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QUÍMICA ANALÍTICA MÉTODOS VOLUMÉTRICOS TRABAJO PRÁCTICO 3 FACENA - UNNE Calibración de material volumétrico 2024 OBJETIVOS Ejercitar los fundamentos y metodología de la calibración de materiales volumétricos. Determinar la importancia e influencia de la calibración en la expresión de los resultados analíticos. Comprender la importancia de la presencia de errores determinados en el material de medida sobre el proceso de medida químico. MATERIALES VOLUMETRICOS Figura 1. Materiales volumétricos de vidrio a calibrar FUNDAMENTOS TEORICOS La calibración del material volumétrico de vidrio (matraz aforado, pipeta aforada, y buretas) comúnmente usado en el laboratorio de Análisis Químico, consiste en determinar experimentalmente la cantidad real de masa o volumen de líquido, que corresponde a la escala del instrumento. Para ello, se determina con exactitud la masa de agua contenida o trasvasada por el recipiente, y usando la densidad del agua para convertir masa en volumen. Para el trabajo más cuidadoso se debe tener en cuenta la dilatación térmica de las disoluciones y del material de vidrio, si se producen cambios de temperatura. Adicionalmente, se debe tener en cuenta el llamado “efecto boya”, que provoca que las pesadas realizadas en balanza analítica resulten aparentemente menores a que si se realizan en vacío. Estos factores deben ser tenidos en cuenta para la determinación exacta de la masa del cuerpo pesado. Página | 1 QUÍMICA ANALÍTICA MÉTODOS VOLUMÉTRICOS TRABAJO PRÁCTICO 3 FACENA - UNNE Calibración de material volumétrico 2024 Una vez determinada la masa del agua emitida o contenida por cada material volumétrico, se utiliza a la Tabla I, cuyos datos se calcularon teniendo en cuenta las correcciones necesarias. Volumen de un gramo de agua [mL]* Temp Densidad A la temperatura Corregido a 20 °C [°C] [g/mL] medida 10 0,999 7026 1,0014 1,0015 11 0,999 6084 1,0015 1,0016 12 0,999 5004 1,0016 1,0017 13 0,999 3801 1,0017 1,0018 14 0,999 2474 1,0018 1,0019 15 0,999 1026 1,0020 1,0020 16 0,998 9460 1,0021 1,0021 17 0,998 7779 1,0023 1,0023 18 0,998 5986 1,0025 1,0025 19 0,998 4082 1,0027 1,0027 20 0,998 2071 1,0029 1,0029 21 0,997 9955 1,0031 1,0031 22 0,997 7735 1,0033 1,0033 23 0,997 5415 1,0035 1,0035 24 0,997 2998 1,0038 1,0038 25 0,997 0479 1,0040 1,0040 26 0,996 7867 1,0043 1,0041 27 0,996 5162 1,0046 1,0043 28 0,996 2365 1,0048 1,0046 29 0,996 9478 1,0051 1,0048 30 0,996 6502 1,0054 1,0051 *Corregido por efecto boya, dilatación del agua y dilatación del vidrio. Tabla 1. Volumen de 1,000 g de agua determinado a diferentes temperaturas. Página | 2 QUÍMICA ANALÍTICA MÉTODOS VOLUMÉTRICOS TRABAJO PRÁCTICO 3 FACENA - UNNE Calibración de material volumétrico 2024 TÉCNICA OPERATORIA Tolerancia para Matraces clase A Pipetas clase A Buretas clase A pipetas volumétricas, 10 0.02 2 0.006 2 0.01 matraces y buretas (±𝑚𝐿) 50 0.05 5 0.015 5 0.01 ETAPA I 100 0.08 10 0.02 10 0.02 250 0.12 25 0.03 20 0.03 500 0.20 50 0.05 50 0.05 ETAPA II Ordenar datos individuales obtenidos Aplicar criterio Valores de exclusión Q para rechazo de datos (test Q) Nº de datos Nivel de probabilidad 0.90 ( 0.01) 0.95 ( 0.05) 3 0.94 0.98 ETAPA III 5 0.64 0.73 7 0.51 0.59 10 0.41 0.48 ETAPA IV Cálculo del valor más probable (𝑥̅ ) Determinación del Valores del coeficiente t de Student intervalo de confianza Grados de libertad Nivel de probabilidad (n – 1) 𝑠 0.95 0.99 ±𝑡 ∙ √𝑛 1 12.71 63.66 ETAPA V 3 3.18 5.84 5 2.57 4.03 10 2.23 3.17 𝑠 ETAPA VI Expresión correcta de los resultados 𝑥̅ ± 𝑡 ∙ √𝑛 𝑠 ETAPA VII Cálculo del coeficiente de variación relativa 𝐶𝑣 = ∙ 100 𝑥̅ ETAPA Determinar la exactitud relativa del material calibrado (Prueba t) VIII ETAPA IX Interpretación de los resultados y toma de decisiones Página | 3  QUÍMICA ANALÍTICA MÉTODOS VOLUMÉTRICOS TRABAJO PRÁCTICO 3 FACENA - UNNE Calibración de material volumétrico 2024 METODOLOGÍA PARA CADA MATERIAL VOLUMÉTRICO MATRAZ AFORADO Material volumétrico calibrado a volumen contenido a 20 0C. Procedimiento 1. Enjuagar con mezcla sulfocrómica para eliminar restos de materias grasas que pudieran estar adheridos a las paredes del matraz aforado 2. Enjuagar varias veces con agua corrientes y finalmente con agua destilada 3. Dejar escurrir y secar. No utilizar estufa de secado. Para acelerar esta etapa se puede realizar un último enjuague con alcohol etílico del material. 4. Pesar el matraz vacío en balanza analítica con precisión de 0,1 mg. Sin manipular el material de vidrio con la mano desnuda (con ayuda de guantes de latex o pinzas de madera) 5. Enrasar el matraz con agua destilada, cuidando que no queden gotas en el cuello, por arriba del menisco, el cual debe quedar con su borde inferior sobre el aforo, evitando errores de paralaje. 6. Tomar la temperatura del agua. 7. Calcular el volumen del matraz a 20 0C utilizando la Tabla 1 8. Determinar la magnitud del error entre el valor de la etiqueta del matraz y el volumen de agua contenido determinado experimentalmente. 9. Calcular si el error determinado se encuentra dentro del rango de tolerancia para material Clase A. PIPETA AFORADA Las pipetas de vidrio son materiales calibrados para volumen emitido. Tener en cuenta al realizar la medición los tiempos de post escurrimiento Procedimiento: 1. Cargar las pipetas con mezcla sulfocrómica por succión con propipeta, dejar escurrir. 2. Realizar varios enjuagues con agua destilada (al menos 3) 3. Cargar las pipetas con agua destilada por succión suave, hasta unos 2 cm por encima del aforo, tapar el extremo superior con el dedo índice seco, secando la punta con papel absorbente. Es muy importante controlar que al momento de la descarga la pipeta se encuentre en una posición perpendicular al piso (siempre). 4. En el caso de las pipetas volumétricas (aforadas) se deja escurrir lentamente, tocando con la punta de la pipeta la pared de vidrio de un recipiente previamente tarado (con precisión de 0,1 mg) lavado y secado (en estufa a 110 ºC). Importante: el recipiente debe encontrarse a temperatura ambiente al momento de la pesada. 5. En el caso de las pipetas graduadas, se toman tres lecturas de volúmenes repartidos en el campo de capacidad de esta, siempre partiendo de cero. 6. Finalmente, se pesan las fracciones recogidas, tomándose la temperatura del agua, con precisión de 0,1 mg 7. Calcular los volúmenes de agua emitida correspondientes a cada pipeta transformando las masas determinadas experimentalmente en volumen utilizando la Tabla 1. 8. Calcular el error de calibración para cada pipeta y rango de tolerancia para clasificar el tipo de material. Página | 4  QUÍMICA ANALÍTICA MÉTODOS VOLUMÉTRICOS TRABAJO PRÁCTICO 3 FACENA - UNNE Calibración de material volumétrico 2024 BURETAS Calibradas para volúmenes emitidos, con tiempo de post escurrimiento de 30 segundos. Procedimiento: 1. Lavar la bureta cargando con mezcla sulfocrómica y enjuagando varias veces con agua destilada. 