QUÍMICA ANÁLISIS

Universidad de San Carlos de Guatemala

Facultad de Ingeniera

Escuela de Ingeniera Qumica

APLICACIN Y PROPUESTA DE UNA METODOLOGA EN LA DETERMINACIN DE ZINC

POR COMPLEJOMETRA UTILIZANDO EDTA COMO TITULANTE Y 3,3 DIMETILNAFTIDINA

COMO INDICADOR PARA SU USO DENTRO DEL ANLISIS DE MUESTRAS

PROCEDENTES DE MINAS CON CONTENIDO DE HIERRO Y MATERIAL ORGNICO

Gerardo Antonio de Len Izeppi

Asesorado por el Ing. Qco. Mariano Arturo Eskenasy

Guatemala, enero de 2012

UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA

FACULTAD DE INGENIERA

APLICACIN Y PROPUESTA DE UNA METODOLOGA EN LA DETERMINACIN DE ZINC

POR COMPLEJOMETRA UTILIZANDO EDTA COMO TITULANTE Y 3,3 DIMETILNAFTIDINA

COMO INDICADOR PARA SU USO DENTRO DEL ANLISIS DE MUESTRAS

PROCEDENTES DE MINAS CON CONTENIDO DE HIERRO Y MATERIAL ORGNICO

TRABAJO DE GRADUACIN

PRESENTADO A LA JUNTA DIRECTIVA DE LA


POR

GERARDO ANTONIO DE LEN IZEPPI

ASESORADO POR EL ING. QCO. MARIANO ARTURO ESKENASY

AL CONFERRSELE EL TTULO DE

INGENIERO QUMICO

GUATEMALA, ENERO DE 2012

UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA


NMINA DE JUNTA DIRECTIVA

DECANO Ing. Murphy Olympo Paiz Recinos

VOCAL I Ing. Alfredo Enrique Beber Aceituno

VOCAL II Ing. Pedro Antonio Aguilar Polanco

VOCAL III Ing. Miguel ngel Dvila Caldern

VOCAL IV Br. Juan Carlos Molina Jimnez

VOCAL V Br. Mario Maldonado Muralles

SECRETARIO Ing. Hugo Humberto Rivera Prez

TRIBUNAL QUE PRACTIC EL EXAMEN GENERAL PRIVADO

DECANO Ing. Murphy Olympo Paiz Recinos

EXAMINADOR Ing. Estuardo Edmundo Monroy Benitez

EXAMINADOR Ing. Jorge Mario Estrada Asturias

EXAMINADORA Ing. Manuel Gilberto Galvn Estrada

SECRETARIO Ing. Hugo Humberto Rivera Prez

ACTO QUE DEDICO A:

Dios Por cuidarme y llenar de bendiciones mi vida.

Porque creyendo en ti puedo confiar en que toda

accin digna y buena tiene recompensa.

A mis padres Por estar siempre presente, por brindarme el amor

incondicional que slo un padre puede dar. Por

todos los consejos, por apoyarme en los buenos y

malos momentos de mi vida.

A mis amigos y

compaeros

Por su cario y afecto y por los buenos y malos

momentos compartidos. Por hacer mi vida ms

plena y feliz.

A la Universidad de

San Carlos de

Guatemala

Por proveerme no slo de educacin, sino tambin

de amigos, compaeros, alegras y tristezas.

Siempre un orgullo y honor ser sancarlista.

AGRADECIMIENTOS A:

Ing. Mariano Arturo

Eskenasy

Por su contribucin en este trabajo de

graduacin, por su tiempo y paciencia.

Inga. Licely de Len Por su ayuda y paciencia durante la

realizacin de este trabajo de graduacin

Ing. Csar Garca Por su sabidura, experiencia y por compartir

su conocimiento.

I

NDICE GENERAL

NDICE DE ILUSTRACIONES V

LISTA DE SMBOLOS IX

GLOSARIO XI

RESUMEN XIII

OBJETIVOS/HIPTESIS XVII

INTRODUCCIN XIX

1. ANTECEDENTES 1

2. MARCO TERICO 5

2.1. Equilibrio qumico 5

2.1.1. Principio de Le Chatelier 6

2.1.2. Producto de solubilidad 7

2.1.2.1. Separaciones por

precipitacin 8

2.1.2.2. Hidrxidos 9

2.1.2.3. Precipitacin fraccionada

a pH controlado 9

2.1.2.4. Coloides 10

2.2. Anlisis volumtrico 10

2.2.1. Tipos de valoraciones 13

2.2.1.1. Valoraciones cido-base 13

2.2.1.2. Valoraciones redox 13

II

2.2.1.3. Valoraciones de formacin de

complejos 13

2.2.1.3.1. Valoracin

utilizando EDTA 14

2.2.1.3.2. Complejos

metal-quelato 15

2.2.1.3.3. Equilibrios

complejos 20

2.2.1.3.4. Competicin del

EDTA con otros

ligandos 21

2.2.1.3.5. Valoracin

directa 22

2.2.1.3.6. Valoracin por

retroceso 22

2.2.2. Indicadores 22

2.2.3. Reacciones especficas 23

2.2.4. Zinc 23

2.2.5. Hierro 23

2.2.6. Ferricianuro 24

2.2.7. 3,3 Dimetilnaftidina 25

3. DISEO METODOLGICO 27

3.1. Variables 27

3.1.1. Variables independientes 28

3.1.2. Variables dependientes 30

3.2. Delimitacin de campo de estudio 30

3.3. Recursos humanos disponibles 31

3.4. Recursos materiales disponibles

III

(Equipo, cristalera, reactivos) 31

3.4.1. Materia prima y reactivos 31

3.4.2. Cristalera 32

3.4.3. Equipos 32

3.5. Tcnica cualitativa o cuantitativa 33

3.6. Recoleccin y ordenamiento de la informacin 34

3.7. Tabulacin, ordenamiento y

procesamiento de la informacin 36

3.7.1. Determinacin de Zinc 36

3.7.2. Determinacin de pH 43

3.7.3. Preparacin amina 43

3.7.4. Preparacin de solucin

acetato de sodio 43

3.7.5. Solucin en blanco 44

3.7.6. Tabulacin de datos 45

3.8. Anlisis estadstico 46

4. RESULTADOS 49

5. INTERPRETACIN DE RESULTADOS 57

CONCLUSIONES 61

RECOMENDACIONES 63

BIBLIOGRAFA 65

APNDICES 67

V

NDICE DE ILUSTRACIONES

FIGURAS

1. Precipitacin de plomo al adicionar yodo 8

2. Precipitado coloidal 10

3. Valoracin de una muestra 12

4. Estructura del EDTA 14

5. Formacin de complejos con EDTA 17

6. pH mnimo para titulacin adecuada de diversos iones

metlicos con EDTA

18

7. Curvas de titulacin de Ca+2 versus EDTA a pH 7 y 10 19

8. Fraccin de especies de EDTA en funcin del pH 20

9. Diseo general tcnica cuantitativa 33

10. Determinacin de Zinc al variar nmero de das de

preparacin de ferricianuro y filtracin de la muestra

53

11. Determinacin de Zinc al variar concentracin de

ferricianuro en la muestra

53

12. Porcentaje de error en la determinacin de Zinc al

variar nmero de das de preparacin de ferricianuro y

filtracin de la muestra

54

13. Porcentaje de error en la determinacin de Zinc al

variar concentracin de ferricianuro en la muestra

54

TABLAS

I. pH aproximado de precipitacin de los hidrxidos 9

VI

II. Constantes de Formacin del EDTA 16

III. Fraccin Zinc en concentraciones de amoniaco seleccionadas 21

IV. Definicin operacional de las variables, para la

determinacin del porcentaje de Zinc 27

V. Evaluacin de la preparacin del ferricianuro y la

precipitacin con filtracin de la muestra 34

VI. Evaluacin de la concentracin de ferricianuro dentro la

muestra 35

VII. Determinacin de Zinc porcentual por medio de EDTA 45

VIII. Celda arreglo para el anlisis de varianza de dos factores 46

IX. Ecuaciones para el anlisis de varianza de dos factores 47

X. Celda arreglo para el anlisis de varianza de un factor 48

XI. Ecuaciones para el anlisis de varianza de un factor 48

XII. Factor promedio en la determinacin de Zinc con una

concentracin de EDTA de 0,05 M 49

XIII. Determinacin del porcentaje de Zinc para muestra

procedente mina Caquipec, utilizando ferricianuro con

preparacin mayor a 4 das y sin filtrar 49

XIV. Determinacin del porcentaje de Zinc para muestra


preparacin menor a 4 das y sin filtrar 50

XV. Determinacin del porcentaje de Zinc para muestra


preparacin mayor a 4 das y con filtracin 50

XVI. Determinacin del porcentaje de Zinc para muestra


preparacin menor a 4 das y con filtracin 51

XVII. Determinacin del porcentaje de Zinc para muestra

procedente mina Caquipec, con 0,006 g de ferricianuro 51

VII

XVIII. Determinacin del porcentaje de Zinc para muestra


XIX. Determinacin del porcentaje de Zinc para muestra


XX. Comparacin de costos y tiempo de anlisis respecto

a SGS y laboratorio de la mina Caquipec 55

XXI. Condiciones propuestas para la metodologa en la

determinacin de Zinc 55

IX

LISTA DE SMBOLOS

Smbolo Significado

Desviacin estndar

C Grados Celsius

gl Grado de libertad

g Gramo

H1 Hiptesis investigacin

Ho Hiptesis nula

Ha Hiptesis alternativa

km Kilometro

kwh Kilowatt-hora

L Litro

m Masa

Media aritmtica (Promedio)

X

mL Mililitros

M Molar

n Nmero de datos

% Porcentaje

pH Potencial de hidrgeno

Q Quetzal

SGS Socit Gnrale de Surveillance (Sociedad

General de Vigilancia)

T Temperatura

V Volumen

XI

GLOSARIO

Catalizador Compuesto que aumenta o disminuye la

velocidad de reaccin.

