UNIVERSIDAD AUTNOMA DE MXICO

FACULTAD DE QUMICALABORATORIO DE QUMICA ANALTICA ICLAVE 1402SEMESTRE 2015-2

PROFESORA: CAROLINA FLORES VILAGRUPO 06

PRCTICA 2: ENSAYOS CUALITITATIVOS CIDO-BASE

EQUIPO:SALCEDO VELASCO JULIETASORDO GODINEZ MIGUEL NGEL

FECHA DE ENTREGA: 03 de Marzo de 2015

OBJETIVOS Estudiar el comportamiento de los indicadores cido-base. Estudiar la naturaleza qumica de las disoluciones buffer. Observar el desplazamiento del equilibrio cido base por efecto de la dilucin (Ley de Ostwald). Construir escalas de pH y predecir reacciones. Introducir al estudiante en las reacciones de neutralizacin. Calcular constantes de equilibrio de diferentes reacciones cido-base. Aprender a utilizar correctamente un pHmetro. Formular hiptesis para cada planteamiento del problema.INTRODUCCINLos equilibrios acido-basepueden presentarse en las molculas responsables del color de algunos sistemas biolgicos. Tal es el caso de las antocianinas en la col morada que se extraen para utilizarse como colorantes en bebidas, chicles y salsas.

El color es el resultado de la formacin de un amplio sistema conjugado de enlaces sencillos y dobles alternados, con la correspondiente deslocalizacin de los electrones en los orbitales p paralelos adyacentes de los tomos que conforman un conjunto de 3 anillos aromticos, lo que provoca la absorcin de fotones en el espectro visible.Sin embargo, la coloracin que brindan a dichos alimentos y bebidas es susceptible a los cambios en el pH del medio, ya que, debido a que las antocianinas poseen propiedades acido-base, la prdida o ganancia de protones modifica la estructura de la molcula y con ello la energa de los electrones en la misma, con lo que la absorcin de fotones se da a diferentes longitudes de onda; algunas veces la longitud ya no corresponde al espectro del visible y el equilibrio acido-base provoca un cambio de color a incoloro. Si el cambio en el movimiento de los dobles enlaces debido al equilibrio de protonacin provoca un cambio en absorcin de fotones aun dentro del espectro visible, entonces lo que vemos es un cambio de color al cambiar el pH. Esta propiedad se aprovecha para utilizar a la molcula como un INDICADOR VISUAL cuando se modifica el pH.El azul de timol, que es un dicido, presenta dos cambios de color. El color es rojo si el pH esta por debajo de 1.7, amarillo entre pH 1.7 y 8.9 y azul cuando el pH es mayor a 8.9. Las tres especies que se forman pueden ser representadas como H2A, HA- y A2- respectivamente. El equilibrio entre las especies H2A y HA- puede expresarse como:

Cuando el pH del medio es igual a 1.7 (pKa2) se tiene una mezcla equimolar de las especies roja y amarilla, la cual presenta el color naranja. Como regla emprica, puede decirse que la solucin presenta el color francamente rojo cuando [HA-]/[H2A] 1/10, y francamente amarillo cuando [HA-]/[H2A] 10/1. Otra forma de verificarlo es usando la ecuacin de Henderson-Hasselbalch, en la cual, se puede apreciar que la disolucin tiene el color rojo cuando pH=pKa2 -1, y el color amarillo si el pHpKa2 + 1.

PARTE EXPERIMENTALPARTE I. Comportamiento delos indicadores (escala de pH)ProblemaPor qu el indicador universal toma diferentes coloraciones cuando cambia el pH? Cul es el pHde cambio de color de la fenolftalena y cul el del anaranjado de metilo?

Material10 vasos de precipitados de 20 o 10 mL1 pipeta graduada de 10 mL1 pHmetro1 electrodo combinado de pH1 agitador1 pisetaPapel de secado

ReactivosSolucin reguladora de pH=4 y pH=7HCl 0.1 MNaOH 0.1 MBiftalato de potasio 0.05 mUrotropina 0.1 M (pH=6)cido actico/acetato de sodio 0.1 MBicarbonato de sodio 0.1 MTetraborato de sodio 0.05 MNaH2PO4 / Na2HPO4 0.1 M (pH=7)Inidicador universalFenolfaleinaTartrato cido de potasio solucin saturadaIndicador natural (col morada)

Parte experimentalTabla1.1. Comportamiento de los indicadores (escala de pH).Color del indicador

Disolucin de:pH (experi-mental)UniversalFenolftalenaAnaranjado de metiloIndicador natural (extracto de col morada)

