reverté, págs. 368 - 380  W. F Pickering, Química Analítica Moderna, Edición en Español, Editorial Reverté, págs. 512-519. INTERNET:  https://www.cenam.mx/memsimp06/Trabajos%20Aceptados%20para %20CD/Octubre%2025/Bloque%20A/A2-QUIMICA%20I-Materiales %20de%20Referencia/A2-2.pdf  http://docencia.udea.edu.co/cen/QuimicaAnaliticaII/ele1.html  http://scielo.isciii.es/scielo.php?pid=S003479732002000100005&script=sci_arttext