guion_qgio_2015_16

Grado en Farmacia

Química General, Inorgánica y

Orgánica

Prácticas de Laboratorio

Curso 2015-16

© Facultad de Farmacia UAH, Edición 2015

Unidades Docentes de Química Analítica, Química Inorgánica y Química Orgánica

Química General, Inorgánica y Orgánica

2

ÍNDICE

Índice 2 Normas Generales 3 I. INTRODUCCIÓN 4 Material de Laboratorio 5 A. Material de vidrio 5 B. Material de porcelana, plástico, metal, etc. 8 C. Aparatos e instrumentos 9 Técnicas de química experimental 10 A. La seguridad en el laboratorio 10 B. El cuaderno de laboratorio 14 C. Medidas de volumen 17 D. Instrumentación básica 21 E. Técnicas de filtración 23 Bibliografía 25 II. OPERACIONES BÁSICAS 26 1. Material básico. Expresión y tratamiento de datos experimentales

27

2. Destilación 37 3. Cristalización 44 4. Extracción y agentes desecantes 51 5. Preparación de disoluciones. Unidades de concentración. 64 III. REACCIONES ÁCIDO-BASE Y REDOX 70 6. Equilibrios ácido-base: pH e hidrólisis de sales 71 7. Comportamiento redox de elementos de los grupos principales: metales del grupo I

77

8. Comportamiento redox de metales de transición: obtención de cobre por cementación

80

9. Preparación y valoración de una disolución de peróxido de hidrógeno

82

Tabla Periódica 85 Anexo I. Tolerancias del material volumétrico 86 Anexo II. Constantes de equilibrio ácido-base 87


3

NORMAS GENERALES

Antes 1. Antes de empezar cada práctica, el alumno deberá haber leído el guion

correspondiente y repasado los conceptos teóricos que en ella se estudian.

Durante las sesiones

2. Al comienzo de cada práctica, el profesor encargado hará las indica-

ciones convenientes para el buen desarrollo de la misma y esquematizará,

si fuera necesario, los conceptos más relevantes.

3. Las prácticas se realizarán en parejas, salvo cuando se indique lo

contrario.

4. Sea puntual y no se ausente nunca sin permiso del profesor.

5. Deberá elaborar un “Cuaderno de laboratorio” que el profesor podrá

solicitar en cualquier momento para su evaluación.

6. Cada alumno es responsable de las consecuencias derivadas del

incumplimiento de las normas de seguridad.

7. Cada pareja de alumnos (o alumno si la práctica se realiza

individualmente) tendrá asignada una mesa y una taquilla con su equipo

individual, de los que es responsable. En algunas prácticas se le entregará

material complementario.

8. Trabaje siempre en su mesa, salvo si debe usar campana de gases.

Manténgala limpia en todo momento.

9. No cambie los reactivos del sitio donde estén ubicados.

10. No devolverá nunca a los frascos de origen los sobrantes de los

productos utilizados sin consultar al profesor.

Al acabar

Limpie perfectamente la mesa y todo el material. Guarde el equipo individual en la taquilla y devuelva el material complementario al lugar de donde lo cogió. Avise al profesor antes de abandonar el laboratorio.

Evaluación

Se evaluará el cumplimiento de obligaciones (asistencia, puntualidad...),

el trabajo experimental (resultados obtenidos, uso correcto del material,

limpieza, cumplimiento de las normas de seguridad...), el cuaderno de

laboratorio (claridad y exactitud de las anotaciones y observaciones,

corrección en la interpretación de resultados...) y las respuestas a las

cuestiones.


4

I. INTRODUCCIÓN


5

MATERIAL DE LABORATORIO

Tutorial 1

Tutorial 2

Es necesario que, antes de comenzar cualquier trabajo experimental, el

alumno conozca perfectamente el material utilizado con asiduidad en el

laboratorio, así como las operaciones en que es utilizado cada uno de los

dispositivos de que se dispone. Cada uno de los materiales aquí

mostrados tiene una función específica y su uso debe ser acorde con la

tarea a realizar. La utilización inadecuada de este material dará lugar a

errores en las experiencias realizadas.

En este capítulo, se muestra el material de laboratorio más habitual en un

laboratorio y que el alumno usará en este o en sucesivos laboratorios.

Más adelante, en la página 11 y siguientes (“técnicas de química

experimental”), se describen las condiciones de utilización del material

volumétrico, del material para filtración y de la instrumentación básica.

A. MATERIAL DE VIDRIO

MATERIAL VOLUMÉTRICO

Aforado

Graduado

Pipetas aforadas Matraces aforados

Pipetas graduadas

Probetas

Bureta


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MATRACES Y VASOS

Matraces con boca esmerilada

EMBUDOS

Vaso de precipitado Matraces de fondo redondo

Matraz Kitasato

Cristalizador Matraz Erlenmeyer

Matraces de fondo redondo con 1, 2 y 3 bocas esmeriladas Matraz de forma de pera

Embudo cónico

Embudo de adición

Embudo de decantación


7

REFRIGERANTES Y MATERIAL DE DESTILACIÓN

EMBUDOS PARA FILTRACIÓN

OTRO MATERIAL DE VIDRIO

EMBUDOS PARA FILTRACIÓN

Embudo Büchner

(en porcelana) Embudo cilíndrico con placa filtrante

de vidrio

Embudo cónico con placa filtrante

de vidrio

OTRO MATERIAL DE VIDRIO

Pesasustancias

Vidrio de reloj

Desecador Adaptador de esmerilados

Frasco lavador de gases Columna de

cromatografía

Columna Vigreux

Alargadera

Termómetro

Adaptador para termómetro Cabeza de

destilación

Refrigerante recto

Refrigerante de bolas


8

B. MATERIAL DE PORCELANA, PLÁSTICO, METAL, ETC.

PARA CALENTAMIENTO (en porcelana u otro material)

PINZAS Y SOPORTES

OTRO MATERIAL

Crisol Cápsulas de porcelana

Pinzas Hoffmann para tubo de

goma

Pinzas de madera

Pinzas metálicas para crisol

Rejilla

Pinzas metálicas con nuez Pinzas para bureta

Aros con nuez

Soportes

Espátulas Lima Frasco lavador

Termómetro

Trompa de agua para vacío

Morteros (de ágata, vidrio y porcelana)

Escobillas para limpieza

Cuentagotas


9

C. APARATOS E INSTRUMENTOS

Aparatos

Instrumentos

Placas calefactoras y

agitadoras

Mechero Estufa

Rotavapor

Granatario pH-metro

Balanza


10

TÉCNICAS DE QUÍMICA EXPERIMENTAL

A. LA SEGURIDAD EN EL LABORATORIO

p i n c h e s o b r e

l a f i g u r a p a r a s e g u i r e l v í n c u l o

El laboratorio de química no es realmente un lugar peligroso, pero requiere una razonable prudencia y unos conocimientos básicos por parte del experimentador para mantener su seguridad. Por ello, es obligatorio el conocimiento de las Normas de Seguridad en los Laboratorios de Prácticas que rigen en la Universidad de Alcalá. Al final de estas líneas se recogen unas cuestiones previas sobre Seguridad e Higiene en el Laboratorio que deberán ser contestadas en el cuaderno de laboratorio el primer día de las prácticas.

Los consejos más importantes para el curso práctico que va a realizar se resumen a continuación:

1. Lea atentamente el guion de cada práctica antes de realizarla. No olvide leer siempre la etiqueta de cualquier reactivo antes de usarlo. Compruebe que se trata realmente del reactivo indicado y observe los símbolos y frases de seguridad que señalan los riesgos más importantes derivados de su uso y las precauciones que hay que adoptar para su utilización.

2. Protéjase los ojos. Es obligatorio el uso permanente de gafas de seguridad en el laboratorio. Así mismo, no es aconsejable el uso de lentes de contacto. En caso de daño en el ojo, lávelo inmediatamente con grandes cantidades de agua, y continúe así, por lo menos, durante 10 minutos. Acuda inmediatamente al médico.

3. Es obligatorio el uso de bata de manga larga en el laboratorio. Llévela abrochada en todo momento. Así mismo, es recomendable usar guantes, sobre todo cuando se utilizan disoluciones corrosivas como ácidos y bases fuertes.

4. Es muy aconsejable, si se tiene el pelo largo, llevarlo recogido, así como no llevar colgantes o accesorios que obstaculicen las operaciones en el laboratorio. Tampoco es recomendable el uso de pantalones cortos, de zapatos abiertos o llevar las deportivas desabrochadas.

5. Entre al laboratorio con el material imprescindible. Deje fuera del laboratorio, en los lugares que se indique, abrigos, apuntes, etc., ya que pueden entorpecer el trabajo y causar accidentes.

6. Siga cuidadosamente todos los consejos, y, en particular, tenga cuidado de no crear peligro a su vecino. Por ejemplo, cuando caliente un tubo de ensayo no apunte con la boca hacia nadie y agítelo constantemente.

7. La mayoría de accidentes que suceden en los laboratorios de prácticas son cortes y quemaduras. No fuerce nunca los tubos de vidrio; proteja las manos con un paño siempre que se trate de presionar un tubo de vidrio; nunca presione con las manos en la


11

dirección de empuje, para evitar heridas profundas. Deje el vidrio caliente apartado encima de una plancha o similar hasta que haya tenido tiempo suficiente de enfriarse. No use nunca un equipo de vidrio que esté agrietado o roto. Deposite el vidrio roto en un contenedor para vidrio, no en una papelera.

8. Muchos de los productos con los que va a trabajar son venenosos en algún grado. Es obvio que no debe nunca saborear un producto. Trabaje en una campana de gases siempre que así esté indicado. Un posible peligro de envenenamiento, frecuentemente olvidado, es la contaminación a través de la piel. Lávese las manos a menudo y siempre inmediatamente después de exponerse a un reactivo peligroso y antes de dejar el laboratorio. No pipetee ningún reactivo con la boca. Si cualquier ácido o producto corrosivo entra en contacto con su piel, lávese inmediatamente con abundante agua y avise al profesor. Los productos inflamables no deben estar cerca de fuentes de calor, como estufas, hornillos, radiadores, etc. Rotule convenientemente cualquier envase en el que guarde una disolución o producto preparado.

9. No deben transportarse innecesariamente los reactivos de un sitio a otro del laboratorio. Si tuviese que transportarlos, tenga cuidado con las botellas que deben ser siempre transportadas cogiéndolas por el fondo nunca por la boca. No desordene los reactivos.

10. Recuerde que el orden es muy importante para evitar accidentes. Trabaje sin prisas, pensando en cada momento lo que está haciendo y con el material y reactivos ordenados. Mantenga las mesas y campanas de gases siempre limpias. Recoja inmediatamente cualquier derrame que se produzca. Limpie siempre el material inmediatamente después de su uso.

11. No elimine residuos peligrosos por la pila ni los deposite en la basura. Hágalo siempre en los recipientes preparados para ello. Si se debe verter un producto químico por el desagüe, dilúyalo previamente y viértalo haciendo circular abundante agua por el mismo. Nunca elimine los residuos sólidos por la pileta, viértalos en la basura para sólidos.

12 Avise al profesor de cualquier problema con las instalaciones del laboratorio (mobiliario deteriorado, tuberías o grifos de agua con escapes, desagües con fugas o atascados, enchufes o cables eléctricos rotos o pelados, etc.).

13. Recuerde que está expresamente prohibido:

• Hacer experimentos no autorizados sin consultar primero a su profesor.

• Comer o beber en el laboratorio.

• La entrada en el laboratorio de prácticas de personas ajenas a éstas.

Un comportamiento irresponsable podrá acarrear la

inmediata expulsión del laboratorio como primera medida.

14. Avise inmediatamente de cualquier incidente a su profesor.

Aprender a trabajar con orden y seguridad es un aspecto más de las prácticas, por lo que se tendrá en cuenta a la hora de valorar los resultados del aprendizaje.


12

SÍMBOLOS DE PELIGROSIDAD

La manipulación de sustancias químicas peligrosas requiere especial atención. Empieza por el conocimiento de los distintos tipos de sustancias en función de su peligrosidad. Algunas de estas propiedades de las sustancias químicas peligrosas se indican en el etiquetado de los productos químicos mediante un símbolo o pictograma, de manera que se capte la atención de la persona que va a utilizar la sustancia (tabla 1, según reglamento CE 1272/2008). Además, y siempre que proceda, también aparecerán en la etiqueta las palabras de advertencia, las indicaciones de peligro y los consejos de prudencia.

Actualmente, en el laboratorio se encontrarán reactivos químicos con etiquetas que presentan pictogramas correspondientes a la normativa anterior. Puedes consultar su equivalencia en los documentos que encontrarás dentro de tu taquilla en el laboratorio y en el enlace que se ha incluido en la página 10 de este guion de prácticas.


13

Clases y categorías de peligros Pictogramas

Físi

cos

2.1. Explosivos (excepto división 1.5 y 1.6) 2.7. Sólidos inflamables 2.8. Sustancias y mezclas que reaccionan espontáneamente, tipos A y B 2.15. Peróxidos orgánicos, tipos A y B

2.2. Gases Inflamables 2.3. Aerosoles inflamables 2.6. Líquidos inflamables 2.8. Sustancias y mezclas que reaccionan espontáneamente tipos B, C, D E y F 2.9. Líquidos pirofóricos 2.10. Sólidos pirofóricos 2.11. Sustancias y mezclas que experimentan calentamiento espontáneo 2.12. Sustancias y mezclas que, en contacto con el agua, desprenden gases inflamables 2.15. Peróxidos orgánicos, tipos B, C, D, E y F

2.4. Gases comburentes 2.13. Líquidos comburentes 2.14. Sólidos comburentes

2.5. Gas a presión (se incluyen los gases comprimidos, licuados, disueltos y licuados refrigerados)

2.16. Corrosivos para metales, categoría 1

Par

a la

Sal

ud

3.1. Toxicidad aguda, categorías 1, 2 y 3

3.2. Corrosión o irritación cutánea, categorías 1A, 1B y 1C 3.3. Lesiones oculares graves o irritación ocular, categoría 1

3.1. Toxicidad aguda, categoría 4 3.2. Corrosión o irritación cutánea, categoría 2 3.3. Lesiones oculares graves o irritación ocular, categoría 2 3.4. Sensibilización cutánea, categoría 1 3.8. Toxicidad específica en determinados órganos tras una exposición única, categoría 3

3.4. Sensibilización respiratoria, categoría 1 3.5. Mutagenicidad en células germinales 3.6. Carcinogenicidad 3.7. Toxicidad para la reproducción, categorías 1A, 1B y 2 3.8. Toxicidad específica en determinados órganos tras una exposición única, categorías 1 y 2 3.9. Toxicidad específica en determinados órganos tras exposiciones repetidas 3.10. Peligro por aspiración

Par

a e

l

me

dio

amb

ien

te

Toxicidad aguda Toxicidad crónica, categorías 1 y 2


14

Cuestiones previas Responda en el cuaderno de laboratorio

1. El uso de gafas de seguridad en el laboratorio, ¿es

aconsejable u obligado?

2. El uso de bata en el laboratorio, ¿es aconsejable u obligado?

3. ¿Dónde puede encontrar información inmediata sobre la

peligrosidad de un reactivo?

4. ¿De qué tejido será preferentemente la bata?

5. ¿Qué cosas están expresamente prohibidas en el

Laboratorio?

6. ¿Qué haría con un reactivo que ha perdido la etiqueta?

7. Si un vaso de precipitados presenta una pequeña rotura, ¿se

puede seguir usando?

8. ¿Por qué motivos puede ser un reactivo peligroso?

9. ¿Qué se puede hacer si se forman humos en el laboratorio?

10. ¿Cuándo debe usarse una campana de gases?

11. ¿Qué es lo primero que hay que hacer en caso de accidente?

12. ¿Qué tiene que hacer si le salpica un reactivo al ojo?

13. ¿Cómo hay que transportar las botellas de reactivos?

14. ¿Se puede pipetear agua destilada con la boca?

15. Un tóxico, ¿puede penetrar a través de la piel?

16. ¿Dónde se deposita el vidrio roto?

17. ¿Cómo puede apagarse un pequeño fuego en el laboratorio?

18. ¿Qué hay que hacer si se produce un fuego grande?

19. ¿Se puede usar un extintor si a alguien se le incendia la ropa?

20. Si alguien ha ingerido un ácido corrosivo, ¿se le debe

provocar el vómito?

21. Dibuje los símbolos que representan una sustancia explosiva,

una comburente y una inflamable. ¿Qué diferencia hay entre

ellas?

22. Dibuje los símbolos que representan una sustancia tóxica,

una nociva, una corrosiva y una irritante. ¿Qué diferencia hay

entre ellas?

B. EL CUADERNO DE LABORATORIO

De forma simultánea a la realización de las experiencias, la persona que

las lleva a cabo debe confeccionar un cuaderno de laboratorio que

contenga el trabajo realizado y las conclusiones obtenidas. Los

investigadores consideran el cuaderno de laboratorio como una de sus

más valiosas posesiones pues acredita de forma escrita la ejecución

personal del trabajo experimental. Las siguientes recomendaciones le

ayudarán a confeccionar su cuaderno de laboratorio.

No


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ASPECTOS GENERALES

1. 1. Debe identificarse la persona que presenta el cuaderno. Se incluirá

también la fecha de realización de la experiencia. Si se ha invertido

más de un día, conviene indicar la fecha de comienzo y de

terminación del trabajo. Las páginas del cuaderno de laboratorio de

los investigadores deben ir numeradas para asegurar que no se ha

destruido o eliminado parte de su contenido.

2. Es imprescindible tener un cuaderno de trabajo personal,

independientemente de que el trabajo se realice en equipo. En este

cuaderno deben anotarse todas las observaciones y resultados

experimentales, a medida que éstos se van obteniendo.

3. Nunca se utiliza lapicero para realizar anotaciones en el cuaderno ni

tampoco typex (u otro sistema similar) para hacer correcciones en el

mismo. Si te has equivocado, tacha de forma clara y visible los

resultados incorrectos e incluye una aclaración que indique la causa

de la enmienda.

4. No conviene dejar nada pendiente de anotar aunque la actividad se

tenga que interrumpir; no es aconsejable confiar en la memoria. Las

anotaciones se deben realizar directamente en un cuaderno, no en

hojas sueltas.

5. Es especialmente importante que las anotaciones sean claras y

ordenadas, aunque sean redactadas de forma concisa.

ESTRUCTURACIÓN DEL CUADERNO DE LABORATORIO

No es posible dar una norma general sobre qué anotar exactamente en el

cuaderno, ya que esto depende, entre otros factores, del tipo de trabajo

experimental o del nivel del curso práctico. La siguiente estructura

básica podría servir como guía para la elaboración del cuaderno de

laboratorio: (a) Introducción; (b) Sección experimental; (c) Resultados;

(d) Interpretación de resultados; (e) Conclusiones. Sin embargo, no

siempre será posible seguir estrictamente la estructura aquí señalada.

Tómese la información siguiente como orientativa.

a) Introducción. Aquí podrían anotarse:

• Objetivos del trabajo: Una descripción breve (si es posible, en una

frase) de lo que se pretende con la experiencia.

• Información previa más relevante sobre la experiencia a realizar.

Aquí puede apuntarse un resumen de las explicaciones dadas por

el profesor (sobre todo, de aquellas advertencias relacionadas con

la seguridad), de la bibliografía consultada, o las contestaciones a

las cuestiones previas que se plantean en algunas de las prácticas.


16

b) Sección experimental. El cuaderno en su redacción debe incluir un

apartado en el que se describa brevemente, pero sin omitir los detalles

importantes, todos los pasos seguidos en la realización del experimento,

así como las observaciones efectuadas. Además debería incluirse la

siguiente información:

• Las reacciones químicas implicadas.

• Las condiciones que puedan afectar al fenómeno estudiado y que

se puedan conocer (temperatura, presión atmosférica, humedad,

iluminación, etc.).

• La cantidad usada de cada reactivo (masa o volumen), su

equivalencia en moles y, en su caso, las densidades y

concentraciones. Anote también todos los cálculos realizados.