HCl 0.1M1.3RosaIncoloroRosaRosa

Tartrato cido sat.3.6RojoIncoloroNaranja claroRosa

Biftalato 0.05M4.1Naranja oscuroIncoloroNaranja claroRosa

Acetatos 0.1 M5.1Amarillo ocasoIncoloroDorado claroRosa claro

Urotropina 0.1M8.1Verde claroIncoloroDorado claroAzul cobalto

Fosfatos 0.1M7.5VerdeIncoloroDoradoAzul cobalto claro

Bicarbonato 0.1M9.1Verde olivoRosa claroDoradoVerde bandera

Tetraborato 0.05M9.9Verde oscuroRosaDoradoVerde olivo

NaOH 0.1 M13Azul cobaltoRosa mexicanoDoradoVerde claro/amarillo

Tabla 1.2. Clculo de pH tericoDisolucin de:Tipo de solucin:pkaFrmula utilizadapH terico

HCl 0.1Mcido solopH-logCo1

Tartrato cido sat.Anfolitopka1=3.04pka2= 4.36pH(pka1+pka2)/23.7

Biftalato 0.05MAnfolitopka1=2.9pka2= 5.4pH(pka1+pka2)/24.15

Acetatos 0.1 MPar cido-base4.75pHpka+log(|A-|/|HA|)5*

Urotropina 0.1MAnfolito5.13pH1/2pKa -1/2logCo6*

Fosfatos 0.1MPar cido-base7.19pHpka+log(|A-|/|HA|)7*

Bicarbonato 0.1MAnfolitopka1=6.35pka2= 10.32pH(pka1+pka2)/28.335

Tetraborato 0.05MPar cido-base9.23pHpka+log(|A-|/|HA|)9.23

NaOH 0.1 MBase solapH14+logCo13

*Valores reportados en etiqueta del envase.

Tabla 1.3. Registro de intervalos de vireIndicadorIntervalo(s) de vire experimentalValores reportados literatura

pkaIntervalo de vire

Indicador universal1.3-135.00-14

Anaranjado de metilo3.6-4-15.13.1-4.4

Natural (col morada)1.3-13

Fenolftaleina9.1-139.38.3-10.0

Cuestionario No. 11. Por qu el indicador universal toma diferentes coloraciones en las distintas disoluciones?R=Porque este indicador es una mezcla de otros indicadores, los cules, cada uno toma una coloracin distinta de acuerdo al pH de la disolucin y por ello el indicador universal tiene diferentes intervalos de vire para cada pH, prcticamente desde el pH cero hasta el catorce.

2. Analizando los resultados de la tabla 1.3 y relacionando el vire de color con el pka, explica cmo acta un indicador cido-base.R=Los indicadores cido-base son compuestos cuyo color, en disolucin, cambia con la concentracin de iones hidrgeno. El intervalo de pH en el que tiene lugar el cambio de color vara sensiblemente de un indicador a otro. El cambio de color puede ser comparable con la concentracin de iones H+ que son la exponencial de pKa, por lo tanto, el cambio de color se debe a un cambio en la estructura de la disolucin producida por una pronotacin o despronotacin de la especie medida.

3. Para qu situaciones recomendaras utilizar el indicador universal, el anaranjado de metilo o la fenolfatlena?R=El uso de un indicador depende del viraje de ste y dentro de cul se encuentra la muestra o disolucin de la que se desea conocer el pH. El indicador universal es para casos generales donde queremos saber cualitativamente el pH de cualquier disolucin. La fenolftalena es para medios bsicos y el naranja de metilo para medios cidos.

4. A partir de la tabla 1.3, selecciona el indicador adecuado para la reaccin de neutralizacin cido-base fuerte. Justifica.R=Se podra utilizar el indicador universal ya que al tener un cido fuerte con una base fuerte podemos la coloracin inicial del cido (probablemente roja) y cmo se va neutralizando (punto de equilibrio pH=7, coloracin verde-amarillenta) al agregar la base hasta que la reaccin se completamente bsica por la despronotacin del cido y la presencia de iones hidroxilo (lo que se ver en una coloracin azul o morada). Cmo ste tipo de reacciones va de un medio cido a otro completamente bsico, o viceversa, el indicador universal es el nico que tiene un rango completo del pH

5. Construye un mapa conceptual que relacione los conceptos involucrados en los experimentos.

PARTE II Accin BufferProblemaDespus de medir el pH de los pares cido-base propuestos en el experimento, construye una escala pH. Indicar las reacciones cido-base que se pueden llevar a cabo de forma espontnea.

