Prctica No. 3: Estudio de Equilibrios cido-base

Equipo:Barrera Alva IsauraBeltrn Ramrez IraisCarbajal Carbajal CristianMonterrubio Vzquez Eduardo23 de marzo de 2010

Parte 1 Comportamiento de los Indicadores (escala de pH).Problema: Por qu el indicador universal toma diferentes coloraciones cuando cambia el pH? Cul es el pH de cambio de color de la fenolftalena y cul el del anaranjado de metilo?Hiptesis: El indicador universal toma diferentes coloraciones cuando cambia el pH debido a que es una mezcla de indicadores los cuales toman cierta coloracin en un rango de pH dado. La fenolftalena presenta un cambio de color en un pH de 8 - 9.6, y el naranjado de metilo en un pH de 3.4 4.8

Procedimiento 1: Tabla 1.Color del Indicador

Disolucin:pH TEOpHUniversalFenolftalenaAnaranjado de MetiloIndicador Natural

HCl 0.1M1.01.2rojoincoloroRojo/rosarosa

Tartrato c. sat3.64.06rojoincolororojoRojo/rosa

Biftalato 0.05 m411.7azulrosaanaranjadoverde

Acetatos 0.1 M8.857.6verdeincoloroamarilloazul

Urotropina 0.1 M9.156.12naranjaincoloroamarillolila

Fosfatos 0.1 M7.246.8verdeincoloroAnaranjado lila

Bicarbonato 0.1 M8.48.24verderosaanaranjadoverde

Tetraborato 0.05 M9.28.34azulrosaamarilloverde

NaOH 0.1 M1312.5azulrosaanaranjadoverde

Antes de continuar hay que ver las caractersticas de los indicadores empleados:Naranja de metilo o anaranjado de metilo: es un colorante azoderivado, con cambio de color de rojo a naranja-amarillo entre pH 3,1 y 4,4. El nombre del compuesto qumico del indicador es sal sdica de cido sulfnico de 4-Dimetilaminoazobenceno.

VIRAJE DEL ANARANJADO DE METILO.

Fenolftalena: es un compuesto qumico que se obtiene por reaccin del fenol (C6H5OH) y el anhdrido ftlico (C8H4O3), en presencia de cido sulfrico.En qumica se utiliza como indicador de pH que en soluciones cidas permanece incoloro, pero en presencia de bases se torna color rosa. En anlisis qumico se usa como indicador de valoraciones cido-base, siendo su punto de viraje alrededor del valor de pH, realizando la transicin cromtica de incoloro a rosado.

INDICADOR UNIVERSAL: Un indicador universal es una mezcla de sustancias colorantes que muestran un cambio gradual de color sobre un rango amplio de PH. Una frmula tpica contiene: anaranjado de metilo, rojo de metilo, azul de bromitol y fenolftalena.

Figura .- Escala indicador universal INDICADOR NATURAL: Las lombardas (coles), parecidas a repollos y de color violeta, contienen en sus hojas un indicador que pertenece a la familia de los compuestos orgnicos llamados antocianinas. Al aadir el indicador a un cido, la disolucin inicialmente transparente, adquiere una coloracin que va entre rojo muy fuerte hasta violeta claro, segn el grado de acidez. Si la disolucin es neutra, se torna de color azul violceo, y si es bsica, los colores van desde el azul verdosos hasta el verde ms oscuro para las ms concentradas.Los indicadores naturales presentan las mismas caractersticas que el indicador universal. Se trata de soluciones elaboradas con algunos vegetales como, las flores de bugambilia, hojas de col morada, zanahoria y hojas de t negro.

Figura - Algunos de los colores que adquiere el extracto de col alcambiar el pH. El pH de la disolucin aumenta hacia la derecha.

indicadorcolor en medio cidocolor en medio bsicointervalo de pH

Universalrojoazul1 - 14

Fenolftalenaincolororosa8.3-10

Anaranjado de Metilorojonaranja-amarillo2.1-4.4

naturalrojoverde-

Tabla 2. Registro de intervalos de vire y pKas. (De acuerdo a las observaciones de la tabla 1)IndicadorIntervalo(s) de vire experimentalValores indicados en la Literatura

pKaIntervalo de vire

Indicador Universal1.2-12.5-1-14

Anaranjado de Metilo4.06-8.854.22.1-4.4

Natural4.06-8.24--

Fenolftalena6.8-8.249.58.3-10

Cuestionario 1.1. Por qu el indicador universal toma diferentes coloraciones en las distintas disoluciones amortiguadoras?El indicador universal toma diferentes coloraciones en las disoluciones amortiguadoras como se observa en la siguiente tabla debido a que es una mezcla de indicadores, el intervalo de pH en el que se presenta un determinado color depende de la constante de ionizacin del indicador o en el caso del indicador universal las constantes de ionizacin de los indicadores presentes. Coloracin indicador universal

