Determinación de la acidez, basicidad y neutralización

I. OBJETIVOS:

-El objetivo de esta práctica es saber determinar la acidez y la basicidad fe la muestra: tener una idea del proceso de neutralización de un ácido y una base donde se emplea este proceso los indicadores como el papel de tornasol y fenolftaleína.

II. FUNDAMENTO TEORICO:

Los ácidos.

Los Ácidos tienen un sabor ácido, corroen el metal, cambian el litmus tornasol (una tinta extraída de los líquenes) a rojo, y se vuelven menos ácidos cuando se mezclan con las bases.

Ácidos son sustancias que cuando se disuelven en agua producen un aumento en la concentración de iones hidrogeno (H+) que ésta tiene normalmente. Dan color rojo a una solución de tornasol (recuérdese que las bases la vuelven azul) y tienen un sabor ácido característico. Además, decoloran una solución de fenolftamina que haya sido previamente enrojecida mediante la adición de una base. 

Los elementos del grupo VII de la Tabla Periódica (Halógenos) y algunos del grupo VI se combinan con el hidrógeno formando compuestos de carácter ácido que se conocen con el nombre genérico de hidrácidos. Su nomenclatura consiste de la palabra ácido seguida del nombre latino del elemento que se combina con el hidrogeno, con la terminación “hídrico”. 

Ejemplos:

HF: Ácidos FluorhídricosHCI: Ácidos ClorhídricosHBr: Ácidos Bromhídrico

Las bases.

Una base es cualquier sustancia que en disolución acuosa aporta iones OH- al medio. Un ejemplo claro es el hidróxido potásico, de fórmula KOH:

KOH ? OH- + K+ (en disolución acuosa)

Una base se forma cuando un óxido de un metal reacciona con agua:

MgO + H2O --->Mg(OH)2

O también:

Al2O3 + 3H2O --->2Al(OH)3

Características de las bases:

Poseen un sabor amargo característico.

No reaccionan con los metales.

Sus disoluciones conducen la corriente eléctrica.

Reaccionan con los ácidos (neutralización)

La mayoría son corrosivos para la piel.

Tienen un tacto jabonoso al contacto con la piel.

¿Qué es un indicador?

    Los indicadores son colorantes orgánicos, que cambian de color según estén en presencia de una sustancia ácida, o básica.

Fabricación casera de un indicador

Las lombardas, parecidas a repollos y de color violeta, contienen en sus hojas un indicador que pertenece a un tipo de sustancias orgánicas denominadas antocianinas. Para extraerlo :

Corta unas hojas de lombarda (cuanto más oscuras mejor)

Cuécelas en un recipiente con un poco de agua durante al menos 10 minutos

Retira el recipiente del fuego y dejarlo enfriar

Filtra el líquido (Se puede hacer con un trozo de tela vieja)

Ya tienes el indicador (El líquido filtrado)

Las características del indicador obtenido son:

Reacciones de neutralización

Las reacciones de neutralización, son las reacciones entre un ácido y una base, con el fin de determinar la concentración de las distintas sustancias en la disolución.Tienen lugar cuando un ácido reacciona totalmente con una base, produciendo sal y agua. Sólo hay un único caso donde no se forma agua en la reacción,

se trata de la combinación de óxido de un no metal, con un óxido de un metal.Ácido + base → sal + aguaPor ejemplo:  HCl + NaOH → NaCl + H2O

Las soluciones acuosas son buenas conductoras de la energía eléctrica, debido a los electrolitos, que son los iones positivos y negativos de los compuestos que se encuentran presentes en la solución.Una buena manera de medir la conductancia es estudiar el movimiento de los iones en una solución.

Cuando un compuesto iónico se disocia enteramente, se le conoce comoelectrolito fuerte. Son electrolitosfuertes por ejemplo el NaCl, HCl, H2O (potable), etc, en cambio, un electrolito débil es aquel que se disocia muy poco, no produciendo la cantidad suficiente de concentración de iones, por lo que no puede ser conductor de la corriente eléctrica.Cuando tenemos una disolución con una cantidad de ácido desconocida, dicha cantidad se puede hallar añadiendo poco a poco una base, haciendo que se neutralice la disolución.

Una vez que la disolución ya esté neutralizada, como conocemos la cantidad de base que hemos añadido, se hace fácil determinar la cantidad de ácido que había en la disolución.