Concentracin Proporcin o relacin que hay entre la cantidad

de soluto y la cantidad de disolvente.

Fase Parte macroscpica de un sistema que tiene

propiedades homogneas.

Filtracin Proceso de separacin de fases de un sistema

heterogneo, que consiste en hacer pasar una

mezcla a travs de un medio poroso.

Oxidante Agente que acepta electrones y se reduce.

Precipitacin bsica Procesos en el cual se forma un slido debido a

una disminucin en la solubilidad.

Reductor Agente que cede electrones y se oxida.

Solubilidad Medida de la capacidad que tiene un compuesto

de disolverse en un determinado medio.

XII

.

XIII

RESUMEN

El propsito del presente trabajo de graduacin fue la propuesta y

aplicacin de una metodologa para la determinacin de Zinc en muestras

mineras con contenido de hierro. El mtodo utilizado consiste en la

complejometra del metal Zinc con la sal dsodica de EDTA y el uso de 3,3

dimetilnaftidina y ferricianuro como indicador.

Para llevar a cabo dicho objetivo, se evalu el mtodo variando la

concentracin de ferricianuro, el nmero de das de preparacin del ferricianuro

y la eliminacin de hierro por medio de precipitacin bsica con filtracin y su

comparacin respecto a anlisis del laboratorio SGS.

Con base en los resultados se determin que la cantidad de Zinc en

muestras mineras vara significativamente al cambiar la concentracin de

ferricianuro, al eliminar el hierro por medio de precipitacin bsica y al variar el

nmero de das de la preparacin de ferricianuro cuando la muestra es filtrada.

La metodologa que present el menor error de 2,49%, fue cuando se

utiliz una concentracin de 0,006 g/muestra, se precipit y filtr el hierro y la

preparacin de ferricianuro fue menor a 4 das. La cual estadsticamente con un

nivel de confianza de 0,90 es igual al valor de comparacin de SGS.

XV

OBJETIVOS

General

Proponer y aplicar una metodologa en la determinacin de Zinc para

muestras procedentes de minas que contengan alto y bajo contenido de hierro,

as como material orgnico.

Especficos

1. Determinar un factor para la medicin de Zinc, utilizando Zinc estndar.

2. Determinar y comparar con anlisis de SGS la variacin producida en el

porcentaje de Zinc utilizando precipitacin y luego filtracin.


porcentaje de Zinc, al variar la concentracin presente de ferricianuro.


porcentaje de Zinc, al variar los das de preparacin del ferricianuro.

5. Proponer una metodologa final para la determinacin de Zinc.

XVI

HIPTESIS

Investigacin

H1

Es posible proponer una metodologa alterna a SGS para la

determinacin de Zinc con contenido de hierro y material orgnico.

Estadstica

Ho

El cambio en la concentracin de ferricianuro no afecta en la

determinacin de Zinc.

La precipitacin bsica y filtracin de la muestra, no afecta en la


El nmero de das desde que se prepara el ferricianuro y su utilizacin no

afecta en la determinacin de Zinc.

Ha

El cambio en la concentracin de ferricianuro si afecta en la determinacin

de Zinc.

XVII

La precipitacin bsica y filtracin de la muestra, si afecta en la


El nmero de das desde que se prepara el ferricianuro y su utilizacin si

afecta en la determinacin de Zinc.

XIX

INTRODUCCIN

Guatemala, a pesar de no ser un pas eminentemente minero, posee

recursos minerales, debido a estudios realizados durante dcadas, estas se

pueden clasificar en cuatro regiones, dependiendo su localizacin geogrfica.

Los cuales a su vez se pueden clasificar en metlicos y no metlicos y estos

recursos alimentan a las industrias con materia prima.

Por la alta demanda y amplio mercado que poseen los metales

internacionalmente, es factible la extraccin de dichos yacimientos, para ello, es

necesario establecer el porcentaje contenido dentro dichas minas, esto se

puede llevar a cabo por medio de anlisis cuantitativos, por lo que en el

presente trabajo se plante una metodologa y se aplic para la determinacin

de Zinc dentro de la mina Caquipec, Alta Verapaz, Guatemala.

El Zinc es un metal utilizado en varias aplicaciones entre las cuales

estn: galvanizado del acero para protegerlo de la corrosin, bateras,

metalurgia, fertilizantes, entre otras.

Con base a la caracterizacin de los yacimientos, se establece el costo

del material extrado, es por ello, la importancia de un anlisis confiable y

seguro que sea adaptable a muestras de distinta procedencia.

1

1. ANTECEDENTES

En Guatemala, el uso de minerales data desde la poca prehispnica, la

civilizacin maya, hizo uso de rocas gneas para la fabricacin de martillos,

altares, piedras de moler, esculturas, entre otros, durante la poca colonial, la

explotacin de plomo, plata y oro fue muy considerable. La explotacin abarca

el rea denominada Las Minas, ubicada a 12 km de Huehuetenango y a 8 km

del municipio de Chiantla.

Otras minas se encuentran a 12 km al Oeste del rea denominada Las

Minas y se conocen con el nombre de Las Animas y Trlon. Estas minas

actualmente poseen el nombre de mina Esperanza y la mina Trlon conserva

su nombre colonial.

En la poca de la independencia, por los aos 1860 a 1870, se di

principio a la extraccin de oro de los lavaderos en jurisdiccin de Las

Quebradas, Izabal. Por el ao 1887 se emprendieron trabajos en el antiguo

mineral abandonado de Sacramento en jurisdiccin de Mataquescuintla, de

Santa Rosa.

En 1898 y 1899 se iniciaron los trabajos de exploracin en la zona de

Concepcin y Alotepeque, dando como resultado el descubrimiento de

importantes depsitos de Zinc, plomo argentfero y cobre.

En Jalapa, en el ao 1917, la compaa de los Ferrocarriles

Internacionales, explot las lneas de ferrocromo, extrayendo un total de 390

toneladas de dicho lugar.

2

En 1957, se inici la primera exploracin de los depsitos laterticos de

nquel en el departamento de Izabal. En 1960, los derechos de exploracin de

nquel fueron transferidos a la International Nickel Company of Canada (INCO),

fundndose as, EXMIBAL. En el 2004, Skye Resources adquiri EXMIBAL y en

el 2005 EXMIBAL pas a llamarse Compaa Guatemalteca de Nquel (CGN).

La valoracin de zinc por volumetra y utilizando ferricianuro potsico

como solucin acuosa valorada fue realizada primeramente por M. Galletti,

operando directamente en un medio cido. C. Fahlberg modific el

procedimiento propuesto por Galleti, empleando uranilo como indicador externo,

indicador que tambin fue utilizado por E. Murmann.

En 1905 Nissenson y Kettembeil proponen el uso de molibdato de

cadmio como indicador para la determinacin de Zinc. W. Cone y L. Cady

introducen la difenilamina y difenilbencidina como indicadores internos en esta

valoracin, aadiendo un poco de ferricianuro potsico, para formar el par

ferricianuro-ferrocianuro.

Posteriormente, en 1928 W. Scott utiliz como indicador el sulfato

ferroso. Luego I. Tananaew y M. Georgobiani sugieren el rojo de metilo para la

valoracin de disoluciones neutras de Zinc.

En 1939, Evistavi y Barnabischvili basndose en que la sal compleja es

floculada por iones Zinc y peptizada por iones ferricianuro proponen un nuevo

mtodo para la determinacin de Zinc.

3

En 1943 H. Frost utiliz la o-dianisidina como indicador en la valoracin

de Zinc con ferricianuro potsico. Este mismo indicador es vuelto a usar ms

recientemente por A. Crawford y E. Bishop. En 1951 ha sido utilizado por R.

Belcher y A. Nutten la naftidina como indicador muy sensible y su aplicacin en

anlisis metalrgicos. Por ltimo Yoshio Fujita valor Zinc con ferrocianuro

potsico con una solucin de iodo-almidn como indicador.

5

2. MARCO TERICO

2.1. Equilibrio qumico

El equilibrio qumico es el estado en el que las concentraciones de los

reactivos y productos no tienen cambio neto en el tiempo. La reaccin se

representa de la siguiente forma:

aA + bB cC + dD

Donde A y B representan a los reactivos y C y D representan los productos.

Las letras minsculas a, b, c, d son los coeficientes de la reaccin balanceada.

El estado de equilibrio de una reaccin qumica, a una temperatura dada, se

define en trminos de la composicin de la mezcla denominada constante de

equilibrio. La expresin matemtica para la constante de equilibrio, K, de una

reaccin qumica, en funcin de las concentraciones en el estado de equilibrio

es:

La constante de equilibrio expresa una relacin que debe existir entre las

concentraciones de los componentes de una reaccin qumica cuando sta se

encuentre en equilibrio, como menciona Gilbert Ayres en el libro Anlisis

qumico cuantitativo.