Disolucin:pH TEOpH

Acetatos 0.1 M8.857.6verde

Urotropina 0.1 M9.156.12naranja

Fosfatos 0.1 M7.246.8verde

2. Analiza los resultados de la tabla 2 y relaciona el vire de color con el pKa, para explicar con tus propias palabras cmo acta un indicador cido-base.

El pH al que cambia de color un indicador depende del PKa; por ejemplo para la fenolftalena, el valor de Ka 3x10-3; por lo tanto el pH al que se encuentra la mitad del indicador en su forma bsica y la mitad de su forma acida es pH =PKa=-log (3x10-3)=9.5Cabe esperar que la fenolftalena cambie de color a un pH=9.5.En resumen cada indicador de pH, tiene su viraje, en el cual cambia de color de acuerdo a la cantidad de acidez o basicidad; pero cercano a un pH=pKa es casi seguro un cambio de coloracin.

3. En qu situaciones recomendaras utilizar el indicador universal, el anaranjado de metilo y la fenolftalena?El indicador universal es recomendable en la mayora de los casos; pero cuando no sabes el pH de una disolucin y quieres neutralizarla, se usa el universal. La fenolftalena se usa para titulacin estndar acido-base, al igual que el anaranjado de metilo, la seleccin del indicador depende de las fuerzas relativas del acido y la base que se utilizaran en la titulacin.

4. A partir de la tabla 2, selecciona el indicador adecuado para la reaccin de neutralizacin acido fuerte base fuerte. Justifica tu propuesta.

El indicador universal debido a su intervalo de viraje, sera el ms correcto, ya que los otros indicadores tiene un intervalo bajo y marcan los cidos y bases como si fueran fuertes desde pH relativamente bajos en comparacin con el indicador universal.Parte 2. Accin BufferProblemaDespus de medir el pH de los pares cido-base propuestos en el experimento, construye una escala de pH. Indica las reacciones cido-base que se pueden llevar a cabo de forma espontnea entre las especies qumicas de esos sistemas. HiptesisAl colocar un cido y una base, reaccionarn para neutralizarse. Las reacciones ms cuantitativas se llevarn a cabo entre los cidos ms fuertes y las bases ms fuertes debido a su diferencia de pKa. Procedimiento

DisolucinParcido-basepHConcentracin cido [HA]Concentracin base [A-]pKa

tericosExp.

cido actico 0.1MCH3COOH/CH3COO-2.9(0.1 - 10-2.9) M = 0.0987 M10-2.9 M = 0.00126 M4.84.7

Acetato de sodio 0.1MCH3COO-7.3510-6.65 M(0.1 10-6.65) M4.84.7

cido actico + acetato de sodioCH3COOH/CH3COO-4.70.050.054.84.7

cido fosfrico 0.1MH3PO4/H2PO4-1.8(0.1 10-1.8 ) M10-1.8 M2.12.1

Dihidrgenfosfato de sodio 0.1MH2PO4-7.5610-6.44 M( 0.1-10-6.44 ) M 2.12.1

Acido fosfrico + Dihidrgenfosfato de sodioH3PO4/H2PO4-2.10.05 M0.05 M2.12.1

Carbonato cido de sodio 0.1MHCO3-/CO32-8.6( 0.1 10-8.6 ) M 10-8.6 M10.313

Carbonato de sodio 0.1 MCO32-10.7510-3.25 M( 0.1 - 10-3.25 ) M10.38.5

Bicarbonato de sodio + carbonato de sodioHCO3-/CO32-9.850.05 M0.05 10.39.85

Cloruro de amonio 0.1MNH4+/NH35.8( 0.1 10-5.8 ) M10-5.8 M9.28.5

Amoniaco 0.1MNH39.3510-4-65 M( 0.1 10-4-65 ) M9.28.5

Cloruro de amonio + amoniacoNH4+/NH38.50.05 M0.05 M9.28.5

Clculos

Iniciales0.100

Reaccionan/formanX= 0.0025X=0.0025X= 0.0025

Equilibrio0.1-x= 0.0975X =0.0025X=0.0025

Iniciales0.100

Reaccionan/forman0.10.10.1

Equilibrio0.10.1

BUFFER:

Iniciales0.100

Reaccionan/formanX=0.048X=0.048X=0.048

Equilibrio0.1-x= 0.052X=0.048X=0.048

Iniciales0.100

Reaccionan/forman0.10.10.1

Equilibrio0.10.1

BUFFER:

Iniciales0.100

Reaccionan/formanX=X=X=

Equilibrio0.1-x= 0.09999763X =X=

Iniciales0.100

Reaccionan/forman0.10.10.2

Equilibrio0.10.2

BUFFER:

Iniciales0.100

Rxn/formanX=X=X=

Equilibrio0.1-x= 0.0999925011X =X=

Iniciales0.100

Reaccionan/forman0.10.10.2

Equilibrio0.10.2

BUFFER:

Cuestionario No.2 1. Por qu la disolucin de un par conjugado tiene un pH diferente al que tendran disoluciones que contuvieran nicamente el cido o la base?

Cuando se tiene una mezcla de un acido y su base conjugada se esta hablando de una disolucin amortiguadora al tener concentraciones similares el cociente [A-]/[HAc] ser ;1 por lo tanto el log presente en la ecuacin de Henderson-Hasselbalch ser cero manteniendo un pH constante en cambio si nicamente se tuvieran el acido o la base el termino logartmico no ser cero y el pH de la disolucin cambiar.

2. Con los datos experimentales obtenidos en la tabla III, completa la escala de pH. Coloca cada para cido base conjugado a lo largo de la escala

H2O14OH-

CH3COOH4.7CH3COO-NH4+8.5NH3H3O+0H2OHCO3-9.85CO32-H3PO4 2.12H2PO4-

3. Empleando la escala anterior de pH que elaboraste, haz la prediccin de todas las reacciones que se puedan llevar a cabo entre todas las especies colocadas en la escala.

4. Escribe la ecuacin de las reacciones que propusiste en el inciso 3 y calcula los valores de las constantes de equilibrio correspondientes

a)

b)

c)

d)

e)

f)

g)

h)

i)

j)

k)

l)

m)

n)

o)

5. Cul de las reacciones propuestas es la ms cuantitativa? Justifica tu respuesta.

O considerando los pares acido/base presentes

En el primer caso, las especies provienen de la disociacin de un cido fuerte y una base fuerte.

Las reacciones ms cuantitativas se llevan a cabo entre los cidos ms fuertes y las bases ms fuertes.

Parte 3. Efecto de la dilucin Problema: Qu efecto tiene la dilucin sobre la disociacin de una especie cido-base? Cuando se diluye, qu sucede con el valor de pH de una disolucin de un cido fuerte, de una base fuerte, de un cido dbil, de una base dbil o de un anfolito?Hiptesis: Al llevar a cabo la dilucin el grado de disociacin de una especie acido- base aumentar, ya que cuanto ms diluida este la disolucin mayor ser el porcentaje de ionizacin.

Procedimiento 3: Resultados:DisolucinpH antes de la DilucinpH despus de la Dilucin

CH3COOH 1M2.855.50

HCl 1M1.404.70

NaH2PO4 1M4.204.50

NaOH 1M12.8010.00

CH3COONa 1M9.007.80

Qu expresin matemtica relaciona la fraccin disociada con la dilucin hecha?Consideremos un electrolito AB que en disolucin est parcialmente disociado en los iones A+ y B- . Si n es la cantidad de electrolito presente en un volumen V y la fraccin disociada es ; la fraccin no disociada es (1 ). Las cantidades de las tres sustancias presentes en el equilibrio y sus concentraciones correspondientes son:

Moles al Eq. (1-) Conc. al Eq. (1-) V V V

La constante de equilibrio es:

Por lo tanto para una cantidad dada de sustancia el grado de disociacin puede variar con el volumen en la forma:

Cuando aumenta el volumen, disminuye la concentracin y aumenta el grado de disociacin. A volmenes muy grandes (concentraciones aproximndose a cero), el grado de disociacin se acerca a la unidad; esto es, la disociacin es cercana al 100% cuando nos aproximamos a dilucin infinita.

Bibliografa:

Harris C. Daniel, Anlisis qumico cuantitativo, 2da edicin, pginas consultadas 117-120,209-225. Skoog A. Douglas, Fundamentos de Qumica Analtica, Octava edicin, Ed. Cengage Learning, pginas consultadas 373-395