Determinación de calcio en caliza

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LABORATORIO DE QUÍMICA ANALÍTICA

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1. Título del Informe

“Determinación de calcio en caliza”

1. Objetivos:

1. Objetivo General:

Determinar el porcentaje de óxido de calcio en una muestra de piedra caliza por medio del método volumétrico redox para la identificación del tipo de piedra caliza perteneciente a la muestra.

1. Objetivos Específicos:

• Medir el volumen del valorante consumido dentro de la titulación para la determinación de la masa de oxalato de calcio precipitada.
• Calcular la masa de CaO en el oxalato de calcio precipitado por medio de relaciones de la ley de equivalencia.
• Identificar las interferencias durante la experimentación para el establecimiento de control sobre las mismas.

1. Marco teórico:

Dentro de las reacciones redox existe una transferencia de electrones entre los reactivos y productos. Para que esto se pueda llevar a cabo, se necesita un reactivo que transfiera electrones y otro que lo reciba, conocidos también como el agente oxidante y reductor. El agente reductor es aquel que se oxida, o que pierde electrones aumentando su número de oxidación. Mientras que el agente oxidante es el que se reduce perdiendo electrones y por ende disminuye su número de oxidación.  (Universidad de Murcia, 2011)

En el ámbito experimental, una forma de obtener aquellos agentes reductores y oxidantes puede ser por la volumetría redox. Este método volumétrico se basa en los volúmenes consumidos de los titulantes, los cuales son los agentes oxidantes. Los más comunes son el permanganato de potasio, el dicromato de potasio, y entre otros. Mientras que los valorados son los agentes reductores, que por lo general son componentes con hierro, estaño, o cloruros. Estas valoraciones forman colores peculiares cuando cambia el número de oxidación de los compuestos, ya sea cuando se reducen o se oxidan. Por ejemplo, el permanganato de potasio cambia de color púrpura oscuro (cuando está como Mn +7) a un rosa pálido cuando se reduce a Mn +4. Sin embargo, una limitación de estos compuestos es que sólo se observan cuando han sido añadidos en exceso, y, por lo tanto, no son tan precisos. Entonces, se recomienda que se utilicen indicadores de acuerdo al pH que se trabajará. (Douglas A. Skoog, 2015).

Dentro de esta experimentación, se trabajará con la valoración redox conocida como permanganimetría en la cual el valorante es el permanganato de potasio. Este compuesto es un agente oxidante fuerte y es necesario tratar previamente para que reduzca el potencial de ciertos iones como el cloruro. Una ventaja de este compuesto es el cambio de color que éste presenta cuando se altera su número de oxidación. Por ejemplo, cuando está como Mn+7 presenta un color púrpura oscuro, cuando cambia a Mn +4 se muestra un color café amarillento, y cuando cambia a Mn+2 se muestra un color rosa pálido. Una de las desventajas de usar permanganato es que es sensible a la contaminación y se reoxida con facilidad lo cual interfiere con la titulación redox. (Vogel, 1951).

Dentro de la experimentación, se busca obtener CaO de la piedra caliza la cual es un tipo de roca sedimentaria que está compuesta con un mínimo de 50% de calcita (un mineral compuesto mayormente de CaCO3). Existen varios tipos de piedra caliza las cuales dependen de la composición de Ca en forma de calcita y Mg en forma de dolomita (Maldonado, 2021). Algunas son: caliza, caliza magnesiana, dolomías representadas en la Figura 1:

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Figura 1: Tipo de piedra caliza dependiendo de la composición de su composición de calcita y dolomita.

La determinación del calcio en una muestra se lo realiza por medio de la precipitación del oxalato de calcio. Debido a que el calcio no puede determinarse solo por su facilidad de reacción, se lo determina de forma indirecta. Este tipo de precipitación incluye la valoración redox con permanganato de potasio. Para que pueda precipitar como oxalato de calcio, hay que pulverizar la piedra caliza y llevarla a disolución con HCl. Luego se añade oxalato de amonio para contrarrestar las interferencias. Se filtra y se lava para poder llevarla a la titulación en un volumen de H2SO4 y valorante KMnO4. Finalmente, se observa el volumen consumido cuando alcance el punto de viraje o cuando la solución se vuelva rosa pálido y por medio de relaciones de equivalencia química se halla la masa de oxalato de calcio y luego masa de óxido de calcio para poder determinar el porcentaje (Vogel, Volumetría, 1951).