6

2.1.1. Principio de Le Chatelier

El principio de Le Chatelier establece que cuando un sistema est en

equilibrio qumico, el cambio de cualquiera de los factores que influyen en l,

har que se desplace el equilibrio de manera que se disminuya el efecto del

cambio, segn Ayres.

Los factores que influyen en el estado de equilibrio de una reaccin qumica

son la concentracin, temperatura y presin. Es conveniente mencionar que la

presencia de un catalizador no afecta el estado final de equilibrio, ellos solo

afectan la velocidad con que se alcanza dicho equilibrio.

Si en el estado de equilibrio se aade una cierta cantidad de reactivo, se

altera el equilibrio, provocando un aumento en la concentracin de reactivos y,

por lo tanto, un aumento de la velocidad de la reaccin, hasta alcanzar un

nuevo equilibrio.

Si la reaccin reversible es exotrmica, es decir, que libera energa al

exterior, un aumento de la temperatura desplazar el equilibrio hacia la

formacin de reactivos hasta alcanzar nuevamente el equilibrio. Por el contrario

si la reaccin es exotrmica, causar un desplazamiento del equilibrio en

sentido contrario.

Un catalizador no afecta el estado de equilibrio, slo altera la velocidad en la

cual se alcanza el equilibrio, es decir, en el punto de equilibrio las

concentraciones de productos y reactivos no cambian.

7

Para las reacciones en fase gaseosa, un aumento de presin har que el

equilibrio se desplace en la direccin que resulte en una disminucin de

volumen y una disminucin de presin har que el equilibrio se desplace en la

direccin que resulte en un aumento de volumen. Si en una reaccin en fase

gaseosa no hay cambio en el nmero de moles, el cambio de presin no tendr

efecto en el estado de equilibrio, caso que sucede de forma similar en una

reaccin en fase acuosa.

2.1.2. Producto de solubilidad

El producto de solubilidad es la constante de equilibrio para la reaccin en

la que una sal slida se disuelve, liberando sus iones constituyentes en

solucin. Una solucin est saturada con un slido si contiene un exceso de

slido sin disolver.

La constante del producto de solubilidad para un iongeno poco soluble

establece el criterio para la formacin de un precipitado. Si el producto de la

concentracin molar de los iones, con sus exponentes correspondientes es

menor que la constante de solubilidad del compuesto, la disolucin no est

saturada.1

La solubilidad de un compuesto inico puede variar con la temperatura,

dependiendo de la caracterstica del compuesto. Al aumentar la temperatura la

solubilidad en la mayora de los casos aumenta, en otros disminuye y en otros

se mantiene casi invariable.

1 AYRES, Gilbert. Anlisis Qumico Cuantitativo. p. 98.

8

2.1.2.1. Separaciones por precipitacin

Las separaciones pueden llevarse de distintas maneras, en la mayor parte

de estas separaciones se forma una nueva fase, en el caso de precipitacin

slida a partir de una fase lquida. La fase separada debe contener todo el

constituyente requerido sin ninguna interferencia.

Uno de los mtodos ms usados para la separacin es la precipitacin, el

precipitado puede contener el constituyente deseado o la sustancia interferente

relacionada con el mismo.

Figura 1. Precipitacin de plomo al adicionar yodo

Fuente: HARRIS, Daniel. Anlisis qumico cuantitativo. p. 107.

9

2.1.2.2. Hidrxidos

Los hidrxidos de la mayora de los elementos que se separan de la

disolucin por precipitacin deben llamarse mejor xidos hidratados, ya que

llevan asociada al xido una cantidad de agua indefinida. En la siguiente tabla

se muestran elementos comunes y sus valores de pH de precipitacin de sus

hidrxidos.

Tabla I. pH aproximado de precipitacin de los hidrxidos

Elemento pH

Pb (IV), Mn (IV)

10

Haciendo uso de los valores de los productos de solubilidad de los

compuestos insolubles y de las constantes de ionizacin de los iongenos

dbiles involucrados, es posible deducir por clculo las separaciones posibles.

2.1.2.4. Coloides

Cuando una sustancia est dispersa en el seno de otra de forma que sus

partculas tienen un tamao aparente del orden de 1 a 200 micrmetros, se dice

que estn en condicin coloidal. Las partculas dispersas son tan pequeas que

no se sedimentan y bajo la accin de la gravedad constituyen emulsiones.

Figura 2. Precipitado coloidal

Fuente: CABRERA, Nstor. Fundamentos de qumica analtica bsica. p. 122.

2.2. Anlisis volumtrico

El anlisis volumtrico es un mtodo comn usado dentro del laboratorio

para determinar una concentracin desconocida de cierto analito. Debido a que

la medicin de un volumen juega un papel importante, este mtodo se conoce

como anlisis volumtrico.

11

El proceso de adicin de un volumen medido de la disolucin de

concentracin conocida para que reaccione con el constituyente buscado, se

denomina valoracin.

La disolucin de concentracin conocida se conoce como disolucin

patrn. El punto final de la valoracin se aprecia por un cambio de alguna

propiedad medible, en el momento en que se haya aadido una cantidad de

reactivo equivalente a la de la sustancia desconocida.

El punto de equivalencia es el punto en que la cantidad de valorante

aadida es exactamente la necesaria para que reaccione estequiomtricamente

con el analito.

La diferencia entre el punto final y el punto de equivalencia es el error de

valoracin que es inevitable. Normalmente, es posible estimar el error de

valoracin con una valoracin de blanco que consiste en realizar el mismo

procedimiento sin el analito, segn Daniel Harris.

A diferencia de lo que sucede en la gravimetra de precipitacin, en la

que se aade un exceso de precipitante, la determinacin del volumen exacto

de agente valorante necesario para alcanzar el punto de equivalencia es

esencial, segn Daniel Harris.

Debido a que en la mayora de las valoraciones no suelen existir signos

evidentes de que se haya alcanzado el punto de equilibrio, es necesario aadir

un compuesto que indique el punto final. Estas sustancias se conocen como

indicadores.

12

Figura 3. Valoracin de una muestra


13

2.2.1. Tipos de valoraciones

Las valoraciones se clasifican por el tipo de objeto a analizar, estas

pueden ser valoraciones cido-base, redox, de formacin de complejos y de

precipitacin.

2.2.1.1. Valoraciones cido-base

Es una tcnica que permite determinar la concentracin desconocida de

una sustancia por medio de una neutralizacin. La cual puede ser por

alcalimetra o acidimetra. La alcalimetra se basa en la determinacin de la

concentracin de una base empleando un cido de concentracin conocida. La

acidimetra se basa en la determinacin de la concentracin de un cido

empleando una base de concentracin conocida.

2.2.1.2. Valoraciones redox

Es una tcnica que permite conocer la concentracin de una disolucin

de una sustancia por medio de una reaccin redox. En esta valoracin es

necesario el uso de un indicador redox o el uso de un potencimetro para

conocer el punto final.

2.2.1.3. Valoraciones de formacin de complejos

Se basan en la reaccin de formacin de un complejo entre el analito y la

sustancia valorante; el EDTA es el quelante ms usado para titular iones

metlicos en disolucin.

14

2.2.1.3.1. Valoracin utilizando EDTA

El cido etilendiaminotetraactico (EDTA o AEDT), tiene cuatro grupos

carboxilo y dos grupos amino que pueden actuar como bases de Lewis. La

capacidad del EDTA para potencialmente donar hasta sus seis pares de

electrones libres, para la formacin de enlaces covalentes coordinados, a los

cationes metlicos hace del EDTA un ligando hexadentado. Sin embargo, en la

prctica el EDTA est, por lo general, solo parcialmente ionizado, y por lo tanto

forma menos de seis enlaces covalentes coordinados con los cationes.

Figura 4. Estructura del EDTA


El EDTA disdico se utiliza comnmente para estandarizar las soluciones

acuosas de cationes metlicos de transicin. El EDTA disdico (a veces escrito

como Na2H2Y) solo forma cuatro enlaces covalentes coordinados con los

cationes metlicos a valores de pH 12. En este rango de pH, los grupos amino

permanecen protonados y por lo tanto, no pueden donar electrones para la

formacin de enlaces covalentes coordinados. Tngase en cuenta que la forma

abreviada Na4-xHxY puede utilizarse para representar una especie de EDTA,

donde x designa el nmero de protones cidos unidos a la molcula de EDTA,

segn Daniel Harris.

15

El EDTA forma un complejo octadrico con la mayora de los cationes

metlicos divalentes, M2+, en solucin acuosa. La principal razn de que el

EDTA se utilice tan ampliamente en la estandarizacin de soluciones de

cationes metlicos es que la constante de formacin de la mayora de los

complejos catin metlico-EDTA es muy alta, lo que significa que el equilibrio

de la reaccin siguiente:

M2+ + H4Y MH2Y + 2H+

Se encuentra muy desplazada hacia la derecha. Para la mayora de los

propsitos se puede considerar que la formacin del complejo catin metlico-

EDTA es completa, y es por esto, por lo que el EDTA se utiliza en las

valoraciones y estandarizaciones de este tipo.

2.2.1.3.2. Complejos metal-quelato

Los iones metlicos son cidos de Lewis, que aceptan pares de

electrones de ligandos donadores de electrones, que a su vez son bases de

Lewis. El cianuro (CN-) se denomina ligando monodentado, porque se enlaza a

un ion metlico a travs de un solo tomo (el tomo de carbono).