En todos los procesos de neutralización se cumple con la “ley de equivalentes”, donde el número de equivalentes del ácido debe ser igual al número de equivalentes de la base:Nº equivalentes Ácido = nº equivalentes Base

Los equivalentes dependen de la Normalidad, que es la forma de medir las concentraciones de un soluto en un disolvente, así tenemos que:

N= nº de equivalentes de soluto / litros de disoluciónDeduciendo : nº equivalentes de soluto = V disolución . NormalidadSi denominamos NA, como la normalidad en la solución ácida y NB, la normalidad de la solución básica, así como VA y VB, como el volumen de las soluciones ácidas y básicas respectivamente:

NA.VA= NB. VBEsta expresión se cumple en todas las reacciones de neutralización. Ésta reacción se usa para la determinar la normalidad de una de las disolución, la ácida o la básica, cuando conocemos la disolución con la que la neutralizamos, añadimos así, poco a poco un volumen sabido de la disolución conocida, sobre la solución a estudiar, conteniendo ésta un indicador para poder así observar los cambios de coloración cuando se produzca la neutralización.

El valor del pH, definido como el – log[H+], cuando los equivalentes del ácido y de la base son iguales, se le conoce como punto de equivalencia. El punto de equivalencia puede ser práctico, o teórico.En el pH, la escala del 0 al 7, es medio ácido, y del 7 al 14, medio básico, siendo el valor en torno al 7, un pH neutro.Si valoramos la reacción entre un ácido fuerte y una base fuerte, el punto equivalente teórico estará en torno a 7, produciéndose una total neutralización de la disolución. En cambio, si se estudia un ácido débil con una base fuerte, la sal que se produce se hidrolizará, añadiendo a la disolución iones OH-, por lo tanto el punto de equivalencia será mayor que 7. Y si es el caso de un ácido fuerte con una base débil, la sal que se produce se hidroliza añadiendo los iones hidronios, siendo asñi el punto de equivalencia menos que 7.Cuanto más cerca se encuentren los valores de los puntos teóricos y prácticos, menor será el error cometido.Recordando conceptos: Los ácidos fuertes, son aquellas sustancias que se disocian totalmente, cuando se disuelven en agua. Son ácidos fuertes el H2SO4, HCl, HNO3, etc.pH= -log [H+] = -log[ Ac. Fuerte] Ácidos de fuerza media: son aquellos que se disocian parcialmente, sus constantes ácidas o de disociación son mayores de 1 x 10^-3 Ácidos débiles: Son aquellos que no se disocian completamente. Cuando más pequeña es la constante ácida, más débil es la acidez.

Bases fuertes: se disocian totalmente, cediendo todos sus OH-. Bases fuertes son los metales alcalinos, y alcalinotérreos como pueden ser NaOH, KOH, Ba(OH)2, etcpH= 14 + log [OH-]

Bases débiles: Se trata de aquellas que no se disocian completamente.Existen unas sustancias, llamadas indicadores, que generalmente son ácidos orgánicos débiles, éstas poseen la propiedad de cambiar de color cuando cambia la acidez de la disolución donde se encuentran.Por ejemplo, el papel tornasol, cambia a color azul al ser introducido en una disolución de carácter básico, y a color rojo, si la disolución es ácida.

MEDIDA DEL pHPara medir el pH de una disolución podemos emplear dos métodos, en función de la precisión con que queramos hacer la medida:

Para realizar medidas del pH que no necesiten ser muy precisas se utilizan unas sustancias llamadas indicadores, que varían reversiblemente de color en función del pH del medio en que están disueltas. Se pueden añadir directamente a la disolución o utilizarlas en forma de tiras de papel indicador (tabla inferior). Para realizar medidas exactas se utiliza un pH-metro, que mide el pH ( la tabla inferior) por un métodopotencio métrico

indicador en disolución papel indicador pH-metro

Las disoluciones acuosas de sales pueden ser neutras, ácidas o básicas ; debido a que alguno de los iones procedentes de la sal reacciona con el agua, lo que se denomina hidrólisis , reacción que consiste en la transferencia de un protón entre el ion de la sal y el agua, determinándose el pH por el ácido o base conjugada que quede libre.

De los iones procedentes de las sales (las cuales ce disocian totalmente en sus iones), solamente se hidrolizarán los aniones procedentes de ácido débil (serán bases fuertes), o los cationes procedentes de base débil(serán ácidos fuertes).

Cuantitativamente, la hidrólisis se mide por medio de la constante de equilibrio para la reacción correspondiente, Kh, que se llama CONSTANTE DE HIDROLISIS.

