Preparación de soluciones, análisis volumétrico y valoración de oxido de reducción

Introducción

Las soluciones en química, son mezclas
homogéneas de sustancias en iguales o distintos estados de
agregación. La concentración de una solución
constituye una de sus principales características.
Bastantes propiedades de las soluciones dependen exclusivamente
de la concentración. Su estudio resulta de interés
tanto para la física como para la química. Algunos
ejemplos de soluciones son: agua salada, oxígeno y
nitrógeno del aire, el gas carbónico en los
refrescos y todas las propiedades: color, sabor, densidad, punto
de fusión y ebullición dependen de las cantidades
que pongamos de las diferentes sustancias.

La sustancia presente en mayor cantidad suele recibir el
nombre de solvente, y a la de menor cantidad se le llama soluto y
es la sustancia disuelta.

Al momento de preparar soluciones hay que tomar en
cuenta varios aspectos, en el análisis químico son
de particular importancia las "unidades" de concentración,
y en particular dos de ellas: la molaridad y la normalidad.
También punto de equivalencia, fracción molar, la
concentración decimal, entre otros.

Preparación de
soluciones

La composición de una solución se debe
medir en términos de volumen y masa, por lo tanto es
indispensable conocer la cantidad de soluto disuelto por unidad
de volumen o masa de disolvente, es decir su
concentración. Durante cualquier trabajo experimental, el
uso de soluciones se hace indispensable, por lo que es necesario
conocer los procedimientos para su elaboración. En la
presente práctica se realizarán soluciones
utilizando como concentración la molaridad, la normalidad
y las relaciones porcentuales.

1.1-Solución

Una solución es una mezcla homogénea cuyas
partículas son menores a 10 ángstrom. Estas
soluciones estas conformadas por soluto y por solvente. El soluto
es el que esta en menor proporción y por el contrario el
solvente esta en mayor proporción. Todas las soluciones
son ejemplos de mezclas homogéneas.

? Solución diluida es cuando la cantidad de
soluto es muy pequeña.

? Solución concentrada es cuando la cantidad de
soluto es muy grande.

? Solución saturada es cuando se aumento mas
soluto en un solvente a mayor temperatura de la normal (esto es
porque cuando ya no se puede diluir, se calienta el solvente y se
separan sus partículas para aceptar mas soluto)

? Solución sobresaturada es cuando tiene
más soluto que disolvente

1.2-Soluto y Disolvente

Las sustancias que están presente en la mayor
cantidad se denomina disolvente, que se define como la sustancia
en la cual se disuelve otra. Ésta última, que es la
que disuelve en la primera, se denomina soluto.

Soluto + Disolvente =
Solución

Dilución de
soluciones

Para diluir una solución es preciso agregar
más % de disolvente a dicha solución y éste
procedimiento nos da por resultado la dilución de la
solución, y por lo tanto el volumen y concentración
cambian, aunque el soluto no.

Solubilidad

La solubilidad de un soluto en un disolvente es la
concentración que presenta una disolución saturada,
o sea, que está en equilibrio con el soluto sin disolver
porque siempre habrá algunas moléculas o iones que
pasen a la disolución. Las sustancias se clasifican
en:

Solubles: si su solubilidad es 0,1 M o
>.

Poco Solubles: si su solubilidad se sitúa
entre 0,1 M y 0,001 M

Insolubles: si su solubilidad no llega a 0,001
M

3.1-Factores que afectan a la
solubilidad

1.) La temperatura: la mayoría de las
disoluciones de sustancias sólidas son procesos
endotérmicos y con un aumento de entalpía. Al
disolver una sustancia sólida se produce la ruptura de
enlaces (energía reticular)que casi nunca se compensa por
la energía de solvatación. Por otra parte la
destrucción de la estructura ordenada del sólido y
la nueva disposición de las moléculas de disolvente
alrededor del soluto conllevan un aumento de entropía.
Como, unos valores negativos de H y de S positivos favorecen la
espontaneidad del sistema por tanto la solubilidad de la
mayoría de sustancias aumenta con la
temperatura.

En cambio en la disolución de líquidos o
gases en líquidos no supone la destrucción de
estructuras demasiado estables ni un aumento del desorden ni en
muchos casos ruptura de enlaces. La mayoría de los gases
son más solubles a bajas temperaturas.

2.) Momento Dipolar: Mayor solubilidad cuanto
más parecido sea el momento dipolar del soluto y del
disolvente.

3.) Constante Dieléctrica del Disolvente:
de acuerdo con la ley de Couland las fuerzas de atracción
entre dos iones son más débiles cuanto mayor sea la
constante dieléctrica.

3.2 Producto de la Solubilidad

Incluso en las sustancias más insolubles hay
siempre una pequeña proporción de partículas
que pasan a la disolución. Esto se puede indicar en un
campo iónico como un equilibrio entre la forma
sólida y los iones en disolución. Este equilibrio
está desplazado claramente hacia la forma iónica no
disociada.