Sin embargo, hay que utilizar rojo de metilo con punto de viraje en 4.4 y 5. Esto es necesario debido a que el pH afecta directamente la precipitación. Si se realiza en una solución básica, se precipitan los hidróxidos ocasionando cristales coloides. Y dentro de un pH de 4.5 y 5.5 la precipitación se desarrolla mucho mejor y sus cristales cristalinos son uniformes (Cassou, 1948). Dentro de estas precipitaciones existe como interferencia mayor la coprecipitación del magnesio, un elemento dentro de estos minerales. Esta interferencia se constrarresta al añadir oxalato de amonio porque disminuye la solubilidad de elemento y no precipita como oxalato de magnesio.

1. Materiales, equipos y reactivos:

Materiales:

• Matraz de Erlenmeyer de 250mL
• Pipeta de 5 ± 0,03 mL
• Probeta de 10mL
• Probeta de 25mL
• Probeta de 50mL
• Kitasato
• Soporte universal
• Embudo de vidrio
• Espátula metálica
• Bureta de 50 ± 0.1 ml.
• Agitador
• Mortero con su pistilo de porcelana
• Gotero
• Termómetro
• Pinza mariposa
• Crisol de Goch
• Vaso de precipitados de 100 y 20 ml
• Adaptador Walter
• Pera
• Varilla de vidrio

Equipos:

• Balanza Analítica con 4 decimales de precisión marca ADAM.
• Plancha de calentamiento marca COLE-PARMER.
• Cámara de extracción de gases marca QUIMIS

Reactivos:

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•  6% (p/v)[pic 8]
•  37%[pic 9]
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•   0.2M[pic 12]

1. Procedimiento:

Preparación de reactivos:

Procedimiento:

1. Secar la muestra durante 1 a 2 horas a 110 °C y enfríe en un desecador.
2. Si el material se descompone en medio ácido, pese muestras de 0.15 g en vasos de 250 ml.
3. Adicione 5 ml de agua a cada muestra y cubra con un vidrio de reloj.
4. Agregue 5 ml de HCl concentrado, gota a gota, evitando pérdidas debidas a salpicaduras.
5. Coloque 3 gotas de agua de bromo saturado para oxidar cualquier hierro presente y hierva suavemente durante 5 minutos para eliminar el exceso de Br2.
6. Diluya cada solución de muestra a 25 ml aproximadamente, caliente a ebullición y adicione 50 ml de solución caliente de (NH4)2C2O4 al 6% (p/v).
7. Adicione 4 gotas de rojo de metilo y precipite Ca C2O4 por la adición lenta de NH3 6M.
8. Cuando el indicador empiece a virar, adicione NH3 a una velocidad de una gota por cada 3 segundos. Continúe hasta que las soluciones cambien al color intermedio amarillo-naranja del indicador (4.5 a 5.5), comprobando el pH con papel indicador.
9. Deje que las soluciones reposen por no más de 30 minutos y filtre en crisoles de Gooch. Lave los precipitados con varias porciones de 5 ml de agua fría.
10. Enjuague el exterior de los crisoles para eliminar (NH4)2C2O4 residual y regrese el precipitado a los vasos en los cuales se formó el CaC2O4.
11. Adicione 50 ml de agua y 25 ml de H2SO4 3M a cada el vaso de precipitación. Caliente entre 80-90°C y titule con permanganato 0.2 M. La temperatura debe ser superior a 60°C durante toda la titulación. Vuelva a calentar si fuese necesario.
12. Informe el contenido de calcio como porcentaje de CaO en la muestra problema.

1. Reacciones involucradas:

• Disolución de la piedra caliza con HCl:

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• Precipitación del oxalato de calcio por la adición de oxalato de amonio:

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• Oxidación del Fe2+ con agua de bromo:

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• Neutralización con amoniaco:

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• Disolución del CaC2O4:

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• Oxidación del H2C2O4 por medio de titulación con KMnO4

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1. Resultados:

Tabla n.-1.

Datos iniciales de masa de la muestra de piedra caliza y del volumen de valorante:

1. Cálculos relacionados:

       Masa teórica de KMnO4 para la preparación de una disolución de 100 ml al 0,2M:

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Volumen teórico de NH3 29%, de densidad 0,98 g/ml, para preparar una disolución de 100 ml de NH3 6M:

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