Prácticas de análisis químico

1.- FUNDAMENTO.

El sedimento es una mezcla compleja de distintas fases,
entre las que se pueden distinguir, principalmente, las arcillas
(filosilicatos), carbonatos, óxidos de hierro y
manganeso, materia
orgánica (ácidos húmicos y fúlvicos)
y arena (sílice). Los metales pueden encontrarse
adsorbidos o formar parte de la estructura de
las distintas fases. Existen numerosos procedimientos
(esquemas de extracciones secuenciales), que utilizan agentes
extractantes (NH4Oac, NH2OHHCl,
H2O2, mezclas de
ácidos, etc.) para liberar de forma secuencial el metal
unido a cada una de las fracciones del sedimento.

2.- ESPECTROFOTOMETRÍA DE ABSORCIÓN
ATÓMICA.

Los átomos en fase de vapor absorben aquellas
radiaciones cuyas energías coinciden exactamente con las
de sus transiciones electrónicas. Dado que las
líneas de absorción atómica son muy
estrechas y que las energías de transición son
características de cada elemento, estos
métodos
son muy específicos.

Como fuente de radiación se emplea una
lámpara de cátodo hueco que emite a la misma
longitud de onda que la usada para el análisis de absorción, lo que
produce una gran sensibilidad y un buen comportamiento
de la Ley de
Beer.

La atomización se hace usualmente en el seno de
una llama en la que se aspira la muestra
líquida. Para conseguir mayor sensibilidad se emplean
algunas técnicas de atomización sin llama. La
cámara de grafito emplea un procedimiento de
atomización electrotérmica. En la técnica de
generación de hidruros, los elementos a determinar son
convertidos en hidruros volátiles o bien reducidos al
estado
elemental (caso del mercurio), y arrastrados por una corriente de
gas inerte a
la celda de medida.

3.- OBJETIVO.

El objetivo de la
práctica es diferenciar entre el contenido total de
cobre
(mezclas de
ácidos fuertes) de un sedimento y el cobre unido a
carbonatos, empleando en este último caso una
disolución de NH4Oac a pH
5.

4.- MATERIAL.

• Espectrofotómetro de Absorción
  Atómica de llama.
• Lámparas de cátodo hueco de Cu y
  Ca.
• Balanza analítica con precisión de 0.1
  mg.
• Granatario con precisión de 0.1 g.
• Estufa de desecación, graduada a 100º
  C.
• 3 vasos de teflón de 100 ml.
• 2 tubos de centrífuga de
  polipropeno.
• 2 duquesas de polipropeno.
• 3 platos de teflón.
• 14 matraces aforados de 50 ml.
• 6 matraces aforados de 25 ml.
• 3 embudos.
• 1 espátula de plástico.
• 3 pipetas de 1 ml.
• 3 pipetas de 2 ml.
• 3 pipetas de 5 ml.
• 1 pipeta de 10 ml.
• 1 pipeta de 25 ml.
• 1 vaso de precipitado de 100 ml.

5.- REACTIVOS.

• Disolución patrón de cobre de 100
  ppm.
• Disolución patrón de cobre de 10
  ppm.
• Disolución patrón de calcio de 100
  ppm.
• HNO3 concentrado.
• HNO3 al 10 % (v/v): Coger 50 ml, con una
  probeta, de HNO3 concentrado y llevarlo a un matraz
  de 500 ml, enrasando con H2O destilada.
• HCl concentrado.
• HClO4 concentrado.
• NH4Oac 1M (pH:5): Pesar
  77.08 g de NH4Oac, se disuelve en H2O
  destilada, se ajusta el pH a 5 con
  HNO3 concentrado y se enrasa a 1 l.
• Disolución de La de 5 %.

6.- PROCEDIMIENTO.

6.1. Determinación de Cu total.

6.1.1. Calibración.

Construimos la curva de calibración,
representando la absorbancia frente a la concentración.
Calculamos la ecuación de la recta por el método de
los mínimos cuadrados. Los datos de la
absorbancia para las distintas concentraciones son los
siguientes:

La gráfica correspondiente a estos datos se
representa en GRÁFICA 1.