A la constante de equilibrio se la denota constante del
producto de solubilidad o también producto de
solubilidad

Cuanto menor sea el producto de solubilidad menor
solubilidad tendrá la sustancia.

Análisis
Volumétrico

4.1-Generalidades sobre
Volumétrica

En el análisis volumétrico se aprovechan
reacciones cuantitativas que se verifican entre la sustancia por
determinar y un reactivo cuya concentración se conoce
exactamente; del volumen empleado de este último para la
realización de la reacción precisamente hasta su
punto final, se calcula la cantidad de la sustancia que se
pretende valorar. Las reacciones que se aplican al
análisis volumétrico deben ser conocidas con
exactitud, Para así poder relacionar el peso de las
substancias reaccionantes con el peso de los productos de la
reacción, pues aun cuando en este tipo de de
análisis lo inmediato es la medición de
volúmenes, directamente están relacionados
éstos con el peso de substancias a que son
equivalentes.

4.2- Conceptos Análisis
Volumétrico

La valoración o titulación es un
método corriente de análisis químico
cuantitativo en el laboratorio, que se utiliza para determinar la
concentración desconocida de un reactivo conocido. Debido
a que las medidas de volumen juegan un papel fundamental en las
titulaciones, se le conoce también como análisis
volumétrico. Un reactivo llamado "valorante" o
"titulador", de volumen y concentración conocida (una
solución estándar o solución
patrón)

Este sistema analítico, debido a que sus
cálculos se basan en los volúmenes de soluciones
requeridos en cada reacción, recibe el nombre de
Análisis Volumétrico o Volumetría, y su
importancia, tanto desde el punto de vista puramente
científico como de sus aplicaciones, sobrepasa a la de los
otros capítulos del análisis.

La exactitud de estos métodos, cuando son
aplicados inteligentemente y conducidos con destreza, es
comparable a la de los mejores.

4.3- Limitaciones de los métodos
volumétricos

La reacción debe ser definida y siempre la misma
dentro de las variaciones normales de las condiciones
analíticas. Otra de las limitaciones que tiene el
desarrollo de los métodos volumétricos esta en el
conocimiento exacto del final de las reacciones; para ello se
emplea en la mayor parte de los casos substancias especiales
llamadas "indicadores", cuya misión es "advertir" cuando
la reacción ha llegado a ser completa; sin embargo, no
siempre es posible emplear estos indicadores, bien sea porque no
se conozca el apropiado, o bien porque las condiciones del
problema no permiten su empleo normal; en estos casos se recurre
a métodos fisicoquímicos en sustitución de
los indicadores químicos, pero el uso de aquellos no deja
de constituir una limitación en las aplicaciones
volumétricas comunes, por su alto costo y por emplearse
aparatos delicados en su manejo.

Soluciones
Valoradas

Las soluciones empleadas en volumetría y cuya
concentración debe ser conocida con tanto mayor exactitud
cuanto mejores resultados analíticas se desee obtener,
reciben el nombre de Soluciones Valoradas o Soluciones Tituladas,
su concentración está referida, por regla general,
al "peso equivalente", "gamo equivalente" o simplemente
"equivalente", la cantidad en gramos de la sustancia, que
corresponde a un átomo gramo de hidrogeno. Una
solución que contiene por litro el peso equivalente gramo
de cualquier compuesto o elemento recibe la designación de
solución "normal".

Se da el nombre de "normalidad" de una solución a
la relación que existe entre el peso de sustancia activa
contenido en un litro de esa solución, y el peso de la
misma sustancia contenido en un litro de solución
exactamente normal, ósea en su peso
equivalente.

Si la cantidad de sustancia contenida en un litro de la
solución es mayor que la correspondiente al equivalente,
la solución será medio normal, tercio normal,
cuarto normal, etc.

En este sistema la concentración de las
soluciones esta dada directamente en gramos por mililitro, de la
sustancia que contiene o de cualquiera otra a la que sea
equivalente, de tal manera que el numero de mililitros empleados
en una titilación da directamente la cantidad de sustancia
que se cuentan; en otros casos se regula el peso de la muestra
con relación a la concentración de la
solución de tal manera que el volumen de ésta
indique, sin más calculo. En las soluciones antes citadas
la cantidad de soluto por mililitro, o su equivalente en otra
sustancia, recibe el nombre de "titulo"; a esta solución
se le llama "empírica".

Sistemas de
anotación de las soluciones

Para el sistema normal de soluciones valoradas se usan
dos formas de anotación; una de ellas, la mas antigua,
indica la solución normal por N/1, es decir, por una
fracción en la que el numerador N representa el peso el
peso equivalente de la sustancia y el denominador 1 indica que en
un litro de de la solución hay el peso equivalente de la
misma; las soluciones más diluidas que la normal,
también se representan por fracciones, como N/2, que es
una solución medio normal, porque en un litro sólo
se encuentra la mitad del peso equivalente; N/3 tercio normal;
N/4, cuarto normal, N/5, quinto normal, etc.; las soluciones mas
concentradas que la normal, pues un litro contiene dos veces el
peso equivalente; 3N, triple normal etc.