La mayora de los iones de los metales de transicin se enlazan a 6

tomos del ligando. Un ligando que se une a un ion metlico a travs de ms

tomos del mismo se llama ligado multidentado o ligando quelante.

16

Un ligando quelante sencillo es la etilendiamina, el cual es bidentado,

porque se une al metal a travs de dos tomos del ligando. Otro quelante

conocido es el EDTA, abreviatura del cido etilendiaminotetraactico, un

compuesto que forma complejos 1:1 fuertes con la mayora de los iones

metlicos y que se usa ampliamente en el anlisis cuantitativo.

Tabla II. Constantes de Formacin del EDTA

In Log k1

Ba++ 7,78

Ca++ 11,00

Cd++ 16,59

Cu++ 18,79

Fe++ 14,3

Fe+++ 24,23

Mg++ 8,69

Mn++ 13,6

Na++ 1,66

Ni++ 18,56

Pb++ 18,3

Zn++ 16,26

Fuente: AYRES, Gilbert. Anlisis Qumico Cuantitativo. p. 705.

17

En muchos complejos, el EDTA rodea completamente al ion metlico, a

travs de seis enlaces o puntos de coordinacin. El EDTA juega un papel

importante como agente complejante fuerte de metales en procesos industriales

y en productos tales como detergentes, productos de limpieza y aditivos

alimentarios que impide la oxidacin de alimentos catalizada por metales. El

EDTA comienza tambin a desempear un papel importante en qumica

ambiental, segn Daniel Harris.

Figura 5. Formacin de complejos con EDTA


Una valoracin basada en la formacin de un complejo se llama

valoracin comlejomtrica. El efecto quelato es la capacidad de los ligandos

multidentados de formar complejos metlicos ms estables que los que pueden

formar ligandos monodentados similares a los primeros.

18

Figura 6. pH mnimo para titulacin adecuada de diversos iones

metlicos con EDTA

Fuente: CHRISTIAN, Gary. Qumica analtica. p. 297.

19

La titulacin se efecta aadiendo el agente quelante a la muestra,

mientras ms estable sea el quelato, la deflexin del punto final ser mayor.

Adems mientras ms estable sea el quelato, ser menor el pH al cual pueda

efectuarse la titulacin. Esto es importante porque permite titular ciertos metales

en la presencia de otros cuyos quelatos con EDTA son demasiado dbiles para

titularse a un pH inferior.

En el rango de pH ms elevado, pH > 10, todos los metales sern

titulados. En el rango intermedio, pH < 6, el tercer grupo no se titular y podr

titularse el segundo grupo de metales en presencia del tercer grupo. Es decir a

un pH < 6, el Galio, Estroncio y Magnesio no interfieren en la titulacin del resto

de metales. En un rango de pH ms cido, pH < 4, solo podrn titularse los

cationes, Fe +3, In +3, Th +4, Hg +2 y Sc +3, lo que significa que todos los

dems cationes que estn no interferirn durante la titulacin, segn Gary

Christian.

Figura 7. Curvas de titulacin de Ca+2 versus EDTA a pH 7 y 10


20

2.2.1.3.3. Equilibrios complejos

El EDTA tiene cuatro valores de Ka que corresponden a la disociacin de

los cuatro protones paso a paso.2

El equilibrio de las especies se desplaza hacia la izquierda conforme el

pH aumenta, como se observa en la siguiente figura:

Figura 8. Fraccin de especies de EDTA en funcin del pH


2CHRISTIAN, Gary. Qumica analtica. p. 294.

21

2.2.1.3.4. Competicin del EDTA con otros

ligandos

Para mantener un pH constante, es necesario aadir una solucin buffer,

si el compuesto de dicha solucin forma un complejo con el metal ligando, el

EDTA deber competir con dicho compuesto. El tampn NH4+/NH3 contiene

ligando NH3 que forma complejos con gran parte de metales. El EDTA forma en

algunos casos complejos ms fuertes que el ligando NH3, sin embargo, se

reduce la estabilidad de los complejos, segn David Harvey.

Tabla III. Fraccin Zinc en concentraciones de amoniaco

seleccionadas

[NH3] (M) Zn +2

1,000 3,95 x 10-10

0,500 6,27 x 10-9

0,100 3,68 x 10-6

0,050 5,45 x 10-5

0,010 1,82 x 10-2

0,005 1,27 x 10-10

0,001 7,48 x 10-1

Fuente: HARVEY, David. Qumica analtica moderna. p. 222.

Como se observa en la tabla anterior al existir amoniaco, este acompleja

al Zinc y modifica la constante de formacin final para el ligando EDTA, la cual

vara en concentracin presente de amoniaco.

22

2.2.1.3.5. Valoracin directa

Se valora el ion metlico con una disolucin estndar de EDTA. La

disolucin se tampona a un pH adecuado, para que la constante de formacin

condicional metal-EDTA sea grande y el color del indicador sea suficientemente

distinto del complejo metal-indicador.

2.2.1.3.6. Valoracin por retroceso

Una valoracin por retroceso consiste en aadir una cantidad en exceso

de EDTA y valorar a continuacin el exceso de EDTA con una disolucin

estndar de un ion metlico. Se tiene que recurrir a una valoracin por

retroceso cuando el analito precipita en ausencia de EDTA, o cuando el analito

reacciona lentamente con EDTA en las condiciones de la valoracin o cuando

bloquea al indicador. El ion metlico usado en una valoracin por retroceso no

debe desplazar el ion metlico de su complejo con EDTA.

2.2.2. Indicadores

Es una sustancia que al aadirse a una muestra sobre la que se desea

realizar el anlisis, se produce un cambio qumico que es apreciable,

generalmente, un cambio de color; esto puede ocurrir por diferentes reacciones,

como redox, acido-base o formacin de complejos. Este cambio en el indicador

se produce debido a que durante el anlisis se lleva a cabo un cambio en las

condiciones de la muestra e indica el punto final de la valoracin. El

funcionamiento y la razn de este cambio vara mucho segn el tipo de

valoracin y el indicador.

23

2.3. Reacciones especficas

Son reacciones propias o peculiares a una molcula y sirven para

distinguirlas de otras.

2.3.1. Zinc

El Zinc en solucin acuosa es incoloro y da reaccin bastante cida, por lo

cual se hidroliza fcilmente. Al estado metlico, acta como un fuerte reductor y

reduce a todos los elementos que se encuentran en la serie electroqumica a

excepcin del nquel, cobalto, ferroso y cromo +3.

Con las bases fuertes, el Zinc precipita como hidrxido de Zinc, Zn(OH)2,

de color blanco:

Zn+2 +2OH-1 Zn(OH)2

El cual en presencia de exceso de iones oxhidrilo, se disuelve

formndose el in complejo, zincato, ZnO2-2:

Zn(OH)2 + 2OH-1 [ZnO2]

-2 + 2H2O

2.3.2. Hierro

El hierro es un metal maleable, de color gris y de propiedades

magnticas. Se encuentra en la naturaleza formado por numerosos minerales,

entre ellos xidos. El hierro se disuelve en cido clorhdrico o se ataca por

fusin con bisulfato alcalino.

24

Los minerales son casi inatacables por el cido ntrico o sulfrico o por

fusin alcalina. Aquellos minerales, en especial los sulfuros, se atacan con

frecuencia con cido ntrico, agua regia o por fusiones alcalinas oxidantes.

El hidrxido de hierro (III) es muy insoluble y se puede precipitar

fcilmente inclusive a pH acido. A causa de su solubilidad extremadamente

pequea, la sobresaturacin relativa del hidrxido de hierro durante la

precipitacin es muy alta, y el precipitado es un coloide floculado, donde

quedan iones adsorbidos.

2.3.3. Ferricianuro

El ferricianuro es el nombre para el anin [Fe(CN)6]-3. Su nombre

sistemtico es hexacianoferrato (III). La sal ms comn de este anin es

ferricianuro potsico, un material cristalino rojo que se utiliza como oxidante

dentro de la qumica orgnica.

En presencia de hierro, se reduce fcilmente al ion ferrocianuro, esta

reaccin es reversible. Si el ferricianuro se encuentra en grandes cantidades

de hierro forma un pigmento brillante de color azul, llamado Azul de Prusia.3

El ferricianuro en solucin acuosa, colorea esta de un amarillo intenso.

Su carcter es neutro. Se comporta como oxidante an en medio alcalino. El

ferricianuro oxida a muchos indicadores que se utilizan en las reacciones redox.

3 LUNA, Raymundo. Fundamentos de qumica analtica. Volumen II. 3a ed. Mxico: Limusa,

1985. p. 180.

25

2.3.4. 3,3 Dimetilnaftidina

La dimetilnaftidina es un indicador selectivo utilizado en valoraciones

donde intervengan iones Zinc. La dimetilnaftidina es una amina aromtica, que

presenta dos grupos metil en su estructura y presenta un nitrgeno unido

directamente al anillo aromtico.

La 3,3 dimetilnaftidina se oxida en presencia del ferricianuro, dando una

coloracin magenta, esta reaccin es muy lenta, pero en presencia de Zinc, la

velocidad de reaccin se incrementa notablemente.