• Si se cree necesario, un diagrama de los instrumentos empleados y

su montaje. Cuando se utilice una técnica nueva, conviene

detenerse en su descripción.

• Apunte todas las normas de seguridad adoptadas.

c) Resultados. La forma de presentación de los resultados depende

mucho del tipo de experimento realizado.

• Cuando realice medidas de alguna cantidad, los resultados se

presentarán, siempre que sea posible, en una tabla y en una

gráfica, lo que permitirá una rápida visión de los factores que

afectan a los fenómenos estudiados.

• Cuando sea posible, conviene repetir las experiencias para obtener

más datos; en este caso se calculará el valor medio y la desviación

estándar.

• En una síntesis química, apunte siempre el color, rendimiento y

otras características de los productos sintetizados.

Conviene que, en la medida de lo posible, separe la descripción de los

resultados de la interpretación de los mismos. Los primeros son el

resultado de su observación y serán correctos en la medida en que haya

cuidado la ejecución de su trabajo experimental. Las interpretaciones, en

cambio, pueden ser erróneas, aunque se basen en resultados correctos.

Imagine, por ejemplo, que observa la aparición de un precipitado

amarillo que cree que es de cromato de bario. Suponga que anota en su

cuaderno solamente su interpretación “precipita cromato de bario” y no

el color del precipitado. Si posteriormente averigua que su precipitado

no puede ser cromato de bario y no recuerda el color, no podrá

reinterpretar su resultado.

d) Interpretación de resultados. En este apartado puede también

escribir las contestaciones a las cuestiones finales planteadas en el guión,

ya que muchas de ellas se formulan para ayudarle en esta tarea.


17

e) Conclusiones. Las conclusiones deben presentarse en lugar visible y

serán claras y concisas.

Conviene añadir un apartado en el que se reflejará la opinión personal: si

se han aclarado conceptos, la facilidad o la dificultad en la realización del

trabajo, las propuestas para mejorar las condiciones operatorias y

obtener mejores resultados, etc.

C. MEDIDAS DE VOLUMEN

Tutorial

Figura 1. Error de paralaje.

A: Correcto B: Muy alto C: Muy bajo

Figura 2. Formas de

enrase.

Los recipientes, y otros utensilios empleados en el laboratorio para la

medida de volúmenes, pueden ser aforados o graduados. Los primeros

miden una cantidad predeterminada de volumen, mientras que los

segundos disponen de una escala que permite la medida de volúmenes

variables. Muchos recipientes, tales como vasos de precipitados y

matraces Erlenmeyers, pueden estar provistos de una escala. Sin

embargo, la medida de volumen que permiten es meramente orientativa

y, aunque pueda ser suficiente para algunas aplicaciones, no deben ser

considerados como instrumentos de medida de volumen.

En este apartado se describen las características y condiciones de uso de

probetas, buretas, pipetas y matraces aforados. Algunas instrucciones de

uso son comunes a todo el material volumétrico, y se dan en primer

lugar.

UTILIZACIÓN CORRECTA DEL MATERIAL VOLUMÉTRICO

Cuando se confina un líquido en todo material volumétrico, la superficie

de aquél presenta una curvatura denominada menisco. Para proceder a

las lecturas del material volumétrico, el ojo del observador debe estar

situado al mismo nivel que el menisco (figura 1), de otro modo se comete

un error denominado error de paralaje. Si el ojo está por encima del nivel

del líquido, se leerá un volumen menor que el real. Si el punto de

observación es demasiado bajo, se cometerá un error en sentido

contrario.

Al aforar y al utilizar material volumétrico, las lecturas de volúmenes se

suelen realizar dirigiendo la vista tangente al fondo del menisco por su

parte inferior. Esta posición del menisco se puede determinar con mayor

exactitud sosteniendo, detrás de la graduación o enrase, un trozo de

papel. El enrase debe hacerse con sumo cuidado procurando que sea la

parte baja del menisco la que quede a ras de la señal de aforo (figura 2).

Enrase correcto

Enrases incorrectos

Co

rre

cto

Inco

rre

cto

Inco

rre

cto


18

1 Válido para las personas diestras. Para los zurdos la disposición sería la contraria.

Figura 3. Valoración

(video).

PROBETAS

Descripción. Se emplean para medir cantidades aproximadas de líquido.

Utilización. Se añade líquido hasta que el menisco coincide con la línea

que indica el volumen de líquido que se quiere medir.

BURETAS

Descripción. Las buretas se emplean para incorporar con exactitud y

sucesivamente cantidades variables de una disolución a otra. Se emplean

principalmente en las volumetrías, en las cuales una disolución patrón

contenida en la bureta se añade a la disolución de la muestra hasta

alcanzar el punto final. Una bureta convencional está dividida en

incrementos de 0,1 mL en un intervalo de 0-25 mL o de 0-50 mL.

También existen buretas con capacidad de 100 mL y micro o

ultramicroburetas con capacidades que oscilan entre 2 mL y 0,1 mL

respectivamente.

Utilización. Para llenar la bureta con el líquido que se desea usar, hay

que asegurarse de que la llave está cerrada. Introduzca de 5 a 10 mL de

la disolución y someta, con cuidado, a un movimiento de rotación la

bureta en posición casi horizontal para mojar las paredes

completamente; abra la llave y deje escurrir el líquido por la punta.

Repita esta operación dos veces más. A continuación, llene la bureta

(llave cerrada) por encima del enrase del cero. Saque las burbujas de aire

girando la llave rápidamente y dejando pasar pequeñas cantidades de

disolución. Abra la llave totalmente y deje bajar el líquido de forma que

llene la zona situada entre ella y la boca de salida de la bureta.

Finalmente, enrase a cero y comience el transvase del líquido.

Cuando se realiza una volumetría o valoración, se debe adoptar la

posición de las manos indicada en la figura 3; mientras con una de las

manos se agita el matraz Erlenmeyer con la otra se regula la llave1.

Con la punta de la bureta introducido en el cuello del matraz de

valoración, agregue la disolución de la bureta a incrementos de

aproximadamente 1 mL. Agite constantemente la muestra a valorar.

Disminuya progresivamente el volumen de las adiciones conforme la

valoración avanza, agregando gota a gota en las proximidades del punto

final, asegurándose de que todo el reactivo que se adiciona entra en

contacto con la muestra a valorar. Deje transcurrir 1 minuto entre la

última adición y la lectura de la bureta.


19

Uso de pipeta

Pipeta

aforada

Micropipeta

Nunca pipetee con

la boca

Figura 4. Propipeta

(video).

PIPETAS

Descripción. Las pipetas están ideadas para verter volúmenes

determinados. Las pipetas graduadas están marcadas a distintos

intervalos de volumen y se puede medir con ellas volúmenes

aproximados (por ejemplo: 3,8 mL; 5,7 mL, etc.). Las pipetas aforadas se

emplean para mediciones exactas, porque han sido diseñadas para

transportar un único volumen y están calibradas para dicho volumen

(por ejemplo: 1,00; 2,00; 5,00; 10,00; 20,00 o 25,00 mL).

Para aplicaciones específicas existen otros tipos de pipetas.

Concretamente, para medidas de volúmenes del orden de microlitros

(μL), suelen usarse pipetas tipo jeringa denominadas generalmente

micropipetas que pueden ser de volumen fijo o variable (por ejemplo:

200 μL, 350 μL, etc.).

Utilización. • Limpieza. Si la pipeta no está perfectamente limpia, lávela con una

solución jabonosa y enjuáguela varias veces con agua del grifo, y después

con agua destilada. Si la pipeta está bien limpia debe dejar una película

continua al fluir, es decir, no deben quedar gotas de agua adheridas a las

paredes interiores de la pipeta.

• Enjuagado. Introduzca el extremo de la pipeta por debajo de la

superficie del líquido y, con ayuda de una propipeta (o similar, figura

4), succione una pequeña cantidad de reactivo. Incline con cuidado la

pipeta y rótela para que el líquido moje por completo las paredes

interiores de la pipeta. Tome un vaso de precipitados y vierta en él los

productos de desecho de los enjuagues realizados.

• Llenado. Vuelva a introducir la pipeta en el vaso donde se encuentra el

ácido concentrado (o disolución a pipetear) y llénela hasta por encima

de la marca de calibrado. Compruebe que no hay burbujas de aire en el

seno del líquido ni espumas en su superficie. Saque el extremo de la

pipeta y límpielo con papel de filtro.

• Enrasado. Sitúe la pipeta sobre el vaso de precipitados que utiliza para

los desechos. Mantenga el vaso en posición ligeramente inclinada y,

manteniendo la pipeta en posición vertical apoyada sobre la pared

interior del vaso, deje caer el volumen de líquido en exceso.

• Trasvase. Coloque la pipeta en posición vertical tocando la pared del

recipiente colector (véase uso de la pipeta, enlace de video en página

anterior) y deje escurrir libremente el líquido. Durante el vertido

mantenga el extremo de la pipeta apoyado sobre la pared del recipiente y

por encima del nivel del líquido. El recipiente debe mantenerse

ligeramente inclinado. Espere unos segundos hasta que el líquido haya


20

Preparación de disolución (interactivo)

escurrido bien, antes de sacar la pipeta, cuidando que no quede ninguna

gota adherida a la misma. Si el matraz aforado o el recipiente de vertido

tuvieran un diámetro de cuello inferior al de la pipeta utilizada, ayúdese

de un embudo.

Todas las pipetas volumétricas están calibradas para transferir líquidos,

quedando un pequeño volumen de los mismos en la punta. Éste no

deberá forzarse nunca para que salga (ni soplar).

Es preferible que no introduzca la pipeta (ni otro utensilio similar) en

una botella de reactivo pues puede impurificarlo. Trasvase la cantidad

aproximadamente necesaria a un recipiente (por ejemplo, un vaso de

precipitados) y tome de éste la disolución. No devuelva nunca el

reactivo sobrante a las botellas de reactivo.

MATRACES AFORADOS

Descripción. Los matraces aforados se utilizan para contener los

volúmenes que indican. La capacidad de un matraz aforado oscila entre 2

mL y 5 L. Estos matraces contienen el volumen indicado cuando están

llenos hasta una línea que llevan grabada en el cuello y denominada

enrase o aforo. Se utilizan para la preparación de disoluciones patrón y

para la dilución de muestras a volúmenes conocidos, de los cuales se

toman partes alícuotas con una pipeta.

Utilización. La preparación directa de una disolución exige que se

introduzca en el matraz aforado un peso de soluto conocido

exactamente. Para minimizar la posibilidad de pérdidas durante el

transvase coloque el vástago del pesasustancias en la boca del matraz y

ayudándose con un cuentagotas con agua destilada arrastre todo el

sólido al interior del matraz. Después de introducir la muestra en el

matraz llénelo hasta más o menos la mitad, tape el matraz y haga girar el

contenido hasta conseguir la disolución. Agregue más disolvente y de

nuevo mezcle bien. Lleve el nivel del líquido hasta casi el enrase, deje un

tiempo para que escurra y con un cuentagotas realice las adiciones

finales. Tape el matraz e inviértalo repetidas veces para asegurar la

homogeneidad de la disolución.

Si el soluto se disuelve con dificultad, se prefiere disolverlo en un vaso

de precipitados y transferirlo luego cuantitativamente al matraz,

enjuagando varias veces el vaso y adicionando las aguas de lavado

también al matraz. Si fuera preciso, en un vaso de precipitados es

posible calentar para facilitar la disolución. Recuerde que no debe

calentar nunca un matraz aforado ni ningún otro material

volumétrico. Por la misma razón, si el proceso de disolución produce un

cambio apreciable de temperatura (por ejemplo, el del ácido sulfúrico

concentrado en agua), prepare la disolución en un vaso de precipitados

y, esperando un rato, transfiérala al matraz.


21

CUIDADO Y LIMPIEZA

La limpieza del material volumétrico es esencial para su correcta

utilización. Como norma general, es conveniente lavar el material con

detergente diluido, agua y por último agua destilada (varias veces).

Solamente las superficies de vidrio perfectamente limpias soportan una

película de líquido totalmente uniforme. La aparición de rupturas en la

película de líquido es una indicación de que su superficie no está limpia.

Como regla general, hay que evitar calentar el material de vidrio aforado.

Un enfriamiento rápido del mismo puede distorsionar el vidrio de un

modo permanente y ser causa de variación de volumen provocando

errores sistemáticos en el trabajo experimental.

Al utilizar un instrumento de los señalados apunte en el cuaderno de

laboratorio la capacidad, la precisión y la temperatura de calibrado que

vienen grabados en ellos. Cuando no conste la precisión en el material

aforado consulte en la tabla del anexo I.

D. INSTRUMENTACIÓN BÁSICA

Sigue el vínculo

(figura) para ver su uso

LA BALANZA

Para pesar cantidades aproximadas (por ejemplo, en la preparación de

disoluciones cuya concentración no se necesita conocer con exactitud) o

grandes suelen utilizarse granatarios, que permiten cargas relativamente

grandes (hasta 1-2 Kg) y dan estimaciones de hasta 0,1 g (a veces 0,01 g).

Sin embargo, es frecuente que se necesiten pesadas con exactitudes

inferiores al mg (por ejemplo, el peso de un precipitado en un método

gravimétrico o el peso de un reactivo para preparar una disolución

patrón) y entonces es necesario el uso de una balanza analítica. Dentro

de las balanzas analíticas podemos distinguir distintos tipos, de acuerdo

con la exactitud de las mismas: ordinarias (0,1 mg), semimicro (0,01 mg)

y micro (0,001 mg).

Precauciones durante el empleo de una balanza analítica

Una balanza analítica es un instrumento delicado que se debe manejar

con gran cuidado. Siga las siguientes reglas generales para trabajar con

una balanza analítica.

• Centre la carga sobre el platillo tanto como sea posible.

• Proteja la balanza de la corrosión. Los objetos que se coloquen

directamente sobre el platillo deben limitarse a metales no

reactivos, plásticos no reactivos y materiales vítreos.

• Tenga especial cuidado cuando pese líquidos. La masa de un líquido

se obtiene siempre por diferencia: los líquidos no corrosivos y no

volátiles se pueden transferir a recipientes pesados previamente; la


22

Mufla

Estufa

masa del recipiente se resta de la masa total.

• Consulte con el profesor si la balanza requiere ser ajustada.

• Conserve la balanza escrupulosamente limpia. Un pincel es útil para

eliminar cualquier material o polvo que haya caído.

• Antes de pesar un objeto que haya sido calentado deje que alcance

la temperatura ambiente. Esta operación debe realizarse en

desecador para evitar que el producto absorba la humedad

ambiental.

• Use pinzas con el fin de evitar que los objetos secos se humedezcan.

• Evite frotar los pesasustancias porque las cargas estáticas afectan a

las balanzas electrónicas.

MUFLAS Y ESTUFAS

El horno de mufla se emplea para calcinar muestras a altas

temperaturas con el objeto de convertir los precipitados a una forma que

pueda pesarse o para quemar los materiales de naturaleza orgánica

antes de realizar un análisis inorgánico. Es necesario que exista un

control de la temperatura, ya que pueden producirse pérdidas de

metales a temperaturas superiores a 500 °C. En los hornos de mufla se

pueden alcanzar temperaturas de hasta 1200 °C.

Las estufas se emplean para secar muestras y/o material antes de

utilizarlos. Estas estufas están bien ventiladas para que el calentamiento

sea uniforme. La temperatura que suele emplearse es de

aproximadamente 110 °C, pero pueden alcanzar temperaturas de 200-

300 °C.

Instrucciones para el uso de las estufas en el laboratorio 1. No cambie la temperatura de la estufa sin consultar con el profesor.

Algunos compuestos descomponen, funden o subliman a

temperaturas no muy altas, y la temperatura de la estufa puede

estar regulada de acuerdo a estas propiedades.

2. Introduzca los productos sobre un vidrio de reloj, nunca

directamente sobre un papel.

3. Marque el vidrio de reloj con su nombre y taquilla escrito, por

ejemplo, mediante un rotulador permanente o en un pequeño papel

colocado sobre el vidrio.

4 Tome precauciones a la hora de sacar el vidrio para evitar

quemaduras. Utilice pinzas largas si fuera necesario.

MEDIDORES DE pH (pH-METROS)

El pH es una de las magnitudes más medidas en un laboratorio de

Química ya que es responsable en muchas ocasiones de la viabilidad de


23

2 ¡Ojo! Si lo que nos interesa es el líquido, en contacto con el sólido, no podremos mojar el papel, ya que entonces modificaríamos la concentración del soluto en esta fase líquida.

pH-metro

un proceso químico, reacciones enzimáticas, de síntesis, formación de

complejos metálicos o una cinética química. Por esto, es necesario

disponer de instrumentos que permitan medir un pH con exactitud y

precisión, lo que se consigue utilizando medidores de pH, generalmente

denominados pH-metros. Estos equipos están constituidos por dos

electrodos, un electrodo de vidrio, selectivo a los protones y un electrodo

de referencia (generalmente, se utiliza un electrodo combinado que

incluye los dos). El pH se determina por comparación de la muestra

desconocida con uno o más patrones de pH conocido, disoluciones

reguladoras (tampones o buffers) utilizadas en el proceso de calibración

del instrumento. En general, se recomienda usar al menos dos patrones,

uno de pH mayor y otro de pH menor que el de la muestra. Hay que

resaltar que la fiabilidad de los valores medidos depende de las

disoluciones reguladoras patrón utilizadas para la calibración.

E. TÉCNICAS DE FILTRACIÓN

Video

Figura 5. Filtración.

La filtración permite separar un líquido de un sólido mediante un

material que retiene las partículas sólidas. El filtro puede realizarse con

distintos materiales. Los filtros más comunes son el papel y las placas de

vidrio. En ambos casos, se puede escoger entre distintos tamaños de

poro, de acuerdo al grosor de las partículas que necesitemos retener. Los

filtros de papel son prácticos y baratos, pero se rompen fácilmente y son

atacados por muchos agentes químicos. Otros materiales habituales son

la lana de vidrio, el algodón o la tierra de diatomeas. Además del material

y del tamaño de poro del filtro, otro aspecto fundamental de la filtración

es la diferencia de presión que se establece entre ambas caras del filtro,

pudiéndose ser a (a) presión normal (por gravedad), o (b) a vacío. A

continuación se resume la preparación y uso de los distintos tipos de

filtros de papel más usuales.

FILTRACIÓN EN PAPEL

Para filtrar a presión normal, se utiliza un embudo cónico y se opera tal

como se muestra en la figura 5. El papel de filtro se escogerá de tal

forma que su porosidad se halle en consonancia con el tamaño de la

partícula del precipitado. Se colocará de la forma que se muestra en la

figura 6. Una vez colocado en el interior del embudo, se humedecerá el

papel con el líquido de lavado2, con el fin de que la superficie externa del

papel se adhiera perfectamente con la pared interna del embudo.

También es corriente utilizar un papel plegado en pliegues en lugar de

en forma cónica (figura 7).


24

Figura 6.

Filtro.

Filtración en Büchner

Figura 7. Filtro de pliegues.

El embudo con el papel de filtro se situará sobre un soporte, de forma

que el vástago se halle en contacto con la pared del recipiente de

recogida del líquido de filtrado, y a continuación se irá vertiendo el

líquido hasta el embudo, deslizándolo por la varilla. Una vez que haya

pasado todo el líquido, el sólido que pueda permanecer en el recipiente

inicial se arrastra al filtro con la ayuda de la varilla y, posteriormente,

con pequeñas porciones de disolvente, que al mismo tiempo actuará

como líquido de lavado. Debe cuidarse mucho las adiciones de producto

al filtro para que la disolución no rebase nunca el borde del papel, ya que

en ese caso pasaría líquido sin atravesar el papel de filtro y arrastraría,

al líquido filtrado, partículas de precipitado.

Para filtrar a vacío con Büchner, se cortará un círculo de papel de filtro

de diámetro igual al del interior del embudo Büchner. El filtro debe

cubrir por completo todos los orificios de la placa del Büchner, pero

no debe subir por las paredes del embudo. Al colocarlo debe quedar

completamente liso, sin arrugas y perfectamente adherido a la superficie

del Büchner, para que no pueda pasar nada de sólido por sus bordes.