En este tipo de anotación se acostumbra indicar,
junto a la normalidad expresada como antes se dice, el "factor"
volumétrico que sirve para convertir los mililitros de esa
solución, que en la mayoría de los casos
sólo se aproxima a al normalidad indicada, en mililitros
exactos de esa misma normalidad, así por ejemplo, 20 ml de
una solución N/2, factor = 0.9215, en realidad equivalen a
20*0.9215 = 18.430 ml, exactamente N/2.

Procedimiento para el
análisis volumétrico

Una titulación o valoración comienza con
un vaso de precipitados o matraz Erlenmeyer conteniendo un
volumen preciso del reactivo a analizar y una pequeña
cantidad de indicador, colocado debajo de una bureta que contiene
la disolución estándar. Controlando cuidadosamente
la cantidad añadida, es posible detectar el punto en el
que el indicador cambia de color. Si el indicador ha sido elegido
correctamente, este debería ser también el punto de
neutralización de los dos reactivos. Leyendo en la escala
de la bureta sabremos con precisión el volumen de
disolución añadida. Como la concentración de
la disolución estándar y el volumen añadido
son conocidos, podemos calcular el número de moles de esa
sustancia (ya que Molaridad = moles / volumen). Luego, a partir
de la ecuación química que representa el proceso
que tiene lugar, podremos calcular el número de moles de
la sustancia a analizar presentes en la muestra. Finalmente,
dividiendo el número de moles de reactivo por su volumen,
conoceremos la concentración buscada.

Valoración de
Oxido de Reducción

Estas valoraciones están basadas en una
reacción de redox entre un agente oxidante y un agente
reductor. El agente oxidante (o el agente reductor) se
añade en la bureta previamente lavada con el mismo agente
oxidante. El reductor (o el agente oxidante) se añade en
el matraz erlenmeyer, previamente lavado con agua destilada. Como
en una valoración ácido-base, la solución
estándar es la que se coloca a menudo en el matraz, y la
solución cuya concentración debe ser determinada se
coloca en la bureta. El procedimiento para realizar las
valoraciones redox es similar al requerido para realizar las
valoraciones ácido-base.

La mayoría de las veces se utiliza un el
potenciómetro o un indicador redox para determinar el
punto final de la valoración. Por ejemplo, cuando uno de
los componentes de la valoración es el agente oxidante
dicromato de potasio, el cambio de color de la solución de
naranja a verde no es definido y se utiliza un indicador como la
difenilamina. El análisis de vinos para determinar su
contenido de dióxido de azufre requiere el empleo de yodo
como un agente oxidante. En este caso, se utiliza almidón
como indicador; un complejo de almidón-yodo azul se forma
en el momento en que un exceso de yodo está presente,
señalando así el punto final de la
valoración.

Por otro lado, algunas valoraciones redox no requieren
un indicador, debido al color intenso de alguno de los
componentes. Por ejemplo, en una valoración donde
está presente el agente oxidante permanganato de potasio,
un color rosado que persiste señala el punto final de la
valoración, y por lo tanto no se requiere ningún
indicador particular.

Conclusiones

Al terminar el trabajo de soluciones, análisis
volumétrico y valoración de oxido reducción
podemos concluir que con el desarrollo experimental de la
presente practica nos pudimos percatar de que la
concentración de una solución depende directamente
de los factores de molaridad y normalidad, las cuales son
propiedades que determinan las características de una
solución, con lo cual se puede saber que tan
básicas o ácidas pueden ser estas
soluciones.

Con lo anterior se puede llegar a la conclusión
de que es muy importante tener presente el conocimiento de las
expresiones que nos ayudan a conocer lagunas de las
características básicas de una solución, con
las cuales se pueden calcular soluciones de diferentes grados de
concentración.

Además el estudio de las soluciones posee una
gran importancia, ya que se puede decir que es la base de la
industria química, por un sin numero de procesos y
productos provienen de los compuestos entre solutos y
disolventes, como en el caso de la industria de los alimentos,
perfumes, farmacéuticos, pinturas, etc. Un gran
economía o perdida en la industria, la representa el
correcto estudio y manejo de los reactivos de una
solución, dado que al optimizar estos, depende el ahorro o
el desperdicio de los mismos.

Bibliografía

http://www.monografias.com/trabajos73/preparacionsoluciones/preparacion-soluciones

http://html.rincondelvago.com/analisis-volumetrico.html

http://es.wikipedia.org/wiki/An%C3%A1lisis_volum%C3%A9trico

http://html.rincondelvago.com/analisis-volumetrico.html

http://www.salonhogar.net/quimica/nomenclatura_quimica/Oxido_reduccion.htm

Autor:

Carla Santaella

República Bolivariana de
Venezuela.

Ministerio del Poder Popular para la
Defensa.

Universidad Nacional de la Fuerza Armada
Nacional Bolivariana.

Sección: CBN-2A.

Ciclo Básico de
Ingeniería

Asignatura: Lab-Quimica

Maracaibo, 10 de Febrero de 2010