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Determinación potenciométrica de nitratos

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Determinación potenciométrica de nitratos

  1. 1. DETERMINACIÓN POTENCIOMÉTRICA DE NITRATOS La determinación de la cantidad de nitratos de un fertilizante se ha realizado mediante un análisis potenciométrico con un electrodo selectivo de nitratos. El sistema potenciométrico ha consistido en un electrodo selectivo de membrana de intercambio iónico líquido y un electrodo de referencia Ag/AgCl. REACTIVOS 1.Disolución de ajuste de fuerza iónica: K2SO4 0.1 M Se ha preparado 500 mL disolviendo en agua destilada 8.71g de K2SO4 pesados y posteriormente llevados a volumen. 2.Disolución patrón de NaNO3 1.00 M Se ha preparado 100 ml de esta disolución con 8.499 g de NaNO 3 disueltos con la disolución de ajuste de K2SO4, previamente preparada. A partir de ésta, tomamos 2.5mL y lo llevamos a un volumen de 50mL para obtener una disolución patrón más diluida (0.05 M), que nos servirá para realizar las adiciones de menos concentración en la calibración. 3. Disolución de Ag2SO4 0.02 M 4. Disolución de NaNO2 4x10-2 M Se ha preparado 50 ml de una disolución de NaNO 2 de 4x10-2 M pesando 0.138 g y disolviéndolo con la disolución de K2SO4 .
  2. 2. PROCEDIMIENTO 1. Calibración. La calibración se ha llevado a cabo por una calibración externa pero, en vez de preparar las disoluciones por separado, se han ido adicionando diferentes volúmenes de patrón sobre el anterior. Se han realizado 19 adiciones de manera que las concentraciones se encontrasen entre 0.05 mM (5x 10-5 M) y 10 mM (10-2 M). Para ello se han medido con una pipeta aforada 50 ml de disolución de ajuste de K2SO4, que se ha pasado a un vaso de precipitados seco y con un imán, donde se han introducido los electrodos. Posteriormente se han ido adicionando diferentes volúmenes de disoluciones patrón de NaNO3 (se recogen en esta tabla) y se ha medido el potencial tras cada adición (mV). V. adicionado(ul) C (M) log C E (mV) 50 4.995 x10-5 -4.301 267.7 50 9.98 x10-5 -4.001 253.8 100 1.992 x10-4 -3.701 240.5 100 2.982 x10-4 -3.525 232.0 100 3.986x10-4 -3.401 225.6 100 4.95x10-4 -3.305 220.8 200 6.903 x10-4 -3.161 208.9 200 8.84x10-4 -3.053 201.0 100 9.804 x10-4 -3.008 199.1 50 1.95 x10-3 -2.710 185.2 50 2.93 x10-3 -2.533 176.6 50 3.91 x10-3 -2.408 170.0 50 4.88 x10-3 -2.312 164.8 50 5.85 x10-3 -2.233 160.5 50 6.82 x10-3 -2.166 156.8 50 7.789 x 10-3 -2.108 153.6 50 8.75 x 10-3 -2.058 150.7 50 9.72 x 10-3 -2.012 148.2 50 1.07 x 10-2 -1.971 145 • Disolución patrón de nitrato 0.05 M, preparada por dilución del patrón de 1 M con la disolución de ajuste de la fuerza iónica. • Disolución patrón de nitrato 1 M . Se han tenido en cuenta los volúmenes adicionados de disolución patrón de NaNO 3 para calcular la concentración de nitrato tras cada adición, por lo que no se tomó
  3. 3. siempre los 50 ml iniciales que se tenían, va aumentando progresivamente, así obtenemos la concentración real de nitrato en la disolución. La recta de calibrado se ha obtenido representando gráficamente el potencial medido frente al logaritmo de la concentración de nitrato. Calibrado NO3 280,0 260,0 240,0 E (mV) 220,0 200,0 180,0 160,0 140,0 -4,5 -4 -3,5 -3 -2,5 -2 log [NO3] La ecuación de la recta obtenida por mínimos cuadrados es: E = (41 ± 2) + (-53.4 ± 0.6) log [NO3] r2 = 0.9978 2. Tratamiento de la muestra Para el tratamiento de la muestra se ha tomado 1.00 ml de fertilizante y 4.00 ml de sulfato de plata, sal que se emplea para eliminar los cloruros presentes (que pueden producir interferencias) por formación de cloruro de plata que precipita. Este proceso se realiza en tres tubos de ensayo, con lo que se obtienen tres disoluciones de medida diferentes. Para facilitar la precipitación se ha sometido la disolución obtenida a una