Esto se consigue fácilmente humedeciendo el papel con el disolvente

utilizado y succionando un poco. El embudo se adosa a un kitasato y la

tubuladura lateral se conecta al aparato productor de vacío (una trompa

de agua o una bomba de vacío). Después, sin succión, o mejor, sólo con

una ligera succión, para evitar evaporaciones innecesarias, se echa la


25

BIBLIOGRAFÍA

Para la confección de estos guiones de prácticas se ha utilizado principalmente la siguiente bibliografía:

1. A. Horta, S. Esteban, R. Navarro, P. Cornejo, C. Barthelemy,

Técnicas Experimentales de Química, UNED, 3ª ed, 1991.

2. D. C. Harris, Análisis Químico Cuantitativo, Reverté, 3ª ed., 2006.

3. J. Guiteras, R. Rubio, G. Forondona, Curso Experimental en

Quimica Analitica, Síntesis, 1ª ed., 2003.

4. M. A. Martínez Grau, Técnicas Experimentales en Síntesis Orgánica,

Síntesis, 1ª ed., 1998.

5. R. Q. Brewster, C. A. Vanderwerf, W. E. McEwen, Curso Práctico de

Química Orgánica, Alhambra, 2ª ed., 1982.

mezcla (o parte de ella) dentro del embudo, de la forma descrita

anteriormente para la filtración a presión normal. Entonces se aplica

todo el vacío (o el máximo deseado). Se debe utilizar una varilla de vidrio

o una espátula para que, ayudándose con ella, se pueda pasar lo más

rápidamente posible toda la masa cristalina al embudo. Las restantes

operaciones son similares a las descritas en la filtración a presión

normal. Debe procurarse desconectar el kitasato del generador de vacío

antes de cerrar éste, sobre todo cuando se trata de una trompa de agua,

pues la diferencia de presiones, en caso contrario, hará que el agua pase

al kitasato impurificando o en el mejor de los casos diluyendo el líquido

filtrado.


26

II. OPERACIONES BÁSICAS


27

1. MATERIAL BÁSICO DE LABORATORIO, RECONOCIMIENTO, MANEJO Y CALIBRACIÓN. INTRODUCCIÓN A LA EXPRESIÓN Y TRATAMIENTO DE LOS

DATOS EXPERIMENTALES

Objetivos Familiarizar al alumno con el conocimiento y manejo del material básico de

un laboratorio químico y enseñarle a expresar las medidas obtenidas en él.

Calibrar el material volumétrico.

Introducción En un laboratorio químico se realizan numerosas medidas por lo que es

necesario conocer el material que debe utilizarse, escoger entre distintos

instrumentos (según el grado de precisión que queramos conseguir), así

como saber expresar el resultado de estas mediciones.

Fundamento La información referente al material de laboratorio se encuentra reflejada

en la introducción del guión por lo que es requisito imprescindible haberlo

estudiado antes de la realización de la práctica.

Las medidas suponen la cuantificación de una magnitud3 observable y se

realizan por comparación con una unidad conocida. Por ejemplo, para

realizar una medida de longitud podemos utilizar una regla o un metro que

nos permitirán, comparando, saber cuántos centímetros o metros (unidad)

tiene en realidad la distancia que deseamos cuantificar.

Para cuantificar utilizaremos instrumentos (como una balanza); su

resultado, por comparación con pesas de referencia, nos dará el valor de la

magnitud y lo expresaremos con sus unidades correspondientes. Por

ejemplo, en la figura siguiente podemos apreciar que hemos colocado un

objeto, cuya masa desconocemos en uno de los platillos de una balanza. En

el otro platillo iremos colocando pesas de referencia hasta que los dos

platillos se encuentren a la misma altura

y eso nos dará la masa del objeto. Como

apreciamos en este ejemplo, el resultado

de la medición de la masa del objeto es

de 445 (en unidades de gramos). 445

sería el valor de la magnitud y gramos

sus unidades.

Figura 8. Medición de una masa.

1. SISTEMA DE UNIDADES

El sistema que utilizamos es el Sistema Internacional de Unidades (SI) y

fue adoptado por la 11ª Conferencia General de Pesas y Medidas (CGPM)

en 1960. Es un sistema coherente de unidades construido a partir de

siete unidades básicas SI, una para cada una de las siete magnitudes

básicas dimensionalmente independientes. Las siete unidades básicas

son el metro, el kilogramo, el segundo, el amperio, el kelvin, el mol y la

3 Magnitud: Propiedad física que se puede medir y expresar mediante una unidad, por ejemplo, una longitud, una masa, un tiempo o una temperatura.


28

candela para las magnitudes longitud, masa, tiempo, intensidad de

corriente eléctrica, temperatura termodinámica, cantidad de sustancia e

intensidad luminosa, respectivamente (véase tabla 1). Las unidades

derivadas SI se expresan como productos de potencias de las unidades

básicas.

Tabla 1

Magnitud física Nombre de la unidad SI

Símbolo de la unidad SI

longitud metro m

masa kilogramo kg

tiempo segundo s

intensidad de corriente eléctrica amperio A

temperatura termodinámica kelvin K

cantidad de sustancia mol mol

intensidad luminosa candela cd

2. USO DE LOS NÚMEROS: NOTACIÓN CIENTÍFICA, CIFRAS SIGNIFICATIVAS Y REDONDEO

En el laboratorio se miden y calculan numerosas propiedades físicas y

químicas cuya magnitud se expresa a través de los números. Por

consiguiente, es importante utilizar estos números de forma correcta,

haciendo un especial hincapié en la notación científica y en las cifras

significativas.

Notación científica

Se utiliza la notación exponencial o científica con números muy grandes

o muy pequeños, que además de ser difíciles de manejar, no se pueden

introducir en las calculadoras. En este tipo de notación, se retienen las

cifras de un número en un factor entre 1 y 10 y la situación de la coma

decimal la indica una potencia de diez. Se distinguen dos casos:

A. Para números mayores que la unidad, se desplaza la coma decimal

hacia la izquierda, hasta que se alcanza un número comprendido

entre 1 y 10 y la potencia de diez es igual al número de dígitos que se

ha desplazado la coma decimal.

B. Números inferiores a la unidad, se desplaza la coma decimal a la

derecha hasta que se alcanza un número comprendido entre 1 y 10.

La potencia de diez es igual al número de dígitos que se ha

desplazado la coma decimal y el exponente se pone con signo

negativo.


29

Ejemplos:

Notación no científica Notación científica

2.000.000.000 2 x 109

0,0000000004 4 x 10-10

4.300.000 4,3 x 106

0,00034 3,4 x 10-4

Cifras significativas

Los números obtenidos en las mediciones no son exactos, están sujetos

a un error, o dicho de otra forma, en todas las mediciones hay alguna

incertidumbre. Así, las cifras significativas4 son los dígitos que la persona

que hace la medida considera correctos o

más concretamente los dígitos que son

ciertos más el primero incierto. En la figura 9

se muestra cómo en el primer caso la

medición es de 2,55 mientras que con la

segunda regla mediríamos 2,5 para la misma

distancia.

Figura 9. Medición de una longitud .

Para saber cuántas cifras significativas hay en un número procedente de

una medida, se pueden aplicar las siguientes reglas:

A. Los ceros a la izquierda no son significativos. Por lo tanto, el número

103 tiene tres cifras significativas, y el 0,000000103 también. Esto se

debe a que los ceros a la izquierda no le añaden precisión a la

medición, sino que solamente sirven para establecer la posición del

punto decimal. Generalmente es mejor hacer esto utilizando la

notación científica; así, los números mencionados se convertirían en

1,03 x 102 y 1,03 x 10–7. De esta forma, para contar las cifras

significativas se parte del primer dígito distinto de cero y se cuentan

todos los dígitos a partir de éste.

B. Los ceros a la derecha sí son significativos. Esto es muy importante:

los ceros a la derecha deben escribirse solamente si son una parte

verdadera de la medición. Por lo tanto, no es lo mismo decir que algo

pesa 1 kg que decir que pesa 1,00 kg. La primera magnitud implica

que la medición se realizó con una balanza graduada en kilogramos.

La segunda medición fue realizada en una balanza graduada en

centésimas de kilogramo. La segunda medición es cien veces más

precisa que la primera; la primera tiene una cifra significativa y la

segunda tiene tres cifras significativas. Por ello es extremadamente

4 Cifras significativas:. Véanse los videos siguientes http://youtu.be/eMl2z3ezlrQ http://youtu.be/iorZdz4dsBU http://youtu.be/xHgPtFUbAeU


30

importante no olvidar escribir los ceros a la derecha cuando se sabe

que son significativos. Por ejemplo, en una balanza analítica que tiene

precisión de diezmilésimas de gramo, si la balanza marca 0,5700 g es

necesario registrar el número con los dos ceros a la derecha, y nunca

como 0,57 g. Sin embargo, a veces hay que tener cuidado con los

ceros a la derecha. Para eso está la siguiente regla.

C. Los ceros a la derecha no son significativos cuando su función es

únicamente la de especificar la posición del punto decimal. Por

ejemplo, si se dice que el Sol está a una distancia de 150.000.000.000

m, ¿cuántas cifras significativas hay? Ciertamente no son doce,

porque esto implicaría que se conoce la distancia con una precisión

del orden de 1 m. Además de que es una precisión imposible en la

práctica, sería demasiada coincidencia que tal magnitud física tuviera

tantos ceros. Pero podría ser que el primer cero, o tal vez incluso el

segundo, fueran significativos. Así como está escrito el número, no

hay manera de saberlo. La única manera de evitar esta ambigüedad

es utilizando la notación científica. Si se dice que el Sol está a 1,50 x

1011 m, podemos saber sin duda alguna que sólo el primer cero es

significativo y por lo tanto hay tres cifras significativas.

D. Los números que son enteros por naturaleza se consideran como si

tuvieran una cantidad infinita de cifras significativas. Dicho de otra

manera, los enteros por naturaleza se pueden conocer con exactitud

perfecta. Por ejemplo, en Electroquímica hay una ecuación que dice:

∆G = -nFE. Sin entrar en más detalles, basta con saber que n es el

número de electrones intercambiados en una reacción redox. Por

ejemplo, si tenemos la reacción Cu2+ + Zn ⇄ Cu + Zn2+. Aquí se

intercambian dos electrones y no hay ninguna incertidumbre al

respecto. Por ello, para determinar el número de cifras significativas

en el resultado final, no se toma en cuenta la precisión de n. Podemos

verlo como si n fuera igual a

2,000000000000000000000000000000000000…

E. Los factores de conversión generalmente son exactos. O sea que, al

igual que los números enteros, puede considerarse como si tuvieran

un número infinito de cifras significativas. Aunque hay algunos casos

de conversiones que no son exactas porque están determinadas

empíricamente, otras son exactas. Por ejemplo, una pulgada es

exactamente igual a 2,54 cm por definición, y una caloría son 4,184 J.

Además, todas las conversiones dentro de un mismo sistema son

exactas (1 km son exactamente 1000 m, y un pie son exactamente 12

pulgadas).

La aplicación de estas reglas permite distinguir entre los decimales

(número de dígitos tras la coma) y las cifras significativas. La Tabla 2

ilustra esta distinción.


31

Tabla 2

Número Decimales (*) Cifras significativas (*)

346 346 346

34,6 34,6 34,6

3,46 3,46 3,46

0,346 0,346 0,346

0,0346 0,0346 0,0346

0,03460 0,03460 0,03460

346,0 346,0 346,0

346,00 346,00 346,00

(*) marcadas en negrita

Operaciones matemáticas y cifras significativas

Ya se ha visto que no deben incluirse más dígitos detrás del último

dígito incierto. La duda que surge ahora es cómo aplicar este criterio

cuando se realizan operaciones matemáticas, es decir, ¿en qué cifra se

debe cortar? Para ello se deben distinguir dos aspectos, uno de índole

general como son las reglas del redondeo y otro más particular, la

distinción entre operaciones matemáticas que impliquen sumas o restas,

multiplicaciones o divisiones y por último, el uso de logaritmos.

Reglas del redondeo

A. Cuando la cifra siguiente a la última que se conserva es inferior a 5, la

última que se retiene no sufre modificación. Ejemplo: el redondeo de

5,4323 a cuatro cifras significativas es: 5,432.

B. Cuando la cifra siguiente a la última que se conserva es superior a 5,

se incrementa la cifra que se conserva en una unidad. Ejemplo: el

redondeo de 5,4327 a cuatro cifras significativas es: 5,433.

C. Cuando la cifra siguiente a la última que hay que considerar es 5

(seguida de ceros), la última cifra que se conserva se aumenta en una

unidad si es impar y no se modifica si es par. Ejemplo: 1,245 se

convierte en 1,24 con tres cifras y 1,235 se convierte en 1,24 con tres

cifras.

D. Cuando la cifra siguiente a la última que hay que considerar es 5

(seguida de algún dígito distinto de cero), la última cifra que se

conserva se aumenta en una unidad. Ejemplo: el redondeo de

2,3450001 a tres cifras significativas es: 2,35.

Es importante resaltar que las reglas de redondeo se aplican al

resultado final y no en las operaciones intermedias.

Operaciones matemáticas

A. Sumas y restas. En sumas y restas se mantendrán tantas cifras

decimales como existan en el sumando o sustraendo que menos


32

cifras tenga a la derecha de la coma. Si se utiliza notación

exponencial, todos los números se convierten a la misma potencia

de 10 y los términos numéricos se suman o se restan.

Ejemplos:

3,24 + 2,10 + 1,2 + 3,75 + 4,0 = 14,29 CORRECTO: 14,3

1,632 105 + 4,107 103 + 0,984 106 1,632 105

+ 0,04107 105

+ 9,84 105

_________________

11,51307 105

CORRECTO: 11,51 105

B. Multiplicaciones y divisiones. El factor que contenga el menor número

de cifras significativas, determina el número final de las mismas.

En la multiplicación, los términos numéricos se multiplican de la

forma habitual, mientras que los exponentes se suman

algebraicamente y el producto se escribe con un dígito distinto de

cero a la izquierda de la coma de los decimales.

En una división, el término numérico del numerador se divide por el

término numérico del denominador, mientras que los exponentes se

restan algebraicamente y el cociente se escribe con un dígito distinto

de cero a la izquierda de la coma de los decimales.

Ejemplos:

2,51 2,30 = 5,773 CORRECTO: 5,77

45,36 ÷ 3,2 = 14,175 CORRECTO: 14

(4,7 107) (1,6 102) = 7,52 109 CORRECTO: 7,5 109

(8,3 104) (9,3 10–9) = 77,19 10–5 CORRECTO: 77 10-5 = 7,7 10-4

(8,4 107) ÷ (2,0 103) = 4,2 104 CORRECTO: 4,2 104

(3,81 109) ÷ (8,412 10–3) = 0,452924393 1012 CORRECTO:4,53 1011

C. Logaritmos. El logaritmo de un número es la potencia a la que se

debe elevar la base para obtener ese número. En Química, se usan

dos tipos de logaritmos: 1) logaritmos decimales (abreviados log),

cuya base es 10, y 2) logaritmos naturales o neperianos (abreviados

ln), cuya base es el número e = 2,71828. Las propiedades de los

logaritmos son las mismas cualesquiera que sea la base. Cuando se

obtiene el logaritmo de un número, el dígito a la izquierda de la

coma decimal se llama característica, y el número a la derecha de la

coma decimal se denomina mantisa. La característica sólo localiza


33

la coma decimal del número, de modo que no se incluye cuando se

computan las cifras significativas.

La norma para conocer las cifras significativas en el caso de un

logaritmo es simple, la mantisa tiene tantas cifras significativas como el

número de cuyo logaritmo se halló.

Ejemplo: log 720 = 2,857.

3. EXPRESIÓN DE LOS RESULTADOS: CALIDAD

Cualquier proceso de medida lleva aparejado un error, hecho éste que nos

lleva a hablar de exactitud y precisión. La exactitud indica la proximidad de

una medida a su valor verdadero o aceptado como verdadero, mientras que

la precisión muestra la concordancia entre varios resultados medidos y

obtenidos de la misma manera o en idénticas condiciones experimentales.

Un resultado de calidad debe llevar aparejado ambos parámetros y siempre

que expresemos un resultado, la magnitud (con las cifras significativas

adecuadas) deberá ir acompañada de una estimación de su incertidumbre:

𝑿 ± 𝑼 𝒖𝒏𝒊𝒅𝒂𝒅𝒆𝒔 (por ejemplo, 1,2 ± 0,2 m)

En la mayoría de los casos no se realiza una única medición en el

laboratorio, sino una serie de ellas, por lo que lo más apropiado para

expresar un resultado será utilizar la media aritmética (�̅�) de los

diferentes valores (xi), acompañados de la desviación estándar de los

mismos (s), como estimación de su incertidumbre

�̅� = ∑ 𝑥𝑖

𝑁𝑖=1

𝑁

𝑠 = √∑ (𝑥𝑖 − �̅�)2𝑁

𝑖=1

𝑁 − 1

en donde N es el número de mediciones.

Ejemplo: Medimos la masa de un objeto, por triplicado, en una balanza analítica y obtenemos los siguientes valores (g):

12,3242; 12,3237; 12,3251

La media y la desviación estándar calculadas (habitúese a utilizar la calculadora para ello) son:

Media: 12,3243333 g

Desviación estándar: 0,00070946 g

Al obtenerse la media como la suma de los tres valores y dividiendo por 3, el resultado tendrá seis cifras significativas: 12,3243. En cuanto a la desviación estándar, el primer dígito distinto de cero (7) nos indica dónde está el error en la magnitud es decir el último número que se puede dar a la masa media, por tanto, el resultado se expresará como:

m = 12,3243 ± 0,0007 g


34

4. CALIBRACIÓN

Cuando utilizamos una pipeta como la que aparece en la figura 10 asumimos que trasvasamos 25,00 mL, puesto que su tolerancia es ±0,03

mL. Pero esto, a menudo, no es cierto debido al deterioro que sufre el material de vidrio durante su uso por el contacto con disoluciones agresivas y a su expansión o contracción por efecto de la temperatura5. Ello hace que sea necesaria su calibración frecuente si queremos hacer un trabajo riguroso.

Figura 10. Pipeta aforada

La calibración (según la norma DIN EN ISO 4787) ha de realizarse a 20 ºC

pero en la mayoría de los laboratorios la temperatura es distinta. Por ello,

lo que hacemos es determinar la masa de agua destilada que contiene o es

trasvasada utilizando una balanza para transformarla posteriormente

utilizando el Factor Z (el volumen de un gramo de agua corregido a 20 ºC

teniendo en cuenta el efecto de empuje del aire y el de dilatación del vidrio

borosilicato) en el volumen a 20 ºC. En esta práctica se va realizar la

calibración de una pipeta aforada o una pipeta graduada midiendo la masa

de agua trasvasada a un recipiente (con una balanza analítica o granatario,

según disponibilidad), utilizando la densidad del agua para convertir la

masa en volumen.

𝑉20 = (𝑊2 − 𝑊1) × 𝑍

donde W2 es la masa del recipiente de pesada con el agua destilada a la

temperatura del laboratorio y W1 la masa del recipiente de laboratorio

vacío.

Para ello será necesario medir la temperatura del agua destilada del

laboratorio y consultar el valor del factor Z a distintas temperaturas en la

tabla 3.

Estas medidas, además, nos permitirán comparar ambos instrumentos,

pipeta aforada y graduada, en cuanto a precisión y exactitud.