Material12 vasos de precipitados de 20 mL1 pipeta graduada de 10 mL1 pHmetro1 electrodo combinado de pH1 agitador1 piseta1 pipeta volumtrica de 10 mLPapel de secado

ReactivosHCl 1.0 MNaOH 1.0 Mcido actico (CH2COOH) 0.1 MAcetato de sodio (CH3COONa) 0.1 MAmoniaco (NH3) 0.1 MCloruro de amonio (NH4Cl) 0.1 Mcido fosfrico (H2PO4) 0.1 MDihidrgenosfosfato de sodio (NaH2PO4) 0.1 MBicarbonato de sodio (NaHCO3) 0.1 MCarbonato de sodio (Na2CO3) 0.1 M

Parte experimentalTabla 2.1. Accin buffer.DISOLUCINPar cido-basepHConc. cido[HA]Conc. base[A-]pka

cido actico 0.1M2.80.1

Acetato de sodio 0.1M90.1

cido actico + acetato de sodioCHCOOH / CHCOO4.40.10.14.4

cido fosfrico 0.1 M20.1

Dihidrgenfosfato de sodio 0.1M4.50.1

cido fosfrico + Dihidrgenfosfato de sodioHPO / HPO2.30.10.12.3

Carbonato cido de sodio 0.1M9.20.1

Carbonato de sodio 0.1M120.1

Bicarbonato de sodio + carbonato de sodioHCO / CO110.10.111

Cloruro de amonio 0.1M70.1

Amoniaco 0.1M11.50.10.1

Cloruro de amonio + amoniacoNH / NH10.20.10.110.2

Para el clculo de pKa en el caso de las disoluciones buffer se usa:

Para el clculo de pH terico de cada disolucin se usa: cido actico 0.1M CH3COOH pka=4.75Ka=10-4.75, Ka/Co=1.7782x10-4 Na+ + Ac-

K=[ H3O+] [OH-]=10-14HAc + H2O Ac- + H3O+Ka= 1.75x10-5 = [Ac-][ H3O+]/[ HAc]Ac- + H2O HAc + OH-Co(1-) Co CoK= [HAc][OH-]/[ Ac-]= [HAc][OH-]/[ Ac-] x([ H3O+]/[ H3O+])=10-14/1.75x10-5= 5.71428x10-10K= [HAc][OH-]/[ Ac-]=5.71428x10-10=( Co x Co )/( Co(1-))Suponiendo que (1-)1Co2=5.71428x10-10

[OH-]= C=(0.1)x(7.55928x10-5)= 7.55928x10-6[ H3O+]=10-14/[OH-]=10-14/7.55928x10-6= 1.32287 x 10-9pH= -log[ H3O+]= -log(1.32287 x 10-9)=8.87 cido actico + acetato de sodioPar cido-base: CHCOOH / CHCOOpka=4.75pHpka+log(|A-|/|HA|) = 4.75 + 0 =4.75 cido fosfrico 0.1 Mpka=2.14 ka=10-2.14Ka/Co= 0.07244 pH1/2pKa -1/2logCo=1.57 Dihidrgenfosfato de sodio 0.1M

HPO42-H3PO4H2PO44-

PO43-HPO42-H2PO44-

pka3=12.34pka2=7.19pka1=2.14

pHpka+log(|A-|/|HA|)= 7.19 + 0= 7.19 cido fosfrico + Dihidrgenfosfato de sodioPar cido-base: HPO / HPOpka=2.14 pHpka+log(|A-|/|HA|)= 2.14 + 0= 2.14 Carbonato cido de sodio 0.1MNaHCO3 H2CO3

HCO3-H2CO3

CO32-HCO3-

pka2=10.32pka1=6.35

pH(pka1+pka2)/2= (6.35+10.32)/2= 8.335 Carbonato de sodio 0.1MNaCO3 Base dbilpka=10.36KaxCo=4.36x10-12>10-13pH7 + 1/2pKa -1/2logCo= 11.68 Bicarbonato de sodio + carbonato de sodioPar cido-base: HCO / COpka=10.32pHpka+log(|A-|/|HA|)= 10.32 + 0= 10.32 Cloruro de amonio 0.1MNH4Cl NH4+ + Cl-NH4+ + H2O NH3 + H3O+ ka= 5.7 x 10-10=[ H3O+][ NH3]/[ NH4+]=( Co)( Co)/ Co(1-)

CoCoCo(1-)