2. Enrasar la bureta a cero, cuidando de no cometer errores de paralaje y presencia de gotas en el cuello superior de la bureta. Tener la precaución de que no hayan quedado burbujas de aire en la punta de la bureta. 3. Escurrir los siguientes volúmenes, volviendo siempre a cero entre uno y otro, en un recipiente de 125 mL previamente limpiado y tarado, cuidando el tiempo de post escurrimiento. Determinar la masa de al menos tres volúmenes intermedios repartidos en la capacidad de la bureta. Tener en cuenta, que si la última gota del líquido que se está descargando queda en el pico de la bureta una vez interrumpida la descarga, debe quitarse tocando la pared del erlenmeyer. 4. Las sucesivas fracciones se pesan, tomándoselas en el mismo erlenmeyer teniendo como peso base al anterior. Los escurrimientos se realizan por duplicado no admitiéndose una diferencia mayor entre uno y otro de más de 0,01 g. 5. Calcular los volúmenes emitidos a 20 0C utilizando la Tabla 1, y determinar los errores para cada fracción, graficándose en abscisas los volúmenes emitidos y en ordenadas los errores. 6. Se evalúa el mayor o menor alejamiento de las tolerancias para buretas con los datos de Tabla. APLICACIONES Calibrado de una pipeta Un pesasustancias vacío tiene una masa de 10,313 g. Después de añadir el agua contenida en una pipeta aforada de 25 mL, la masa pasa a pesar 35,235 g. Si la temperatura en el laboratorio es de 27 °C, hallar el volumen de agua trasvasada desde la pipeta. Solución: la masa de agua es 32,235 − 10,313 = 24,912 𝑔. De la primera columna de la 𝑚𝐿 Tabla I, el volumen de agua es (24,912 𝑔 × 1,0046 𝑔 ) = 25,027 𝑚𝐿 a 27 °𝐶. La última columna de la Tabla I nos indica que el volumen de agua correspondiente a esta pipeta a 𝑚𝐿 la temperatura de calibración corresponde a (24,912 𝑔 × 1,0045 ) = 𝑔 25,024 𝑚𝐿 a 20 °𝐶. La pipeta vierte menos volumen a 20 °C que a 27 °C porque el vidrio se contrae (escasamente) cuando disminuye la temperatura. Influencia de la temperatura en la concentración de una disolución Una disolución acuosa 0,03146 𝑀 fue preparada en invierno, cuando la temperatura del laboratorio estaba a 17 °C. ¿Cuál es la molaridad de esa solución en un día templado, cuando la temperatura es de 25 °C? Página | 5  QUÍMICA ANALÍTICA MÉTODOS VOLUMÉTRICOS TRABAJO PRÁCTICO 3 FACENA - UNNE Calibración de material volumétrico 2024 Solución: suponemos que la dilatación térmica de una disolución diluida es igual que la del agua pura. Así, se cumple que: 𝑐 ′ 𝑎 25 °𝐶 0,03146 𝑀 = = 𝑐 ′ = 0,003141 𝑀 0,997 05 𝑔⁄𝑚𝐿 0,998 78 𝑔⁄𝑚𝐿 La concentración disminuye en 0,16% en un día templado. CUESTIONARIO 1. ¿Cuál es la expresión que permite calcular el volumen de un matraz a 20 °C, conociendo su volumen a otra temperatura? 2. ¿Qué significa reducir al vacío una pesada (efecto boya)? 3. ¿Qué peso de agua debe tomarse a 300C para calibrar un matraz de 1L? 4. Un matraz aforado lleno hasta el enrase contiene 997,00 g. de agua a 28 0C. ¿Cuál será su volumen a esta temperatura y a 200C? 5. En la calibración de un matraz a 25 °C se hallaron los siguientes valores de volúmenes contenidos, en mL: 100,15; 100,24; 100, 12; 100,19, 100,12; 100,18. ¿es necesario eliminar algún dato? Exprese correctamente el resultado de la capacidad del matraz a esa temperatura. BIBLIOGRAFÍA Harris D. Análisis Químico Cuantitativo, 3º Ed. 2003, Reverté Página | 6