SAL DE ACIDO FUERTE Y BASE DEBIL

NH4Cl ------  Cl-    +     NH4+

(Cl- es una base débil, pues procede de un ácido fuerte, el HCl, no se hidrolizará.)

Consideraremos la hidrólisis del NH4+, pues se trata de un ácido fuerte por proceder de una base débil, el NH3.

NH4+      +      H2O  -------  NH3      +     H3O+

donde    y, si multiplicamos y dividimos por la

concentración de OH-, quedará :  , expresión que es el producto iónico del agua entre la Kb del NH3 (de la base del que procede el ácido fuerte), es decir :

SAL DE ACIDO DEBIL Y BASE FUERTE

KCN   ------   K+      +      CN-

(K+ es un ácido débil, pues procede de una base fuerte, el KOH, no se hidrolizará.)

Consideraremos la hidrólisis del CN-, pues se trata de una base fuerte por proceder de un ácido débil, el CNH.

CN-      +      H2O ------- CNH      +     OH-

donde    y, si multiplicamos y dividimos por la

concentración de H3O+, quedará :  , expresión que es el producto iónico del agua entre la Ka del CNH (del ácido del que procede la base fuerte), es decir :

SAL DE ACIDO Y BASE DEBILES

CH3-COONH4  -------  CH3COO-     + NH4+

Por una parte, se hidrolizará el NH4+, ya que es un ácido débil por provenir de una base fuerte, el NH3.

NH4+       +H2O ------- NH3     +     H3O+

donde 

Por otra parte, se hidrolizará el CH3COO-, ya que es una base fuerte por provenir de un ácido débil. el CH3COOH

CH3COO-     +     H2O ------- CH3COOH      + OH-

donde

De manera que podrán ocurrir tres situaciones :

Si Ka = Kb,    Þ    [H3O+] = [OH-]    Þ     pH = 7

Si Ka> Kb,    Þ    [H3O+] > [OH-]    Þ     pH < 7

Si Ka< Kb,    Þ    [H3O+] < [OH-]    Þ     pH > 7

MATERIALES Y REACTIVOS A UTILIZAR:

-Del laboratorio:

Un matraz de 250 ml

Una bureta de 50 ml

Un soporte universal

Una gradilla

Una vagueta de vidrio

Un vaso de precipitación de 250 ml

Una pisceta de plástico

-Del alumno:

3 tubos de ensayo por grupo

Agua destilada

-Reactivos:

Solución acuosa de hidróxido de sodio

Solución de ácido clorhídrico

Reactivo de fenolftaleína

III. PROCEDIMIENTO:

Experimento # 01

PRUEBA DE BASICIDAD Y ACIDEZ

En un primer tubo de prueba o de ensayo se le añade 3ml de una solución de hidróxido de sodio en el segundo tubo se le añade 3 ml de agua destilada y en el tercer tubo le añadimos 3 ml de ácido clorhídrico y lo llevamos a la mesa de trabajo y lo colocamos en una gradilla los tubos y anotamos las características propias de cada uno de los tubos. Luego introducimos en un pedacito de papel de tornasol primero con el color rojo en cada uno de los tubos y observe inmediatamente anotando lo ocurrido y luego un pedacito de papel tornasol azul a cada uno de los tubos y observe inmediatamente anotado lo ocurrido.

Experimento # 02:

PRUEBA CON FENOLFTALEINA: En un primer tubo de prueba o de ensayo se le añade 3ml de una solución de hidróxido de sodio en el segundo tubo se le añade 3ml de agua destilada y en el tercer tubo le añadimos 3ml de ácido clorhídrico y lo

llevamos a la mesa de trabajo y lo colocamos en una gradilla los tubos y anotamos las características propias de cada uno de los tubos. Luego introducimos una gota de fenolftaleína al primero al tercer en cada uno de los tubos y observe inmediatamente anotando lo ocurrido.

Experimento # 03:

Tomamos un matraz de 250 ml y le agregamos 50 ml de hidróxido de sodio luego le agregamos unas gotas de fenolftaleína y va a cambiar de color rojo a un rojo grosella como el que vemos en el diagrama del proceso inicial luego vertimos 50 ml de HCL en la bureta que esté limpia y seca la colocamos en el soporte universal e iniciamos el proceso de neutralizar dejamos caer en el matraz donde está la muestra de color rojo grosella gota a gota el HCL hasta que cambie de color cristalino allí cerramos la llave de la bureta y observamos cuanto gasto de HCl ha caído al matraz de la muestra.

