Post on 28-Dec-2015
Pontificia Universidad Católica de Valparaíso
Facultad de Ingeniería
Escuela de Ingeniería Química
Laboratorio Nº14
Cálculo del pKa de un indicador
Grupos colaboradores
Grupo 1:
Fernanda Aranda Sebastián Rojas Grupo 17: Eduardo Contreras Natalia Pulgar
Grupo encargado del informe
Grupo 2: Gabriel González Valentina Concha
Profesor Carlos Carlesi
Fechas de Experiencia
Grupo 1: 9/Abril/2013 Grupo 17: 2/Abril/2013 Grupo 2: 16/Abril/2013
Fecha de Entrega 30/Abril/2013
Página | 2
Índice
Índice
2
Objetivo
3
Introducción
4
Materiales
7
Procedimiento
11
Resultados y discusiones
14
Conclusión
32
Bibliografía
34
Evaluación grupal
35
Página | 3
Objetivo
Determinar el pKa del indicador rojo de metilo.
Página | 4
Introducción
¿Qué es un indicador de pH? [1]
Se considera como un indicador de pH a cualquier compuesto, que con capacidad de
ionizarse, presente una forma ácida (a pH bajo) de distinto color que su forma básica (a
pH alto). Este cambio de color se debe al cambio de estructura, y debe ocurrir en un
rango cercano al pKa del indicador. Se entenderá como pKa el negativo del logaritmo de la
constante de disociación de un ácido débil, como se observa en la ecuación (1) [2]
pKa = - log(Ka) (1)
En el intervalo de pH donde ocurre el cambio de color, se encuentran presentes tanto la
forma ácida como la forma básica del indicador. Escribiendo el equilibrio de ionización de
un compuesto indicador cualquiera (que denominaremos In), se obtiene (2):
↔ (2)
Asumiendo el comportamiento del indicador en solución como una solución ideal, ya que
generalmente se trabaja con soluciones con un alto grado de dilución, despreciamos los
coeficientes de actividad y la constante de disociación estaría dada por: (3)
[ ][ ]
[ ] (3)
Aplicando logaritmo negativo a (3) se obtiene (4a):
( ) ([ ]) (
[ ]
[ ]) (4a)
Reemplazando la ecuación (1) en (4a) y valiéndose de la definición de pH, se obtiene: (4b)
([ ]
[ ]) (4b)
Dónde
HIn : representa la molécula de indicador en su forma ácida
In- : representa la molécula de indicador en su forma básica.
Entonces, para poder determinar el pKa de un indicador necesitaremos una relación de las
concentraciones de la forma básica y ácidas coexistentes en una solución del indicador.
Para poder conocer la concentración de cada especie, nos valdremos de la ley Lambert –
Beer, que relaciona la absorbancia con la concentración de una especie.
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¿Cómo se relacionan la concentración y la absorbancia? [1]
La ley de Lambert – Beer enuncia la siguiente relación: (5) [4]
(5)
En donde:
l: Longitud del contenedor de la muestra de espectrofotómetro.
ε: Emisividad de la muestra (constante).
C: Concentración de la muestra, análogo a escribir la especie en paréntesis cuadrados
Para los efectos tomaremos como concentración de referencia la concentración en t = 0, aplicando la siguiente relación (6)
(6)
Con lo que podemos deducir que la razón de las enésimas absorbancias con respecto a una absorbancia inicial, son proporcionales al análogo de las concentraciones. Esto es debido a que la longitud del contenedor de la muestra es el mismo para todas las mediciones, así como la razón de las emisividades que son constantes que al dividirse forman una nueva constante, la cual denominamos φ.
Aplicando la ley de Lambert – Beer (5) para cada uno de los espectros del indicador
(forma ácida y básica), y trabajando a la misma longitud de onda (), se obtiene: (7) (8) (9)
pH ácido
(7)
pH básico
(8)
pH en que coexisten ambas especies
(9)
Reemplazando la expresión (7), (8) y (9) en la (4b), operando matemáticamente y
reagrupando términos [3] obtenemos: (10)
(
) (10)
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¿Cómo se determina el espectro de una solución con el indicador? [3]
Primero se deben determinar los espectros de muestras que contengan
predominantemente una forma del indicador, es decir, una a pH bajo que contenga la
forma no disociada y otra a pH alto que contenga la forma disociada, luego se debe
disponer de una tercera a un pH intermedio, donde ambas especies coexistan.
Realizando un gráfico de la absorbancia en función de la longitud de onda se puede
obtener un gráfico como el que se muestra como ejemplo para el indicador Verde de
Bromocresol (figura 1)
Figura 1: Gráfico del espectro del indicador verde de bromocresol.
Se puede observar un punto de intersección entre las 3 curvas, este punto se denomina
punto isosbéstico y corresponde a la longitud de onda a la que todas las muestras tienen
la misma absorbancia. La existencia de este punto indica que la concentración analítica
se divide en dos especies (en este caso HIn e In-). Si las coordenadas de este punto
varían será porque existe una tercera especie que no se observa en los espectros.
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Materiales
Reactivos
Rojo de metilo marca Merck, (foto1)
Foto 1: Rojo de metilo en su envase.
Etanol 96% marca Equilab.
Foto 2: Etanol al 96% en su envase.
Agua destilada
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Acetato de sodio anhidro (CH3COONa) (foto 3)
Foto 3: Acetato de sodio anhidro en su envase.
Ácido acético 100% marca Merck
Foto 4: Ácido acético en su envase.
Ácido clorhídrico
Herramientas de laboratorio y equipos
Vaso precipitado
Matraces de aforo de 50 y 100 [ml] (foto 5)
Probeta de 50 y 100 [ml] (foto 5)
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Foto 5: Matraces de aforo de 100 y 50 [ml] (frente y parte posterior respectivamente),
Probetas de 50 y 100 [ml] (derecha)
Pipetas de 1, 5, 10 y 25 [ml] (foto 6)
Foto 6: Pipetas de 25, 10, 5 y 1 [ml] de izquierda a derecha, respectivamente.
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Propipeta (foto 7).
Espátula (foto 7).
Canoa (foto 7).
Foto 7: Propipeta (izquierda), Canoa (centro, Espátula (derecha).
Espectrofotómetro (foto 8)
Foto 8: Espectrofotómetro
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Cubetas para análisis de muestras
Peachímetro
Procedimiento
Preparación de soluciones:
• Se prepara la solución de rojo de metilo, disolviendo 0,1 [g] de cristales puros de rojo de
metilo en 30 [ml] de etanol al 96% y se diluye hasta 50 [ml] con agua destilada.
• A partir de esta solución, preparar la solución estándar, transfiriendo 5 [ml] de la solución
de rojo de metilo, agregando 50 [ml] de etanol y aforando esta solución a 100 [ml] con
agua destilada.
• Posteriormente preparar dos soluciones de acetato de sodio, una de 0,04 [M] y otra de
0,01[M] (foto 9).
• Preparar solución de ácido acético 0,02 [M] (foto 9)
• Preparar bajo campana soluciones de ácido clorhídrico a 1 [M], 0,1[M] y 0,001 [M] (foto
9)
Foto 9: De izquierda a derecha: HCl 0,01 [M], HCl 0,1 [M], acetato de sodio 0,01 [M], acetato
de sodio 0,04 [M], ácido acético 0,02 [M].
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Procedimiento A:
• La solución A, se prepara agregando 10 [ml] de la solución estándar del indicador (MR) y
1 [ml] de HCl 0,1 [M] y se afora a 100 [ml] (color rojo). A continuación, utilizando celdas de
1 [cm], se determinar el espectro de absorción de la solución A en un rango de longitud de
onda que oscila entre 350 y 600 [nm], comparándolo con un blanco (agua destilada),
fijando la tramitancia en 100 y la absobancia en 0. Se registran los datos obtenidos. (foto
10)
• La solución B se prepara agregando 10 [ml] de la solución estándar del indicador (MR) y
25 [ml] de acetato de sodio 0,04 [M] se afora a 100 [ml] (color amarillo) al igual que en el
caso anterior, utilizando celdas de 1 cm, se determina el espectro de absorción de la
solución B en un rango de longitud de onda de 350-600 [nm] comparando de nuevo con
un blanco. Se registran datos. (foto 10)
• De este procedimiento se obtienen las longitudes de onda máximas en cada solución (A
y B), a las que llamaremos λA y λB.
Foto 10: De izquierda a derecha: Solución de rojo de metilo con etanol al 96%, Solución
estándar, Solución A y Solución B
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Procedimiento B:
• A partir de la solución A, se extraen 40 [ml], 25 [ml] y 10 [ml], los que son colocados en
distintos matraces de aforo de 50 [ml], y se diluyen con HCl 0,01[M] hasta llegar a la
marca del matraz. Las soluciones resultantes en este proceso tienen una composición de
HMR de 0.8, 0.5 y 0.2, soluciones llamadas A1, A2, A3 respectivamente. Registrar datos en
la tabla del anexo (foto 11).
• Ahora utilizando la solución B, se añaden las mismas cantidades anteriormente
mencionadas, pero esta vez se diluyen con Acetato de sodio 0,01 [M] hasta llegar a la
marca del matraz. Las soluciones resultantes tienen una composición de MR- de 0.8, 0.5 y
0.2 llamadas B1, B2, B3 respectivamente (foto 11).
• Una vez preparadas las seis soluciones, se mide la absorbancia de cada una
comparándolas con un blanco de agua, a las longitudes de onda λA y λB. Se grafican las
rectas obtenidas en función de la composición y de la absorbancia.
Foto 11: De izquierda a derecha: Solución B3, B2, B1, A1, A2, A3
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Procedimiento C:
• Se preparan las siguientes soluciones (Tabla A)
Matraz 1 Matraz 2 Matraz 3 Matraz 4
Solución Estándar
10 [ml] 10 [ml] 10 [ml] 10 [ml]
Acetato de Sodio 0,04
[M]
25 [ml] 25 [ml] 25 [ml] 25 [ml]
Ácido Acético 0,02
[M]
50 [ml] 25 [ml] 10 [ml] 5 [ml]
Agua 15 [ml] 40 [ml] 55 [ml] 60 [ml] pH 4,84 5,15 5,53 5,81
TABLA A: Medidas para la preparación de soluciones 1, 2, 3 y 4.
• A continuación se mide el pH de las cuatro soluciones; y finalmente se miden las
absorbancias de cada una de las soluciones a las longitudes de onda λA y λB .
Resultados y discusiones
Grupo 17
Los resultados obtenidos por el grupo 17 luego de realizar las soluciones y medirlas con el
espectrofotómetro fueron las que se muestran a continuación en la tabla 1.
A Absorbancia B Absorbancia
350 0,025 350 0,041
375 0,025 375 0,114
400 0,033 400 0,175
425 0,058 410 0,175
450 0,118 420 0,184
475 0,237 430 0,188
500 0,388 440 0,181
510 0,442 450 0,172
520 0,474 475 0,115
530 0,470 500 0,051
540 0,452 525 0,018
550 0,396 550 0,010
575 0,150 575 0,006
600 0,031 600 0,002
Tabla 1. Resumen de resultados de la medición de soluciones A y B, Grupo 17.
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Como se puede observar en la tabla 1, el nivel más alto de la absorbancia para la solución
A se encuentra en la longitud de onda 520, por lo tanto λA-G17=520. Igualmente para la
solución B, el nivel más alto de longitud de onda se encuentra en 430, por lo tanto λB-
G17=430.
En la gráfico 1, vemos el gráfico que se arma con los datos de la tala 1.
Gráfico 1. Gráfico resumen de datos del grupo 17.
Con los λA y λB del grupo de 17, pasamos al procedimiento B.
En este procedimiento se realizan 6 soluciones, tres soluciones A y tres soluciones B,
resumidas en la tabla 2 y 3
λA HMR 520
A1 0,8 0,281
A2 0,5 0,158
A3 0,2 0,095
Tabla 2. Medición de las soluciones A1, A2 y A3 con la longitud de onda A.
λB MR- 420
B1 0,8 0,087
B2 0,5 0,045
B3 0,2 0,031
Tabla 3. Medición de las soluciones B1, B2 y B3 con la longitud de onda B.
0,000
0,050
0,100
0,150
0,200
0,250
0,300
0,350
0,400
0,450
0,500
350 400 450 500 550 600
Ab
sorb
anci
a
Longitud de onda λ
Absorbancia v/s λ Grupo 17
Absorbancia A
Absorbancia B
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Como se puede observar, en las mediciones del procedimiento B se cometió el error de
medir las soluciones B solo con la longitud de onda B y las soluciones B solo a la longitud
de onda B, lo que más adelante impedirá calcular las concentraciones de la presencia del
indicador en HMR y MR-, lo que obstaculiza la obtención de pKa.
En la gráfico 2 se muestran los resultados de la tabla 2 y 3,
Gráfico 2. Gráfico de absorbancias obtenidas por el grupo 17 a las concentraciones
indicadas en las tablas 2 y 3.
Al realizar un ajuste de curva a la figura 2, resultan dos ecuaciones, donde la x representa
la concentración del indicador rojo de metilo, la cual se considerará 1.
Por lo tanto εA-λA=0,333 y εB-λB=0,101
Faltan los datos de εA-λB y de εB-λA para así poder utilizar la ecuación (5), para obtener las
absorbancias y así la concentración de [HMR] y [MR.-].
Procedimiento C
Se realizan cuatro soluciones las cuales se indican en el procedimiento, luego a éstas
cuatro se les mide a la longitud de onda A y B, y su pH, todos estos datos resumidos en
la tabla cuatro.
y = 0,31x + 0,023 R² = 0,9665
y = 0,0933x + 0,0077 R² = 0,9231
0,030
0,080
0,130
0,180
0,230
0,280
0,2 0,4 0,6 0,8
Absorbancia v/s Concentración Grupo 17
Absorbacia A λA
Absorbancia B λB
Lineal (Absorbacia A λA)
Lineal (Absorbancia B λB)
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λA ΛB pH
S1 0,363 0,046 4,660
S2 0,291 0,060 5,020
S3 0,164 0,066 5,450
S4 0,088 0,079 5,930
Tabla 4. Resumen de resultados obtenidos en el procedimiento C, del grupo 17.
Grupo 1
Los resultados obtenidos por el grupo 1 luego de realizar las soluciones y medirlas con el
espectrofotómetro fueron las que se muestran a continuación en la tabla 5.
A Absorbancia B Absorbancia
350 0,012 350 -
375 0,032 375 0,047
400 0,072 400 0,05
425 0,080 410 0,06
450 0,112 420 0,06
475 0,193 430 0,065
500 0,205 440 0,065
510 0,214 450 0,065
520 0,220 475 0,044
530 0,214 500 0,024
540 0,207 525 0,012
550 0,086 550 -
575 0,022 575 -
600 0,015 600 -
Tabla 5. Datos obtenidos por el grupo 1 durante su experiencia.
En este caso, la solución B no captó algunas absorbancias en los extremos de las
longitudes de onda indicadas, además se repite una de las absorbancias en la misma
columna, el grupo para el resto de la experiencia, decide ocupar la longitud 430 como la
longitud de onda que obtiene la absorbancia máxima parra esta solución.
Por lo tanto, λA-G7=520. Igualmente para la solución B, λB-G1=430.
Se observa la distribución de datos del grupo 1 en la gráfico 3.
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Gráfico 3. Gráfica que resume los datos obtenidos por el grupo 1.
En el procedimiento siguiente, se generan las soluciones A1, A2 y A3, también B1, B2 y B3,
con el mismo problema que el grupo 17, en lugar de medir las 6 soluciones a ambas
longitudes de onda, A y B, se cometió el error de medir las primeras tres soluciones con la
longitud de onda A y las tres siguientes con la longitud de onda B.
Los datos obtenidos por el grupo 1 se ven en las tablas 6 y 7.
λA HMR 520
A1 0,8 0,135
A2 0,5 0,091
A3 0,2 0,033
Tabla 6. Medición de las absorbancias de A1, A2 y A3 a λA
λB MR- 430
B1 0,8 0,025
B2 0,5 0,02
B3 0,2 0,01
Tabla 7. Medición de las absorbancias de B1, B2 y B3 a λB
0,000
0,050
0,100
0,150
0,200
0,250
350 400 450 500 550 600
Ab
sorb
anci
a
Longitud de onda λ
Absorbancia v/s λ Grupo 1
Absorbancias A
Absorbancia B
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En la gráfico 4, se muestran los resultados del procedimiento B obtenidos por el grupo 1.
Gráfico 4. Gráfica resumen de los datos obtenidos por el grupo 1.
Al realizar un ajuste de curva a la figura 4, se obtienen dos ecuaciones, donde la x
representa la concentración del indicador rojo de metilo, la cual se considerará 1.
Por lo tanto εA-λA=0,1713 y εB-λB=0,0308
Igual que al grupo anterior, faltan los datos de εA-λB y de εB-λA para así poder utilizar la
ecuación (5), para obtener las absorbancias y así la concentración de [HMR] y [MR.-].
Procedimiento C
Al realizar las cuatro soluciones, este grupo tuvo problemas pues, los colores obtenidos
fueron todos similares al de la solución A realizada en primera instancia, por lo que
decidieron medir las absorbancias solo con la longitud de onda A.
En la tabla 8, se resumen los datos obtenidos en este procedimiento por el grupo 1.
y = 0,17x + 0,0013 R² = 0,9938
y = 0,025x + 0,0058 R² = 0,9643
0,01
0,03
0,05
0,07
0,09
0,11
0,13
0,15
0,2 0,4 0,6 0,8
Ab
sorb
anci
a
Concentración
Absorbancia v/s Concentración Grupo 1
Absorbancia A λA
Absorbancia B λB
Lineal (Absorbancia A λA)
Lineal (Absorbancia B λB)
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λA λB pH
S1 0,159 - 2,53
S2 0,164 - 2,83
S3 0,162 - 3,13
S4 0,161 - 3,28
Tabla 8. Datos obtenidos por el grupo 1 en el procedimiento C.
Grupo 2
Finalmente, el último conjunto de datos obtenidos, el cual también posee el error de no
haber tomado algunas absorbancias en el procedimiento B, es el del grupo 2, en la tabla 9
se resumen los datos obtenidos por el grupo 2.
A Absorbancia B Absorbancia
350 0,020 350 0
375 0,019 375 0,085
400 0,014 400 0,115
425 0,033 410 0,113
450 0,082 420 0,116
475 0,160 430 0,118
500 0,231 440 0,115
510 0,250 450 0,116
520 0,258 475 0,083
530 0,255 500 0,019
540 0,238 525 0,018
550 0,204 550 0,035
575 0,077 575 0,005
600 0,020 600 -0,002
Tabla 9. Resumen de datos obtenidos por el grupo 2.
Como resultado, el grupo 2 obtiene los máximos valores de las absorbancias de A y B en
las mismas longitudes de onda que lo grupos anteriores, así λA=520 y λB=430.
En la gráfico 5 se grafican los resultados obtenidos por el grupo 2.
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Gráfico 5. Distribución de los datos del grupo 2.
Al tener los valores máximos de la absorbancia en ambas soluciones, sabemos las
longitudes de onda de la solución A y la solución B, con estas longitudes de onda se
avanza hacia el procedimiento B.
En la foto 12 se muestran las soluciones preparadas para este procedimiento.
Foto 12. Soluciones A1, A2, A3, B1, B2 y B3.
-0,050
0,000
0,050
0,100
0,150
0,200
0,250
0,300
350 400 450 500 550 600
Ab
sorb
anci
a
Longitud de onda λ
Absorbancia v/s λ Grupo 2
Absorbancia A
Absorbancia B
Página | 22
En las tablas 10 y 11 se resumen los valores de absorbancia obtenidas para las
soluciones A1, A2 y A3, erróneamente medidas solo a la longitud de onda A, y B1, B2 y B3,
igualmente medidas solo a la longitud de onda B.
λA HMR 520
A1 0,8 0,221
A2 0,5 0,139
A3 0,2 0,063
Tabla 10. Longitudes de onda de las soluciones A1, A2 y A3.
λB MR- 430
B1 0,8 0,099
B2 0,5 0,065
B3 0,2 0,028
Tabla 11. Longitudes de onda de las soluciones B1, B2 y B3.
Con esto se obtiene el gráfico de concentración versus absorbancia de ambas tablas,
mostrado en la gráfico 6.
Gráfico 6. Gráfico del comportamiento de la absorbancia a diferentes concentraciones.
Al realizar un ajuste de curva a la gráfico 6, se obtienen dos ecuaciones, donde la x
representa la concentración del indicador rojo de metilo, la cual se considerará 1.
y = 0,2633x + 0,0093 R² = 0,9995
y = 0,1183x + 0,0048 R² = 0,9994
0,02
0,07
0,12
0,17
0,22
0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8
Ab
sorb
anci
a
Concentración
Absorbancia v/s Concentración Grupo 2
Absorbancia A λA
Absorbancia B λB
Lineal (Absorbancia A λA)
Lineal (Absorbancia B λB)
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Por lo tanto εA-λA=0,2726 y εB-λB=0,1231
Igual que en los dos grupos anteriores, faltan los datos de εA-λB y de εB-λA para así poder
utilizar la ecuación (9), para obtener las absorbancias y así la concentración de [HMR] y
[MR-].
Procedimiento C
Para esto se preparan 4 soluciones, mediante el procedimiento indicado en la guía de
laboratorio, en la foto 10 se muestran los colores obtenidos de las mezclas
Figura 10. Soluciones resultantes del procedimiento C grupo 2.
Se miden las absorbancias de las cuatro soluciones a las longitudes de onda A y B, y
además se registra su pH, estos datos se presentan resumidos en la tabla 12.
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λA λB pH
S1 0,083 0,109 5,59
S2 0,045 0,103 5,92
S3 0,024 0,113 6,32
S4 0,021 0,124 6,59
Tabla 12. Datos obtenidos de las cuatro soluciones del grupo 2.
Debido al error de no tomar las mediciones de las soluciones A1, A2 y A3 con λB y B1, B2 y
B3 con λA, se hace imposible calcular las concentraciones en solución del indicador rojo de
metilo, por lo que será necesario tomar este dato del informe del grupo anterior, el cual
presentará un error con los datos obtenidos por los tres grupos participantes de este
informe, pues son muchos los factores que alteran el experimento. [5]
Entonces del grupo 16, se obtienen los datos de medición de las soluciones A1, A2 y A3,
B1, B2 y B3 con λA y λB, mostrados en la tabla 13 e ilustrados en el gráfico 7.
Solución λA λB
A1 0,604 0,065 A2 0,339 0,043 A3 0,118 0,041 B1 0,018 0,195 B2 0,0178 0,115 B3 0,062 0,032
Tabla 13. Datos obtenidos por el grupo 16, a λA=520 y λB=430
Gráfico 7. Gráfico de absorbancia v/s concentración obtenido por el grupo 16
y = 0,81x - 0,0513 R² = 0,9973
y = 0,2717x - 0,0218 R² = 0,9999
y = 0,04x + 0,0297 R² = 0,812
y = -0,0733x + 0,0693 R² = 0,7466
0,016
0,066
0,116
0,166
0,216
0,266
0,316
0,366
0,416
0,466
0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8
Ab
sorb
anci
a
Concentración
Absorbancia v/s Concentración Grupo 16
A λA
B λB
A λB
B λA
Lineal (A λA)
Lineal (B λB)
Lineal (A λB)
Lineal (B λA)
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Obtenidas las curvas, se realiza el ajuste lineal, resultando una ecuación donde la variable
x representa la concentración del indicador rojo de metilo en la solución, la cual se
considera como 1.
Las absorciones de las soluciones son:
Absorción de A a λA
Absorción de B a λa
Absorción de A a λB
Absorción de B a λB
Con estos datos se puede plantear la ecuación (9)
Adaptándolo como:
[ ] [ ] (11)
Análogo para las soluciones B.
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Grupo 17
Del procedimiento C, los datos del grupo 17 se presentan en la tabla 14 a continuación
Soluciones λA λB pH
S1 0,363 0,046 4,660
S2 0,291 0,060 5,020
S3 0,164 0,066 5,450
S4 0,088 0,079 5,930
Tabla 14. Datos del procedimiento C obtenidos por el grupo 17
Utilizando la ecuación (11) se obtiene un sistema de ecuaciones de donde se calculan las
concentraciones del indicador en medio ácido y básico.
Solución 1
[ ] [ ]
[ ] [ ]
[ ]
[ ]
[ ]
[ ]
Solución 2
[ ] [ ]
[ ] [ ]
[ ]
[ ]
[ ]
[ ]
Solución 3
[ ] [ ]
[ ] [ ]
[ ]
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[ ]
[ ]
[ ]
Solución 4
[ ] [ ]
[ ] [ ]
[ ]
[ ]
[ ]
[ ]
Luego con la ecuación (4b) se obtiene el pKa del indicador de las diferentes soluciones,
los resultados se encuentran resumidos en la tabla 15.
[MR]/[HMR] -log([MR]/[HMR]) pH pKa
S1 0,1056 0,976 4,660 5,636
S2 0,3459 0,461 5,020 5,481
S3 0,937 0,0283 5,450 5,478
S4 2,412 -0,3824 5,930 5,547
Tabla 15. pKa obtenidos por el grupo 16.
Con los pKa de las 4 soluciones se realiza un promedio de los pKa de las 4 soluciones:
Según los datos bibliográficos entregados en la guía, especificados en la tabla 16, se saca
un pKa promedio.
[MR]/[HMR] -log([MR]/[HMR]) pH pKa
S1 0,1056 0,9763 4,840 5,816
S2 0,3459 0,461 5,150 5,611
S3 0,9369 0,0283 5,530 5,558
S4 2,412 -0,3823 5,810 5,427
Tabla 16. Datos bibliográficos de la guía, calculada su pKa .