Tabla 3. Factor Z para distintas temperaturas (presión atmosférica de 980 a 1000 hPa y para material de vidrio AR-GLAS)

Temperatura de control (ºC)

Factor Z Temperatura de control (ºC)

Factor Z

15 1,00208 23 1,00341

16 1,00221 24 1,00362

17 1,00235 25 1,00384

18 1,00250 26 1,00408

19 1,00266 27 1,00432

20 1,00283 28 1,00457

21 1,00301 29 1,00483

22 1,00318 30 1,00510

5 Esta es la razón por la que el material aforado no debe ser secado en estufa a alta temperatura antes de su uso.


35

Material 1 pipeta aforada (o graduada) de 10 mL

Balanza analítica o granatario (según disponibilidad)

2 vasos de precipitado de 250 mL

Frasco lavador de agua destilada

3 botes de vidrio (con tapón, limpios y secos)

Cuentagotas y tetinas

Termómetro

Soporte y pinza

Reactivos Agua destilada

Procedimiento La práctica comienza en el aula de informática que se le haya indicado, a

las nueve de la mañana. Deberá disponer como material especial para

este día de auriculares y de su nombre de usuario y su contraseña (de

“Mi Portal” o del “Aula Virtual”). En el comienzo de esta sesión visionará

sendos videos sobre el funcionamiento del material de laboratorio e

incluirá unos resúmenes en su cuaderno del laboratorio.

Posteriormente, el profesor le introducirá en el tratamiento de los datos

del laboratorio y en la preparación de disoluciones, para pasar

posteriormente al laboratorio correspondiente.

Ya en el laboratorio de prácticas comenzará la etapa de identificación y

uso del material de laboratorio.

Para finalizar la sesión realizará el calibrado de una pipeta como

ejemplo representativo de material volumétrico lo que le dará ocasión

de aprender a realizar tareas como la pesada o la medición de

volúmenes.

Calibración de una pipeta (aforada o graduada)

Para calibrar la pipeta, bien se trate de la pipeta aforada o de la pipeta

graduada, siga los pasos que se indican a continuación:

1) Introduzca un poco de agua destilada en un vaso de precipitados y

déjela al menos 10 minutos. Introduzca el termómetro y mida la

temperatura. Anote la temperatura en la tabla cuyo formato se

proporciona a continuación en el cuaderno de laboratorio.

2) Tare la balanza analítica o el granatario (según la disponibilidad y

las indicaciones de su profesor, siempre la misma).

3) Tome con papel o con guantes (para no tocar la superficie con las

manos) uno de los botes con tapa y determine su masa en la balanza


36

analítica o granatario. Anote esta masa, W1, en el cuaderno de

laboratorio.

4) Deposite el bote sobre una superficie limpia y seca, en su lugar de

trabajo.

5) Coloque la pipeta aforada o graduada (según las indicaciones del

profesor) en la pinza colocada en el soporte y con la ayuda de una

propipeta, pipetee agua destilada hasta sobrepasar la línea de

enrase, limpie la superficie de la punta con papel de celulosa. A

continuación, enrase correctamente.

6) Abra el bote, apoye la punta de la pipeta en la superficie interior del

vaso (con un ángulo de unos 45 º, aproximadamente) y vierta el

contenido de la pipeta. Cuando haya dejado de fluir el líquido, retire

el bote y tápelo.

7) Pese el bote (en la misma balanza o granatario que hubiese utilizado

para pesarlo vacío) y anote este valor, W2.

8) Repita el procedimiento, desde el paso 1), dos veces más.

9) Anote el tipo de pipeta: aforada o graduada y calidad: A o B.

10) Rellene la siguiente tabla en su cuaderno de laboratorio:

Temperatura (ºC):

Pipeta:

Tipo: ; Calidad: ; Error:

Pesada en:

Ensayo W1 W2 Z (mL/g) Volumen V20 (mL)

1

2

3

Volumen medio:

Desviación estándar:

11) Si compara sus datos de volumen medio y desviación estándar

con los de otra taquilla que haya trabajado con la misma balanza o

granatario pero con distinta pipeta ¿qué podría decir en cuanto a

exactitud y precisión?


37

2. DESTILACIÓN

Objetivos Introducir al alumno en los fundamentos y aplicaciones de la técnica más

habitual para la purificación de compuestos líquidos. Desarrollar la

destreza necesaria para el montaje de equipos sencillos de frecuente

utilización en los laboratorios de química.

Introducción La destilación constituye el método más frecuente e importante para la

purificación de líquidos. Se utiliza siempre en la separación de un líquido

de sus impurezas no volátiles y, cuando ello es posible, en la separación de

dos o más líquidos.

Fundamento En la destilación, un líquido L1 se calienta hasta hacerlo pasar a estado

gaseoso G y a continuación los vapores condensan en una superficie fría

pasando de nuevo al estado líquido L2 que se recoge aparte.

LÍQUIDOS PUROS

Cuando un líquido puro se introduce en un recipiente cerrado, parte del

mismo se evapora hasta que el vapor alcanza una determinada presión, que

depende sólo de la temperatura. Esta presión, que es la ejercida por el

vapor en equilibrio con el líquido, es la tensión de vapor del líquido a

dicha temperatura y aumenta con ella. El líquido comienza a hervir a la

temperatura en la que la tensión de vapor iguala a la presión total a la que

se encuentra sometido dicho líquido. La temperatura a la que esto ocurre

en condiciones normales (760 mm Hg = 1 atm) recibe el nombre de punto

de ebullición normal del líquido en cuestión, y es una constante

característica para cada líquido.

MEZCLAS DE LÍQUIDOS

La presión de vapor total de una mezcla de líquidos (PT) es igual a la suma

de las presiones parciales (Pi) de cada uno de los componentes de la mezcla

(Ley de Dalton):

PT = Pi

Cuando se calienta una disolución o una mezcla de dos o más líquidos, el

punto de ebullición normal es entonces la temperatura a la cual la tensión

de vapor total de la mezcla es igual a la presión atmosférica en

condiciones normales.

Líquido L1

Evaporación

Vapor G Líquido L2

Condensación


38

En función de que la mezcla sea de líquidos miscibles o inmiscibles, la

contribución de la presión parcial de cada componente Pi a la PT de la

mezcla será diferente.

MEZCLAS DE LÍQUIDOS MISCIBLES

En las disoluciones ideales, las únicas que vamos a considerar, se cumple la

ley de Raoult, que se expresa en los siguientes términos: “A una

temperatura y una presión dadas, la presión de vapor parcial de cada

componente en la mezcla (Pi ) es igual a su presión de vapor en estado puro

(Poi ) multiplicada por su fracción molar (Xi ) en la solución".

Pi = Pºi Xi Xi = ni / nT

PT = Pi = Pºi Xi

De la ley de Raoult se pueden deducir las siguientes conclusiones:

1. El punto de ebullición de una mezcla depende de los puntos de

ebullición de sus componentes y de sus proporciones relativas.

2. En una mezcla cualquiera de dos líquidos, el punto de ebullición está

comprendido entre los puntos de ebullición de los componentes

puros.

3. El vapor producido será siempre más rico en el componente de punto

de ebullición más bajo.

Siempre que se tenga una mezcla de dos o más componentes que se

diferencien suficientemente en sus puntos de ebullición, los componentes

se podrán separar por destilación. Existen varios tipos de destilación:

sencilla, fraccionada, a vacío y en arrastre de vapor. En esta práctica vamos

a utilizar los dos primeros.

DESTILACIÓN SENCILLA

Para la destilación sencilla se utiliza el equipo representado en la figura 1.

Consta de un matraz de fondo redondo al que se acopla una cabeza de

destilación. Sobre ella se coloca el termómetro insertado en un

adaptador. El refrigerante, por el que circula agua en sentido ascendente,

se adapta a la tubuladura lateral de la cabeza de destilación. El extremo

inferior del refrigerante se une a una alargadera que conduce el destilado

al recipiente que se utilice como colector. El matraz descansa sobre una

placa calefactora. Todo el equipo se sujeta con pinzas y nueces a dos

soportes. En las uniones cabeza de destilación-refrigerante y refrigerante-

alargadera se pueden colocar unos clips de plástico.


39

El líquido que se quiere destilar se pone en el matraz (que no debe llenarse

mucho más de la mitad de su capacidad) y se calienta con la placa

calefactora. Cuando se alcanza la temperatura de ebullición del líquido

comienza la producción apreciable de vapor, condensándose parte del

mismo en el termómetro y en las paredes del matraz. La mayor parte del

vapor pasa a través de la tubuladura lateral de la cabeza de destilación al

refrigerante donde se condensa debido a la corriente de agua fría que

asciende por la camisa de este. El destilado (vapor condensado) escurre al

matraz colector a través de la alargadera.

Soporte

Pinza

Nuez

Term—metro

Cabeza dedestilaci—n

Refrigerante

Matraz

Placacalefactora

Alargadera

Recipiente colector

Adaptadorterm—metro

Cabeza dedestilaci—n

Term—metro

Figura 1. Destilación sencilla.

Durante la destilación el extremo superior del bulbo termométrico debe quedar a la altura de la horizontal que pasa por la parte inferior de la tubuladura lateral de la cabeza de destilación (figura 1), de tal forma que todo el bulbo sea bañado por el vapor que asciende. La destilación debe hacerse con lentitud pero sin interrupciones, manteniendo para ello la calefacción adecuada.

Casi todos los líquidos tienden a sobrecalentarse (alcanzar una temperatura algo superior al punto de ebullición). Se encuentran entonces en un estado metaestable que se interrumpe periódicamente al formarse súbitamente una gran burbuja de vapor en el seno del líquido. Se dice entonces que este hierve a saltos. Para evitar esto, antes de iniciar la destilación se añaden al líquido uno o dos trocitos de porcelana porosa, cuyos pequeños poros constituyen un lugar adecuado para la formación de

PRECAUCIÓN

Antes de adicionar trozos de porcelana, el líquido debe enfriarse por debajo de su

punto de ebullición; la adición de un trocito de

material poroso a un líquido sobrecalentado provoca una

ebullición repentina que puede ser violenta (peligro de incendio y quemaduras).


40

núcleos de burbujas, hirviendo así el líquido normalmente al alcanzarse la temperatura de ebullición. Si el líquido se abandona cierto tiempo a una temperatura inferior a su punto de ebullición, entonces los poros de la porcelana se llenan de líquido y ésta pierde su efectividad. En dicho caso es necesaria la adición (después de enfriar el contenido del matraz por debajo de su punto de ebullición) de un nuevo trocito.

Mediante la destilación sencilla que se acaba de describir se pueden separar mezclas de dos componentes que hiervan con una diferencia de puntos de ebullición de al menos 60-80 °C. Mezclas de sustancias cuyos puntos de ebullición difieren de 30-60 °C se pueden separar por destilaciones sencillas repetidas, recogiendo durante la primera destilación fracciones enriquecidas en uno de los componentes, las cuales se vuelven a destilar. Sin embargo, estas mezclas se separan mucho mejor por destilación fraccionada.

DESTILACIÓN FRACCIONADA

Es una técnica que permite la realización de una serie de destilaciones

sencillas en una sola operación continua. La destilación fraccionada se

emplea para separar mezclas de líquidos cuyos puntos de ebullición

difieran en menos de 70 °C. El equipo que se utiliza en este caso se

representa en la figura 2, es igual al empleado en la destilación sencilla

salvo en una diferencia: la inserción de una columna de fraccionamiento

entre el matraz y la cabeza de destilación.

Figura 2. Destilación fraccionada.

Una columna sencilla como la representada en la figura 3, puede rellenarse

con cualquier tipo de sustancia inerte que posea gran superficie, por

ejemplo anillos o hélices de vidrio, alambre, trocitos de arcilla, fragmentos

Columna de rellenosencilla

ColumnaVigreux

Figura 3

Figura 3.


41

de porcelana, etc. Las columnas más utilizadas son las de tipo Vigreux que

poseen una serie de hendiduras para aumentar su superficie (figura 3).

Utilidad de una columna de fraccionamiento en la separación de una

mezcla de dos líquidos miscibles: cuando los vapores, enriquecidos en el

componente más volátil de la mezcla, ascienden por la columna, se

condensan y caen pero al encontrarse con vapores calientes ascendentes,

se produce un intercambio de calor que provoca su re-evaporación

continuando su ascenso por la columna donde más arriba condensaran de

nuevo. Estos ciclos de evaporación-condensación se repiten numerosas

veces a lo largo de la columna. Cada uno de ellos equivale a una destilación

sencilla a pequeña escala y esto provoca que los vapores se vayan haciendo

mucho más ricos en el componente más volátil de forma que se acabe por

producir vapor puro del componente de la mezcla que posea un menor

punto de ebullición. Este vapor alcanzará la cabeza de destilación y llegará

al refrigerante donde condensará y así recogeremos el componente más

volátil en el colector. El matraz de destilación, mientras tanto, se va

enriqueciendo progresivamente en el componente de mayor punto de

ebullición (menos volátil).

Material 1 Placa calefactora Plato poroso

1 Matraz esmerilado fondo redondo (100 mL)

1 Matraz esmerilado fondo redondo (200 mL)

1 Refrigerante recto 1 Cabeza de destilación

1 Termómetro 1 Adaptador para termómetro

1 Alargadera 3 Matraces Erlenmeyer (50 mL)

1 Columna Vigreux 1 Probeta de 50 mL

1 Tubo de ensayo graduado 3 Soportes

3 Pinzas 3 Nueces

3 Clips de plástico 1 Aro

1 Trípode Grasa para esmerilados

Plato poroso 2 Gomas de refrigerante

Reactivos Acetona Agua


42

Procedimiento SEPARACIÓN DE UNA MEZCLA ACETONA-AGUA EN SUS DOS

COMPONENTES

A. FRACCIONAMIENTO POR DESTILACIÓN SENCILLA

Monte el aparato de destilación sencilla según se indica en la figura 1,

utilizando un matraz de fondo redondo de 100 mL. Ponga en el matraz

30 mL de acetona, 30 mL de agua y dos o tres trocitos de plato poroso.

Ponga un poco de grasa6 en todas las juntas esmeriladas. Cerciórese

de que todas las uniones están perfectamente cerradas (así

evitaremos que los vapores puedan incendiarse).

Haga circular una corriente suave de agua del grifo por el refrigerante,

uniendo la entrada de este (ver figura 1) al grifo mediante una goma. El

agua, que sale del refrigerante por su parte superior, se conducirá a un

desagüe mediante otra goma. Etiquete y numere tres matraces

Erlenmeyer pequeños para recoger las fracciones siguientes:

I 56-65 °C II 65-90 °C III Residuo

Caliente el matraz de forma que el destilado se recoja de una manera

continua a una velocidad aproximada de una gota por segundo. Cambie

los matraces colectores con rapidez a los intervalos de temperatura

indicados. Cuando la temperatura alcance 90 °C interrumpa la

destilación y enfríe el matraz de destilación dejando que, el condensado

del cuello gotee en él. Pase este residuo al matraz III.

Mida con una probeta graduada los volúmenes de destilado obtenido en

cada fracción. Anote estos volúmenes. La fracción I está formada

principalmente por acetona y el residuo por agua. La fracción II es una

mezcla de acetona y agua.

B. FRACCIONAMIENTO CON UNA COLUMNA VIGREUX

Monte el aparato de la figura 2 con un matraz de fondo redondo de 250

mL. Ponga en el matraz 60 mL de acetona, 60 mL de agua y dos o tres

trocitos de porcelana porosa. Ponga un poco de grasa3 en todas las

juntas esmeriladas. La destilación se llevará acabo como en la sección

A. Anote los resultados en el cuadro del informe y saque sus propias

conclusiones referentes a cuál de las dos destilaciones, sencilla o

fraccionada, ha sido más eficaz.

Resultados Rellene la tabla 1.

6 Una vez finalizada la práctica, desmontado el aparato de destilación y ANTES DE FREGAR, se quita la grasa de todas las uniones esmeriladas que componen el equipo utilizado con un papel absorbente.

PRECAUCIÓN

La acetona es inflamable. No la acerque a llamas u

otras fuentes de calor.

PRECAUCIÓN

No olvide engrasar todas las juntas

esmeriladas. Antes de empezar a destilar,

cerciórese de que todas las uniones están

perfectamente cerradas y circulando el agua de refrigeración para evitar

que se escapen vapores que puedan

incendiarse.


43

Tabla 1. Volúmenes recogidos en cada fracción

Destilación 56-65 ºC 65-90 ºC 90-100 ºC

Sencilla

Fraccionada

Observaciones

Cuestiones

1. Compare los resultados de los dos tipos de destilación. ¿Cuál es

más eficaz?

2. Un líquido orgánico comienza a descomponerse a 80 °C. Su tensión

de vapor a esa temperatura es de 36 mm de Hg. ¿Cómo podría

destilarse?

3. Cite dos razones que justifiquen que el agua fría circule en un

refrigerante en sentido ascendente.

4. ¿Qué finalidad tiene el plato poroso en una destilación?

5. ¿Se podría separar por destilación sencilla una mezcla de dos

líquidos de puntos de ebullición 77 °C y 111 °C ? ¿Y por destilación

fraccionada? ¿Qué líquido se recogería en primer lugar?


44

3. CRISTALIZACIÓN

Objetivos Introducir al alumno en la técnica más habitual para la purificación

de compuestos sólidos, reforzando los conocimientos teóricos

adquiridos previamente acerca de fuerzas intermoleculares, cambios

de estado y solubilidad.

Introducción La cristalización se mantiene hoy día como el procedimiento más

adecuado para la purificación de compuestos sólidos que contengan una

cantidad moderada de impurezas. Se basa en el hecho de que la mayoría

de los sólidos son más solubles en un disolvente en caliente que en frío.

Fundamento El sólido que se va a purificar se disuelve en el disolvente caliente,

generalmente a ebullición, la mezcla caliente se filtra para eliminar

todas las impurezas insolubles, y entonces la solución se deja enfriar

para que se produzca la cristalización. El caso ideal consistiría en que

toda la sustancia deseada se separara en forma cristalina y todas las

impurezas solubles quedaran disueltas en las aguas madres. Finalmente,

los cristales se separan por filtración y se dejan secar. Si con una

cristalización sencilla no se llega a una sustancia pura, el proceso puede

repetirse empleando el mismo u otro disolvente.

1. ELECCIÓN DEL DISOLVENTE

El disolvente ideal para cristalizar es el que cumpla los siguientes requisitos:

a) Disolver el sólido a purificar en caliente (a la temperatura de

ebullición del disolvente) pero no en frío (a temperatura ambiente

o a 0 °C). ESTE ES EL REQUISITO FUNDAMENTAL.

b) Disolver muy mal o muy bien las impurezas, para que se puedan

eliminar al filtrar en caliente o quedar disueltas en las aguas

madres, respectivamente.

c) No reaccionar con el compuesto a recristalizar.

d) Presentar un punto de ebullición inferior al punto de fusión del

sólido.

e) Ser relativamente volátil con el fin de que los cristales obtenidos

puedan secarse con facilidad.

f) No ser tóxico ni inflamable.

g) Ser barato.

La realidad es que no existe ningún disolvente que cumpla todas estas

características y aunque todas son importantes es imprescindible que al

menos se cumplan las cuatro primeras. La mejor forma de encontrar un


45

Figura 1.

disolvente adecuado para la recristalización de una sustancia

determinada es hacer pruebas de solubilidad con distintos disolventes.

A la hora de decidir con qué disolventes probar, la primera regla a

considerar es “Semejante disuelve a semejante” pues generalmente un

disolvente disolverá mejor aquellos compuestos que presenten una

estructura química similar a la suya.

2. CRISTALIZACIÓN

Los pasos a seguir para purificar por recristalización un sólido que

contenga, en pequeña proporción, impurezas solubles e insolubles en el

disolvente a utilizar son: a) Disolución en caliente del sólido a

recristalizar, b) Filtración en caliente de las impurezas insolubles, c)

Enfriamiento y cristalización, d) Filtración de los cristales y e) Lavado y

secado de los cristales .

A) DISOLUCIÓN EN CALIENTE DEL SÓLIDO A RECRISTALIZAR

Como regla general, el objetivo es disolver el soluto en la mínima

cantidad de disolvente a su temperatura de ebullición. Se recomienda el

siguiente procedimiento (figura 1): el compuesto a recristalizar,

finamente pulverizado, se coloca en un matraz de fondo redondo del

tamaño adecuado al que se acopla un refrigerante de reflujo por el que

circula agua en sentido ascendente. Se echa un trocito de plato poroso y

se cubre el sólido con un volumen del disolvente elegido que se juzgue

todavía insuficiente para disolverlo totalmente.