Suponiendo que (1-)1ka= 5.7 x 10-10= Co2

[ H3O+]= Co= (7.54983x10-5)x(0.1)= 7.54983x10-5=10-4.12pH= -log[ H3O+]= -log(10-4.12)=4.12 Amoniaco 0.1M Cloruro de amonio + amoniacoPar cido-base: NH / NHpka=9.24pHpka+log(|A-|/|HA|)= 9.24 + 0= 9.24Cuestionario No. 21. Por qu la disolucin de un para conjugado tiene un pH diferente al que tendra una disolucin del cido de ese par solo o al pH de la base de ese par sola?R=Porque es una disolucin amortiguadora; es decir, limita los cambios de pH al agregar ya sea cidos o bases o al hacer disoluciones. Esto es porque las la disolucin contiene dos sustancias que tiene la capacidad de neutralizar un cido o una base que se le agregue.2. Con los datos experimentales obtenidos en la tabla 2.1, completa la escala de pH. Coloca cada par cido-base conjugado a lo largo de la escala. Completa tambin para el resto de los equilibrios los cidos politrpicos.R= Fuerza cida

H3O+HPOCHCOOHHCO NH H2O

02.3 4.411 9.2 14

H2O HPO CHCOO CO NH OH-

Fuerza bsica

3. Empleado la escala anterior de pH, predice todas las reacciones que se pueden llevar a cabo entre todas las especies colocadas en la escala.R=Como se trata de un equilibrio cido-base, las reacciones posibles deben ser en diagonal hacia la derecha ().. Entonces las reacciones que se pueden llevar a cabo son:

a) HPO + CHCOO- CHCOOH + HPOb) HPO + COHCO + HPOc) HPO + NHNH + HPOd) CHCOOH + COHCO + CHCOOf)CHCOOH + NHNH + CHCOOg)HCO +NHNH + CO

4. Escribe la ecuacin de las reacciones propuestas en el inciso anterior y calcula los valores de las constantes de equilibrio correspondientes.R=

a) HPO + CHCOO- CHCOOH + HPOKeq = ([CHCOOH / CHCOO]) ([HPO / HPO]) = 104.75x10-2.14 = 102.6b) HPO + COHCO + HPOKeq = ([HCO / CO]) ([HPO / HPO]) = 10-2.15x106.35 = 104.2c) HPO + NHNH + HPOKeq = ([NH / NH]) ([HPO / HPO]) = 109.2x10-2.15= 107.05

d) CHCOOH + COHCO + CHCOOKeq = ([CHCOOH / CHCOO]) ([HCO / CO]) = 106.35x10-4.7= 101.65

f) CHCOOH + NHNH + CHCOOKeq = ([CHCOOH / CHCOO]) ([NH / NH]) = 10-4.7x109.2= 104.5

g) HCO +NHNH + COKeq = ([HCO / CO]) ([NH / NH]) = 109.2x10-6.35= 102.85

*Los valores de pka utilizados para el clculo son los valores tericos previamente reportados.

5. Cul de las reacciones propuestas es la ms cuantativa? Justifica.

Fuerza cida

H3O+ HPO CHCOOH HCO NH H2O

0 2.3 4.4 11 9.2 14

H2O HPO CHCOO CO NH OH-

Fuerza bsicaLa reaccin ms cuantitativa es la deHPO + NH NH + HPO dado que es la ms alejada en la escala de pH, lo cual se confirma con el hecho de que su valor de constante es el ms alto.

PARTE III. Efecto de la dilucin.ProblemaQu efecto tiene la dilucin sobre la disociacin de una especie cido-base? Qu sucede con el valor de pH de una disolucin cuando se diluye?

Material5 vasos de precipitados de 20 mL1 pipeta graduada de 1 mL1 pHmetro1 electrodo combinado de pH1 agitador1 piseta1 pipeta volumtrica de 10 mL2 matraces aforados 100 mLPapel de secado

ReactivosHCl 1.0 MNaOH 1.0 Mcido actico (CH2COOH) 1 MAcetato de sodio (CH3COONa) 1 MDihidrgenosfosfato de sodio (NaH2PO4) 1 M

Parte experimentalTabla 3.1 Efecto de dilucinDisolucinpH antes de la dilucin (1 M)pH despus de la dilucin (10x-4 M)

CH3COOH2.23.2

HCl24.8

NaH2PO44.44.9

NaOH12.511.46

CH3COONa8.145.81

Qu expresin matemtica relaciona la fraccin disociada con la disolucin hecha?