  4. 4. fuente de calor, que ha consistido en un baño de agua a 80 ºC durante un tiempo aproximado de 20 minutos. Se ha dejado enfriar cada tubo de ensayo (ya que cuanto menor sea la temperatura mayor es la adsorción por parte del carbón activo) y se ha añadido carbón activo para eliminar los compuestos orgánicos por adsorción. Se ha filtrado mediante el uso de un papel de filtro de grano medio y recogido el filtrado en tres matraces de 50 ml, lavando el filtro y enrasando con la disolución reguladora de la fuerza iónica (el filtrado debe ser incoloro, la presencia de turbidez implica la existencia de coloides que no han sido eliminados correctamente y que pueden interferir en la medida). De cada matraz se ha tomado una alícuota de 5 ml que se ha llevado a un matraz de 50 ml y enrasado con la disolución reguladora de la fuerza iónica. El contenido del matraz con la primera muestra se ha transferido a la celda de medida y se ha tomado la lectura de potencial, dando un valor de 175.0 mV. A continuación se han realizado las adiciones de disolución patrón de nitrato, una primera adición de 100 µl de la disolución patrón de nitrato 0.05 M, tres adiciones de 50 µl y dos adiciones más de 100 µl de la disolución patrón de nitrato 1 M y se ha tomado la lectura de potencial para cada adición. Se ha procedido de igual manera con las otras dos muestras y se ha elaborado una tabla de resultados y una gráfica en la que se representa el potencial frente al logaritmo de la concentración de nitrato para cada una de las muestras. Se ha obtenido el valor inicial de la concentración de NO3, utilizando la recta de calibración y el valor obtenido del potencial para la disolución de medida, cuando a ésta no se le ha añadido ninguna cantidad de patrón. Muestra 1 Los valores de los datos y la representación gráfica para las adiciones estándar de la primera muestra son los siguientes: V añad. (ul) [NO3] (M) E (mV) log [NO3] 0 3,10E-03 175,0 -2,509 100 (0,05 M) 3,19E-03 174,2 -2,496 50 (1 M) 4,19E-03 168,2 -2,378
  5. 5. 50 (1 M) 5,18E-03 163,5 -2,286 50 (1 M) 6,17E-03 159,4 -2,210 100 (1 M) 8,14E-03 153,7 -2,089 100 (1 M) 1,01E-02 149,1 -1,995 Muestra 1 180,0 175,0 170,0 165,0 E (mV) 160,0 155,0 150,0 145,0 -2,60 -2,40 -2,20 -2,00 log [NO3] Para estos datos se ha obtenido la siguiente recta de regresión: E = (48,1 ± 0.9) + (-50,5 ± 0.4) log [NO3] R2 = 0,9997 Muestra 2 Los valores de los datos y la representación gráfica para las adiciones estándar de la segunda muestra son los siguientes: V añ. (ul) [NO3] (M) E (mV) log [NO3] 0 3,37E-03 173,1 -2,473 100 (0,05 M) 3,46E-03 172,2 -2,461 50 (1 M) 4,45E-03 166,1 -2,351 50 (1 M) 5,44E-03 161,9 -2,264 50 (1 M) 6,43E-03 158,1 -2,192 100 (1 M) 8,41E-03 152,2 -2,075 100 (1 M) 1,04E-02 147,5 -1,984
  6. 6. M uestra 2 177,0 172,0 167,0 E (mV) 162,0 157,0 152,0 147,0 142,0 -2,60 -2,40 -2,20 -2,00 log [NO3] Para la segunda muestra se obtuvo la siguiente recta de regresión de adiciones estándar: E = (44 ± 1) + (-52.0 ± 0.5) log[NO3] R2 = 0,9995 Muestra 3 Los valores de los datos y la representación gráfica para las adiciones estándar de la tercera muestra son los siguientes: V añ. (ul) [NO3] (M) E (mV) log [NO3] 0 3,25E-03 173,9 -2,488 100 (0,05 M) 3,34E-03 173,3 -2,476 50 (1 M) 4,34E-03 167,8 -2,363 50 (1 M) 5,33E-03 163,0 -2,273 50 (1 M) 6,32E-03 159,2 -2,199 100 (1 M) 8,29E-03 153,7 -2,081 100 (1 M) 1,03E-02 149,1 -1,989 Muestra 3 180,0 175,0 170,0 165,0 E (mV) 160,0 155,0 150,0 145,0 140,0 -2,52 -2,42 -2,32 -2,22 -2,12 -2,02 -1,92 log [NO3]
  7. 7. Para esta última muestra se obtuvo la siguiente recta de regresión: E = (49.8 ± 0.9) + (-49.9 ± 0.4) log[NO3] R2 = 0,9997 Para calcular la concentración de nitrato en la disolución de medida, se debe hacer tomando varios datos de la disolución en el momento en que no se ha adicionado patrón, y tomando datos de una de las medidas con alguna adición. Se calcula la concentración mediante la siguiente ecuación: CSVS CM = ( ES − EM ) (VM + VS )10 m − VM Se tiene que V, es el volumen, E, es el potencial medido, C, la concentración de nitrato y m es la pendiente de la recta de calibrado. En este caso se ha utilizado la tercera adición en cada una de las muestras para obtener el valor de la concentración de nitrato. La siguiente tabla muestra la concentración para cada una de las muestras, obtenidas con el método anterior: [NO3] (M) Muestra 1 3,24E-03 Muestra 2 3,35E-03 Muestra 3 3,46E-03 Con estos valores se realizó la media de las determinaciones y se ha obtenido un resultado de (3,3 ± 0,1) x 10-3 M. Se ha calculado la concentración final en el fertilizante a partir del valor obtenido anteriormente para las disoluciones de medida. Se ha obtenido un resultado final de 1.65 ± 0.05 M. Por último, como para calcular la concentración de nitrato se ha supuesto que la respuesta del electrodo es igual en la matriz de la muestra que en disolución acuosa, se puede realizar un cálculo para poder observar la desviación que se genera al afirmar lo anterior.
