Supuesto 7

La preparación de disoluciones de concentración conocida es una destreza básica de todo laboratorio de Química y el punto de partida de las valoraciones ácido-base, la espectrofotometría o los estudios de cinética. Esta práctica integra las dos vías complementarias de trabajo —la pesada de un soluto sólido y la dilución de una disolución madre— con la aplicación rigurosa de las normas de seguridad y del etiquetado CLP, el marco legal vigente para la clasificación y el envasado de productos químicos.

Enunciado

En el laboratorio se dispone de hidróxido de sodio (NaOH) en lentejas, agua destilada y el material de vidrio habitual. El objetivo es doble: dominar el cálculo de la masa de soluto y del volumen de disolución madre necesarios, y reconocer y aplicar el etiquetado de seguridad de un reactivo corrosivo.

Se pide:

• a) Preparar $250\ \mathrm{mL}$ de disolución de NaOH de concentración $0{,}100\ \mathrm{mol\,L^{-1}}$ a partir del sólido.
• b) A partir de la anterior, preparar $100\ \mathrm{mL}$ de disolución $0{,}0100\ \mathrm{mol\,L^{-1}}$ por dilución.
• c) Identificar los pictogramas y las frases del etiquetado CLP del NaOH y aplicar las medidas de seguridad correspondientes.

Material e instrumentos. Granatario (sensibilidad $0{,}01\ \mathrm{g}$), vidrio de reloj y espátula; matraces aforados de $250\ \mathrm{mL}$ y $100\ \mathrm{mL}$ (clase A); pipeta aforada de $10\ \mathrm{mL}$ con propipeta; vaso de precipitados, varilla, embudo y frasco lavador. Equipo de protección individual (EPI): bata, guantes de nitrilo y gafas de seguridad.

Desarrollo

Fundamento teórico

La molaridad relaciona la cantidad de soluto $n$ (en mol) con el volumen de disolución $V$ (en litros):

De aquí se despeja la masa de soluto que hay que pesar, siendo $M_m$ la masa molar:

Para el NaOH, $M_m = 40{,}0\ \mathrm{g\,mol^{-1}}$ (Na $23{,}0$ + O $16{,}0$ + H $1{,}0$). Con los datos del apartado a):

En una dilución la cantidad de soluto se conserva, $n_1 = n_2$, de donde resulta la ecuación fundamental $C_1 V_1 = C_2 V_2$. El volumen de disolución madre que hay que tomar en el apartado b) es:

Etiquetado CLP y seguridad

El envase del NaOH lleva el pictograma GHS05 (corrosión): un rombo blanco de borde rojo con la imagen de un líquido atacando una mano y una superficie. La palabra de advertencia es «Peligro». Las indicaciones de peligro relevantes son H314 (provoca quemaduras graves en la piel y lesiones oculares graves) y H290 (puede ser corrosivo para los metales). Entre los consejos de prudencia figuran P280 (llevar guantes y gafas de protección), P305+P351+P338 (en caso de contacto con los ojos, aclarar con agua durante varios minutos) y P310 (llamar de inmediato a un centro de toxicología). La disolución del NaOH es fuertemente exotérmica, por lo que el soluto se añade sobre el agua y nunca al revés.

Montaje y procedimiento

1. Colocarse el EPI y trabajar sobre una bandeja.
2. Tarar el vidrio de reloj y pesar aproximadamente $1{,}00\ \mathrm{g}$ de NaOH; hacerlo con rapidez, pues es higroscópico.
3. Disolver el sólido en un vaso con unos $50\ \mathrm{mL}$ de agua destilada, agitando con la varilla. Esperar a que la disolución se atempere.
4. Trasvasar al matraz de $250\ \mathrm{mL}$ con embudo, arrastrando los restos del vaso y de la varilla con varios enjuagues de agua destilada.
5. Enrasar con el frasco lavador hasta la línea de aforo (menisco tangente) y homogeneizar por inversión. Etiquetar: NaOH $0{,}100\ \mathrm{mol\,L^{-1}}$, fecha, autor y pictograma.
6. Para la dilución, pipetear $10{,}0\ \mathrm{mL}$ de esa disolución con pipeta aforada y propipeta, verterlos en el matraz de $100\ \mathrm{mL}$, enrasar, homogeneizar y etiquetar como $0{,}0100\ \mathrm{mol\,L^{-1}}$.

Tratamiento de datos y errores

Supóngase que se pesa una masa $m = 1{,}00\ \mathrm{g}$ con una incertidumbre $u_m = 0{,}01\ \mathrm{g}$ (sensibilidad del granatario) y que el matraz de $250\ \mathrm{mL}$ de clase A tiene una tolerancia $u_V = 0{,}12\ \mathrm{mL}$. La incertidumbre de la masa molar es despreciable frente a las anteriores. La concentración obtenida es:

Al tratarse de un producto y un cociente, las incertidumbres relativas se combinan en cuadratura:

El término del volumen es dos órdenes de magnitud menor que el de la masa: la precisión de la balanza domina el resultado y la del matraz aforado es prácticamente irrelevante. La incertidumbre absoluta es $u_C = 0{,}0100 \cdot 0{,}100 = 0{,}001\ \mathrm{mol\,L^{-1}}$. Redondeando la incertidumbre a una cifra significativa y el valor a su mismo orden decimal:

Para la disolución diluida, $C_2 = C_1 \cdot (V_1/V_2) = 0{,}0100\ \mathrm{mol\,L^{-1}}$. Su incertidumbre hereda la de $C_1$ ($1{,}0\,\%$) y le añade la de la pipeta ($0{,}02/10{,}0 = 0{,}2\,\%$) y la del matraz de $100\ \mathrm{mL}$ ($0{,}10/100 = 0{,}1\,\%$):

de modo que $C_2 = (0{,}0100 \pm 0{,}0001)\ \mathrm{mol\,L^{-1}}$. La dilución, por tanto, apenas empeora la incertidumbre relativa: sigue mandando la pesada inicial.

Comentario didáctico

La práctica encaja en 2.º de Bachillerato (Química) y admite una versión introductoria y cualitativa en 3.º-4.º de ESO. Desarrolla la competencia STEM y las destrezas de trabajo experimental: manejo de la balanza y del material aforado, cálculo estequiométrico, propagación de incertidumbres y lectura del etiquetado de seguridad.

Entre los errores y precauciones típicos conviene anticipar: confundir la molaridad con la molalidad o con el porcentaje en masa; enrasar mal por error de paralaje o por leer sobre el menisco; y olvidar el EPI o no saber interpretar los pictogramas. Un matiz de fondo, honesto con el alumnado, es que el NaOH no es un patrón primario: al ser higroscópico capta humedad y dióxido de carbono del aire, formando carbonato,

por lo que su concentración real difiere de la nominal. Preparar bien una disolución no garantiza una concentración exacta; en análisis cuantitativo la disolución debe estandarizarse frente a un patrón primario, como el hidrogenoftalato de potasio. Reconocer esta limitación —y no presentar el dato como infalible— es parte del rigor científico que se espera mostrar en el ejercicio.