Sobre un baño de agua (o directamente sobre la placa calefactora si el

disolvente tiene un punto de ebullición mayor que el del agua) se

calienta la mezcla hasta ebullición, agitando (si fuera necesario) con un

movimiento de giro. A la solución hirviente se añade, a través del

refrigerante, más disolvente en pequeñas porciones. Entre cada dos

adiciones se debe dejar el tiempo suficiente para que el soluto pueda

disolverse. Se continúa la adición de disolvente hasta que todo el soluto

se ha disuelto a la temperatura de ebullición.

B) FILTRACIÓN EN CALIENTE DE LAS IMPUREZAS INSOLUBLES

La solución caliente se debe filtrar por gravedad en un matraz

Erlenmeyer utilizando un embudo cónico y un filtro de pliegues

(figura 2). El proceso se debe llevar a cabo procurando que no cristalice

nada de soluto ni en el papel de filtro ni en el embudo donde únicamente

deben quedar las impurezas insolubles.

Para evitar que el sólido cristalice de la disolución saturada en el filtro

se deben tomar precauciones:

• Preparar todo el material para la filtración antes de preparar la

Figura 1

Figura 2.


46

disolución.

• Filtrar rápidamente, adicionando pequeños volúmenes de

disolución repetidas veces mientras se mantiene caliente el resto.

• Utilizar, si es posible, un embudo de vástago corto y calentarlo

previamente en una estufa.

Si el sólido comienza a cristalizar en el filtro o en el embudo, añadir una

pequeña cantidad de disolvente a ebullición.

C) ENFRIAMIENTO Y CRISTALIZACIÓN

Durante el enfriamiento de la disolución caliente se pretende que

cristalice la máxima cantidad de la sustancia deseada con un mínimo de

impurezas. El proceso se realiza en un matraz Erlenmeyer, cubierto

con un vidrio de reloj para evitar evaporación. Generalmente, es

preferible que los cristales tengan un tamaño medio, porque los cristales

grandes pueden incluir gran cantidad de disolvente, el cual lleva

impurezas disueltas, y los cristales pequeños presentan una gran

superficie sobre la que éstas quedan adsorbidas.

El tamaño de los cristales se puede controlar por la velocidad de

cristalización; una cristalización rápida favorece la formación de

cristales pequeños y una cristalización lenta origina cristales grandes.

Generalmente lo mejor es dejar que el enfriamiento de la disolución sea

lento o al menos moderado. Si la cristalización es demasiado lenta, se

puede favorecer: a) Enfriando en un baño de hielo, b) Rascando con una

varilla de vidrio la superficie interior del matraz Erlenmeyer para que se

formen pequeñísimos fragmentos de vidrio que actúen como núcleos de

cristalización y c) Añadiendo, durante el enfriamiento y de vez en

cuando, un pequeño cristal del producto puro (sembrado) que actúe

como núcleo de cristalización.

D) FILTRACIÓN DE LOS CRISTALES

En este paso se pretende separar los cristales formados, quitándoles la

mayor cantidad posible de aguas madres, con una evaporación mínima.

Generalmente esto se consigue empleando un embudo Büchner unido

a un kitasato, que a su vez se conecta a la trompa de vacío (figura 3).

Los kitasatos deberán sujetarse mediante unas pinzas a un soporte. El

Büchner debe ser de tamaño adecuado, eligiéndose el más pequeño que

permita la recogida con holgura de toda la masa cristalina sin que ésta

llegue a rebosar el borde superior del embudo.

Una vez preparado el embudo Büchner, se adiciona la mezcla dentro del

embudo y se aplica vacío. Se debe utilizar una varilla de vidrio o una

espátula para que, ayudándose con ella, se pueda pasar lo más

rápidamente posible toda la masa cristalina al embudo. Si algunos

Figura 3.


47

cristales quedan adheridos a las paredes del matraz Erlenmeyer, se

pueden arrastrar con pequeñas cantidades del filtrado frío.

Tan pronto como la masa sólida se hace suficientemente rígida, se

presiona, con cuidado pero con firmeza, con una espátula, con un corcho

o con un tapón de frasco invertido (recubiertos con papel de aluminio).

Cuando cesa el paso de líquido a través del filtro se interrumpe la

succión. En este momento, si el filtrado tiene valor, se deberá transferir

a otro recipiente.

E) LAVADO Y SECADO DE LOS CRISTALES

Se procederá al lavado de los cristales para eliminar todo el

disolvente que llevan adherido (que, desde luego, contendrá

impurezas solubles). Sin succión, se cubrirán los cristales con una

pequeña cantidad de disolvente puro y frío. En este momento

conviene agitar la mezcla cuidadosamente, para no romper el papel de

filtro, con una espátula o varilla de vidrio roma para asegurar que todos

los cristales se humedecen con el disolvente. Entonces se aplica de nuevo

la succión y los cristales se presionan como antes. Este proceso se puede

repetir varias veces. Se debe procurar que los cristales queden libres

de la mayor parte del disolvente antes de interrumpir

definitivamente la succión.

Con frecuencia, por concentración de las aguas madres (filtrado) se

puede obtener una nueva cantidad de cristales. Sin embargo, éstos son

casi siempre algo menos puros que los cristales obtenidos en primer

lugar.

Como paso final de la recristalización, los cristales obtenidos deben

quedar libres del disolvente adherido mediante un secado. El Büchner

se invierte sobre un papel de filtro de superficie lisa doblado en tres o

cuatro capas y los cristales se pasan a éste con ayuda de una espátula

limpia. Sobre los cristales se colocan otras hojas de papel de filtro y la

mayor parte del disolvente se elimina presionando fuertemente.

Entonces se pasan los cristales a un vidrio de reloj limpio o una cápsula

plana y se cubren con una hoja de papel de filtro para evitar que caigan

partículas de polvo. En estas condiciones se pueden dejar secar al aire a

la temperatura ambiente o se pueden introducir en un desecador de

vacío sobre un desecante que sea eficaz para eliminar el disolvente

usado.

3. PUNTO DE FUSIÓN

El punto de fusión de una sustancia es la temperatura a la que el

sólido se transforma en líquido, y generalmente se mide a la presión

de una atmósfera. En una sustancia pura el cambio de estado es muy


48

rápido y la temperatura es característica. Por eso, el punto de fusión es

un dato utilizado en la identificación de un sólido. Además, debido a que

el punto de fusión se altera sensiblemente por la presencia de

impurezas, esta constante constituye un valioso criterio de pureza. En

general, un sólido puro funde en un intervalo muy pequeño de

temperatura y con un límite superior muy próximo al punto de fusión

verdadero.

Material 1 Matraz esmerilado fondo redondo ( 100 mL)

1 Refrigerante de reflujo 1 Embudo cónico

1 Matraz Erlenmeyer (100 mL) 1 Kitasato

1 Embudo Büchner 1 Cono de goma

9 Tubos de ensayo 1 Thiele

1 Capilar de puntos de fusión Papel de filtro

1 Gradilla 1 Soporte

2 Pinzas 2 Nueces

1 Aro Grasa para esmerilados

2 Gomas de refrigerante 1 Placa calefactora

Reactivos Ácido cítrico (finamente pulverizado) Agua

Ácido benzoico (finamente pulverizado) Etanol

Naftaleno (finamente pulverizado) Tolueno

Acetanilida impura

Procedimiento

1. ELECCIÓN DE UN DISOLVENTE PARA UNA RECRISTALIZACIÓN

Se ensayará la solubilidad de ácido cítrico (ácido 2-hidroxi-1,2,3-

propanotricarboxílico), ácido benzoico y naftaleno en agua, etanol y tolueno.

Se observará y anotará la solubilidad de cada compuesto en cada disolvente,

tanto en frío como en caliente, y se elegirá el mejor disolvente para cada

compuesto.


49

Los ensayos de solubilidad se pueden realizar de la siguiente forma: en un tubo

de ensayo pequeño (10 75 mm) se echa con ayuda de una espátula una

cantidad de sólido que pese aproximadamente 0,1 g y que esté finamente

pulverizado. Sobre éste, se añade disolvente, gota a gota y agitando

continuamente. Después de añadir aproximadamente 1 mL de disolvente, se

observa la mezcla con detenimiento.

Si se disuelve todo el sólido en el disolvente en frío, éste no sirve para su

recristalización. Si no se ha disuelto todo el sólido, la mezcla se calienta

suavemente, agitando hasta que hierva el disolvente. Si todo el sólido se

disuelve, se puede anotar que es muy soluble en caliente. Si no se disuelve, se

añade más disolvente en porciones de 0,5 mL hasta que todo el sólido se

disuelva a la temperatura de ebullición o hasta que se haya alcanzado un

volumen total de 3 mL de disolvente. Si todavía queda sólido sin disolver a la

temperatura de ebullición, se puede anotar que el compuesto es poco soluble en

ese disolvente y se deberá ensayar otro disolvente para su recristalización.

2. RECRISTALIZACIÓN DE ACETANILIDA

En un matraz de fondo redondo de 100 mL se ponen 2 g de acetanilida impura y

se disuelve a ebullición en la mínima cantidad del disolvente elegido para su

recristalización (el producto puede tener impurezas sólidas insolubles). La

disolución caliente se filtra en un matraz Erlenmeyer de 100 mL a través de un

embudo de vástago corto provisto de un filtro de pliegues. El filtro y el matraz

Erlenmeyer se pueden calentar previamente en la estufa. Se continúa el proceso

tal y como se indicó anteriormente. Una vez seco el producto, se pesa.

3. DETERMINACIÓN DEL PUNTO DE FUSIÓN DE LA ACETANILIDA

La determinación de puntos de fusión se lleva a cabo en un instrumento para

medidas de punto de fusión (figura 4). Para determinar el punto de fusión de

un sólido se introduce una pequeña muestra en un tubo capilar (ver figura 5) y a

continuación se coloca en el instrumento, se calienta lentamente y se observa la

temperatura a la que la fusión comienza y a la que se completa. El intervalo de

fusión para una muestra pura suele estar comprendido entre 1-2 °C . La muestra

sólida deberá estar seca y finamente dividida. El sólido sólo deberá ocupar en el

capilar una altura aproximada de medio centímetro. Los capilares para punto de

fusión deben ser de paredes finas, de 1 ó 2 mm de diámetro y cerrados por un

extremo. En caso contrario, la determinación de puntos de fusión va

acompañada de considerable error. En el caso de un producto conocido, la

calefacción será rápida al principio hasta llegar a unos 10 °C por debajo del

punto de fusión y después, lenta, de modo que la velocidad de calentamiento sea

inferior a 2 °C /min.

PRECAUCIÓN

El tolueno y el etanol son inflamables. No los acerque a llamas u otras fuentes de

calor. Utilice el tolueno en una

vitrina de gases.

Figura 4. Instrumentos

para medidas de punto de fusión.


50

EXTREMO ABIERTODEL CAPILAR

MUESTRAVARILLA DEVIDRIO HUECA

EXTREMO DEL CAPILAR CON LA MUESTRA

VIDRIO DERELOJ

CAPILAR

Figura 5. Llenado de un tubo capilar para medida de punto de fusión.

Resultados Rellene las tablas 1 y 2.

Tabla 1. Pruebas de solubilidad*

Disolvente Compuesto

Ácido cítrico Ácido benzoico Naftaleno Acetanilida

Agua F

C

Etanol F

C

Tolueno F

C

Disolvente de

recristalización

*F = en frío; C = en caliente.

Tabla 2. Recristalización de acetanilida

Masa obtenida (g) Color Punto de fusión (°C)

Observaciones


51

Cuestiones

1. Los sólidos suelen ser más solubles en ¿frío o caliente?

2. Si “semejante disuelve a semejante”, para disolver un compuesto iónico escogerías mejor un disolvente ¿polar como el agua o apolar como el benceno?

3. Explique brevemente cada una de las etapas de una purificación por cristalización.

4. En el proceso se efectúan dos filtraciones. ¿En qué se diferencian? ¿Qué tipo de impurezas se eliminan en cada una de ellas? ¿En qué tipo de filtro se realiza cada una? ¿Por qué?

5. ¿Por qué es conveniente lavar el sólido cristalizado con disolvente puro después de la segunda filtración? ¿Con qué disolvente se lava? ¿Es necesario que este disolvente para lavar se encuentre a ebullición?

4. EXTRACCIÓN Y AGENTES DESECANTES

Objetivos Adquirir destrezas en la técnica de extracción líquido-líquido como

método de separación de compuestos orgánicos. Aplicar los

conocimientos acerca del coeficiente de reparto. Comprobar la mayor

eficacia de una extracción múltiple con pequeños volúmenes de

disolvente sobre una extracción única con la misma cantidad de

disolvente.

Que el alumno tome conciencia de la importancia que tienen los

procesos de secado de los productos orgánicos y que aprenda cuales son

los agentes desecantes más habituales y cómo se utilizan.

Introducción La extracción es la técnica que se emplea para separar un producto

orgánico de una mezcla de reacción o para aislarlo de sus fuentes

naturales. Puede definirse como: la separación de un componente de

una mezcla por medio de un disolvente.

Habitualmente, la extracción se utiliza para separar compuestos

orgánicos de las soluciones o suspensiones acuosas en las que se

encuentran. El procedimiento consiste en agitarlas con un disolvente

orgánico inmiscible con el agua y dejar separar ambas capas. Los

distintos solutos presentes se distribuyen entre las fases acuosa y

orgánica, de acuerdo con sus solubilidades relativas. De este modo, las

sales inorgánicas, prácticamente insolubles en los disolventes orgánicos

más comunes, permanecerán en la fase acuosa, mientras que los

compuestos orgánicos que no formen puentes de hidrógeno, insolubles

en agua, se encontrarán en la fase orgánica.

Pequeñas cantidades de humedad inhiben la cristalización de muchos

sólidos. Además, muchos líquidos, cuando destilan en presencia de agua,


52

K D =CO

CA

=SO

SA

reaccionan con ésta (se hidrolizan) o destilan con el agua (se arrastran)

a temperaturas bastantes distantes de sus puntos de ebullición. Por

estas razones, el paso final, antes de la recristalización de un sólido o de

la destilación de un líquido, es la eliminación del agua que lleva consigo

mediante algún proceso de secado. En general, como mejor se seca una

sustancia orgánica es en disolución (generalmente en el disolvente de

extracción).

Fundamento

1. COEFICIENTE DE REPARTO

Ciertos compuestos orgánicos, como los alcoholes, aldehídos, cetonas,

ácidos, ésteres, aminas, etc., capaces de asociarse con el agua a través de

puentes de hidrógeno, son parcialmente solubles en este disolvente y en

los orgánicos; en estos casos pueden ser necesarias varias extracciones

sucesivas para eliminar la sustancia orgánica de la fase acuosa. Cuando

se agita una solución acuosa de una sustancia con un disolvente

orgánico en el que la sustancia es al menos algo soluble, el compuesto se

disuelve parcialmente en cada disolvente. La relación de las

concentraciones en ambos (CO y CA), proporcionales a las solubilidades

respectivas, SO y SA, cuando se alcanza el estado de equilibrio a una

temperatura determinada, se llama coeficiente de distribución o de

reparto, KD.

C y S se expresan en g de soluto por unidad de volumen de disolvente

EJEMPLO:

A 15 ºC la solubilidad del ácido subérico [ HOOC-(CH2)6-COOH ] es 0.56 g por 100

mL de éter dietílico y 0.14 g por 100 mL de agua. Esto significa que cuando el ácido

subérico se distribuye entre el éter y el agua a 15 ºC, la concentración del mismo en la

fase etérea es 0.56 / 0.14 = 4 veces mayor que en la fase acuosa, y por lo tanto KD = 4.

Si una solución de 40.0 mg de ácido subérico en 50 mL de agua se extrae con 50 mL

de éter, la cantidad (X) de ácido que pasa a la capa etérea puede calcularse del modo

siguiente:

X = 32 mg de ác. Subérico en la fase orgánica (etérea)

Quedan 8 mg en la fase acuosa

De estos datos se puede deducir que el ácido subérico se puede separar fácilmente de

cualquier impureza insoluble en éter por extracciones sucesivas con éter de su

solución acuosa.

X / 50 mL

= 4

(40 mg – X) / 50 mL


53

En general, para un volumen determinado de líquido extractivo, la

eficacia de la extracción aumenta con el número de las mismas. En la

práctica, no obstante, deben tenerse en cuenta también el tiempo y el

trabajo requeridos por las repetidas extracciones y los inconvenientes

que presenta la manipulación de muy pequeñas cantidades de

disolvente.

Como norma práctica puede indicarse que para compuestos mucho

más solubles en el disolvente extractivo que en el agua, debe

utilizarse en cada extracción un volumen de aquél igual a la tercera

parte de ésta.

Disolventes orgánicos muy utilizados son: el tolueno (C6H5-CH3), el

éter de petróleo (mezcla de alcanos de baja magnitud molecular), el

cloruro de metileno (CH2Cl2), el cloroformo (CHCl3), el tetracloruro

de carbono (CCl4), el acetato de etilo (CH3-COOC2H5) y el alcohol n-

butílico (CH3CH2CH2CH2OH). La elección del disolvente se realiza en

cada caso teniendo en cuenta la solubilidad en el mismo de la sustancia

a extraer y la facilidad con que puede separarse ésta del disolvente.

El éter dietílico es el más utilizado por la gran solubilidad en el mismo

de la mayor parte de los compuestos orgánicos y por su bajo punto de

ebullición (35 °C). Sin embargo, su gran volatilidad y su fácil

inflamabilidad exigen manejarlo con las precauciones debidas.

2. EXTRACCIÓN CON ÁCIDOS Y ÁLCALIS

Con frecuencia se consiguen separaciones muy netas de compuestos

orgánicos, utilizando soluciones ácidas o alcalinas capaces de convertir

dichas sustancias en sales, solubles en agua e insolubles en éter. Una

solución de hidróxido de sodio al 5-10 % convierte, por ejemplo, los

ácidos carboxílicos, R-COOH, en sus sales sódicas, R-COO-Na+. Los

compuestos fenólicos experimentan una transformación semejante con

el mismo reactivo. Por esta causa puede utilizarse una solución de

hidróxido de sodio para extraer un ácido carboxílico o un compuesto

fenólico de su solución en un disolvente orgánico o, recíprocamente,

liberar estos tipos de compuestos de sus impurezas orgánicas por

extracción de sus soluciones alcalinas con un disolvente adecuado.

EJEMPLO:

A 15 ºC la solubilidad del ácido subérico [ HOOC-(CH2)6-COOH ] es 0.56 g por 100

mL de éter dietílico y 0.14 g por 100 mL de agua. Esto significa que cuando el ácido

subérico se distribuye entre el éter y el agua a 15 ºC, la concentración del mismo en la

fase etérea es 0.56 / 0.14 = 4 veces mayor que en la fase acuosa, y por lo tanto KD = 4.

Si una solución de 40.0 mg de ácido subérico en 50 mL de agua se extrae con 50 mL

de éter, la cantidad (X) de ácido que pasa a la capa etérea puede calcularse del modo

siguiente:

X = 32 mg de ác. Subérico en la fase orgánica (etérea)

Quedan 8 mg en la fase acuosa

De estos datos se puede deducir que el ácido subérico se puede separar fácilmente de

cualquier impureza insoluble en éter por extracciones sucesivas con éter de su

solución acuosa.

X / 50 mL

= 4

(40 mg – X) / 50 mL


54

R N

R''

R'

R C

OH

O

R C

O- Na

+

O

OH

R

O- Na

+

R

R C

OH

O

OH

R

R NH+

Cl-

R''

R'

R N

R''

R'

+ NaHCO3 + CO2 + H2O

+ NaOH

Soluble en éter Fase acuosa Soluble en agua

+ H2O

HCl

Insoluble en agua

+ NaCl

+ HCl

Insoluble en agua

+ NaCl

HCl

Soluble en éter Fase acuosa Soluble en agua Insoluble en agua

NaOH+ NaCl + H2O

Las soluciones acuosas de bicarbonato de sodio convierten también los

ácidos carboxílicos en sus respectivas sales sódicas, pero no son lo

suficientemente básicas para formar sales con los compuestos fenólicos.