Disolucin 1:10,000

ANLISIS DE RESULTADOSPARTE 1:Observando la tabla 1.1 podemos clasificar a los diferentes tipos de indicadores cido-base pues cada uno vira en un color diferente debido al pH de cada disolucin.Comparando las columnas de indicadores sabemos que el indicador universal vira desde un color rojo hasta llegar a unmorado; cuando este indicador tiene un tono amarillo, decimos que la solucin en esemomento tiene un pH de 5 o un valor cercano de pKa igual a 5 (para disolucionesamortiguadoras con pares acido/base con concentraciones iguales). De la misma forma ocurre con el anaranjado de metilo, que vira de un color amarillo, rosaa naranja cuando el pH de la disolucin sta cercano a 3.15.0. Aqu el valor de pKa es aproximadamente 5.1 para disoluciones amortiguadoras con los pares conjugados con la misma concentracin. Por ltimo, arriba de pH 8 la fenolftalena vira a un color rosa y por debajo de estevalor es incolora la disolucin.

PARTE 2:Tomando en cuenta los clculos de pH terico, los valores no fueron los esperados. En la mayora de las disoluciones el valor de pH terico fue cercano al pH obtenido de manera experimental, a excepcin de la solucin de bicarbonato de sodio + carbonato de sodio, lo cual provoca una discrepancia entre la escala de pH esperada con respecto a los valores tericos y la obtenida experimentalmente.PARTE 3:Todos los valores de pH cambiaron una vez que se llev a cabo la dilucin. A grandes rasgos, las soluciones cidas pasaron a ser ligeramente ms bsicas. As mismo las soluciones bsicas presentaron un pH ligeramente ms cido despus de la dilucin.

Podemos hacer una comparacin entre los valores de pH obtenidos experimentalmente y los valores de pH tericos.DisolucinpH tericopH experimental% Error

HCl 0.1M11.330

Tartrato cido sat.3.73.62.7

Biftalato 0.05M4.154.11.2

Acetatos 0.1 M55.12

Urotropina 0.1M68.135

Fosfatos 0.1M77.57.14

Bicarbonato 0.1M8.339.19.24

Tetraborato 0.05M9.239.97.25

NaOH 0.1 M13130

cido actico 0.1M2.872.82.43

Acetato de sodio 0.1M8.8791.46

cido actico + acetato de sodio4.754.47.36

cido fosfrico 0.1 M1.57227.38

Dihidrgenfosfato de sodio 0.1M7.194.537.41

cido fosfrico + Dihidrgenfosfato de sodio2.142.37.47

Carbonato cido de sodio 0.1M8.339.210.44

Carbonato de sodio 0.1M11.68122.73

Bicarbonato de sodio + carbonato de sodio10.32116.58

Cloruro de amonio 0.1M4.12769.9

Amoniaco 0.1M11.5

Cloruro de amonio + amoniaco9.2410.210.38

CH3COOH

HCl

NaH2PO4

NaOH

CH3COONa

CONCLUSINEl cido con su base conjugada forma una disolucin buffer, el pH es igual al valor de la constante de acidez (pKa) del par conjugado debido a que las concentraciones del cido y base no cambian, mientras que el pH de la base y el cido si cambian debido a la presencia o ausencia de protones.Al diluir una disolucin, el pH de la disolucin cambia con respecto al de la solucin sin diluir. Generalmente, las disoluciones cidas se vuelven ms bsicas y las disoluciones bsicas se vuelven ms cidas. Esto puede explicarse debido a la presencia de los iones OH- o H+ que proporciona el agua a cada disolucin.De nuestra tabla de comparaciones de pH, podemos decir que las disoluciones cuyos valores experimentales que no fueron los esperados son: urotropina, fosfatos, bicarbonato y bicarbonato de sodio + carbonato de sodio. Esto puede deberse a un error experimental. En el caso especfico de la solucin de urotropina, podemos afirmar que la muestra estaba contaminada.BIBLIOGRAFAGomez Sosa Gustavo. Indicadores de pH. Facultad de Qumica UNAM. 2010. http://bit.ly/1vVSRUpAlonso Carlos. cidos y Bases. www.alonsoformula.comCaizares Macas y Duarte Lisci. Fundamentos de qumica analtica. Facultad de Qumica UNAM. Mxico, 2013.GarritzGasqueMartinez. Equilibrios cido-base. Archivero de la Facultad de Qumica UNAM. 2005. http://bit.ly/17Mzn9JChang y Raymond. Qumica.10edicin. Editorial Mc Graw-Hill. Mxico, D.F. 2010.