Dimetilnaftidinareducida + ferricianuro Dimetilnaftidinaoxidada + ferrocianuro

27

3. DISEO METODOLGICO

3.1. Variables

Como resultado de la revisin bibliogrfica sobre aquellos factores que

influyen en la determinacin del porcentaje de Zinc presente dentro de las

muestras, se establecieron las variables de entrada a modificar para medir el

efecto sobre los resultados, adems se determinaron qu factores se

mantendran constantes:

Tabla IV. Definicin operacional de las variables, para la determinacin

del porcentaje de Zinc

No. Variable Dimensional

Factor potencial

de diseo

Factores

perturbadores

Ctes. Var. Controlables Ruido

Anlisis de proceso

1 Masa muestra g X

2 pH solucin pH X

3 Concentracin

amina g/muestra X

4 Concentracin

ferricianuro g/muestra X

5 Volumen

EDTA mL X

28

Continuacin tabla IV.

6 Porcentaje

Zinc % X

7

Tiempo

preparacin

ferricianro

da X

8 Precipitacin

bsica Si/No X

9 Filtracin Si/No X

10 Temperatura

solucin C X

Anlisis de Ambiente Externo

9 Temp.

ambiente C X

10 Presin

atmosfrica Psi X

11 Humedad % SIE

Fuente: elaboracin propia.

3.1.1. Variables Independientes

pH: El pH se ajust segn las

necesidades presentadas,

esta se realiz agregando

hidrxido de sodio para subir el

pH o bien cido clorhdrico para

bajar el pH.

29

Masa muestra inicial: La masa inicial se refiere al peso

inicial tomado por medio de una

balanza analtica.

Concentracin amina: Son los gramos presentes para

cada muestra a trabajar de 3,3

dimetilnaftidina.

Concentracin ferricianuro: Cantidad de ferricianuro para cada

muestra.

Tiempo preparacin ferricianuro: Es el nmero de das desde que

se prepar el reactivo, lo cual

influye en la determinacin del

porcentaje de Zinc en la muestra,

debido a que el reactivo se

degrada fcilmente.

Precipitacin bsica: Se refiere a la adicin o no adicin

de hidrxido de amonio para la

precipitacin de los metales

interferentes, va acompaada de

la filtracin.

Filtracin: Es la separacin de una fase

lquida de una mezcla con

presencia de slidos.

30

Temperatura solucin: Se refiere a la temperatura de la

solucin al momento de la

titulacin.

3.1.2. Variables dependientes

Volumen EDTA: El volumen de EDTA depende del

porcentaje de Zinc presenta en la

muestra de material mineral, el

cual se determina en el cambio de

viraje del indicador.

Porcentaje de Zinc: El porcentaje de Zinc presente en

la muestra dependi de las

caractersticas del suelo, de la cual

procede cada muestra.

3.2. Delimitacin de campo de estudio

rea: minera

Industria: minera

Proceso: determinacin de Zinc de las muestras procedentes de distintas

minas por complejometria.

31

Ubicacin: la materia prima a evaluar se obtuvo de la mina Caquipec

ubicada en el departamento de Alta Verapaz, Guatemala. La

determinacin de Zinc de cada una de estas muestras fue realizada en el

laboratorio del Ingeniero Qco. Mariano Arturo Eskenasy ubicado en la

zona 1 de la ciudad de Guatemala.

Clima: semiclido (15 C 25 C), tanto en la ciudad de Guatemala,

como en el departamento de Alta Verapaz.

3.3. Recursos humanos disponibles

Persona que realiza el estudio:

Gerardo Antonio de Len Izeppi

Asesor:

Ing. Qco. Mariano Arturo Eskenasy

3.4. Recursos materiales disponibles (Equipo, cristalera, reactivos)

En el presente trabajo se hizo uso de las siguientes materias primas,

reactivos, cristalera y equipo, todo con el objeto de llegar a los logros

esperados por esta investigacin, los cuales a continuacin se detallan:

3.4.1. Materia prima y reactivos

Muestras de minas

cido clorhdrico

EDTA

Hidrxido de sodio

32

Ferricianuro de potasio

3,3 dimetilnaftdina

Acetato de sodio

Agua destilada

3.4.2. Cristalera

10 beackers de 500 mL

10 varillas de agitacin

10 erlenmeyer de 300 mL

2 vidrios reloj

2 cajas de papel filtro

1 microbureta de 5 mL

3 pisetas

10 embudos

2 balones aforados de 1 L

2 pipetas serolgicas de 10 mL

3 probetas de 10 mL

1 esptula

3.4.3. Equipos

Balanza marca Adventur, serie: G1231202040133, voltaje 8-14,5 V,

frecuencia 50/60 Hz. mxima capacidad 150 g, lectura mnima 0,001 g.

hecha en U.S.A.

2 planchas de calentamiento con agitacin, marca Corning, modelo PC-

620, 120 V/100 V, frecuencia 60 Hz, Potencia 1113 w, rango 0 4800 C,

0 1100 rpm

33

Potencimetro marca Orin Research

Campana de extraccin

3.5. Tcnica cualitativa o cuantitativa

Se utiliz una tcnica cuantitativa para buscar las causas del fenmeno a

travs de hiptesis. Esto se realiz por medio de las variables preestablecidas

anteriormente, agrupadas como muestras.

Figura 9. Diseo general tcnica cuantitativa

INICIO

Recoleccin

informacin

terica

Recoleccin

materia prima

Planeamiento de

los distintos

procesos a seguir

Determinacin de

Zinc

Propuesta

metodologa

Presentacin

tcnicaFIN


34

3.6. Recoleccin y ordenamiento de la informacin

La determinacin del porcentaje de Zinc en muestras mineras se trabaj

con distintos lotes procedentes de la mina Caquipec, Alta Verapaz, con bajo

contenido de hierro, as como muestras procedentes de una mina en San

Marcos, con alto contenido de hierro, y muestras con contenido orgnico. Para

ello se tom una serie de muestras modificando variables como peso de la

muestra, concentracin de ferricianuro, filtracin, precipitacin bsica con

amoniaco, y se mantuvo constante el pH dentro del rango de 5-6, debido al

rango en que trabaja el indicador 3,3 dimetilnaftidina.

Se trabaj con las muestras del lote 204 de la mina Caquipec

muestreadas por los laboratorios de SGS Per, se realizaron un total de 4

variaciones con 3 observaciones cada una, haciendo un total de 12

tratamientos, con el objetivo de evaluar la preparacin del ferricianuro y la

filtracin y precipitacin de la muestra.

Tabla V. Evaluacin de la preparacin del ferricianuro y la

precipitacin con filtracin de la muestra

Muestra pH Peso

Muestra

(g)

Preparacin

Ferricianuro

(das)

Concentracin

Ferricianuro

(g/muestra)

Precipitacin

con NH4OH

Filtracin

Lote

204 -

SGS

5 6 0,04

0,06

>4 0,006 No No

Lote

204 -

SGS

5 6 0,04

0,06

35

Continuacin tabla V.

Lote

204 -

SGS

5 6 0,04

0,06

>4 0,006 Si Si

Lote

204 -

SGS

5 6 0,04

0,06

36

3.7. Tabulacin, ordenamiento y procesamiento de la informacin

Consiste en determinar qu resultados de las variables se presentan, los

procedimientos y las relaciones entre las variables para dar respuesta al

problema.

3.7.1. Determinacin de Zinc

Consiste en la determinacin de Zinc, respecto a distintos procedimientos

con el fin de obtener el porcentaje de Zinc dentro de cada muestra:

Procedimiento

Lote 204 SGS con preparacin mayor a 4 das y concentracin 0,006

g/muestra, sin precipitacin y filtracin:

Se toma una muestra de 0,04 0,06 g;

Se agrega en un erlenmeyer;

Se adicionan 20 mL de agua destilada;

Se adicionan 3 mL de cido clorhdrico al 37%;

Se coloca el erlenmeyer en una plancha de calentamiento hasta

que el volumen disminuya a aproximadamente unos 5 mL;

Se traslada la mezcla a un beacker de 400 mL;

Se agrega agua destilada hasta alcanzar un volumen de 100 mL;

Se neutraliza con hidrxido de sodio;

Se agregan 3 mL de solucin de acetato de sodio 1 M;

Se ajusta pH en el rango de 5 6;

Se agregan 2 gotas de ferricianuro de concentracin 0,006

g/muestra y mayor a 4 das de preparacin;

37

Se agregan 3 gotas de solucin de amina;

Se ttula con EDTA 0,05 M, hasta observar viraje; y

Se anota volumen consumido de EDTA.

Lote 204 SGS con preparacin menor a 4 das y concentracin 0,006

g/muestra, sin precipitacin y filtracin:







Se traslada la mezcla a un beacker de 400 mL;

Se agrega agua destilada hasta alcanzar un volumen de 100 m;

Se neutraliza con hidrxido de sodio;




g/muestra y menor a 4 das de preparacin;




38

Lote 204 SGS con preparacin mayor a 4 das y concentracin 0,006

g/muestra, con precipitacin y filtracin:







Agregar 15 mL de agua destilada al erlenmeyer;

Colocar en plancha de calentamiento nuevamente y esperar

ebullicin;

Agregar 8 mL de NH4OH;

Filtrar y lavar con agua caliente hasta alcanzar un volumen de

aproximadamente 100 mL;

Se neutraliza con cido clorhdrico;




g/muestra y mayor a 4 das de preparacin;




39











ebullicin;









Se agrega 3 gotas de solucin de amina;



40











ebullicin;












41











ebullicin;












42











ebullicin;











Se anota volumen consumido de EDTA;

43

3.7.2. Determinacin de pH

El pH es un valor que representa la concentracin de los iones hidrgeno

dentro de una solucin acuosa, es importante la toma del mismo, debido a que

el indicador no trabaja en un pH con extremo bsico o cido. Por razones

prcticas se define de manera experimental con un potencimetro calibrado

peridicamente.