6.1.2. Digestión de la muestra.

Pesamos en la balanza de precisión dos muestras
de sedimento (sedimento número 79) en dos vasos de
teflón de 100 ml, de unos 0.5000 g. Concretamente los valores
pesados son: 0.5003 g y 0.5021 g. A estas dos muestras le
añadimos 5 ml de una mezcla de HNO3:HCl (3:1) y
5 ml de HClO4 concentrado. Calentamos los dos vasos
con las muestras en las placas calefactoras y dentro de la
campana extractora en la posición 2 durante 1 h y luego en
la posición 3 hasta sequedad. Dejamos enfriar, al menos 10
minutos, y redisolvemos el residuo con 5 ml de H2O
destilada y 5 ml de HNO3 concentrado, durante toda la
noche. Luego pasamos el extracto por un embudo con un filtro,
recogiéndose el filtrado sobre un matraz de 50 ml. Lavamos
el vaso de teflón con H2O destilada y lo
pasamos por el filtro, para recogerlo sobre el matraz de 50 ml
(realizamos esta operación al menos tres veces).
Después enrasamos el matraz de 50 ml con H2O
destilada. Realizamos la digestión con dos replicados de
muestra y un
blanco.

NOTA: al blanco se le añaden las mismas
cantidades de ácido y se le aplica el mismo procedimiento de
digestión. La única diferencia con respecto a las
muestras es que no se le añade sedimento.

6.1.3. Determinación de la
concentración de Cu total.

A partir de los valores de
absorbancia de las muestras, determinamos la concentración
de Cu en los dos replicados y en el blanco, empleando para ello
la ecuación de la recta de calibrado calculada
anteriormente. Realizamos las diluciones de la muestra
necesarias para que la señal de absorbancia entre dentro
del rango lineal de medida. Expresar el resultado como la
media ±
desviación estándar (m g/g).

Ecuación de la recta: y=0.005+0.118x
r=0.99996

Blanco: A=0.0036

Sustituyendo en la ecuación de la recta: x=-0.01
mg/L de Cu.

El valor negativo
es indicativo de que no hay Cu en la muestra.

Muestra 1: A=0.1326

Sustituyendo en la ecuación de la recta: x=1.08
mg/L de Cu.

Estos mg corresponden a 1l. En la dilución
teníamos 25 ml (0.025 l). Luego tendremos que ver los mg
que hay en esos litros de muestra diluida.

1.08 mg ———-> 1l

x mg ———-> 0.025 l

x=0.027 mg de Cu en la muestra diluida.

Ahora tendremos que ver que cantidad de mg de Cu
había en los 5 ml de muestra original.

0.027 mg ———> 0.005 l

x mg ———> 0.050 l

x= 0.27 mg de Cu en la muestra original.

Ahora pasamos el dato a ppm: 270 m g / 0.5003 g = 539.67
m g/g o ppm de Cu
total.

Muestra 2: A=0.1604

Siguiendo los mismos razonamientos que para la muestra
1:

x=1.31 mg/L de Cu.

1.31 mg ———> 1l

x mg ———> 0.025 l

x= 0.03 mg de Cu en la muestra diluida.

0.03 mg ——–> 0.005 l

x mg ——–> 0.050 l

x= 0.32 mg de Cu en la muestra original.

320 m g
/ 0.5021 g = 637.32 m
g/g o ppm de Cu total.

Ahora expresamos el resultado como la media de los dos
valores
± la
desviación estándar. ( s = 69.08 )

Media: 588.49

La cantidad de Cu total en el sedimento es
de:

6.2. Determinación de Cu extraíble en
medio ácido.

6.2.1. Calibración.

COBRE

Construimos la curva de calibración,
representando la absorbancia frente a la concentración.
Calculamos la ecuación de la recta por el método de
los mínimos cuadrados. Los datos de la
absorbancia para las distintas concentraciones son los
siguientes:

La gráfica correspondiente a estos datos se
representa en GRÁFICA 2.

CALCIO

Construimos la curva de calibración,
representando la absorbancia frente a la concentración.
Calculamos la ecuación de la recta por el método de
los mínimos cuadrados. Los datos de la
absorbancia para las distintas concentraciones son los
siguientes:

La gráfica correspondiente a estos datos se
representa en GRÁFICA 3.