Esta es la base de un elegante método de separación de ácidos

carboxílicos y fenoles: el ácido se extrae en primer lugar de su solución

en un disolvente orgánico con una solución de bicarbonato de sodio y,

posteriormente, el fenol con solución de sosa.

El ácido clorhídrico diluido se emplea con frecuencia para la extracción

de sustancias básicas de sus mezclas con otras neutras o ácidas, o bien

para eliminar impurezas básicas. El ácido diluido convierte la base, p.ej.,

amoniaco o una amina orgánica (R3N), en el correspondiente

hidrocloruro (R3NH+Cl-), soluble en agua. Por otra parte, las impurezas

orgánicas que acompañan a una amina pueden eliminarse por

extracción de las mismas con un disolvente orgánico de una solución

ácida de aquella.

Las sales sódicas de los ácidos carboxílicos y de los fenoles son

fácilmente convertibles en los compuestos de partida por

tratamiento con ácido clorhídrico. Los hidrocloruros de las aminas

se transforman de nuevo en éstas por adición de una solución de

hidróxido de sodio:


55

Los pasos a seguir para extraer de una mezcla de compuestos

orgánicos un ácido carboxílico, un fenol o una amina insolubles en

agua se muestran en los siguientes esquemas:

R-COOH en una mezcla disuelta en un disolvente orgánico

EXTRACCIÓN con NaHCO3 (disolución saturada)

Mezcla orgánica sin R-COOH R-COO- Na+ (en fase acuosa)

+ HCl diluido (hasta pH ácido)

R-COOH (insoluble en fase acuosa)

Si R-COOH es sólido precipita en la fase acuosa: 1) Filtrar 2) Lavar con H2O hasta pH neutro

Si R-COOH es líquido: 1) Extraer con disolvente orgánico 2) Secar fase orgánica 3) Eliminar disolvente

R-COOH extraído

Ar-OH en una mezcla disuelta en un disolvente orgánico

EXTRACCIÓN con NaOH (disolución al 10%)

Mezcla orgánica sin Ar-OH Ar-O- Na+ (en fase acuosa)

+ HCl diluido (hasta pH ácido)

Ar-OH (insoluble en fase acuosa)

Si Ar-OH es sólido precipita en la fase acuosa: 1) Filtrar 2) Lavar con H2O hasta pH neutro

Si Ar-OH es líquido: 1) Extraer con disolvente orgánico 2) Secar fase orgánica 3) Eliminar disolvente

Ar-OH extraído


56

3. AGENTES DESECANTES

El proceso de secado se puede realizar por medios mecánicos o por

medios químicos. Los desecantes químicos se utilizan más que los

procedimientos de secado mecánicos. Un buen desecante químico debe

reunir las siguientes condiciones:

No reaccionar con la sustancia a secar.

Tener una gran eficacia o poder desecante, esto es, eliminar el agua

completamente o casi completamente.

Tener una gran capacidad de desecación, es decir, eliminar una gran

cantidad de agua por unidad de peso de desecante.

Secar rápidamente.

Ser fácilmente separable de la sustancia una vez seca.

Los agentes desecantes son sólidos inorgánicos anhidros. Se clasifican

en tres grupos según el mecanismo que siguen para eliminar el agua:

Desecantes no reversibles: Sustancias que reaccionan

químicamente con el agua en un proceso no reversible dando lugar

a un nuevo compuesto. No se emplean en secados preliminares ni

con disoluciones orgánicas. Son muy reactivos y deben manejarse

con precaución. Aunque son muy eficaces no deben utilizarse si la

proporción de agua es muy elevada pues reaccionan con ella

violentamente. Algunos requieren procedimientos especiales para

su eliminación. Son adecuados para secar disolventes mientras se

R-NH2 en una mezcla disuelta en un disolvente orgánico

EXTRACCIÓN con HCl (disolución al 10%)

Mezcla orgánica sin R-NH2R-NH3

+ Cl- (en fase acuosa)

+ NaOH diluido (hasta pH básico)

R-NH2 (insoluble en fase acuosa)

Si R-NH2 es sólida precipita en la fase acuosa:

1) Filtrar 2) Lavar con H2O hasta pH neutro

Si R-NH2 es líquida:

1) Extraer con disolvente orgánico 2) Secar fase orgánica 3) Eliminar disolvente

R-NH2 extraída


57

refluyen o destilan. En este grupo se encuentran: Anhídrido

fosfórico (P2O5), Sodio metálico (Na) e Hidruro de calcio (CaH2).

Desecantes que forman hidratos: Actúan combinándose con el

agua de forma reversible formando hidratos. Se utilizan en secados

preliminares. No se emplean cuando hay que refluir o destilar pues

la calefacción revierte el equilibrio:

XM + n H2O XMnH2O

y una gran parte del agua de hidratación pasaría con el destilado. Se

separan de la sustancia seca por filtración o decantación.

Frecuentemente, la agitación, que ayuda a alcanzar el equilibrio,

acelera la velocidad de secado. En este grupo se encuentran:

Cloruro de calcio anhidro (CaCl2), sales anhidras neutras

(Na2SO4, MgSO4, CaSO4 y K2CO3) y los hidróxidos de sodio y

potasio anhidros.

Desecantes que actúan por adsorción: Sustancias que eliminan el

agua de forma reversible por adsorción en su superficie o en sus

poros. No son aptas para refluir o destilar sobre ellas. En este grupo

se encuentran: Gel de sílice con indicador (SiO2 con CoCl2),

Alúmina (Al2O3) neutra o básica, y tamices moleculares.

Material Embudo de decantación 250 mL Gradilla y tubos de ensayo

Kitasato Büchner

Erlenmeyer 50 (o 100) mL Embudo cónico

Vaso de precipitados 100 mL Vidrio de reloj

Capilares para puntos de fusión Papel de filtro

Soporte, aro, pinzas y nueces Papel indicador

Grasa para esmerilados

Reactivos Violeta cristal (disolución acuosa) Ácido benzoico

Cloruro de metileno (Diclorometano) para-diclorobenceno

Éter dietílico (dietileter) NaOH ac. (10%)

HCl ac. MgSO4


58

Procedimiento

1. ASPECTOS PRÁCTICOS DE LA EXTRACCIÓN.

A) INSTRUMENTAL

El aparato utilizado en las extracciones es el embudo de decantación,

separación o extracción, que se muestra en la figura 1. El tapón y la

llave, deben estar bien ajustados (cuando son de vidrio se lubrican

con una grasa adecuada antes de cada uso).

También se utiliza en la extracción el siguiente material:

Un aro metálico con unos trozos de tubo de goma para evitar en lo

posible la rotura del embudo de decantación cuando se coloque sobre él.

Un soporte donde se sujeta el aro.

Un embudo cónico para incorporar las disoluciones al embudo de

decantación.

Un vaso de precipitados de gran tamaño que siempre se colocará

debajo del embudo de decantación por si este se rompiese o la llave

perdiese.

Matraces Erlenmeyer de tamaño adecuado para recoger las fases

orgánicas y la acuosa.

Figura 1.


59

Figura 2.

B) PROCEDIMIENTO

Para llevar a cabo la extracción una vez que tenemos colocadas las

dos fases (acuosa y orgánica) en el embudo de decantación, hay que

conseguir que ambas se mezclen íntimamente para que se produzca el

reparto de nuestros productos entre ellas. Una forma adecuada de

lograrlo, es agitar el embudo con la mezcla. En esta agitación se

genera una sobrepresión en el interior del embudo que hay que ir

eliminando pues de no hacerlo el tapón puede saltar bruscamente y

derramarse parte del contenido del embudo.

La forma de operar adecuadamente es la siguiente (figura 2):

El embudo de decantación debe manejarse con ambas manos (a);

con una se sujeta el tapón y con la otra se manipula la llave (b,c).

Se agita suavemente, se invierte el embudo y se abre la llave para

eliminar la presión de su interior.

Se agita con suavidad durante uno o dos segundos y se abre de

nuevo la llave. Se repite esta operación hasta que deja de aumentar

perceptiblemente la presión en el interior.

Se aseguran tapón y llave y se agita enérgicamente durante uno o

dos minutos. Se pone de nuevo en contacto con la atmósfera a

través de la llave, se vuelve a cerrar ésta y se coloca, ya en posición

normal, sobre el aro.

Se destapa y se deja en reposo hasta que sea nítida la separación

entre las dos capas de líquido.

Después de separadas ambas fases, se saca la inferior por la llave y la

superior por la boca; así se previenen posibles contaminaciones. El

número de extracciones necesarias en cada caso particular depende del

coeficiente de reparto y de los volúmenes relativos de agua y de

disolvente.

La posición relativa de las capas acuosa y orgánica depende de sus

densidades. En caso de duda puede determinarse su identidad

ensayando la solubilidad de cada una de ellas en agua. Es una medida

prudente, en especial cuando se trata de reacciones nuevas, conservar

todos los extractos y líquidos residuales hasta comprobar que se obtiene

el producto final con el rendimiento esperado; sólo entonces debe

procederse a la limpieza.

Cuando haya que realizar una extracción múltiple, se repite el proceso

tantas veces como sea necesario y finalmente se juntan todas las fases

orgánicas para eliminar los restos de agua con un agente desecante en el

proceso de secado.


60

Figura 3.

C) EMULSIONES

El problema más frecuente en los procesos de extracción es la formación

de emulsiones entre las dos fases inmiscibles que hace que estas se

separen con mucha dificultad. Una emulsión es una suspensión

coloidal de un líquido en el seno de otro. Las emulsiones se suelen

formar en los siguientes casos:

Cuando las densidades de las dos fases son similares.

Cuando el compuesto que se extrae contiene en su estructura

grupos hidrófilos e hidrófobos.

Cuando se usan disoluciones acuosas básicas.

Para romper una emulsión suelen ser de utilidad los siguientes

procedimientos:

Destapar el embudo, dejarlo en reposo sobre el aro y de vez en

cuando girarlo suavemente alrededor de su posición vertical.

Agitar la capa emulsionada con una varilla de vidrio.

Saturar la capa acuosa con cloruro de sodio (sal común).

El método de saturación con sal, tiene una doble ventaja: hace disminuir

la solubilidad en agua de la mayor parte de los solutos y de los

disolventes orgánicos. Su nombre es efecto salino.

2. SECADO DE DISOLUCIONES ORGÁNICAS

Al finalizar un proceso de extracción o de lavado, la fase orgánica

siempre contiene restos de agua, debido fundamentalmente a que los

disolventes orgánicos y el agua no son totalmente inmiscibles. De entre

los agentes desecantes anteriormente mencionados, los más

utilizados en el secado de disoluciones que contienen compuestos

orgánicos son el sulfato de magnesio y el sulfato de sodio eficaces,

baratos e inertes frente a cualquier grupo funcional por su carácter

neutro.

La presencia de agua en una disolución orgánica se pone de manifiesto

por la aparición de una turbidez que va desapareciendo a medida que el

agua va siendo eliminada por el agente desecante. Cuando en la

disolución orgánica hay agua en abundancia, el agente desecante queda

apelmazado en el fondo del matraz Erlenmeyer. Si esto se observa, es

conveniente añadir más agente desecante. Los pasos a seguir para secar

una disolución orgánica con un desecante reversible como los dos

anteriormente mencionados son (Figura 4):


61

Poner en un matraz Erlenmeyer seco la disolución orgánica que se

desee secar.

Añadir agente desecante (cantidad proporcional a volumen de

disolución, ≈ cubrir el fondo del matraz Erlenmeyer).

Agitar el matraz Erlenmeyer, taparlo y dejarlo en reposo.

Agitar de vez en cuando y una vez que la disolución haya perdido su

turbidez eliminar el agente desecante por filtración: en filtro de

pliegues con embudo cónico o con una placa filtrante y un kitasato a

vacío.

3. EXPERIENCIAS

3.1 PROCEDIMIENTO

a) Extracción simple

Se toman 15 mL de una solución de violeta cristal en agua y se

introducen en un embudo de decantación de 250 mL limpio, seco,

lubricado (si es necesario) y colocado sobre un aro, y se agregan 15 mL

de cloruro de metileno. Se tapa el embudo, se invierte y se abre la llave

del mismo para prevenir cualquier sobrepresión. Se cierra la llave, se

agita suavemente durante unos instantes y se vuelve a abrir aquélla.

Figura 4


62

El proceso se repite cuantas veces sean necesarias hasta que al abrir la

llave no se aprecie sobrepresión en el interior. Se cierra la llave una vez

más, se agita enérgicamente durante un minuto y, por último, se coloca

el embudo de nuevo en su soporte; se destapa y se espera hasta que

ambas capas se separen. (Esto puede requerir algunos minutos).

Se recoge la fase cloruro de metileno “Fase Orgánica” (inferior) en un

tubo de ensayo y la superior “Fase Acuosa” en un segundo tubo; ambos

se tapan y se guardan para su observación posterior.

b) Extracción múltiple

Otros 15 mL de la solución de violeta cristal se extraen con tres

porciones de cloruro de metileno de 5 mL cada una; se recoge cada

extracto orgánico en un tubo de ensayo y la solución acuosa remanente

en un cuarto tubo.

3.2. EXTRACCIÓN CON SOLUCIÓN DE HIDRÓXIDO SÓDICO

Se disuelven 0,4 g de ácido benzoico (C6H5-COOH) y 0,4 g de p-

diclorobenceno (C6H4Cl2) en 20 mL de éter (asegurándose de que no hay

llamas en las proximidades). La disolución obtenida se extrae con 10 mL

de una disolución de hidróxido de sodio al 10%, recientemente

preparada. Se recoge la fase acuosa (inferior) en un vaso de precipitados

y la fase etérea en un pequeño matraz Erlenmeyer.

Se agrega a la solución etérea sulfato magnésico se tapa el matraz

Erlenmeyer y se agita la mezcla, de cuando en cuando, hasta que

desaparece la turbidez inicial. Se filtra la disolución etérea con un filtro

de pliegues y un embudo cónico a un matraz Erlenmeyer seco. En una

campana extractora se va depositando poco a poco (a medida que se va

evaporando el disolvente) esta disolución sobre un vidrio de reloj

previamente tarado. Una vez evaporado todo el disolvente se pesa el

residuo, se determina su punto de fusión.

A la disolución acuosa alcalina se le añade ácido clorhídrico hasta pH

ácido. Precipita un compuesto blanco que se filtra a vacío (Büchner,

kitasato, ...), se seca, se pesa, se determina su punto de fusión.

Resultados 1. Comparar la intensidad del color de las disoluciones orgánicas y

acuosas recogidas en la extracción sencilla y la múltiple del violeta

cristal. Justificar el resultado.

2. En la extracción con hidróxido de sodio ¿Qué compuesto se aísla de

la disolución orgánica? ¿Qué compuesto se aísla de la disolución

acuosa? Justificar razonadamente las respuestas escribiendo el

Véase la parte de la

práctica que se refiere a agentes desecantes.

Repase la página 39 para ver cómo se hace un

punto de fusión.


63

esquema de esta separación así como los equilibrios que se hayan

producido en el transcurso de la misma.

Cuestiones

1. Los sólidos suelen ser más solubles en ¿frío o caliente? La

solubilidad del yodo en agua es 0,029 g/100 mL y en cloruro de

metileno es de 2,91 g/100 mL. Calcular la constante de reparto.

2. Teniendo en cuenta la solubilidad del yodo en agua, calcular los

gramos de yodo presentes en 15 mL de disolución.

3. a) Calcular la cantidad de yodo extraída, de los 15 mL de la

disolución anterior, en cada una de tres extracciones consecutivas

con 5mL de cloruro de metileno.

b) Determinar el tanto por ciento de yodo total extraído.

c) Calcular el volumen de cloruro de metileno que se hubiera

necesitado para extraer la misma cantidad de yodo en una sola

operación.

4. ¿Por qué se debe destapar siempre un embudo de decantación

cuando se está sacando, a través de la llave, el líquido que contiene?

¿Qué desventajas presentaría un disolvente cuya densidad fuese muy

semejante a la del agua?


64

5. PREPARACIÓN DE DISOLUCIONES. UNIDADES DE CONCENTRACIÓN.

Objetivos Adquirir la habilidad necesaria para expresar las concentraciones de disoluciones en distintas unidades, así como para calcular las cantidades o volúmenes necesarios para preparar disoluciones de una concentración determinada; aprender a preparar disoluciones de una concentración definida experimentalmente.

Introducción La mayor parte de las reacciones químicas se llevan a cabo en disolución siendo imprescindible conocer la cantidad de soluto que contiene una cierta cantidad de disolvente. En esta práctica se prepararán diferentes tipos de disoluciones, utilizando reactivos sólidos o líquidos. Además, se prepararán otras por dilución de las anteriores.

Fundamento A la hora de preparar una disolución de concentración conocida, tendremos que determinar la cantidad de soluto (expresada en gramos, moles, etc.) que debe contener una cierta cantidad de disolvente (expresada en volumen, masa, etc.) de forma que, dependiendo de las unidades en que expresemos la cantidad de soluto y de disolvente o disolución, nos encontraremos con diferentes unidades de concentración. La tabla 1 recoge las expresiones de concentración más comunes. Las expresiones en porcentajes (m/m o v/v) o en ppm son adimensionales, por lo que el soluto y disolución se deben expresar en las mismas unidades.

El porcentaje en masa por volumen, a pesar de su nombre, no es rigurosamente hablando un porcentaje, ya que no es adimensional. Sin embargo, habitualmente no se especifican las unidades, por lo que deben incluirse en su definición:

𝒈 (%) = 𝒈 𝒅𝒆 𝒔𝒐𝒍𝒖𝒕𝑜

𝟏𝟎𝟎 𝒎𝑳 𝒅𝒆 𝒅𝒊𝒔𝒐𝒍𝒖𝒄𝒊ó𝒏 𝒎𝒈 (%) =

𝒎𝒈 𝒅𝒆 𝒔𝒐𝒍𝒖𝒕𝒐

𝟏𝟎𝟎 𝒎𝑳 𝒅𝒆 𝒅𝒊𝒔𝒐𝒍𝒖𝒄𝒊ó𝒏

Cuando la masa de disolución se expresa en gramos, la expresión en partes por millón (ppm) se puede escribir como:

𝒑𝒑𝒎 = 𝝁𝒈 𝒅𝒆 𝒔𝒐𝒍𝒖𝒕𝒐

𝒈 𝒅𝒆 𝒅𝒊𝒔𝒐𝒍𝒖𝒄𝒊ó𝒏

Expresión que, para disoluciones en las que la densidad pueda ser considerada la unidad, se puede expresar en volumen de disolución como:

𝒑𝒑𝒎 = 𝝁𝒈 𝒅𝒆 𝒔𝒐𝒍𝒖𝒕𝒐

𝒎𝑳 𝒅𝒆 𝒅𝒊𝒔𝒐𝒍𝒖𝒄𝒊ó𝒏


65

Tabla 1. Expresión de las concentraciones de un soluto en disolución.

Nombre Soluto Disolvente o

disolución Ecuación

Unidad más común

Porcentaje en masa Masa Masa de

disolución % 𝑚

𝑚⁄ = 𝑚𝑠

𝑚 × 100 Adimensional

Porcentaje en volumen

Volumen Volumen de disolución

% 𝑣𝑣⁄ =

𝑉𝑠

𝑉 × 100 Adimensional

Partes por millón Masa Masa de

disolución 𝑝𝑝𝑚 =

𝑚𝑠

𝑚 × 106 Adimensional

Fracción molar Cantidad

de sustancia

Cantidad de sustancia total

𝑋𝑠 = 𝑛𝑠

∑ 𝑛𝑖

Adimensional

Porcentaje en masa/volumen

Masa Volumen de disolución

Véase el texto

Concentración másica

Masa Volumen de disolución

𝐶 = 𝑚𝑠

𝑉 g/L

Concentración molar o molaridad

Cantidad de

sustancia

Volumen de disolución

𝑐 = 𝑛𝑠

𝑉 mol/L

Concentración molal o molalidad

Cantidad de

sustancia

Masa de disolvente

𝑚 = 𝑛𝑠

𝑚𝑑

mol/kg

ms: masa de soluto; m: masa de disolución; V s: volumen de soluto; V: volumen de disolución; ns:

cantidad de soluto en moles; ∑ni: cantidad de sustancia total (en moles) de la disolución; md: masa

de disolvente (en kg).