3.7.3. Preparacin amina

La amina es un indicador selectivo para el Zinc, es por ello, que se

utilizar para esta metodologa. La amina presenta la caracterstica de ser muy

insoluble en agua, por lo tanto, es necesario preparar la solucin en cido

actico glacial:

Procedimiento

Se pesa 0,1 g de 3,3 dimetilnaftidina;

Se agrega la muestra en un recipiente de color mbar;

Se adiciona 10 mL de cido actico glacial; y

Se agita hasta disolucin completa.

3.7.4. Preparacin de solucin acetato de sodio 1 M

El acetato de sodio es necesario para mantener el pH dentro del rango

aceptable durante la titulacin debido al efecto buffer producido por su in

comn, es por ello, que se prepara una solucin de 1 M.

44

Procedimiento

Se pesa 136 g de acetato de sodio;

Se agrega la muestra a un baln aforado de 1 L;

Se afora el recipiente; y

Se agita hasta disolucin completa.

3.7.5. Solucin en blanco

La solucin en blanco se realiz utilizando cloruro de Zinc estndar en

solucin, con la finalidad de modificar el factor en la determinacin de Zinc

debido a discrepancias en el mtodo por factores perturbadores. Estos factores

incluyen la temperatura ambiental, humedad, pequeas variaciones en la

concentracin de la solucin titulante, entre otros factores o variables.

Procedimiento

Se pesa una muestra de 0,04 0,06 g de la solucin de cloruro de Zinc;

Se mide un volumen de 100 mL de agua destilada;

En un beacker de 400 mL se agrega la muestra y el volumen de agua;



Se agregan 2 gotas de ferricianuro de concentracin 0,005 g/mL, con

preparacin menor a cuatro das;




45

La solucin en blanco con cloruro de Zinc se realiz cada da que se

llevan a cabo muestreos.

3.7.6. Tabulacin de datos

Consiste en presentar los datos en tablas o cuadros, necesarios para

alcanzar los objetivos planteados.

Tabla VII. Determinacin de Zinc porcentual por medio de EDTA

No.

Observacin

Masa

(g) pH

Volumen

EDTA

0,05 M

(mL)

% Zinc

Factor de

determinacin

Zinc

T

(C)

1 m1 pH1 V1 Zn1 F1 T1

2 m2 pH2 V2 Zn2 F2 T2

3 m3 pH3 V3 Zn3 F3 T3


Nota: esta tabla se realiz para todos los procedimientos anteriormente

descritos.

46

3.8. Anlisis estadstico

El anlisis de varianza de dos factores consta de dos factores y cuatro

tratamientos, cada combinacin define una celda en un arreglo de la siguiente

forma:

Tabla VIII. Celda arreglo para el anlisis de varianza de dos factores

A B Total

1 2

1

2

Total

Fuente: DEVORE, Jay. Probabilidad y estadstica para ingeniera y ciencias. p. 442.

La finalidad del anlisis de varianza es comprobar cul hiptesis es la

que mejor se ajusta a la parte experimental del estudio, aceptando la hiptesis

nula o la alternativa. Para el anlisis se utilizan las siguientes ecuaciones.

47

Tabla IX. Ecuaciones para el anlisis de varianza de dos factores

Fuente de

variacin

Suma de cuadrados Grados de

libertad

Cuadrado

medio

f

Nmero

das

preparacin

I-1 SSA/(I-1) MSA/MSE

Filtracin

J-1 SSB/(J-1) MSB/MSE

Error (I-1)(J-1) SSE/((I-

1)(J-1))

Total

IJ-1


Se utiliz un anlisis de varianza de un factor para evaluar la

concentracin de ferricianuro dentro de la muestra, para el cual se tiene el

siguiente arreglo:

48

Tabla X. Celda arreglo para el anlisis de varianza de un factor

A 1 2 3 n Media

n1 n11 n12 n13 n1n

n2 n21 n22 n23 n2n

nn nn1 nn2 nn3 nnn

Gran media


Tabla XI. Ecuaciones para el anlisis de varianza de un factor

Fuente de

variacin

Suma de cuadrados Grados

de

libertad

Cuadrado

medio

f

Concentracin

ferricianuro

I-1 SSTr/(I-1) MSA/MSE

Error I(J-1) SSE/(I(J-

1))

Total

IJ-1


49

4. RESULTADOS

Tabla XII. Factor promedio en la determinacin de Zinc con una

concentracin de EDTA de 0,05 M

Factor

determinacin

Zinc

0,30550635

Fuente: elaboracin propia basado en tabla XLI.

Tabla XIII. Determinacin del porcentaje de Zinc para muestra

procedente mina Caquipec, utilizando ferricianuro

con preparacin mayor a 4 das y sin filtrar

Muestra % Zinc % Zinc media Dato

SGS

% Error

media

1 21,54526

21,8513167 17,91 22,1737394 2 21,29662

3 22,80207

Fuente: elaboracin propia basado en tabla XLIII.

50

Tabla XIV. Determinacin del porcentaje de Zinc para muestra


con preparacin menor a 4 das y sin filtrar


SGS

% Error

media

1 22,83469

21,8844038 17,91 22,190976 2 21,50293

3 21,31559

Fuente: elaboracin propia basado en tabla XLIV.

Tabla XV. Determinacin del porcentaje de Zinc para muestra


con preparacin mayor a 4 das y con filtracin


SGS

% Error

media

1 16,76414

16,9097578 17,91 5,584825 2 16,71617

3 17,24896

Fuente: elaboracin propia basado en tabla XLV.

51

Tabla XVI. Determinacin del porcentaje de Zinc para muestra


con preparacin menor a 4 das y con filtracin


SGS

% Error

media

1 17,23071

17,4631822 17,91 2,49479511 2 17,74384

3 17,41500

Fuente: elaboracin propia basado en tabla XLVI.

Tabla XVII. Determinacin del porcentaje de Zinc para muestra

procedente mina Caquipec, con 0,006 g

de ferricianuro


SGS

% Error

media

1 17,89542

17,7750255 17,59 2,58972104 2 17,18424

3 18,24542

Fuente: elaboracin propia basado en tabla XLVII.

52

Tabla XVIII. Determinacin del porcentaje de Zinc para muestra


de ferricianuro


SGS

% Error

media

1 16,18603

16,4006039 17,59 6,76177416 2 16,24293

3 16,77286

Fuente: elaboracin propia basado en tabla XLVIII.

Tabla XIX. Determinacin del porcentaje de Zinc para muestra


de ferricianuro


SGS

% Error

media

1 16,51148

16,338661 17,59 7,11392279 2 16,42088

3 16,08362

Fuente: elaboracin propia basado en tabla XLIX.

53

Figura 10. Determinacin de Zinc al variar nmero de das de

preparacin de ferricianuro y filtracin

de la muestra

Fuente: elaboracin propia basado en tablas XLIII-XLVI.

Figura 11. Determinacin de Zinc al variar concentracin de

ferricianuro en la muestra

Fuente: elaboracin propia basado en tablas XLVII-XLIX.

0

5

10

15

20

25

204 SGS 204 Ferri >4 Sin Filtrar

204 Ferri 4 Filtrado

204 Ferri

54

Figura 12. Porcentaje de error en la determinacin de Zinc al variar

nmero de das de preparacin de ferricianuro y


Fuente elaboracin propia basado en tablas XLIII-XLVI.

Figura 13. Porcentaje de error en la determinacin de Zinc al variar

concentracin de ferricianuro en la muestra

Fuente: elaboracin propia basado en tablas XLVII-XLIX.

0

5

10

15

20

25

204 Ferri >4 Sin Filtrar

204 Ferri 4 Filtrado

204 Ferri

55

Tabla XX. Comparacin de costos y tiempo de anlisis respecto a SGS

y laboratorio de la mina Caquipec

Tiempo Costo (Q)

SGS 2 meses 500,00

Laboratorio mina

Caquipec

2 das 46,64

Fuente: elaboracin propia basado en tabla LI.

Tabla XXI. Condiciones propuestas para la metodologa en la

determinacin de Zinc

Variable

Valor

Tiempo de preparacin de

ferricianuro

< 4 das

Concentracin ferricianuro 0,006 g

Precipitacin y filtracin Si

Fuente: elaboracin propia basado en tabla L.

57

5. INTERPRETACIN DE RESULTADOS

El objetivo del presente trabajo de graduacin fue la propuesta de una

metodologa para la determinacin de Zinc en muestras procedentes de minas

con contenido de hierro, as como material orgnico.

Las muestras estudiadas provienen de la mina Caquipec, ubicada en Alta

Verapaz. El Zinc en dichas muestras se encuentra en carbonatos, el porcentaje

de Zinc vara en profundidad y por sector de muestreo.

Para llevar a cabo este objetivo se evalu un mtodo que consiste en la

complejometria del metal Zinc con la sal dsodica de EDTA y la utilizacin de

3,3 dimetilnaftidina y ferricianuro como indicador, variando la concentracin de

ferricianuro, el tiempo de preparacin y la utilizacin de amoniaco para la

precipitacin del hierro y cmo estos factores alteran el mtodo.