6.2.2. Extracción de la
muestra.

Pesamos en la balanza de precisión dos
muestras de sedimento seco en dos tubos de centrífuga, de
unos 0.5000 g. Concretamente los valores
pesados son : 0.5004 g y 0.5000 g. A estas dos muestras le
añadimos 30 ml de la disolución de
NH4Oac 1M (pH 5). Estas dos muestras se extraen en el
volteador durante toda la noche. Luego, centrifugar durante 10
minutos a 10000 rpm y trasvasamos cuidadosamente el
líquido sobrenadante a un vaso de precipitado. Lavamos el
residuo del tubo de centrífuga con 15 ml de H2O
destilada y centrifugamos. Después, trasvasamos el
líquido sobrenadante al mismo vaso de precipitado. Pasamos
el extracto por un embudo con un filtro, recogiéndose el
filtrado sobre un matraz de 50 ml. Lavamos el vaso de precipitado
con H2O destilada y lo pasamos por el filtro, para
recogerlo sobre el matraz de 50 ml. Enrasamos el matraz de 50 ml
con H2O destilada. Realizamos la extracción con
dos replicados de la muestra.

3. Determinación de la concentración
   de Cu y Ca extraíble en medio
   ácido.

A partir de los valores de
absorbancia de las muestras, determinamos la concentración
de Cu y Ca en los dos replicados, empleando para ello las
ecuaciones de
las rectas de calibrado anteriormente calculadas. Realizamos las
diluciones de las muestras necesarias para que la señal de
absorbancia entre dentro del rango lineal de medida. Expresamos
el resultado como la media ± desviación estándar
(m
g/g).

COBRE

Ecuación de la recta: y=0.012+0.109x
r=0.998

Muestra 1: A=0.1087

Hacemos el mismo procedimiento que
antes:

x=0.89 mg/L de Cu.

0.89 mg ——–> 1l

x mg ——–> 0.025 l

x= 0.022 mg de Cu en la muestra diluida.

0.022 mg ——–> 0.005 l

x mg ——–> 0.050 l

x= 0.22 mg de Cu en la muestra original.

Pasar a ppm: 220 m g / 0.5004 g = 439.65 m g/g o ppm de Cu
extraíble.

Muestra 2: A=0.1084

x=0.88 mg/L de Cu.

0.88 mg ——–> 1l

x mg ——–> 0.025 l

x= 0.022 mg de Cu en la muestra diluida.

0.022 mg ———> 0.005 l

x mg ———> 0.050 l

x=0.22 mg de Cu en la muestra original.

Pasar a ppm: 220 m g / 0.5000 g = 440 m g/g o ppm de Cu
extraíble.

Ahora expresamos el resultado como la media de los dos
valores
± la
desviación estándar. ( s = 0.3 )

Media: 439.82

La cantidad de Cu extraíble en el sedimento es
de:

CALCIO

Ecuación de la recta: y=0.010+0.035
r=0.9990

Muestra 1: A=0.1086

x=2.81 mg/L de Ca

2.81 mg ———> 1l

x mg ———> 0.025 l

x=0.07 mg de Ca en la muestra diluida.

0.07 mg ——–> 0.001 l

x mg ——–> 0.050 l

x=3.5 mg de Ca en la muestra original.

Pasamos a ppm: 3500 m g / 0.5004 g = 6994.40 m g/g o ppm de Ca
extraíble.

Muestra 2: A=0.0984

x=2.5 mg/L de Ca

2.5 mg ——-> 1l

x mg ——-> 0.025 l

x=0.062 mg de Ca en la muestra diluida.

0.062 mg ——–> 0.001 l

x mg ——–> 0.050 l

x= 3.1 mg de Ca en la muestra original.

Pasar a ppm: 3100 m g / 0.5000 g = 6200 m g/g o ppm de Ca
extraíble.

Ahora expresamos el resultado como la media de los dos
valores
± la
desviación estándar. ( s = 561.7 )

Media: 6597.2

El contenido de Ca del sedimento es de:

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