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Practica de Laboratorio sobre diversas mediciones de pH con métodos instrumentales y titulaciones usando solo un medidor de pH como indicador.

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PRCTICA N11 VARIACIN DE LA SOLUBILIDAD CON LA TEMPERATURA

Prctica N12: Medidas de pH y Titulacin Potenciomtrica

I. ResumenEl objetivo del siguiente informe es comprender de lo que se trata una medicin potencio mtrica de pH analizando las obtenciones de pH por medio de titulaciones y clculos en el equilibrio qumico de las distintas soluciones, para despus corroborarlas con la medicin del pehachmetro. As como tambin se observ el mecanismo de uso del pehachmetro, su calibracin, teniendo previamente el concepto de lo que dicho instrumento nos da como resultado (que es el nivel del pH). Es de importancia adems sealar que trabajamos a ciertas condiciones de temperatura, presin y humedad, que afectan de manera indirecta a los resultados de nuestra experiencia. Se trabaj a una presin de 756 mmHg, temperatura de 21C y humedad al 92 %. El pH es, en trminos qumicos, la concentracin de iones hidrgeno en una disolucin, pero de modo prctico podemos definirlo como la acidez de una disolucin. Matemticamente lo representamos como el menos logaritmo de la concentracin de iones hidrgeno. El pH es una de las mediciones ms comunes de laboratorio porque muchos procesos qumicos dependen del pH. Con frecuencia, la velocidad o el ritmo de las reacciones qumicas pueden ser alterados significativamente por el pH de la solucin. La solubilidad de muchos agentes qumicos en solucin y su disponibilidad biolgica dependen del pH. De la experiencia hecha en el laboratorio nos podemos dar cuenta la importancia de la medicin del pH. As como tambin lo primordial que es obtener las soluciones buffer ya que estas son las que marcan los parmetros para poder obtener una buena lectura del instrumento (como lo es un pehachmetro) en el rango que nosotros deseamos, adems de la precisin que le queramos dar.De los datos y clculos obtenidos de la experiencia tambin podemos concluir la confiabilidad del instrumento ya que el porcentaje de error entre el instrumento y la medicin por anlisis qumico, (y sus clculos posteriores), flucta entre 1-50%. Encontrndose el mayor error en el Kb del hidrxido de amonio.

II. IntroduccinEn la siguiente experiencia se midi el nivel de pH en diferentes soluciones diluidas en el pehachmetro. Dichas mediciones fueron comparadas con los resultados de pH obtenidos de los clculos numricos hechos en el presente informe para ver las diferencias de estos dos tipos de mtodos de obtener el valor del pHEl pH es el trmino que indica la concentracin de iones hidrgeno en una disolucin. Se trata de una medida de la acidez de la disolucin. Se define como el menos logaritmo de la concentracin de iones hidrgeno.Usualmente la qumica fisiolgica de los organismos vivos tiene lmites muy especficos de pH. En nuestras vidas modernas, prcticamente se ha probado en algn momento el pH de todo lo que usamos, es decir, en algn punto se efecta una medicin del pH del agua del grifo con la que nos cepillamos los dientes, el papel sobre el que escribimos, los alimentos que comemos o las medicinas que tomamos, la ropa que nos ponemos por citar los ejemplos ms evidentes.La importancia del pH radica en que la acidez y la basicidad desempean un papel fundamental en el comportamiento de ciertos sistemas qumicos, biolgicos, geolgicos; ya sea para el funcionamiento adecuado de las enzimas en el sistema digestivo o los glbulos blancos en el torrente sanguneo.Como vemos la determinacin de pH es de mucha importancia no solo en el laboratorio si no en la vida comn, es por eso que presentamos este informe esperando que sea de utilidad y agrado para el lector.

III. Principios Tericos

Electrolitos fuertes

Sustancias moleculares o inicas buenos conductores elctricos. Estn disociados prcticamente en un 100% y pueden ser:Sales: Son de naturaleza inica.cidos Fuertes: Son compuestos covalentes, se analizan en medio acuosos, estos son .HClO4, HI, HBr, HCl, HNO3, H2SO4Bases Fuertes: Son compuestos inicos, se analizan en medio acido, estos son: NaOH, KOH, CsOH, Ca(OH)2, Sr(OH)2 y Ba(OH)2

Electrolitos Dbiles

Sustancias de naturaleza molecular o inica que se disocian parcialmente, estableciendo un estado de equilibrio qumico llamado Equilibrio Inico .Cada equilibrio posee constante de equilibrio inico (Ki).Cuanto mayor sea el valor de Ki mayor ser el porcentaje de disociacin del electrolito.cidos Dbiles: CH3COOH, HCN, H2CO3, H2S, HClO, etc. Alcanza un estado de equilibrio caracterizado por la constante de acidez (Ka),los cidos dbiles pueden ser monoprticos y poliprticos.Bases Dbiles: Alcanzan el estado de equilibrio caracterizado por la constante de basicidad (Kb). NH3, CH3NH2, etc.