  8. 8. Para este cálculo se ha utilizado los valores de la primera muestra, como ejemplo. Se ha realizado de nuevo el cálculo de las concentraciones, pero en este caso, se ha utilizado la pendiente de la recta de regresión para esta muestra, y no la pendiente de la recta de calibrado como anteriormente se hizo. Se ha obtenido un valor para la concentración de nitrato en la disolución de medida de 3,02x10-3 M, mientras que en el cálculo anterior fue de 3,24x10-3 M. Como se puede observar el error no es demasiado elevado en este caso. 3. Evaluación del coeficiente de selectividad potenciométrico del par NO3/NO2 Se ha empleado el método de disoluciones mezcladas para determinar el coeficiente de selectividad potenciométrico del par nitrato/nitrito. Se ha preparado una disolución de NO2 con una concentración de 4x10-2 M, para ello, se ha añadido 0.138 g de NaNO2 en un matraz aforado de 50 ml y enrasado con agua destilada. Se ha transferido la disolución a la celda de medida y se ha tomado la lectura de potencial de la disolución obteniéndose un valor de 199.9 mV. A continuación, se han realizado las adiciones de disolución patrón de nitrato. En esta ocasión, se han realizado adiciones de los volúmenes necesarios de disolución patrón en el intervalo de concentraciones comprendido entre 1x10-2 M y 1x10-5 M. Primero se añadieron volúmenes de patrón de una concentración de 0.05 M, mientras que para llegar a mayores concentraciones de nitrato se ha utilizado una disolución de 1 M. Se ha elaborado una tabla con los resultados obtenidos y una gráfica que representa el potencial frente al logaritmo de la concentración de nitrato. V a añadir (ul) [NO3] (M) E(mv) log [NO3] 10 (0,05 M) 1,00E-05 199,7 -5,000 10 (0,05 M) 2,00E-05 199,4 -4,699 20 (0.05 M) 4,00E-05 198,9 -4,398 20 (0.05 M) 5,99E-05 198,4 -4,222 20 (0.05 M) 7,99E-05 198,0 -4,098 20 (0.05 M) 9,98E-05 197,5 -4,001 50 (0.05 M) 1,50E-04 196,8 -3,825 100 (0.05 M) 2,49E-04 195,5 -3,604 20 (1 M) 6,47E-04 189,5 -3,189 20 (1 M) 1,04E-03 184,6 -2,981 50 (1 M) 2,04E-03 177,8 -2,691 50 (1 M) 3,03E-03 172,3 -2,519 100 (1 M) 5,00E-03 165,3 -2,301 100 (1 M) 6,97E-03 159,7 -2,157 200 (1 M) 1,09E-02 146,9 -1,963
  9. 9. Para la determinación del coeficiente de selectividad potenciométrico, se han realizado dos rectas de regresión con los valores anteriores. Para la primera recta (a baja concentración de NO3), se han utilizado los cinco primeros puntos, mientras que para la recta a alta concentración de NO3, se han tomado cinco de los últimos puntos exceptuando el último, debido a que presenta una apreciable desviación con respecto a los puntos anteriores. A continuación se representa la gráfica del logaritmo de la concentración de nitrato frente al potencial obtenido: Gráfica 195,0 185,0 E (mV) 175,0 165,0 155,0 145,0 -5,1 -4,6 -4,1 -3,6 -3,1 -2,6 -2,1 log [NO3] Las ecuaciones para la recta de regresión a bajas concentraciones de NO3 es la siguiente: E = (191 ± 1) + (-1,9 ± 0,2) log[NO3] R2 = 0.95 Mientras que para la recta a altas concentraciones de NO3 es: E = (95 ± 4) + (-30 ± 2) log[NO3] R2 = 0.991 El valor de la concentración de NO3 en el cual las dos rectas se igualan, es el que se utiliza para determinar el coeficiente de selectividad potenciométrico de la siguiente forma: − [ NO3 ]P k pot ij = − [ NO2 ] El valor obtenido para la concentración de NO3 es de 7,8x10-4, mientras que el valor que se obtiene para el coeficiente de selectividad potenciométrico es de 0,0111.

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