Como ya se indicó en la práctica 1 los resultados se expresarán con las cifras significativas adecuadas (por ejemplo, la concentración de la disolución preparada), una estimación de su incertidumbre (el error que lleva asociada esa medición, normalmente como desviación estándar) y las unidades (por ejemplo, mol/L), de la forma siguiente:

𝑿 ± 𝑼 𝑢𝑛𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒𝑠 (por ejemplo, 1,2 ± 0,2 mol/L)

Material

1 pipeta graduada de 10 mL Granatario

1 pipeta aforada de 10,00 mL Balanza analítica

3 matraces aforados de 100,0 mL 2 pesasustancias

2 vasos de precipitados de 100 mL

Reactivos

Hidróxido de sodio Ácido clorhídrico

Carbonato de sodio


66

Procedimiento

A. PREPARACIÓN DE DISOLUCIONES DE SÓLIDOS EN AGUA7

1. Cálculos. Calcule la masa de sólido que debe pesar para preparar el volumen deseado de la disolución de molaridad requerida utilizando los datos de riqueza y masas relativas que aparecerán en el recipiente del reactivo. Cada alumno preparará las siguientes disoluciones.

100,0 mL de disolución acuosa de NaOH 0,05 mol/L 100,0 mL de disolución acuosa de Na2CO3 0,1 mol/L

2. Pesada. Pese a continuación el sólido, de acuerdo con las siguientes instrucciones:

Los reactivos sólidos nunca deben ponerse directamente sobre el platillo de la balanza o granatario, ya que se pueden contaminar y pueden deteriorar el plato de la balanza por corrosión.

Conozca, antes de pesar, las características concretas del instrumento que va a utilizar. Decida, según las circunstancias, si utilizará la balanza analítica o el granatario.

Coloque un pesasustancias limpio y seco (pueden utilizarse también, según las circunstancias, un vidrio de reloj, un vaso de precipitados, una cápsula de porcelana, etc.), en el platillo de la balanza o del granatario. Realice la tara (siga las instrucciones que se encontrarán al lado de cada uno de los instrumentos).

Agregue al pesasustancias (o al recipiente utilizado) el sólido que quiere pesar. Habitualmente no es preciso que coincida exactamente con la calculada en al apartado 1; bastará con recalcular la molaridad de la disolución (paso 6) a partir de la masa realmente pesada. No añada materia “extraña” al recipiente ya pesado, evitando por ejemplo, posarlo sobre una superficie sucia o mojada. Este hecho dará lugar a errores.

Anote la lectura.

No retorne nunca el posible exceso de producto al bote original de reactivo, ya que podría impurificarlo.

3. Transferencia del sólido. Las disoluciones se preparan en matraces aforados de volumen igual al de la disolución que se desea preparar. Si el sólido es suficientemente soluble introduzca el vástago del pesasustancias en el interior de la boca del matraz aforado y transfiera el sólido directamente ayudándose con agua destilada y un cuentagotas. Si el sólido no es muy soluble, es conveniente disolverlo previamente en un vaso de precipitados, ya que en un matraz aforado no se podrá agitar con una varilla ni calentar.

7 Todas las disoluciones preparadas se guardarán en frascos debidamente etiquetados para su utilización a lo largo de las prácticas o para ser entregadas al profesor cuando éste lo requiera.

Balanza analítica:

uso en página 21

Granatario

Matraz aforado:

uso en página 20

Video


67

En éste último caso, con la ayuda de una espátula o varilla de vidrio trasvase el sólido pesado al vaso de precipitados. Utilice ahora un frasco lavador con agua destilada para acabar de arrastrar todo el sólido y para lavar varias veces el pesasustancias, la varilla o espátula y asegurar, así, la transferencia completa del soluto al matraz.

4. Disolución del soluto. Si ha transferido el sólido directamente al matraz aforado, añada agua destilada, sin llegar al cuello del mismo, y agite suavemente el matraz hasta que se disuelva el sólido transferido.

Si ha transferido el sólido a un vaso de precipitados, añada un volumen de agua bastante inferior al volumen del matraz aforado. Agite con una varilla y, si fuera necesario, caliente hasta disolver todo el soluto. Deje enfriar y, si todo el soluto está disuelto, vierta la disolución al matraz con la ayuda de un embudo (si no es posible su trasvase directo) y la varilla de vidrio. Lave varias veces el vaso, el embudo y la varilla con pequeñas porciones de agua para asegurarse de que transfiere todo el soluto al matraz.

5. Enrase de la disolución. Enrase el volumen de la disolución, procediendo del modo siguiente:

Siga añadiendo agua destilada, agitando y homogeneizando hasta que la disolución quede algo por debajo de la marca de enrase del matraz aforado.

Deje reposar la disolución a fin de comprobar su homogeneidad y para que adquiera la temperatura ambiente (el material volumétrico suele aforarse a 20 °C).

Añada la última porción con un cuentagotas hasta que la tangente a la curvatura del menisco coincida con la línea de enrase grabada en el matraz.

Tape el matraz y mezcle bien la disolución agitando e invirtiendo varias veces el matraz.

6. Cálculo de la concentración. Recalcule la concentración de la disolución a partir de la masa de soluto realmente pesada y utilizando los datos tomados del recipiente del reactivo.

7. Transferencia de la disolución a otro recipiente . Transfiera la disolución preparada a un frasco limpio y seco. Si por cualquier motivo el frasco al que tiene que trasvasar la disolución no estuviera seco, evite diluir la disolución que ha preparado, enjuagándolo antes con dos pequeñas porciones de la disolución preparada, y desechando estas porciones. Tape el frasco y rotúlelo claramente con una etiqueta en la que conste la disolución de que se trata, su concentración8 y la fecha de preparación.

8 Si la sustancia que está pesando es un patrón primario para ser utilizado en una valoración, la concentración ha de expresarse con las cifras significativas adecuadas.


68

B. PREPARACIÓN DE DISOLUCIONES DE LÍQUIDOS EN AGUA

Cuando el soluto es líquido, o se encuentra ya disuelto, es habitual medir el volumen en lugar de pesar la cantidad necesaria. En esta práctica va a preparar disoluciones de ácido clorhídrico. La primera se preparará a partir de una disolución comercial más concentrada, cuya densidad y riqueza se conoce. La segunda se preparará por dilución de la primera, cuya molaridad se conoce.

a) Preparación de una disolución a partir del reactivo comercial líquido

1. Cálculos. A partir de los datos de riqueza y densidad del ácido comercial, especificados en su etiqueta, calcule el volumen del producto comercial que debe disolver para preparar la disolución diluida deseada. Cada alumno preparará:

100,0 mL de disolución 0,5 mol/L de ácido clorhídrico, partiendo de un ácido clorhídrico comercial.

2. Medida del volumen del soluto. Trasvase un volumen de ácido comercial algo superior al calculado desde su recipiente a un vaso de precipitados limpio y seco, ayudándose para ello de una varilla de vidrio. La varilla “conduce” al líquido, evitando que éste resbale por la pared de la botella.

Mida el volumen necesario del ácido comercial con una pipeta. Si no puede medir exactamente el volumen calculado, puede tomar otro similar y recalcular la concentración con el realmente utilizado.

3. Transferencia del soluto. Introduzca una pequeña porción de agua destilada en el matraz aforado. A continuación, vierta sobre ella el contenido de la pipeta, adicione más agua destilada y agite. Asegúrese de que la disolución está a temperatura ambiente antes de enrasar el matraz aforado (basta con tocar con la mano las paredes del recipiente).

4. Enrase, cálculo de la concentración y transferencia de la disolución a otro recipiente. Siga las instrucciones dadas anteriormente para sólidos (apartados 5-7).

b) Preparación de una disolución de ácido por dilución

La forma de preparar la disolución deseada es similar a la expuesta anteriormente. La lógica le indica que deberá tomar un volumen determinado de la disolución concentrada y completar el volumen en un matraz aforado para obtener la disolución diluida.

1. A partir de la concentración aproximada de la disolución concentrada, calcule el volumen de la misma que debe tomar para preparar el volumen deseado de disolución diluida:

Pipetas: uso en página 19


69

100,0 mL de disolución 0,05 mol/L de ácido clorhídrico a partir de disolución 0,5 mol/L preparada anteriormente. Le facilitará los cálculos pensar que la cantidad de sustancia que ha tomado (en moles o gramos) en un volumen de la disolución concentrada son los mismos que tendrá en la disolución que desea preparar y cuya concentración vendrá determinada por el volumen final de dicha disolución.

2. Para preparar experimentalmente la disolución, siga las instrucciones del apartado a (2-4).

Resultados Calcule la concentración de la disolución de carbonato de sodio, con las cifras significativas adecuadas, utilizando las formas de expresar la composición de las disoluciones de la Tabla 1. Utilice, si es necesario, un valor de densidad de 1,031 g para la disolución.


70

III. REACCIONES ÁCIDO-BASE Y REDOX


71

6. EQUILIBRIOS ÁCIDO-BASE: pH E HIDRÓLISIS DE SALES

Objetivos Estudiar el comportamiento de distintos ácidos y bases en disolución

acuosa mediante la medida del pH de la disolución. Entender las causas

por las cuales las disoluciones de sales pueden ser, no sólo neutras, sino

ácidas o básicas.

Introducción Uno de los éxitos fundamentales de la química ha sido racionalizar la

enorme diversidad de reacciones químicas en un conjunto

relativamente pequeño de modelos de comportamiento químico. El

ácido-base es uno de estos modelos fundamentales. En esta práctica

estudiaremos algunos aspectos esenciales de los equilibrios entre ácidos

y bases en disolución acuosa, así como el comportamiento de los

distintos tipos de sales.

A. EL pH

En el agua pura, la concentración de cationes hidrógeno es igual a la de

aniones hidróxido. La disolución de un ácido o una base en agua

modifica dicha igualdad. El pH, una magnitud originalmente

desarrollada por Sørenson en 1909 para medir la acidez de las cervezas

Carlsberg, ha demostrado ser de gran utilidad para el estudio de toda

clase de equilibrios ácido-base en agua. En esta práctica utilizaremos

varias formas de medir el pH.

Fundamento

1. CONCEPTO DE ÁCIDO Y DE BASE

La definición más útil de ácido y base en disolución acuosa es la establecida por Brønsted y Lowry, independientemente, en 1923.

Ácido: Sustancia capaz de ceder protones.

Base: Sustancia capaz de aceptar protones.

Los protones no pueden existir libres en disolución, únicamente pueden ser transferidos desde el ácido a una base:

𝑯𝑨 + 𝑩 ⇄ 𝑨− + 𝑯𝑩+

Á𝑐𝑖𝑑𝑜1 + 𝐵𝑎𝑠𝑒2 𝐵𝑎𝑠𝑒1 + Á𝑐𝑖𝑑𝑜2

A los sistemas Ácido1/Base1 y Ácido2/Base2 se les denomina pares ácido-base conjugados. Una reacción ácido-base es, por tanto, un proceso de transferencia de protones entre dos pares conjugados. Así, una especie HA se comporta como ácido de Brønsted frente al agua cuando reacciona con ésta, transfiriéndole iones hidrógeno,

𝑯𝑨(𝒂𝒄) + 𝑯𝟐𝑶(𝒂𝒄) ⇄ 𝑯𝟑𝑶+(𝒂𝒄) + 𝑨−(𝒂𝒄)


72

ecuación que en ocasiones se abrevia como:

𝑯𝑨(𝒂𝒄) ⇄ 𝑯+(𝒂𝒄) + 𝑨−(𝒂𝒄)

Una especie B se comporta como base frente al agua cuando acepta iones hidrógeno de ella, liberándose iones hidróxido:

𝑩(𝒂𝒄) + 𝑯𝟐𝑶(𝒍) ⇄ 𝑩𝑯+(𝒂𝒄) + 𝑶𝑯−(𝒂𝒄)

2. CONCEPTO DE pH

Una de las propiedades más importantes de una disolución acuosa es su concentración en iones hidrógeno. Los iones hidrógeno no se encuentran libres en disolución acuosa, sino hidratados. Se pueden representar simplemente como H+(ac), pero también es habitual representarlos como H3O+(ac), para remarcar su hidratación.

La concentración del ion H+ en agua se expresa mediante el pH de la disolución, que se define de la siguiente manera9:

En disoluciones acuosas se cumple siempre la siguiente relación:

[𝑯+] [𝑶𝑯−] = 𝑲𝒘 = 𝟏 × 𝟏𝟎−𝟏𝟒 𝒂 𝟐𝟓 °𝑪

Kw recibe el nombre de producto iónico del agua. En agua destilada10 o en disoluciones neutras [H+] = [OH-] y, por tanto, según la ecuación anterior su pH será igual a 7. Las disoluciones en las que la concentración de iones hidrógeno es superior a la de iones hidróxido se llaman disoluciones ácidas y tendrán un pH menor de 7; aquellas en las que la concentración de iones hidrógeno sea menor que la de iones hidróxido se llaman disoluciones básicas y tendrán un pH mayor de 7.

3. CONSTANTES ÁCIDA Y BÁSICA

Cuando la ionización de un ácido HA alcanza el equilibrio químico,

𝑯𝑨(𝒂𝒄) ⇄ 𝑯+(𝒂𝒄) + 𝑨−(𝒂𝒄)

la relación entre la concentración de productos y reactivos es constante. Esta constante de equilibrio, que es característica del ácido, se denomina constante de ionización ácida o constante de acidez, Ka:

𝑲𝒂 = [𝑯+] [𝑨−]

[𝑯𝑨]

La [H+] y, por tanto el pH, depende del valor de la constante ácida, Ka, y de la relación de concentraciones del par ácido-base conjugado:

9 Esta definición es solo aproximada. Una definición rigurosa del pH debería hacerse en términos de actividades. 10 El agua destilada en contacto con el aire no tiene pH = 7 debido a la presencia de CO2 disuelto, que le confiere un débil carácter ácido.


73

[𝑯+] = 𝑲𝒂 [𝑯𝑨]

[𝑨−]

Si se define el pKa como

𝒑𝑲𝒂 = − 𝐥𝐨𝐠 𝑲𝒂

El pH puede relacionarse con el pKa tomando logaritmos y cambiando signos en la expresión anterior:

𝒑𝑯 = 𝒑𝑲𝒂 + 𝐥𝐨𝐠[𝑨−]

[𝑯𝑨]

Para una base B, la constante característica del equilibrio Kb se denomina constante de disociación básica:

𝑩(𝒂𝒄) + 𝑯𝟐𝑶(𝒍) ⇄ 𝑩𝑯+(𝒂𝒄) + 𝑶𝑯−(𝒂𝒄) 𝑲𝒃 = [𝑩𝑯+] [𝑶𝑯−]

[𝑩]

y se define el pKb como:

𝒑𝑲𝒃 = − 𝐥𝐨𝐠 𝑲𝒃

4. FUERZA ÁCIDA Y BÁSICA

Según la teoría de Brønsted-Lowry, la fuerza de un ácido se mide por su mayor o menor tendencia a donar un protón, mientras que la de una base se mide por su tendencia a aceptar un protón.

Ácidos y bases fuertes. Reciben el nombre de ácidos y bases fuertes aquellos que en disolución acuosa experimentan una ionización completa a cualquier concentración. Como ejemplos típicos se pueden citar el ácido clorhídrico y el hidróxido de sodio:

𝑯𝑪𝒍(𝒂𝒄) + 𝑯𝟐𝑶(𝒍) → 𝑯𝟑𝑶+(𝒂𝒄) + 𝑪𝒍−(𝒂𝒄) 𝑲𝒂 ≫ 𝟏

Ácidos y bases débiles. Reciben el nombre de ácidos y bases débiles aquellos que en disolución acuosa experimentan una ionización incompleta. Ejemplos de ácidos débiles son el ácido acético o el ácido fluorhídrico. El amoníaco es un ejemplo de base débil en agua.

𝑯𝑭(𝒂𝒄) + 𝑯𝟐𝑶(𝒍) ⇄ 𝑯𝟑𝑶+(𝒂𝒄) + 𝑭−(𝒂𝒄)

𝑵𝑯𝟑(𝒂𝒄) + 𝑯𝟐𝑶(𝒍) ⇄ 𝑵𝑯𝟒+(𝒂𝒄) + 𝑶𝑯−(𝒂𝒄)

5. MEDIDA DEL pH

El pH-metro es un instrumento que consta de dos electrodos que se sumergen en la disolución en estudio. Es muy frecuente que ambos electrodos se diseñen comercialmente en uno único denominado electrodo combinado para la medida de pH. El potencial de uno de ellos, electrodo indicador, depende del valor de pH del medio, mientras que el

pinche sobre la figura para

seguir el vínculo

Ionización de ácidos:

fuertes y débiles

Ionización de bases: fuertes

y débiles

Electrodo combinado para la medida de pH


74

potencial del otro, electrodo de referencia, es fijo. El potencial entre los dos electrodos está relacionado, por lo tanto, con el pH. El pH-metro está diseñado de forma que la lectura en la escala representa directamente el pH de la disolución, para lo cual es necesario hacer un calibrado previo con una sustancia de pH conocido (en general, dos tampones de pH perfectamente conocido).

Material Gradilla 5 Tubos de ensayo

Cuentagotas 1 Varilla de vidrio

pH-metro calibrado

Reactivos Disoluciones de ácidos y bases numeradas11 (muestras A, B, C y D)

Agua destilada Papel indicador de pH

Procedimiento

1. DETERMINACIÓN DEL pH DE DISOLUCIONES DE ÁCIDOS Y BASES

En esta experiencia se medirá el pH de una distintas disoluciones de

ácidos y bases mediante dos métodos distintos:

a) papel indicador de pH

b) un pH-metro

1. Mida el pH (con papel indicador de pH) de las disoluciones

conocidas de ácidos y de bases (A, B, C, D), así como del agua destilada.

Anote el valor obtenido e identifique, justificadamente en su cuaderno,

las disoluciones de ácidos y de bases.

2. Mida el pH de estas disoluciones, excepto el agua destilada, en el pH-

metro. Para ello, ponga la cantidad suficiente de disolución en un vaso

de precipitados de 50 mL o de 25 mL, de manera que el electrodo

combinado esté perfectamente sumergido en la disolución. Para realizar

las medidas de pH consulte el protocolo que se adjunta al pH-metro

(utilice siempre el mismo pH-metro).

Anote en su cuaderno las conclusiones acerca de la conveniencia de

utilizar uno y otro sistema de medida.

11 Estas disoluciones pueden ser de alguno de los siguientes ácidos o bases HCl, CH3COOH, NaOH, NH3

pH-metro

Lea sus instrucciones

de uso


75

B. HIDRÓLISIS DE SALES

Introducción La hidrólisis es la reacción de una sustancia con agua. Entre las

sustancias que pueden sufrir esta reacción se encuentran numerosas

sales, que al ser disueltas en agua generan iones hidrógeno (pH

ácido) o hidróxido (pH básico).

Fundamento Cuando una sal AB se disuelve en agua, se disocia en sus iones:

𝑨𝑩(𝒔) → 𝑨+(𝒂𝒄) + 𝑩−(𝒂𝒄)

Tanto el catión como el anión pueden sufrir hidrólisis. El anión B- puede

reaccionar con el agua generando su ácido conjugado y aniones hidróxido

(pH básico):

𝑩−(𝒂𝒄) + 𝑯𝟐𝑶(𝒍) ⇄ 𝑯𝑩(𝒂𝒄) + 𝑶𝑯−(𝒂𝒄)

El catión A+ puede reaccionar con agua y generar cationes hidrógeno (pH

ácido)

𝑨+(𝒂𝒄) + 𝑯𝟐𝑶(𝒍) ⇄ 𝑨𝑶𝑯(𝒂𝒄) + 𝑯+(𝒂𝒄)

No todos los iones se hidrolizan con la misma extensión, dependiendo el

grado de hidrólisis, de la fortaleza del ácido o base conjugados del ion.