El pH

El pH de una disolucin se define como el logaritmo negativo de la concentracin del ion hidrgeno (en mol/L).

Esta ecuacin es solo una definicin establecida con el fin de tener nmeros convenientes para trabajar con ellos. El logaritmo negativo proporciona un valor positivo para el pH, el cual, de otra manera sera negativo debido al pequeo valor de [H+]. Debido a que el pH slo es una manera de expresar la concentracin del ion hidrgeno, las disoluciones cidas y bsicas, a 25C, pueden identificarse por sus valores de pH, como sigue:

Disoluciones cidas: [H+] > 1.0 x 10-7 M pH < 7 Disoluciones bsicas: [H+] < 1.0 x 10-7 M pH > 7 Disoluciones neutras: [H+] = 1.0 x 10-7 M pH =0

Con el logaritmo negativo de la concentracin de iones hidrxido de una disolucin se puede obtener una escala del pOH, anloga a la del pH. As, el pOH se define como:

Ahora al considerar la constante del producto inico del agua:

Al tomar logaritmo negativo en ambos lados, obtenemos:

Esta ecuacin nos proporciona otra forma de expresar la relacin entre la concentracin de los iones H+ y la concentracin de los iones OH.

El Medidor de pH (pehachmetro)

Para realizar las medidas potencimtricas es necesario el uso de un electrodo combinado el cual en contacto con la solucin incgnita produce un potencial que est relacionado con el PH de la misma por medio de la ecuacin de Nernst.

Este electrodo normalmente est construido por elementos inertes de plata-cloruro, plata o mercurio y externamente de vidrio extremadamente sensible al PH, y est hecho para un rango determinado de PH y temperatura.El electrodo de vidrio y el de referencia actan como un generador de tensin cuando estn sumergidos en la solucin a medir, la tensin producida por ellos, de 59,16 milivoltios por cada unidad de PH a temperatura ambiente, es aplicada a un amplificador con entrada por FET (Field Effect Transistor) con alta impedancia de entrada, con el fin de no cortocircuitar las bajsimas corrientes producidas.

Soluciones Buffer o Amortiguadoras

Una solucin amortiguadora es aquella que resiste un cambio de pH aunque se le aada pequea cantidades de un cido o una base fuerte. En general, estas soluciones estn constituidas por un cido dbil y su sal (base conjugada) formando un Buffer acido o una base dbil y su sal (cido conjugado) formando un buffer bsico.

Cuando un "buffer" es adicionado al agua, el primer cambio que se produce es que el pH del agua se vuelve constante. De esta manera, cidos o bases adicionales no podrn tener efecto alguno sobre el agua, ya que esta siempre se estabilizar de inmediato.

Calculo del pH en una solucin Buffer o amortiguadora (por formula):

Buffer cido:

Buffer bsico:

IV. Detalles experimentales

Materiales:4 fiolas de 250 mL.2 fiolas de 100mL2 buretas de 50 mL.8 beackers de varios volmenes4 pipetas volumtricas de volmenes1 propipeta.1 bagueta.

Reactivos:cido Actico.Acetato de SodioHidrxido de AmonioCloruro de Amoniocido ClorhdricoHidrxido de Sodio slidoBiftalato de Potasio.Fenolftalena.Agua Destilada.

Equipos:Balanza usada para pesar los reactivos slidos.Equipo medidor de pH con termmetro incorporado

Procedimiento experimental: Se lavaron y secaron todos los erlenmeyers, tambin se enjuagaron con agua destilada el resto de materiales de vidrio.Se pesaron el acetato de sodio, el cloruro de amonio y el hidrxido de sodio y se disolvieron en pequeos volmenes de agua. A su vez se tomaron alcuotas de cido actico, cido clorhdrico e hidrxido de amonio. Se prepararon en fiolas de 100 mL las soluciones buffer cida y bsica y las soluciones de cidos y bases fuertes y dbiles en fiolas de 250 mL.La solucin de hidrxido de sodio se valor con Biftalato de potasio usando como indicador la fenolftalena, una vez que se valor la solucin de hidrxido de sodio, se us para valorar la solucin de cido clorhdrico. Se us el cido clorhdrico para valorar 50 mL hidrxido de amonio y el hidrxido de sodio para valorar 50 mL de cido actico.Se midi el pH de las soluciones buffer preparadas con el medidor de pH previamente calibrado con las soluciones buffer patrn. Para usar el medidor se debe de lavar el electrodo con agua destilada, luego sumergir en una pequea porcin de solucin problema, agitar y desechar para luego hacer la medicin real. Una vez terminado se lav y sec el electrodo para repetir el procedimiento con las otras soluciones problemas. Se realiz la medicin del pH de las soluciones cidas de cido actico e hidrxido de amonio.Se tom una alcuota de 100 mL de cido actico y se coloc el equipo de medicin de pH, con una bureta de 50 mL se aadi pequeos volmenes de titulante y se tom la medida de pH cada vez que se aada; se repiti con el hidrxido de amonio.

