Informe De Gases.docx

1.

Medición de la cantidad de NaHCO3 en una pastilla de Alka-seltzer a partir de la extracción de CO2 Fran Steven Cabezas a , Elkin Blanquicetb a

Universidad Nacional de Colombia. Sede Bogotá. Facultad de Ciencias. Cra 45 # 26- 85, Bogotá 11001. Colombia Universidad Nacional de Colombia. Sede Bogotá. Facultad de Ciencias. Cra 45 # 26- 85, Bogotá 11001. Colombia

b

INFORM AC IÓN DE L ART ÍCULO

Palabra clave: Gases Ecuación de estado Extracción Bicarbonato Ácido acético

RESUMEN En este artículo se describirá la práctica de laboratorio que consiste en la medición de la cantidad de NaHCO3 en concentración masa sobre masa de una pastilla de Alka-setzer, para esto se aplicará la ecuación de estado del gas ideal. Se realizará también un análisis estadístico de los datos obtenidos en el laboratorio y un posterior análisis de los mismos, con esto se busca entender el porqué de los resultados conseguidos en la práctica. Con esta sencilla práctica se puede evidenciar muy bien el comportamiento de los gases de acuerdo con la ecuación de estado, estimar en un rango restringido sus limitaciones, así como de la metodología aplicada. .

1. Introducción

2.1.

El Alka-setzer, producido por la empresa Bayer, es uno de los medicamentos más usados alrededor del mundo, por lo que su control de calidad debería estar a la altura, en el presente estudio determinaremos si la concentración que se reporta en cada pastilla es la correcta

En una cubeta con agua se introdujo una probeta de 100,0ml que se llenó hasta el tope, con cuidado se invirtió hasta que quedó en posición vertical, evitando que el agua dentro de ella escapara; por la boquilla de la probeta se introdujo el extremo de la manquera por la que circularía el gas. Hecho esto se tomó aproximadamente un octavo de la pastilla para evitar errores de sobresaturación de gas, es recomendable hacer el cálculo de dividir en 8 la masa total de la pastilla, ya que se puede sobrepasar la masa necesaria cuando se usa estimación visual.

2.

Marco teórico

El Alka-setzer es un analgésico, antiácido y coadyuvante en el tratamiento de los trastornos dispépticos agudos, su posología consiste en una o dos pastillas disueltas en un vaso de agua, no se deben consumir más de 8 tabletas al día, esto para los adultos y para los menores de 12 años se recomienda la mitad de la dosis. Se debe tener precaución al tomar este medicamento cuando se tiene una enfermedad hepática o renal, el uso de Ibuprofeno conjunto al de este producto disminuirá el efecto de la aspirina (ácido acetilsalicílico). Sus efectos adversos son: nauseas, diarrea, vómito y en casos de ser alérgico la ingesta puede generar disnea (falta de aire) y reacciones cutáneas, de presentarse y persistir los síntomas se debe remitir a su médico de confianza. El producto debe ser conservado en un lugar con ausencia de luz a menos de 25°C, comercialmente es de venta libre y no requiere de receta médica para su consumo; los valores por unidad son 1,976 g de Bicarbonato de Sodio, 1,000 g de Ácido Cítrico y 0,324 g Ácido acetilsalicílico. (Klemm R., 2017, Bayer S.A. - Región Andina).

Montaje y metodología

En un balón de fondo plano, se agregaron 25 ml de ácido acético a l 4% aproximadamente (vinagre blanco), posterior a esto, se tomó el balón en posición horizontal cuidando que el líquido no toque las paredes de la apertura del balón, con fin de evitar que la pastilla efervesca antes de comenzar la extracción de gas. Seguidamente se introdujo en la boca del balón la pastilla, cuidando que esta no caiga en el vinagre, para esto se usó en lagunas medidas un papel parafinado que permitía evitar la pérdida de cantidad de sustancia por manipulación es inconscientes, seguidamente usando la punta de la manguera que posee un tapón se selló el balón y se dejó caer la pastilla al vinagre cambiando de posición el balón. Por último se agitó vigorosamente para que todo el bicarbonato de sodio de la pastilla reaccione; la probeta se llenó gradualmente con CO2; si el gas producido sobrepasaba la cantidad de mililitros que permite medir la probeta, se debería parar el proceso y repetir el montaje. (En la figura 1. Se puede observar el montaje esperado.)