Primeramente se evalu el porcentaje de Zinc cuando se precipita el

hierro y se filtra, contra el nmero de das de preparacin de ferricianuro. En

dicha evaluacin se encontr que cuando la preparacin de ferricianuro es

menor que cuatro das y la muestra no es filtrada el error respecto a SGS es el

ms elevado y que cuando la muestra es filtrada y la preparacin de ferricianuro

es menor que cuatro das el error es el ms bajo.

Se evaluaron asimismo, las hiptesis nulas de que la determinacin de

Zinc no vara significativamente cuando se precipita el hierro y que la

determinacin de Zinc no vara significativamente cuando se cambia el nmero

de das de preparacin de ferricianuro.

58

Esto se realiz por medio de un anlisis de varianza de dos factores con

un nivel de significancia del 0,10 y se encontr que la determinacin de Zinc si

depende de la precipitacin y filtracin del hierro dentro de la muestra,

asimismo, se hall que el nmero de das de preparacin de ferricianuro no

afecta la determinacin de Zinc.

Se realiz una prueba de hiptesis para diferencia de medias con

varianzas desconocidas pero iguales, para probar si el nmero de das de

preparacin no afecta la determinacin de Zinc en ambos casos cuando se

precipita y filtra el hierro, as tambin, cuando no se precipita y filtra. Se

encontr que cuando no se precipita y filtra el hierro el nmero de das de

preparacin de ferriacianuro no afecta la determinacin de Zinc, pero, cuando el

hierro si se precipita y filtra, el nmero de das de preparacin de ferricianuro si

afecta la determinacin de Zinc.

Por ltimo, se evalu el porcentaje de Zinc cuando varia la concentracin

de ferricianuro. Utilizando concentraciones de 0,006, 0,003 y 0,0005 g/muestra.

Se hall que cuando la concentracin es de 0,006 g/muestra el error respecto a

anlisis de SGS es el menor y cuando la concentracin es de 0,0005 g/muestra

el error respecto a SGS es el mayor.

Se evalu la hiptesis nula que la determinacin de Zinc en tres dichas

concentraciones es la misma. Esto se llev a cabo por un anlisis de varianza

de un factor y se encontr que la determinacin de Zinc vara significativamente

al variar la concentracin de ferricianuro.

Para tener un anlisis ms detallado si utiliz la prueba de Turkey para

observar si la determinacin de Zinc es diferente en las tres concentraciones o

si vara significativamente solo en una.

59

Se hall que la determinacin de Zinc solo vara significativamente

cuando la concentracin de ferricianuro es de 0,006 g/muestra. Mientras que

para concentraciones de 0,005 y 0,0003 g/muestra la variacin no es

significativa.

Por ltimo se evalu por medio de una prueba de hiptesis para la media

de una poblacin para determinar a qu condiciones el mtodo proporciona un

valor igual a SGS. Utilizando un nivel de significancia de 0,10 se encontr que

el mtodo es igual a SGS cuando la concentracin de ferricianuro es de 0,006

g/muestra, el nmero de das de preparacin de ferricianuro es menor a cuatro

das y cuando se precipita y se filtra el hierro de la muestra.

61

CONCLUSIONES

1. El menor porcentaje de error en la determinacin de Zinc, se obtuvo

cuando la concentracin de ferricianuro es de 0,006 g, el tiempo de

preparacin de ferricianuro es menor a 4 das y la muestra es filtrada.

2. El mayor porcentaje de error en la determinacin de Zinc, se obtuvo

cuando la concentracin de ferricianuro es 0,006 g, el tiempo de

preparacin de ferricianuro es menor a 4 das y la muestra no es filtrada.

3. Existe variacin significativa en la determinacin de Zinc cuando existe

variacin en el tiempo de preparacin de ferricianuro cuando la muestra

es filtrada.

4. Existe variacin significativa en la determinacin de Zinc cuando se vara

la concentracin de ferricianuro.

5. La gestin para el trmite de anlisis por muestra se reduce de 2 meses

a 2 das.

6. El costo de anlisis por muestra se reduce de Q500,00 a Q46,96.

63

RECOMENDACIONES

1. Cerca del punto de viraje es conveniente esperar medio minuto entre

gota y gota de titulante, debido a que el viraje no es rpido.

2. Proponer otros mtodos para determinacin de otros metales en

muestras mineras.

3. Al realizar cualquier anlisis, procurar el uso de equipo de seguridad

personal.

4. El rango de pH para el presente mtodo deber ser siempre entre 5 6,

fuera del cual no es posible realizar el anlisis.

5. La temperatura de la solucin deber estar en el rango de 25 y 30 C.

6. Estudiar el efecto que tiene el amoniaco como acomplejante en la

determinacin de Zinc por medio de EDTA.

65

BIBLIOGRAFA

1. AYRES, Gilbert. Anlisis qumico cuantitativo. 2a ed. Mxico: Mexicana,

1970. 740 p. ISBN 9788421902806.

2. CABRERA, Nstor. Fundamentos de qumica analtica bsica. 2a ed.

Espaa: Universidad de Caldas, 2007. 290 p. ISBN

9789588319001.

3. CHRISTIAN, Gary. Qumica analtica. 6a ed. Espaa: Limusa, 2009. 828

p. ISBN 9789701072349.

4. DEVORE, Jay. Probabilidad y estadstica para ingeniera y ciencias. 6a

ed. Mxico: Thomson, 2005. 744 p. ISBN 9789706868312.

5. FRITZ, James. Qumica analtica cuantitativa. 3a ed. Mxico:

Limusa,1992. 786 p. ISBN 9789681801441.

6. HARRIS, Daniel. Anlisis qumico cuantitativo. 3a ed. Espaa: Reverte,

2003. 744 p. ISBN 9788429172249.

7. HARVEY, David. Qumica analtica moderna. 3a ed. Espaa: McGraw-

Hill, 2002. 571 p. ISBN 9788448136352.

8. NORDMANN, Joseph. Anlisis cualitativo y qumica inorgnica. Mxico:

Continental, 1979. 548 p.

67

APNDICES

69

Apndice 1. Tabla de requisitos acadmicos

Licenciatura en

Ingeniera Qumica

Qumica

Operaciones

Unitarias

Fisicoqumica

Ciencias Bsicas

y

Complementarias

Qumica 3 y

Qumica 4

Analisis

Cualitativo y

Cuantitativo

Qumica

Orgnica

IQ-1

Balance de Masa

y Energa

IQ-2

Flujo de Fluidos

IQ-3

Transferencia de

Calor

IQ-4

Transferencia de

Masa

IQ-5

Transferencia de

Masa en

Unidades

Continuas

Estadstica 2Experimentos

Factoriales

Anlisis de

Varianza

Transferencia de

Momentum

Transferencia de

Calor

Principios de

Transferencia de

Masa

Contacto

Interfacial

Lquido Slido

Naturaleza del

indicador

Evaporacin

Difusividad

Lixiviacin

Balance de Masa

Reacciones

REDOX,

precipitacin,

complejometria

Principios

Fisicoqumicos


70

Apndice 2. rbol de problemas

Dependencia de

laboratorios

externos

Costos altosTiempo elevado

de anlisis

Toma de

decisiones lenta

Desconocimiento

del % de zinc del

material

Laboratorio no

certificado

Falta de

metodologa

confiable

PROBLEMA

CENTRAL

EFECTOS

CAUSAS


71

Apndice 3. Muestra de clculo

Determinacin del porcentaje de Zinc dentro de las muestras:

[Ecuacin 1]

Donde

% Zn = porcentaje de Zinc [%]

V = volumen de EDTA consumido [mL]

m = masa de la muestra desconocida [g]

F = factor [g/mL]

Ejemplo: determinacin del porcentaje de Zinc de la muestra 1 de la tabla XLIII.

Nota: de la misma forma como se determin en el ejemplo, se determinaron los

valores en las tablas XLI y XLII.

Determinacin valor promedio:

[Ecuacin 2]

72

Donde

= valor promedio

n = nmero de datos totales

= valor dato i

Ejemplo: determinacin del factor promedio para la determinacin de Zinc

segn datos de la tabla XLI.


valores en las tablas XLIII hasta XLIX.

Determinacin error de precisin:

[Ecuacin 3]

Donde

% Er = porcentaje de error

= dato terico

D = dato a comparar

Ejemplo: determinacin del error por precisin para la determinacin de Zinc

para la muestra 1 de la tabla XLIII.

73


valores en las tablas XLIII hasta XLIX.

Determinacin de la desviacin estndar:

[Ecuacin 4]

Donde

= valor promedio

n = nmero de datos totales

= valor dato i

= desviacin estndar

Ejemplo: determinacin de la desviacin estndar para el mtodo cuando

ferricianuro es mayor a 4 das y no se filtra la muestra, segn tabla L.

74


valores en la tabla L.

Determinacin t de student:

[Ecuacin 5]

Donde

= desviacin estndar

= valor promedio

= media poblacional

z = estadstico de prueba

Ejemplo: determinacin del estadstico de prueba para la t de student para el

mtodo cuando ferricianuro es mayor a 4 das y no se filtra la muestra, segn

tabla L.


valores en la tabla L.

75

Apndice 4. Anlisis estadstico

El anlisis de varianza es una coleccin de modelos estadsticos y sus

procedimientos asociados, en el cual la varianza est particionada en ciertos

componentes debidos a diferentes variables explicativas.