Así, los iones procedentes de ácidos o bases fuertes no sufren hidrólisis.

Por ejemplo, el ácido clorhídrico es fuerte lo que significa que se

encuentra totalmente disociado a cualquier pH:

𝑯𝑪𝒍(𝒂𝒄) + 𝑯𝟐𝑶(𝒍) → 𝑯𝟑𝑶+(𝒂𝒄) + 𝑪𝒍−(𝒂𝒄)

Por tanto, el anión cloruro, su base conjugada, no reacciona con agua:

𝑪𝒍−(𝒂𝒄) + 𝑯𝟐𝑶(𝒍) ↛ 𝑯𝑪𝒍(𝒂𝒄) + 𝑶𝑯−(𝒂𝒄)

Las disoluciones de una sal en la que sólo se hidroliza el anión son

básicas. Si sólo se hidroliza el catión, son ácidas. Si se hidrolizan

ambos iones, el medio generado dependerá de la fuerza relativa del

ácido y la base implicados.

Material

pH-metro calibrado previamente Papel indicador de pH

Vasos de precipitados de 50 mL12

Agua destilada

4 Disoluciones de sales desconocidas13 (Muestras E, F, G y H)

12 Podrían ser también de 25 mL

pinche sobre la figura para

seguir el vínculo: véase

la hidrólisis de NaCl


76

Procedimiento

Determinación del carácter ácido, básico o neutro de distintas disoluciones de sales.

1. Introduzca la cantidad suficiente de cada una de las disoluciones de ácidos, bases y sales en un tubo de ensayo y mida su pH utilizando el papel indicador. Además, mida el pH del agua destilada.

2. A continuación, introduzca la cantidad suficiente de cada una de las disoluciones de ácidos y bases en un vaso de precipitados y mida el pH de cada una de ellas siguiendo el protocolo de funcionamiento del pH-metro.

3. Anote el pH de todas las disoluciones por ambos métodos. Haga una tabla resumen en su cuaderno.

Resultados

1. pH de disoluciones de ácidos y de bases (A, B, C y D). Utilizando los valores de pH, medidos con el papel indicador, y la tabla de constantes de disociación de ácidos que se encuentra en el anexo II, justifique los valores de pH medidos.

2. pH de disoluciones de sales (E, F, G y H). Utilizando los valores de pH, medidos con el papel indicador, los resultados obtenidos en el apartado anterior y la tabla de constantes de disociación de ácidos que se encuentra en el anexo II, indique a qué sal corresponde cada una de las disoluciones. Para facilitar la discusión de este apartado, le resultará muy útil plantear, para cada una de las sales cuyas disoluciones tiene que identificar (NH4Cl, CH3COONa o CH3COONH4 o Na2CO3), la reacción de disociación de la sal y la hidrólisis (si se produce) de sus iones constituyentes.

13 Estas disoluciones puede ser de NH4Cl, CH3COONa o CH3COONH4 o Na2CO3.


77

7. COMPORTAMIENTO REDOX DE ELEMENTOS DE LOS

GRUPOS PRINCIPALES: METALES DEL GRUPO 1

Objetivos Estudiar la reacción de sodio con agua y ver si es posible calcular la

pureza de una muestra de sodio metálico.

Introducción El sodio metal disponible comercialmente está contaminado con

impurezas que provienen de la reacción del metal con el oxígeno y la

humedad ambiental, e incluso del propio proceso de producción del

metal (proceso Downs). Para ver si es posible calcular la pureza y

analizar la naturaleza de estas impurezas, estudiaremos la reacción

del sodio con agua y valoraremos la disolución obtenida con HCl.

Su profesor le hará demostraciones de la reacción con agua y

oxígeno de otros metales.

Reactivos

Sodio metal Hidróxido de sodio

Fenolftaleína Ácido clorhídrico concentrado

Sólo el profesor: Li, K y Mg

Procedimiento Corte y pese entre 0,1 y 0,3 g de sodio y manténgalo sumergido en

tolueno hasta su uso.

Tome un vaso de precipitados de 250 mL y añada aproximadamente

80 mL de agua destilada (no añada en ningún caso más de 100 mL) y

eche el sodio pesado en pequeñas porciones, cortadas con la

espátula sobre el vidrio de reloj, al vaso con el agua.

Observe y anote el fenómeno que se produce. Detecte si hay

desprendimiento gaseoso.

Una vez que el sodio ha dejado de reaccionar con agua, compruebe el

pH de la disolución utilizando papel indicador. Anote el pH.

PELIGRO

Debido al peligro en la manipulación de Na

metálico, esta operación será realizada por el

profesor. Debe realizarse en

vitrina y con mucho cuidado, porque el Na

puede arder o explotar.


78

Tabla 3. Potenciales normales de electrodo a 25°C (Semirreacción de reducción) Agente oxidante Agente reductor (especie oxidada) (especie reducida) E°, V

F2 + 2e– → 2F– +2,87 Más Oxidantes

S2O82– + 2e– → 2SO4

2– +2,05

H2O2 + 2H+ + 2– → 2H2O + 1,776

Au+ + e– → Au +1,69

Pb4+ + 2e– → Pb2+ +1,67

MnO4– + 8H+ + 5e– → Mn2+ + 4H2O +1,51

Cl2 + 2e– → 2Cl– +1,36

Cr2O72– + 14H+ + 6e– → 2Cr3+ + 7H2O +1,33

O2 + 4H+ + 4e– →2H2O +1,23 (+0,81 a pH = 7)

Br2 + 2e– → 2Br– +1,09

2NO3– + 4H+ + 2e– →N2O4(g) + 2 H2O +0,803 (concentrado)

Ag+ + e– → Ag +0,80

Fe3+ + e– → Fe2+ +0,77

O2 + 2H+ + 2e– → H2O2 +0,682

I2 + 2e– → 2I– +0,54

O2 + 2H2O + 4e– →4OH– +0,40 (+0,81 a pH = 7)

Cu2+ + 2e– → Cu +0,34

AgCl + e– → Ag + Cl– +0,22

2H+ + 2e– → H2 0

Fe3+ + 3e– → Fe –0,04

O2 + H2O + 2e– → HO2– + OH– –0,08

Pb2+ + 2e– → Pb –0,13

Sn2+ + 2e– → Sn –0,14

Ni2+ + 2e– → Ni –0,25

Fe2+ + 2e– → Fe –0,44 2CO2 + 2e- → C2O42- –0.49

Cr3+ + 3e– → Cr –0,74

Zn2+ + 2e– → Zn –0,76

2H2O + 2e– → H2 + 2OH– –0,83 (–0,42 a pH = 7)

Cr2+ + 2e– → Cr –0,91

Mn2+ + 2e– → Mn –1,18

Al3+ + 3e– → Al –1,66

Mg2+ + 2e– → Mg –2,36

Na+ + e– → Na –2,71

Ca2+ + 2e– → Ca –2,87

K+ + e– → K –2,93

Li+ + e– → Li –3,05 (Más Reductores)

SE REDUCEN

Por definición- 0,42 a pH = 7

SE OXIDAN


79

Valoración. Añada la disolución obtenida, en frío, a un matraz aforado

de 100,0 mL y enrase correctamente. Prepare una disolución de HCl de

concentración aproximada 0,1 mol/L (esta disolución habrá de ser

valorada con una disolución de NaOH 0,1 mol/L). Valore la disolución

obtenida en el apartado anterior con la disolución de HCl preparada

(indicador fenolftaleína).

Mida el volumen de reactivo valorante gastado. Repita la valoración

hasta que la diferencia entre los volúmenes de reactivo valorante

utilizado sea menor de 0,5 mL.

Cuestiones 1. Escriba la reacción que tiene lugar entre el sodio y el agua.

Justifique químicamente esta reacción indicando de qué tipo es.

2. Justifique el valor del pH obtenido en esa reacción.

3. Contraste el valor de los potenciales de reducción de litio, sodio y

potasio, con la distinta reactividad observada de estos metales en

agua.

4. Explique el fundamento de la valoración.

5. Indique la pureza del sodio empleado en la práctica utilizando los

resultados obtenidos.

Cada dos alumnos, uno prepara la disolución de

HCl y el otro la de NaOH.


80

8. COMPORTAMIENTO REDOX DE METALES DE

TRANSICIÓN: OBTENCIÓN DE COBRE POR CEMENTACIÓN

Objetivos Ilustrar la obtención de metales por reducción de sus compuestos y

repasar las reacciones redox.

Introducción A partir de sulfato de cobre se puede obtener cobre por

cementación, provocando la reducción del cobre(II) con hierro metal

en medio ácido. En lugar de hierro puro se utilizan clavos, que en el

caso de ser de acero pondrán de manifiesto la composición del acero

por la presencia de un sólido sobrenadante negro, debido al carbono

liberado en el proceso de solubilización del hierro durante su

oxidación a hierro(II). La purificación del cobre lleva varios procesos

muy interesantes: la eliminación del carbón se hace por decantación,

lo que introduce un nuevo método de separación; la purificación de

sustancias por métodos químicos se ilustra fácilmente al final del

experimento, pues el hierro en exceso puede ser eliminado por

ataque selectivo con ácido sulfúrico, lo que recuerda el carácter

noble y seminoble de algunos metales y sirve para utilizar los datos

de la serie electroquímica.

Reactivos

Grapas de hierro Sulfato de cobre(II)-agua(1/5)

Permanganato de potasio Ácido sulfúrico concentrado

Procedimiento Pese 1 g de grapas de hierro y póngalos en el interior de un vaso de

precipitados de 250 mL.

Prepare 100 mL de una disolución 0,1 mol/L de sulfato de cobre(II)-

agua (1/5). Vierta la disolución sobre el hierro del vaso de

precipitados. Adicione con cuidado 3 mL de ácido sulfúrico

concentrado. Coloque un agitador magnético en el interior de la

disolución y enchufe la placa agitadora, regule la rotación hasta que

la agitación sea moderada y homogénea. Mantenga la agitación

durante 1 hora.

Pare la agitación, retire con la ayuda de una espátula el hierro que

no ha reaccionado. Péselo cuando se encuentre bien seco. Determine

el porcentaje de hierro que ha reaccionado.

Filtre la disolución con un filtro de pliegues y recoja el filtrado en un

vaso de precipitados (o en un Erlenmeyer) limpio. Una vez seco el

precipitado se debe pesar con una precisión de dos cifras decimales.


81

Valoración. Para comprobar la composición del filtrado se

procederá a su valoración con permanganato de potasio. Prepare

100,0 mL de una disolución 0,02 mol/L de permanganato de potasio.

Rellene la bureta y enrase.

Coloque 10,0 mL del filtrado en un Erlenmeyer de 100 mL. Añada el

permanganato cuidadosamente hasta que la disolución adquiera de

forma persistente una cierta tonalidad rosada. Mida el volumen de

reactivo valorante gastado. Repita la valoración hasta que la

diferencia entre los volúmenes de reactivo valorante utilizado sea

menor de 0,5 mL.

Cuestiones 1. Escriba la reacción entre el hierro y el sulfato de cobre. Calcule los

moles que se han añadido de cada uno de los reactivos y determine

cuál es el factor limitante de la reacción.

2. ¿Qué misión cumple el ácido sulfúrico? Determine el porcentaje de

hierro que ha reaccionado.

3. ¿Qué contiene el precipitado? ¿Cuál es su rendimiento? ¿Qué

compuesto se encuentra disuelto en el filtrado?

4. ¿Qué reacción tiene lugar en el proceso de valoración? ¿Qué

concentración tiene el filtrado? Calcule la cantidad de hierro

presente en la disolución y comente si esta cifra es coherente con el

hierro utilizado originariamente.


82

9. PREPARACIÓN Y VALORACIÓN DE UNA DISOLUCIÓN DE

PERÓXIDO DE HIDRÓGENO

Objetivos Determinar la concentración de una disolución de peróxido de

hidrógeno (agua oxigenada) y conocer las propiedades redox de esta

sustancia de amplia utilización farmacéutica.

Introducción Las disoluciones de peróxido de hidrógeno (agua oxigenada)

diluidas al 3% peso/volumen (3g de H2O2 por 100 mL disolución,

agua oxigenada oficinal) se emplean como antiséptico en numerosas

preparaciones farmacéuticas (dentífricos, lociones sanitarias, etc.) .

Con frecuencia, la concentración en peróxido de hidrógeno se

expresa en volúmenes de oxígeno. Una disolución de X volúmenes es

la que desprende X volúmenes de oxígeno, medidos en condiciones

normales, por cada volumen de disolución cuando el peróxido de

hidrógeno que ésta contiene descompone según el proceso:

H2O2 → H2O + ½ O2 (1)

En esta práctica se preparará una disolución de agua oxigenada

oficinal a partir del agua oxigenada comercial, que es del 33% p/v.

La concentración exacta de la disolución preparada se determinará

mediante valoración con una disolución de permanganato de

potasio. En disolución ácida, MnO4- (violeta) oxida el H2O2 a O2,

reduciéndose a Mn2+(incoloro). Así, cuando una disolución de KMnO4

se añade gota a gota sobre una disolución ácida de H2O2, cada gota se

decolora mientras quede H2O2. La siguiente gota de KMnO4 añadida

en exceso permanece coloreada. Si conocemos la concentración del

KMnO4 adicionado y el volumen necesario para que la reacción sea

completa, se podrá calcular el número de moles que se han oxidado.

Si se conoce el volumen original de H2O2, se puede calcular su

concentración en porcentaje de peso/volumen.

H2O2 (puro) H2O2 (dis. 33% p/v) H2O2 (dis. 3% p/v)

Densidades

(25 °C)

1,44 g/mL 1,1 g/mL 1,03 g/mL

Las disoluciones de H2O2 se descomponen lentamente según la

reacción (1). Su contaminación con metales, polvo u otras sustancias

acelera su descomposición, que en el caso de disoluciones

concentradas puede ser violenta con generación rápida de grandes

cantidades de oxígeno y altas presiones. Con el objeto de reducir el

proceso de descomposición, estas disoluciones deben mantenerse

protegidas de la luz (en recipientes opacos) y en lugar frío.

PELIGRO

Las disoluciones concentradas de H2O2 son oxidantes fuertes

pudiendo causar heridas en la piel y membranas

mucosas, por lo que debe evitarse su

contacto. USE GUANTES Y GAFAS

DE SEGURIDAD PARA

SU MANIPULACIÓN

PELIGRO

Las botellas que contienen disoluciones concentradas de agua

oxigenada pueden adquirir presión por su descomposición, por lo que deben ser abiertas con cuidado para evitar

proyecciones.


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Reactivos

Agua oxigenada comercial Permanganato de potasio

Ácido sulfúrico comercial

Procedimiento

1. PREPARACIÓN DE UNA DISOLUCIÓN DE AGUA OXIGENADA

OFICINAL

Cada dos personas prepararán en un matraz aforado 100,0 mL de una

disolución de agua oxigenada oficinal (3% p/v) a partir de la disolución

comercial (33% p/v). Compruebe la concentración de la disolución

comercial en la etiqueta del envase. Homogenice con la disolución un

vaso de precipitados para transferir a dicho vaso la disolución.

2. PREPARACIÓN DE LA DISOLUCIÓN DE PERMANGANATO DE

POTASIO

Prepare en un matraz aforado, 100 mL de una disolución 0, 10 mol/L de

permanganato de potasio a partir del reactivo sólido. Homogenice con la

disolución un vaso de precipitados para transferir a dicho vaso la

disolución.

3. VALORACIÓN DEL AGUA OXIGENADA OFICINAL

Monte la bureta en un pie soporte. Utilizando un vaso de precipitados y

un embudo, limpios y secos, se llenará la bureta con la disolución de

KMnO4 (0,10 mol/L) cuidando que la llave de la bureta se encuentre

cerrada. Llene un poco por encima del cero para dejar caer

posteriormente la disolución sobrante de forma que se rellene también

el espacio existente entre la llave y la salida de la bureta.

A un Erlenmeyer de 250 mL, añada 10,0 mL de la disolución de H2O2

oficinal y, a continuación, adicione 50 mL de agua destilada y 3 mL de

ácido sulfúrico concentrado. Agite para mezclar la disolución.

Valore la disolución de H2O2 por adición, en primer lugar, de unos pocos

mL de la disolución de KMnO4 sobre el Erlenmeyer. Agite y continúe

adicionando KMnO4 hasta que el color persista. Después añada el KMnO4

gota a gota, agitando después de cada adición, hasta que una gota

produzca un color rosáceo que persista durante 1 minuto. El cambio de

color se puede observar fácilmente si se coloca un trozo de papel de

color blanco debajo del Erlenmeyer. Anote el volumen de KMnO4

consumido intentando extrapolar la segunda cifra decimal entre

divisiones.

Repita la valoración con otra muestra. A partir del volumen de

permanganato de potasio consumido, calcule el porcentaje en

peso/volumen de H2O2 de la muestra.


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Cuestiones

1. El peróxido de hidrógeno se puede reducir pero también oxidar.

Escriba las semirreacciones para ambos procesos. Busque en tablas el

valor del potencial de reducción para ambos procesos. De acuerdo con

los valores de potencial anteriores, el agua oxigenada, ¿es mejor

oxidante o reductor?

2. ¿Cuál es la molaridad del agua oxigenada comercial? ¿Y la de la

oficinal?

3. ¿Cuánta agua oxigenada comercial hay que tomar para preparar 100,0

mL de la disolución de agua oxigenada oficinal?

4. ¿De cuántos volúmenes es el agua oxigenada comercial? ¿Y la oficinal?

5. ¿Qué cantidad de permanganato de potasio hay que pesar para

preparar 100,0 mL de una disolución 0,10 mol/L de permanganato de

potasio?

6. Escriba la ecuación de la reacción redox entre el permanganato de

potasio y el peróxido de hidrógeno en medio ácido. Calcule el potencial

normal del proceso, buscando en tablas los potenciales de reducción

necesarios.

7. ¿Qué volumen de permanganato de potasio 0,10 mol/L espera

consumir, si la disolución de agua oxigenada preparada fuera

exactamente del 3% p/v?

8. Suponga que durante la valoración parte del H2O2 reacciona consigo

mismo para desproporcionar. ¿Cómo afectaría esto al porcentaje en

peso de H2O2 de la muestra?

9. Un estudiante que no tenga buena disposición para distinguir los

colores no puede percibir el cambio de color en la valoración hasta que

éste es muy intenso. ¿Cómo se va a ver afectado el porcentaje en peso

(calculado) de H2O2 de la muestra?

10. ¿Observa algo incorrecto en la siguiente ecuación?

6 H3O+ + 2 MnO4- + 11 H2O2 → 2 Mn2+ + 8 O2 + 20 H2O

11. En una disolución neutra, el permanganato reacciona con H2O2 para

dar MnO2(s). Escriba una ecuación ajustada para esta reacción. Calcule

el número de moles de KMnO4 que se requerirían para reaccionar con la

cantidad de H2O2 de su muestra si la reacción se llevara a cabo en esa

disolución neutra.


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ANEXO I. TOLERANCIA DEL MATERIAL VOLUMÉTRICO.

D I N: Deutsches Institut für Normung (Instituto Alemán de Normalización).

I S O: International Organization for Standardization (Organización Internacional para la Normalización)

D I S: Draft International Standard (Familia de estándares internacionales).

* Para Clase B la tolerancia suele estar multiplicada por el factor 2.


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ANEXO II. CONSTANTES DE EQUILIBRIO ÁCIDO-BASE. CONSTANTES DE DISOCIACIÓN DE ÁCIDOS A 25 °C.


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ANEXO II. CONSTANTES DE EQUILIBRIO ÁCIDO-BASE. CONSTANTES DE DISOCIACIÓN DE ÁCIDOS A 25 °C.

(CONTINUACIÓN)

guion_qgio_2015_16

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