IV. CUESTIONARIO:

1. Colocar las fórmulas de los siguientes ácidos:

Ácido sulfúrico H2SO4

Ácido nítrico HNO3

Ácido fosfórico H3PO3

Ácido hipocloroso HCLÁcido cloroso HClO2

Ácido clorico HCL3

Ácido perclorico HClO4

2. Que papel cumplen el papel tornasol.

La función del papel indicador o PH es establecer si una sustancia es acida o básica.

3. Que función cumple el indicador de fenolftaleína.

La fenolftaleína es un indicador de pH que en soluciones ácidas permanece incoloro, pero en presencia de bases toma un color rosado o violeta.

4. Cuáles son las características de un indicador.

  Los indicadores son colorantes orgánicos, que cambian de color según estén en presencia de una sustancia ácida, o básica.

Fabricación casera de un indicador

   Las lombardas, parecidas a repollos y de color violeta, contienen en sus hojas un indicador que pertenece a un tipo de sustancias orgánicas denominadas antocianinas.Para extraerlo:

Corta unas hojas de lombarda (cuanto más oscuras mejor) Cuécelas en un recipiente con un poco de agua durante al menos 10

minutos

Retira el recipiente del fuego y dejarlo enfriar Filtra el líquido (Se puede hacer con un trozo de tela vieja) Ya tienes el indicador (El líquido filtrado)

Las características del indicador obtenido son :

indicador extraído de la lombarda

color que adquiere medio en el que está

rosa o rojo  ácido

azul oscuro  neutro

verde  básico

5. Que entiende por una reacción de neutralización.

Una reacción de neutralización es una reacción entre un ácido y una base. Cuando en la reacción participan un ácido fuerte y una base fuerte se obtiene sal neutra y agua. Mientras que si una de las especies es de naturaleza débil se obtiene su respectiva especie conjugada y agua. Así pues, se puede decir que la neutralización es la combinación de cationes hidrógeno y de aniones hidróxido para formar moléculas de agua. Durante este proceso se forma una sal. Las reacciones de neutralización son generalmente exotérmicas, lo que significa que desprenden energía en forma de calor.

6. Cuál es la diferencia entre la lejía y el jugo de limón.

La lejía es una base y el jugo de limón en un ácido.

V. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES:

Cada indicador se tiene que mezclar con agua purificada, si no es así se contamina la solución y no saldrán los resultados esperados en la reacción química ya que puede tener bacterias, y puede contaminar todo el experimento.

Dependiendo de las reacciones químicas va cambiando el color de la sustancia, que los colores se clasifican en bases, ácidos y neutros. A continuación se mostrara como es que identificas los cambios con un potenciómetro.

Al poner el alcohol con agua se vuelve un PH relativo neutro. Con cada sustancia que se agregué al agua va cambiando de cada color y dependiendo del color te indica si es base, ácido o neutro.

Después de haber realizado por nuestra propia cuenta las distintas actividades de laboratorio planteadas en la guía podemos concluir que el trabajo practico de laboratorio nos permite entender mas fácilmente los conceptos de reacciones, ya que estas reacciones experimentales son mas comunes de lo que pensamos por que ocurren habitualmente en la naturaleza, alrededor o dentro de nuestro organismo, puesto que muchas de las sustancias que consumimos a diario tienen un carácter ácido, básico o neutro de la misma forma nos damos cuenta de que el proceso de titulación o valoración, es una forma controlada de llevar a cabo una reacción que puede ser de neutralización, complexométrica (de formación de complejos) o redox (de oxidación-reducción) en la que conocemos con precisión la concentración de uno de los reactivos, así como el volumen exacto añadido de ambos.

Además el proceso de titulación es importantísimo para el avance de la ciencia, ya que mediante esto se puede conocer y calcular la concentración exacta de un segundo reactivo, en una reacción, esta técnica requiere de mucha precisión debido a que una sola gota es necesaria para una variación de pH.

Es todo lo que podemos decir de este laboratorio.

VI. BIBLIOGRAFIA:

R. Chang. "Química". 1999. McGraw-Hill, México. W.L. Masterton, C.N. Hurley. "Química: principios y reacciones". 2003. Thomson-Paraninfo,

Madrid. M. Hein, S. Arena. "Fundamentos de Química". 2001. Thomson-Paraninfo, Madrid. K.W. Whitten, K.D. Gailey. "Química General". 1991. Mc-Graw-Hill, México. A. Garrido Pertierra. "Fundamentos de química biológica". 1990. Interamericana-Mc-Graw-

Hill, Madrid.

VII. ANEXOS: