Microsoft Word - Informe N7.doc

RESUMENEl siguiente informe se observa la preparacin de soluciones estndar [H+]=10-1M hasta 10- 4M en este proceso experimental se us como solucin [H+]=10-1M para poder preparar [H+]=10-2M [H+]=10-3 y M [H+]=10-4M aqu se usaron 8 tubos de ensayos, se separan 4 tubos con sus respectivas soluciones de HCl cada tubo con concentraciones diferentes y los 4 tubos restantes de la misma manera , a los 4 primeros tubos de ensayo echar naranja IV y a los 4 restantes echar anaranjado de metilo , se notara q los tubos toman colores diferentes esto se debe q cada tubo tiene una concentracin diferente de la misma manera se trabajara para los siguientes casos , de esta manera se podr calcular el rango de viraje de los indicadores en funcin del pH.

PRCTICA N 7Indicadores cido-Base

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INTRODUCCINLos cidos y bases son llamados tambin electrolitos, por su capacidad para conducir la electricidad.En los electrolitos las sustancias se encuentran disociadas en forma inica.

3A una sustancia se le denomina cida, si aumenta la concentracin de iones hidronio ( H o H O ), y se llama bsica si aumenta la concentracin de iones hidrxido ( OH )De acuerdo a la magnitud de disociacin de H , lo cidos pueden ser fuertes (disociacin completa) o dbiles (disociacin incompleta, dependen de su constante de equilibrio).En esta prctica se determinar la concentracin de iones hidrgeno H mediante el uso deindicadores cido-base conociendo su rango de viraje y el pH que representa.

PRINCIPIOS TERICOS

El pH: una medida de la acidez

Puesto que las concentraciones de iones H y OH en disoluciones acuosas con frecuencia son nmeros muy pequeos y , por lo tanto, es difcil trabajar con ellos, Soren Sorensen propuso, en 1909, una medida ms prctica denominada pH. El pH de una solucin se define como el logaritmo negativo de la concentracin de iones hidrgeno (en mol/L).

pH log[H 3O ]o

pH log[H ]

(1)

Hay que recordar que la ecuacin (1) es slo una definicin establecida para tener nmeros convenientes con los cuales trabajar. El logaritmo negativo proporciona un nmero positivo para el pH, el cual, de otra manera, sera negativo debido al pequeo valor de [ H ]. As el trmino [ H ] en la ecuacin (1) slo corresponde a la parte numrica de la expresin para la concentracin del in hidrgeno, ya que no se puede tomar el logaritmo de las unidades. Entonces, al igual que la constante de equilibrio, el pH de una disolucin es una cantidad adimensional.

Debido a que el pH slo es una manera de expresar la concentracin del in hidrgeno, las disoluciones cidas y bsicas a 25C se identifican por sus valores del pH, como sigue:

Disoluciones cidas:

[H ] 1.0 107 M , pH 7.00

Disoluciones bsicas: [H ] 1.0 107 M , pH 7.00

Disoluciones neutras: [H ] 1.0 107 M , pH 7.00

Observe que el pH aumenta a medida que[H ] disminuye.

Es probable que algunas veces se proporcione el valor del pH de una disolucin y se pida calcular la concentracin del in H . En este caso, se necesita sacar el antilogaritmo de la ecuacin (1) como sigue:

[H ]10 pH

(2)

Debe recordarse que la definicin que se acaba de mostrar del pH, as como todos los clculos que incluyen concentraciones de disoluciones (expresadas como molaridad o molalidad) que se estudian encaptulos anteriores, estn sujetos a cierto error, porque en ellos se supone, de manera implcita, el comportamiento ideal. En realidad, tanto la formacin de pares inicos como diversos tipos de interacciones moleculares, pueden afectar la concentracin real de las especies en disolucin y, por lo tanto, tambin los valores de la constante de equilibrio. Esta situacin es anloga a la relacin que existe entre el comportamiento de los gases reales. Dependiendo de la temperatura, volumen, cantidad y tipo de gas presente, la medicin de la presin del gas puede diferir de la que se calcula con la ecuacin de gases ideales. De manera semejante, la concentracin real o efectiva de un soluto tal vez no sea la que se espera tomando en cuenta la cantidad de sustancia que originalmente se encuentra disuelta en una disolucin. De la misma manera que se cuenta con la ecuacin de van der Waals, entre otras, para ajustar las diferencias entre el comportamiento de gas ideal y el comportamiento no ideal, es posible explicar el comportamiento no ideal de las disoluciones.

Una forma de reemplazar el trmino concentracin por actividad, la cual es la concentracin efectiva. Hablando estrictamente, entonces, el pH de la disolucin se debe definir como

pH log a H

Donde aH

es la actividad del in H . Como se mencion anteriormente, para una disolucin

ideal la actividad es numricamente igual a la concentracin. En cuanto a disoluciones reales, la actividad por lo general difiere de la concentracin del soluto, hay formas confiables basadas en la termodinmica para estimar su actividad, pero los detalles no se incluirn en este texto. Por lo tanto, recuerde que el pH medido de un disolucin por lo general no es el mismo que el calculado a partir de la ecuacin (1), debido a que la concentracin en moralidad del in H no es numricamente igual a su valor de actividad. Aunque se continuar utilizando la concentracin en el anlisis, es importante saber que este enfoque dar slo una aproximacin de los procesos qumicos que en realidad se presentan en la fase de la disolucin.

En el laboratorio, el pH de una disolucin se mide con un medidor de pH o con un indicador.

Como el logaritmo negativo de la concentracin de iones hidrxido de una disolucin se obtiene una escala de pOH, anloga a la del pH. As se define el pOh como

pOH log[OH ]

Ahora, al considerar otra vez la constante del producto inico del agua a 25C:

w[H ][OH ] K 1.0 1014

Al tomar el logaritmo negativo en ambos lados, se obtiene

(log[OH ] log[OH ]) log(1.0 1014 )

log[OH ] log[OH ] 14.00

A partir de las definiciones de pH y el pOH, se obtiene

pH pOH 14.00(3)

La ecuacin (3) constituye otra forma de expresar la relacin entre la concentracin de in H y la concentracin de in OH .

INDICADOR DE pH

Un indicador de pH es una sustancia que permite medir el pH de un medio. Habitualmente, se utiliza como indicador de sustancias qumicas que cambia su color al cambiar el pH de la disolucin. El cambio de color se debe a un cambio estructural inducido por la protonacin o desprotonacin de la especie. Los indicadores cido-base tienen un intervalo de viraje de unas dos unidades de pH, en la que cambian la disolucin en la que se encuentran de un color a otro, o de una disolucin incolora, a una coloreada.

Los ms conocidos son el naranja de metilo, que vira en el intervalo de pH 3,1 - 4,4, de color rojo a naranja, y la fenolftalena, que vira desde un pH 8 hasta un pH 10, transformando disoluciones incoloras en disoluciones con colores rosados / violetas. Adems se pueden usar indicadores caseros como la disolucin resultante de hervir con agua col lombarda (repollo colorado), ptalos de rosa roja, races de crcuma a partir de las cuales se obtiene curcumina, y otros.

Los indicadores de pH tienen una constante de protonacin, K, que informa sobre el desplazamiento de la reaccin de protonacin de la forma bsica del indicador. HI K H I

Donde HI es el indicador, generalmente un cido, H es el in hidronio y I es la forma disociada del indicador.

Se dice que el cambio de color de un indicador es apreciable cuando la concentracin de la forma cida o de la forma bsica es superior o igual a 10 veces la concentracin de la forma bsica o la forma cida respectivamente.

DETALLES EXPERIMENTALES1. Materiales y Reactivos

1.1. Materiales Pipeta graduada de 10 mL (1) Tubos de ensayo (12) Gradilla (1) Piceta (1) Bagueta (1)

1.2. Reactivos cido clorhdrico ( HCl ) 0.1 M cido actico ( CH 3COOH ) 0.1M Hidrxido de sodio ( NaOH ) 0.1 M Indicador: Naranja IV Anaranjado de Metilo ndigo Carmn Alizarina Fenolftaleina Soluciones cidas y bsicas desconocidas Agua destilada

2. Procedimiento Experimental2.1. Preparacin de soluciones estndar desde [H ] 101 M hasta 104 M .1) Se midi10 mL de HCl 0.1M en un tubo de ensayo limpio y seco, luego se rotul el tubo. A partir de esta solucin, mediante disoluciones sucesivas se prepararon las soluciones restantes de 1103 M y 1104 M, rotulndolas de igual forma con su concentracin respectiva.2) Para la preparacin de soluciones se tuvo presente la relacin:M1 V1 M 2 V23) As se prepararon la solucin 0.01M a partir de 0.1M, se midi 1.0 mL de la solucin 0.1M y se complet con agua destilada hasta 10 mL y as sucesivamente para las de 0.001M y 0.0001M. Se verti la mitad del contenido de las soluciones estndar en los tubos de ensayo limpios y de esta forma se obtienen dos series estndar. Se rotularon estos nuevos correspondientes a cada estndar.

4) A los tubos de una de las series se aadi una gota de solucin de Naranja IV a cada uno de ellos.

A la otra serie se aadi una gota de solucin de anaranjado de metilo a cada tubo.

2.2. Determinacin de [H ] de una solucin cida desconocida.1) Se solicit al profesor 10 mL de una solucin cida de concentracin desconocida.2) Esta muestra se reparti por igual en dos tubos de ensayo, entonces se aadi una gota de Naranja IV a uno de ellos y una gota de Anaranjado de Metilo al otro tubo.

Naranja IVAnaranjado de Metilo3) Se compararon los colores con los estndar preparados anteriormente y se determin la concentracin experimental de in hidrgeno en la solucin desconocida.2.3. Determinacin de la concentracin de [H ] de una solucin de cido dbil.1) Se midi 10 mL de solucin de cido actico 0.1 M en un tubo de ensayo limpio y seco.2) Se reparti por igual en dos tubos limpios, entonces aada una gota de solucin de Naranja IV a uno de ellos y una gota de Anaranjado de metilo al otro.3) Se compararon los colores con los estndar que contengan los mismo indicadores y se determin la [H ] de la solucin de cido actico.4) Se anot la concentracin de H ( ac) y se calcul la constante de equilibrio experimental del cido actico.

Naranja IVAnaranjado de Metilo2.4. Preparacin de soluciones estndar [OH ] 101 M hasta 104 M .1) Se midi 10 mL de NaOH 0.1M en un tubo de ensayo limpio y seco, se rotul el tubo. A partir de esta solucin, mediante disoluciones sucesivas se prepararon las

soluciones restantes de

1103 M y

1104 M, rotulndolas de igual forma con su

concentracin respectiva.2) Para la preparacin de soluciones se tuvo presente la relacin:M1 V1 M 2 V2As se prepararon la solucin 0.01M a partir de 0.1M, se midi 1.0 mL de la solucin 0.1M y se complet con agua destilada hasta 10 mL y as sucesivamente para las de 0.001M y 0.0001M.3) Se verti la mitad del contenido de las soluciones estndar en los tubos de ensayo limpios y de esta forma se obtienen dos series estndar. Se rotularon estos nuevos correspondientes a cada estndar. A los tubos de una de las series se aadi una gota de ndigo carmn a cada uno de ellos.

En la otra serie se aadi una gota de solucin de alizarina a cada tubo.

4) Se observ y se anotaron los colores en cada solucin para las distintas [OH ] .

2.5. Determinacin de [OH ] de una solucin cida desconocida.1) Se solicit al profesor 10 mL de una solucin bsica de concentracin desconocida.2) Esta muestra se reparti por igual en dos tubos de ensayo, entonces se aadi una gota de ndigo Carmn a uno de ellos y una gota de Alizarina al otro tubo.

ndigo CarmnAlizarina3) Se compararon los colores con los estndar preparados anteriormente y se determin la concentracin experimental de in hidrxido en la solucin desconocida.

2.6. Diferencia entre cidos fuertes y dbiles.1) Se midi 1.0 mL (=20 gotas) de HCl 0.1 M en un tubo de ensayo limpio y seco.

2) Se midi 1.0 mL (=20 gotas) de seco.

CH 3COOH1.1 M en otro tubo de ensayo limpio y

3) Se aadi 1 gota de fenolftalena a cada tubo. La fenolftalena es incolora en el

intervalo de

[H ]

101 a

109 M, pero se torna roja cuando la

[H ] es menor que

109 M (Tambin [OH ] =105 M).4) Se aadi solucin de NaOH 0.1M gota a gota a cada solucin hasta que el indicador adquiera un color rojo y no desaparezca al mezclar la solucin en el tubo.5) Se anot el volumen de NaOH 0.1M requerido en cada caso.