2 𝑷 𝒂𝒕𝒎 = 𝑷𝒈𝒂𝒔 + 𝑷 𝒄𝒐𝒍𝒖𝒎𝒏𝒂 + 𝑷 𝒗𝒂𝒑𝒐𝒓 𝑯𝟐𝑶 Ecuación 2. Presión de un gas Para la presión de la columna se usó la medida de la columna de agua anteriormente mencionada y se efectuó el siguiente cálculo:

𝑿𝒄𝒎 𝑯𝟐𝑶 ×

𝟏𝟎 𝒎𝒎 𝟏 𝒎𝒎 𝑯𝒈 × = 𝑿𝒎𝒎 𝑯𝒈 𝟏 𝒄𝒎 𝟏𝟑, 𝟔 𝒎𝒎 𝑯𝟐𝑶

Ecuación 3. Cambio de cm de agua a mm de mercurio Figura 1. Montaje recolección de gases

𝑵𝒂𝑯𝑪𝑶𝟑 + 𝑪𝑯𝟑𝑪𝑶𝑶𝑯 → 𝑯𝟐𝑶 + 𝑪𝑶𝟐 + 𝑪𝑯𝟑𝑪𝑶𝑶𝑵𝒂 Ecuación 1. Reacción del bicarbonato de sodio con el ácido acético

Donde X cm H2O son los cm medidos y aplicando los factores de conversión de cm a mm y de mm de H2O a mm de Hg a través de la densidad aproximada del mercurio (Hg) obtendremos la presión en esta unidad. Después usando la ecuación de los gases ideales se hallaron las moles de CO2, matemáticamente la llamada ecuación de estado se expresa como:

Figura 2. Diagrama de flujo de la composición de un Alka-

PV=nRT Donde, P, es la presión del gas en atmosferas, V, es el volumen que ocupa en Litros, n, es la cantidad de gas que hay en moles, R, es la constante de los gases ideales 0,082 y T, es la temperatura en grados Kelvin. Con las moles halladas; a través del uso de la ecuación de reacción del bicarbonato de sodio y el vinagre (Ecuación 1.), se obtuvieron las moles de bicarbonato que estaban presentes en la pastilla y luego su masa.

Por último se calculó el porcentaje en masa usando la masa de bicarbonato que hallamos en el paso anterior, dividiendo entre la masa de la muestra de pastilla que usamos y se multiplicó por 100, así:

Seltzer y su reacción frente al ácido acético.

De cada medidas:

montaje exitoso se tomaron

las siguientes 𝑋𝑚𝑜𝑙 𝐶𝑂2 ×

El volumen ocupado por el gas leyendo el valor de la probeta por la parte inferior del menisco que se forma, tomando el valor con las cifras significativas que permitía y la unidad pertinente (ml). Luego, con una regla se midió la columna de agua resultante, desde la superficie del agua en el recipiente hasta la que fue desplazada por el gas, dio en cm. Para calcular la presión del gas necesitamos conocer la presión de vapor del agua, la cual se consultó en la literatura y que depende de la temperatura a la que se encuentre el agua; la presión atmosférica en la que encontraba el laboratorio y la presión de la columna.

1𝑚𝑜𝑙 𝑁𝑎 𝐻𝐶𝑂3 84,0 𝑔 𝑁𝑎𝐻𝐶𝑂3 × = 𝑋 𝑔 𝑁𝑎𝐻𝐶𝑂3 1𝑚𝑜𝑙 𝐶𝑂2 1 𝑚𝑜𝑙 𝑁𝑎𝐻𝐶𝑂3

Ecuación 5.conversión de moles de dióxido de carbono a gramos de bicarbonato de sodio

____________________________________________________________________________________________________ 3.

Resultados

Tabla 1. Análisis estadístico de los datos obtenidos por el grupo. (t Student del 95%)

Muestra 1 2 3 4

xi0,432 0,542 0,052 -1,028 2178,4 272,3

porcentaje en masa (%) 48,41 48,52 48,03 46,95 191,9 48,0

Σ

S Sx µ

0,718405712426897 0,415 (46,7-49,3)

(xi- )² 0,187 0,294 0,003 1,056 1,5 0,2

µµ+ t*Sx

46,7 49,3 1,3

Tabla 2. Datos recolectados en el laboratorio por el grupo y promedio de cada cualidad después de descartar. Muestra

masa

Volume de gas (ml)

Columna de agua (cm)

Temperature (°C)

Presión de Gas (mm Hg)

Moles de gas (mol)

Masa de NaHCO3 (g)

Porcentaje en masa (%)

1

0,3824

73,1

4,60

17,0

545,1

0,00220

0,185

48,4

2

0,3500

67,2

6,12

17,0

544,0

0,00202

0,170

48,5

3

0,3768

71,5

5,68

16,8

544,5

0,00215

0,181

48,0

0,370

70,6

5,47

16,9

544,5

0,00213

0,179

48,3

47,978 11,9 19,9 59,9

E Er% valor esperado

Tabla 3.Análisis estadístico de los datos recolectados en el laboratorio. (t Student del 95%)