El anlisis de varianza de dos factores consta de dos factores y cuatro

tratamientos, cada combinacin define una celda en un arreglo de la siguiente

forma:

Tabla XXII. Celda arreglo para el anlisis de varianza de dos factores

A B Total

1 2

1

2

Total


La finalidad del anlisis de varianza es comprobar cul hiptesis es la

que mejor se ajusta a la parte experimental del estudio, aceptando la hiptesis

nula o la alternativa. Para el anlisis se utilizan las siguientes ecuaciones.

76

Tabla XXIII. Ecuaciones para el anlisis de varianza de dos factores

Fuente de

variacin

Suma de cuadrados Grados de

libertad

Cuadrado

medio

f

Nmero

das

preparacin

I-1 SSA/(I-1) MSA/MSE

Filtracin

J-1 SSB/(J-1) MSB/MSE

Error (I-1)(J-1) SSE/((I-

1)(J-1))

Total

IJ-1


Empleando un anlisis de varianza de dos factores (nmero das de

preparacin ferricianuro y filtracin) con un nivel de significancia de 0,10 se

busco probar las siguientes hiptesis:

Ho: la determinacin de Zinc no depende del nmero de das de preparacin de

ferricianuro.

Ho: la determinacin de Zinc no depende de la precipitacin bsica con

amoniaco y su posterior filtracin.

Ha: la determinacin de Zinc si depende del nmero de das de preparacin de

ferricianuro.

77

Ha: la determinacin de Zinc si depende de la precipitacin bsica con


Comparativo: 39,86

Con base en los datos de error de las muestras se construy la siguiente

tabla:

Tabla XXIV. Anlisis de varianza del nmero de das de preparacin

de ferricianuro contra precipitacin y


Das

preparacin

ferricianuro

Precipitacin y filtracin Total

Si No

>4 5,58 22,17 27,75

78

Tabla XXV. Fuentes de variacin del anlisis de varianza del nmero

de das de preparacin de ferricianuro contra

precipitacin y filtracin de la muestra

Fuente de

variacin

Suma de

cuadrados

Grados de

libertad

Cuadrado

medio

f

calculada

f

tabulada

Nmero das

preparacin

2,35 1 2,35 0,96 39,86

Filtracin 329,23 1 329,23 135,48 39,86

Error 2,43 1 2,43

Total 334,01 3

Fuente: elaboracin propia basado en tabla XXIV.

Con base en esto se concluye que:

La determinacin de Zinc si depende de la precipitacin bsica con


La determinacin de Zinc no depende del nmero de das de preparacin

del ferricianuro.

Al aceptar la hiptesis en la a cual se afirma que la determinacin de Zinc

no depende del nmero de das de preparacin del ferricianuro, se evalu por

tratamiento separado, es decir, cundo hay filtracin y cundo no hay filtracin

Para ello, se hizo uso de una prueba de hiptesis diferencia de medias

de dos poblaciones. El primer grupo evaluado es cundo no hay precipitacin,

con un nivel de significancia de 0,10 se busco evaluar las siguientes hiptesis:

79


ferricianuro cundo no hay precipitacin.


ferricianuro cundo no hay precipitacin.

El comparador es 2,132

El estadstico de prueba es:

Donde

Xn = media de los datos

sp = desviacin de varianzas desconocidas

nn = nmero de datos

Tabla XXVI. Estadstico de prueba determinacin de Zinc en funcin

nmero das de preparacin ferricianuro

cuando no hay filtracin

Muestra n sp

1 22,17 3 4,56

2 22,19 3

Fuente: elaboracin propia basado en tablas XLIII y XLIV.

80

La t calculada es de 0,011, el cual es un valor menor que 2,132 por lo

cual se acepta la hiptesis nula: la determinacin de Zinc no depende del

nmero de das de preparacin de ferricianuro cuando no hay precipitacin.

El segundo grupo evaluado es cundo si hay precipitacin, con un nivel

de significancia de 0,10 se busco evaluar las siguientes hiptesis:


ferricianuro cundo si hay precipitacin.


ferricianuro cundo si hay precipitacin y filtracin.

El comparador es 2,132

Tabla XXVII. Estadstico de prueba determinacin de Zinc en funcin

nmero das de preparacin ferricianuro

cuando si hay filtracin

Muestra n sp

1 5,58 3 1,54

2 2,49 3

Fuente: elaboracin propia basado en tablas XLV y XLVI.

La t calculada es de 2,45, el cual es un valor mayor que 2,132 por lo cual

se rechaza la hiptesis nula: la determinacin de Zinc si depende del nmero de

das de preparacin de ferricianuro cundo si hay precipitacin y filtracin.

81

Por ltimo, se realiz un anlisis de varianza de un factor para evaluar la

concentracin de ferricianuro dentro de la muestra.

Tabla XXVIII. Celda arreglo para el anlisis de varianza de un factor

A 1 2 3 n Media

n1 n11 n12 n13 n1n

n2 n21 n22 n23 n2n

nn nn1 nn2 nn3 nnn

Gran media


Tabla XXIX. Ecuaciones para el anlisis de varianza de un factor

Fuente de

variacin

Suma de cuadrados Grados

de

libertad

Cuadrado

medio

f

Concentracin

ferricianuro

I-1 SSTr/(I-1) MSA/MSE

Error I(J-1) SSE/(I(J-

1))

Total

IJ-1


82

Empleando un anlisis de varianza de un factor (concentracin de

ferricianuro) con un nivel de significancia de 0,10 se busco probar las siguientes

hiptesis:

Ho: la determinacin de Zinc no depende de la concentracin de ferricianuro.

Ha: la determinacin de Zinc si depende de la concentracin de ferricianuro.

Con base en los datos de error de las muestras se construy la siguiente

tabla:

Tabla XXX. Anlisis de varianza de la concentracin de ferricianuro

Concentracin 1 2 3 Media

0,0060 0,08 4,05 1,87 6,00 2,00

0,0030 9,62 7,65 4,76 22,03 7,35

0,0005 6,06 6,61 8,62 21,31 7,10

Gran media 16,45

Fuente: elaboracin propia basado en tablas XLVII, XLVIII y XLIX.

83

Tabla XXXI. Fuente de variacin de la concentracin de ferricianuro

Fuente de

variacin

Suma de

cuadrados

Grados de

libertad

Cuadrado

medio

f

Concentracin

ferricianuro

295,08 2 147,54 21,22

Error 23,44 6 3,90

Total 318,52 8


El comparador es F = 3,11, por lo cual se rechaza la hiptesis nula: la

determinacin de Zinc si depende de la concentracin de ferricianuro.

Se realiz por ltimo la prueba de Turkey y se encontr que a las

concentraciones de 0,003 y 0,0005 gramos por muestra no existe variacin

significativa.

84

Apndice 5. Datos originales

Tabla XXXII. Volumen consumido EDTA para muestra 204 procedente

mina Caquipec, utilizando ferricianuro con preparacin

mayor a 4 das y sin filtrar

Muestra

No.

Masa

(g)

pH Vol EDTA

(mL) Factor

T

(C)

1 0,0508 6,00 3,60 0,304028 30

2 0,0414 5,80 2,90 0,304028 28

3 0,0560 5,75 4,20 0,304028 28

Fuente: elaboracin propia basado en datos de mina Caquipec.

Tabla XXXIII. Volumen consumido EDTA para muestra 204 procedente


menor a 4 das y sin filtrar

Muestra

No.

Masa

(g)

pH Vol EDTA

(mL) Factor

T

(C)

1 0,0466 5,60 3,50 0,304028 27

2 0,0509 5,90 3,60 0,304028 26

3 0,0542 5,80 3,80 0,304028 27


85

Tabla XXXIV. Volumen consumido EDTA para muestra 204 procedente


mayor a 4 das y con filtracin

Muestra

No.

Masa

(g)

pH Vol EDTA

(mL) Factor

T

(C)

1 0,0535 6,00 2,95 0,304028 25

2 0,0484 5,80 2,65 0,305307 28

3 0,0531 5,75 3,00 0,305307 28


Tabla XXXV. Volumen consumido EDTA para muestra 204 procedente


menor a 4 das y con filtracin

Muestra

No.

Masa

(g)

pH Vol EDTA

(mL) Factor

T

(C)

1 0,0567 6,00 3,20 0,305307 26

2 0,0542 5,80 3,15 0,305307 26

3 0,0561 5,75 3,20 0,305307 26


86

Tabla XXXVI. Volumen consumido EDTA para muestra 179 procedente

mina Caquipec, con 0,006 g de ferricianuro

Muestra

No.

Masa

(g)

pH Vol EDTA

(mL) Factor

T

(C)

1 0,0563 5,45 3,30 0,305307 25

2 0,0533 5,75 3,00 0,305307 25

3 0,0502 5,75 3,00 0,305307 25


Tabla XXXVII. Volumen consumido EDTA para muestra 179 procedente

mina Caquipec, con 0,003 g de ferricianuro

Muestra

No.

Masa

(g)

pH Vol EDTA

(mL) Factor

T

(C)

1 0,0545 5,90 2,90 0,304186 29

2 0,0515 6,05 2,75 0,304186 28

3 0,0535 5,80 2,95 0,304186 29


87

Tabla XXXVIII. Volumen consumido E

QUÍMICA ANÁLISIS

Documents

Transcript of QUÍMICA ANÁLISIS