CONCLUSIONES

La acidez de un disolucin acuosa se expresa mediante el pH, que se define como el logaritmo negativo de la concentracin de iones hidrgeno (en mol/L). A 25C, una disolucin cida tiene un pH7 y una disolucin neutra tiene y un pH=7. La constante de ionizacin cida Ka aumenta al aumentar la fuerza del cido. De forma semejante, la Kb expresa la fuerza de las bases. El porcentaje de ionizacin es otra forma de medir la fuerza de los cidos. Cuando mas diluida es la disolucin de un cido dbil, mayor ser su porcentaje de ionizacin. Conociendo el rango de viraje de los indicadores se puede determinar las concentraciones de los iones hidronio de soluciones desconocidas por colorimetra.

RECOMENDACIONES Hay que revisar que los equipos este en buen funcionamiento. Tener previo conocimiento del tema, tales como indicadores de pH, soluciones, etc. Colocar correctamente los materiales empleados en esta prctica.

BIBLIOGRAFA CHANG, Raymond. Quimica general. Editorial Mc Graw - Hill. Novena edicin. 2007. BROWN-LEMAY. Qumica La ciencia central. Editorial Prentice Hall. Decimoprimera edicin. 2009. http://es.wikipedia.org/wiki/Indicador_de_pH

ANEXOS

CUESTIONARIO1. Qu son indicadores cido-base?Un indicador cido base es una sustancia qumica, capaz de captar o donar iones hidronio generando un cambio de color al producirse esta donacin o captacin de iones hidronio. Se pueden dividir en indicadores cidos o bsicos. Tambin se podran clasificar algunos como neutros pero suelen colocarse en una u otra escala dado que es muy raro que un indicador haga su viraje justo en el pH igual a 7.00.Su uso y aplicacin principal es la de determinar el punto final de una neutralizacin, tambin puede servir para comprobar si un pH es suficientemente cido o bsico.

2. Cual es el pH de la solucin de qu?

Ca(OH )2 0.005M ? El soluto es fuerte o dbil? Por

2Ca(OH )2 2OH Ca

Inicio0.005M--

Reaccin-0.005M+0.01M+0.005 M

equilibrio-0.01 M0.005 M

Luedo el pOH log(0.01) 2 pH 12

Por lo tanto, es una base fuerte.3. Una solucin 1.0M de un cido dbil, HA tiene un pH de 5.. Calcular la constante de ionizacin, Ka, de cido.Como el pH de la solucin final es 5, entonces la [H ] 1.0 105 MHA A H

Inicio1M--

Reaccin-0.00001M+0.0001M+0.00001 M

equilibrio0.99999 M0.00001 M0.00001 M

Luego la Constante de Acidez (Ka) es:K 0.00001 0.00001 1.011010

5a0.99999

4. Determinar el % de ionizacin y el pH de una solucin 1M de

CH COOH CH COO H

HC2 H3O2 Ka 1.8 10

33

Inicio1M--

Reaccin-x+x+x

equilibrio1-xxx

Luego la Constante de Acides (Ka) es:

21.8 105 x1 xComo el valor de Ka es muy pequeo se desprecia x en el denominador. Luego1.8 105 x2 x 4.24 103

3Finalmente 4.24 101

100 0.42%

5. Considere estos cidos:

cidoABCD

Ka2 1064 1045 1031102

a) Ordene los cidos en sentido decreciente de fuerza de acidez.La fuerza creciente de acidez es directamente proporcional al Ka Entonces:Fa (D) > Fa (C) > Fa (B )> Fa (A)b) Cul es el valor de pKa ms alto?pKa log KaEntonces, el cido que tiene el Ka ms bajo, poseer el valor de pKa ms alto.

Luego:

pKa

( A) log(2 106 ) 5.69

6. A 15C, 1 litro de agua disuelve aproximadamente 1 litro de CO2 a la presin de 1 atm. Calcular el pH de la solucin obtenida. Qu indicadores seran los mas adecuados para esta determinacin?

PV nRT

L

Aplicando:1atm1L n 0.082 atm

288K

n 0.042mol

mol K

Luego:

M n 0.042mol 0.042M

V1LFinalmente:pH log(0.042) 1.37

Por lo tanto, el indicador mas apropiado es el Naranja IV.