Con los pKa se saca el promedio:
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Con el pKa bibliográfico se puede calcular un error en la medición del grupo.
Error:
Grupo 1
Del procedimiento C, los datos del grupo 1 se presentan en la tabla 16 a continuación,
G1 λA λB pH
S1 0,159 0,054 2,53
S2 0,164 0,066 2,83
S3 0,162 0,06 3,13
S4 0,161 0,059 3,28
Tabla 16. Datos del procedimiento C obtenidos por el grupo 1
Utilizando la ecuación (11) se obtiene un sistema de ecuaciones de donde se calculan las
concentraciones del indicador en medio ácido y básico.
Solución 1
[ ] [ ]
[ ] [ ]
[ ]
[ ]
[ ]
[ ]
Solución 2
[ ] [ ]
[ ] [ ]
[ ]
[ ]
[ ]
[ ]
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Solución 3
[ ] [ ]
[ ] [ ]
[ ]
[ ]
[ ]
[ ]
Solución 4
[ ] [ ]
[ ] [ ]
[ ]
[ ]
[ ]
[ ]
Luego con la ecuación (4b) se obtiene el pKa del indicador de las diferentes soluciones,
los resultados se encuentran resumidos en la tabla 17.
[MR]/[HMR] -log([MR]/[HMR]) pH pKa
S1 3,632 -0,5601 2,53 1,97
S2 6,433 -0,808 2,83 2,022
S3 1,303 -0,115 3,13 3,015
S4 16,1243 -1,2075 3,28 2,073
Tabla 17. pKa obtenidos por el grupo 1.
Con los pKa de las 4 soluciones se realiza un promedio de los pKa de las 4 soluciones:
Con el pKa bibliográfico obtenido anteriormente se puede calcular un error en la medición
del grupo.
Error:
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Grupo 2
Del procedimiento C, los datos del grupo 1 se presentan en la tabla 18 a continuación,
λA λB pH
S1 0,083 0,109 5,59
S2 0,045 0,103 5,92
S3 0,024 0,113 6,32
S4 0,021 0,124 6,59
Tabla 18. Datos del procedimiento C obtenidos por el grupo 2
Utilizando la ecuación (11) se obtiene un sistema de ecuaciones de donde se calculan las
concentraciones del indicador en medio ácido y básico.
Solución 1
[ ] [ ]
[ ] [ ]
[ ]
[ ]
[ ]
[ ]
Solución 2
[ ] [ ]
[ ] [ ]
[ ]
[ ]
[ ]
[ ]
Solución 3
[ ] [ ]
[ ] [ ]
[ ]
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[ ]
[ ]
[ ]
Solución 4
[ ] [ ]
[ ] [ ]
[ ]
[ ]
[ ]
[ ]
Luego con la ecuación (4b) se obtiene el pKa del indicador de las diferentes soluciones,
los resultados se encuentran resumidos en la tabla 19.
[MR]/[HMR] -log([MR]/[HMR]) pH pKa
S1 0,7481 0,126 5,59 5,72
S2 0,937 0,0283 5,92 5,95
S3 0,8405 0,075 6,32 6,395
S4 0,8288 0,0815 6,59 6,672
Tabla 19. pKa obtenidos por el grupo 2.
Con los pKa de las 4 soluciones se realiza un promedio de los pKa de las 4 soluciones:
Con el pKa bibliográfico obtenido anteriormente se puede calcular un error en la medición
del grupo.
Error:
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Conclusión
Finalizado el análisis de los datos experimentales obtenidos por los 3 grupos
participantes, podemos concluir que los factores que influyen en los errores
experimentales son:
El uso de datos del informe anterior [5] afectará directamente nuestros resultados,
puesto que no son exactamente las mismas soluciones, por ende, los errores
experimentales cometidos no son los mismos. Esto se debe a que ninguno de los
grupos participantes de este informe interpretó de manera correcta el
procedimiento B, generando una falta de datos necesarios para la obtención del
pKa del indicador.
Dentro de los materiales utilizados por el grupo 17 se encontraba una pipeta
graduada de 25 [ml] en mal estado, que al ser llenada entregaba un total de 18
[ml]. Ésta fue utilizada indistintamente en el proceso de elaboración de las
soluciones, por lo que no se sabe que soluciones exactamente poseen este error.
Pese a esto, éste fue el grupo que obtuvo el menor porcentaje de error
experimental.
El grupo 1 obtuvo el mayor porcentaje de error debido a falta de precisión de
elaboración de soluciones. Esto repercute directamente en la composición de las
soluciones con las que se trabajó, por ende en el color que adoptará el indicador,
esto se ve reflejado claramente en los resultados arrojados por el
espectrofotómetro para este grupo, el cual si bien alcanza su máximo en las
mismas longitudes de onda, no arrojará las mismas absorbancias tanto para las
soluciones patrón como para las del procedimiento C.
Para los resultados obtenidos por el grupo 2, el cual cometió un error experimental
cercano al 10%, se puede suponer que un factor que influyó directamente en sus
resultados, fueron la obtención de las soluciones iniciales de ácido acético, puesto
que el requerido para el experimento debía de ser de una concentración muy baja
(0,02 [M]), lo que distaba mucho del disponible en el laboratorio, que era de una
concentración del 100%, por lo que para obtener la solución deseada se debía
medir un volumen muy pequeño (menor a 1 [ml]) de la solución concentrada. Esto
se logra mediante una serie de diluciones de la solución original, lo que aumenta
las posibilidades de cometer un error experimental, puesto que éstos se acumulan
con cada dilución.
Además para el grupo 2, otro error se presentó en el comienzo del procedimiento
C, al acabarse la solución de acetato de sodio al 0,04 [M], necesaria para los
cuatro matraces de los cuales se obtiene el pH utilizado para el cálculo del pK,
frente a este inconveniente fue necesaria la realización de una nueva mezcla, que
si bien teóricamente era de la misma concentración, los errores experimentales
diferirán de los de la primera solución (la que fue empleada en la mayoría del
procedimiento).
El hecho de que se hayan realizado los experimentos en días diferentes, implican
distintas condiciones atmosféricas, tanto de presión como de temperatura. Ésta
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última afecta de manera especial a la cinética de las soluciones, alterando la
medición del pH, conllevando un error experimental inevitable.
En la formulación de las soluciones se utilizó una balanza analítica que no estaba
correctamente calibrada, puesto que al pesar los reactivos, ésta siempre
aumentaba el valor de la medición durante el tiempo, es decir, sucedía en
ocasiones que al quitar reactivo de la canoa, la balanza entregaba una lectura de
mayor masa con respecto a la anterior, impidiendo un correcto manejo de la
variable masa, la cual afecta a la variable concentración, traducido en un error
experimental del pKa obtenido.
Otro punto importante a destacar son los errores en el manejo del
espectrofotómetro en cada grupo, puesto que para cada medición debía volver a
calibrarse en las variables tramitancia y absorbancia, lo cual puede haber diferido
en rigurosidad por parte de cada grupo. Presumimos que esto pudo afectar los
resultados del grupo 1, por la forma de la curva obtenida en el gráfico 3.
En el manejo del peachímetro es importante destacar que la calibración entre toma
de muestras pudo no haberse realizado por igual para todos los grupos, puesto
que algunas veces se omitió el procedimiento de calibración mediante los buffers
de pH 4 y pH 7, incidiendo en el resultado final.
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Bibliografía
[1] Universidad de Valencia, http://www.uv.es/gomezc/LabQcaFisI/3_pKindicador.doc,
23 de abril de 2013.
[2] Wikipedia en español, http://es.wikipedia.org/wiki/PKa, 24 de abril de 2013
[3] Determinación espectrofotométrica del pKa, Universidad Nacional de la Plata,
http://catedras.quimica.unlp.edu.ar/qa3/guias/2008-TP-04-
Determinacion_Espectrofotometrica_de_pKa.pdf, 23 de abril de 2013.
[4] “Cálculo de parámetros cinéticos de una reacción”, Informe de asignatura “EIQ-
456: Laboratorio de físico química”; Valentina Concha, Gabriel González; Escuela de
Ingeniería Química Pontificia Universidad Católica de Valparaíso; página 6; 9 de abril de
2013.
[5] “Cálculo del pKa de un indicador”, Informe de asignatura “EIQ- 456: Laboratorio de
físico química”; Nicole Carrasco, Valentina Duhalde; Escuela de Ingeniería Química
Pontificia Universidad Católica de Valparaíso; 2 de abril de 2013.
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Evaluación grupal
Número del grupo
Entrega oportuna de los datos
Aporte a las discusiones y conclusiones
Predisposición al trabajo en grupo
1 7,0 7,0 7,0
17 7,0 7,0 7,0