Grupo

Dato a trabajar de porcentaje (%) de bicarbonato en la pastilla de medicamento

xi-

(xi- )²

1

50,2

0,991

0,981900826

2

50,9

1,690909091 2,859173554

3

50,6

1,390909091 1,934628099

4

50,6

1,390909091 1,934628099

5

46,5

6

43,8

7

49

8

48,6

9

49,3

10

48,2

11

53,6

-2,7

7,3

-5,4 29,3 0,209090909 0,043719008 0,609090909 0,370991736 0,090909091 0,008264463 1,009090909 1,018264463 4,4

19,3

4 Σ

541,300

0,000

65,0

49,209

0,000

5,9

S

2,55008021264216

µ-

47,41242

Sx

0,806

µ+

51,00576

µ

(47,4-51,0)

t*Sx

1,796673

Tabla 3. Tabla de datos recolectados en el laboratorio después de descartar.

Grupo

Dato a trabajar de porcentaje (%) de bicarbonato en la pastilla de medicamento

1

50,2

2

50,9

3

50,6

4

50,6

7

49

8

48,6

9

49,3

10

48,2 49,68%

4.

E

10,2

Er%

17,0

valor esperado

59,9

Análisis y discusión.

Se puede observar en la Tabla 1 que los porcentajes masa sobre masa de NaHCO3 obtenidos por el grupo se encuentran en una media de 48,3%, después de descartar un dato que se sale del intervalo de confianza según el cálculo con t-student. Este valor se encuentra entre los más bajos obtenidos en la práctica y 0,9 debajo del porcentaje promedio de todo el laboratorio y tiene 11,9 de error absoluto; se asume que es muy poco probable que se debiera a la manipulación de la pastilla dado que la precisión de los datos obtenidos por el grupo es bastante alta si se le compara con la precisión de todos los grupos, esto nos indica que las medidas fueron tomadas de manera similar y teniendo en cuenta que el grupo procuró en la medida de lo posible, no manipular la pastilla después de pesada más allá de lo estrictamente necesario se decidió asumir que esto pudo deberse a algún escape de gas por las conjunturas del montaje o la evaporación de CO 2 debido al vapor de agua del aire. El promedio en general de porcentaje masa sobre masa obtenido en todo el laboratorio (49,68%) fue mucho menor que el reportado en el empaque de la pastilla Alka-seltzer. Es muy probable que este error absoluto tan grande (10,2) se deba al escape de gas en los montajes realizados en la práctica, que parte del gas se quedara atrapado en la manguera y no fuera tomado en cuenta al momento de medir la columna de agua, esto se menciona dado que fue una de las razones por las que se descartó una medida realizada por el grupo 8, o a que el vapor de agua del aire generara un escape de gas antes de poder medirlo. Es de tener en cuenta que la manera de recolección de gases vista en la práctica puede desembocar en

resultados poco exactos, ya que es propensa a los errores humanos y al escape de gas, el medir la columna de agua de manera tan superficial puede llevar a cálculos errados. También es importante recordar que la fórmula de estado es un modelo que se aplica a gases ideales, que son aquellos que por su definición tienen un comportamiento que coincide a la perfección con la ecuación de estado, en este sentido el bajo porcentaje de moles obtenidas de CO2 puede deberse a la aplicación de un modelo que no coincide a la perfección con el comportamiento de este gas. (Brown, 2004)

5.

Conclusiones

Es importante tener mucho cuidado con los escapes y la manipulación de la pastilla si se quieren resultados exactos con la utilización de esta técnica para el cálculo de cantidad de sustancia por la efervescencia, por supuesto la correcta y rápida manipulación de los implementos de trabajo es clave para lograr un resultado satisfactorio. Para un cálculo más exacto de la cantidad de NaHCO3 se debería utilizar una técnica que no permitiera tantos errores de cálculo y procedimentales. Es importante revisar si la reacción de la ecuación estudiada es la única que se da en el experimento que implique un gasto del carbono presente en el NaHCO3, pues podrían existir otras que consuman el CO2 que se libera de la reacción y así disminuir la cantidad de gas que se mide en la probeta.

6.

Referencias

Brown, T. L., LeMay H.E., Bursten B. E., Murphy C.J. Química la Ciencia Central. 9ª adición. Pearson education. Mexico. 2004. Klemm R., 2017, Alka-Seltzer® Perú, Bogotá, Bayer S.A. Región Andina. Trujillo, C.A.; Sánchez R., J.E. Técnicas y medidas básicas en el Laboratorio de Química. Universidad Nacional de Colombia. Unibiblos, Bogotá, Colombia. 2007.