V. Tabulacin de Datos y Resultados Experimentales: Condiciones de Laboratorio.Tabla N1: Condiciones de TrabajoPm (mmHg)756

T (C)21

HR92%

Datos ExperimentalesTabla N2: Preparacin y pH de soluciones buffer, cidas y bsicasMasa (g)V (mL)pHT (C)

BuffercidoCH3COOH-0.574.4821.5

CH3COONa0.8212-

BaseNH4OH-0.689.5821.4

NH4Cl0.5355-

SolucincidoCH3COOH-1.442.9821.7

HCl-10.33--

BaseNH4Cl-1.6912.8721.7

NaOH5.0563---

Tabla N3: Valoracin de soluciones de cido y base fuerteW biftalato (g)V NaOH (mL)

0.24412.8

V HCl (mL)V NaOH (mL)

55.7

Tabla N4: Valoracin de Soluciones de cido y base dbilesV Titulante (mL)

50 mL c. Dbil9.6

50 mL Base Dbil8.05

Tabla N5: Valoracin Potenciomtricacido ActicoHidrxido de Amonio

Volumen TpHVVolumen TpHV

030030

33.97333.973

54.25264.253

74.44294.443

94.652114.652

114.842134.842

135.052155.052

145.161165.161

155.291175.291

165.481185.481

175.7118.55.70.5

17.55.870.5195.870.5

186.120.519.56.120.5

18.56.940.5206.940.5

1911.220.520.511.220.5

2012.0112212.011.5

2112.3912412.392

2212.5912612.592

2412.652---

2612.832---

Datos TericosTabla N6: Pesos Moleculares y DensidadesCompuestoPM (g/mol)Densidad (g/mL)

CH3COOH60,051.05

CH3COONa82,0341.53

NH4OH35,040.88

NH4Cl53,51.53

NaOH39.9972.13

HCl36.461.19

Tabla N7: Constantes de DisociacinPk

cido Actico1.75x10-5

Hidrxido de Amonio1.75x10-5

Tablas de ClculosTabla N8: Valoracin de soluciones de cido y base fuerteW biftalato (g)V NaOH (mL)N NaOH

0.24412.80.4273

V HCl (mL)V NaOH (mL)N HCl

55.70.4871

Tabla N9: Valoracin de Soluciones de cido y base dbilesV Titulante (mL)N Problema

50 mL c. Dbil9.60.082

50 mL Base Dbil8.050.0784

Tabla N10: Valoracin potenciomtrica del cido acticocido Actico

Volumen TpHVpH/VV'2pH/V2V''

030X=(pH2-pH1)/(V2-V1)V'=(V2+V1)/2X'=(X2-X1)/(V'2-V'1)V''=(V'2+V'1)/2

33.9730.3233333331.5

54.2520.144-0.073333332.75

74.4420.0956-0.02255

94.6520.10580.0057

114.8420.09510-0.0059

135.0520.105120.00511

145.1610.1113.50.0033333312.75

155.2910.1314.50.0214

165.4810.1915.50.0615

175.710.2216.50.0316

17.55.870.50.3417.250.1616.875

186.120.50.517.750.3217.5

18.56.940.51.6418.252.2818

1911.220.58.5618.7513.8418.5

2012.0110.7919.5-10.3619.125

2112.3910.3820.5-0.4120

2212.5910.221.5-0.1821

2412.6520.0323-0.1133333322.25

2612.8320.09250.0324

Tabla N 11: Valoracin Potenciomtrica del Hidrxido de SodioHidrxido de Amonio

Volumen TpHVpH/VV'2pH/V2V''

030X=(pH2-pH1)/(V2-V1)V'=(V2+V1)/2X'=(X2-X1)/(V'2-V'1)V''=(V'2+V'1)/2

33.9730.323333331.5

64.2530.093333334.5-0.076666673

94.4430.063333337.5-0.016

114.6520.105100.016666678.75

134.8420.09512-0.00511

155.0520.105140.00513

165.1610.1115.50.0033333314.75

175.2910.1316.50.0216

185.4810.1917.50.0617

18.55.70.50.4418.250.3333333317.875

195.870.50.3418.75-0.218.5

19.56.120.50.519.250.3219

206.940.51.6419.752.2819.5

20.511.220.58.5620.2513.8420

2212.011.50.5266666721.25-8.0333333320.75

2412.3920.1923-0.1923809522.125

2612.5920.125-0.04524

Tabla N12: Ka y KbVc (mL)100VNH4OH (mL)100

Veq (mL)18.8574Veq (mL)20.4961

Veq/2 (mL)9.4287Veq/2(mL)10.2481

Nc0.0806NNH4OH0.0876

Ka2.03x10-5Kb2.636x10-4

Porcentaje de ErrorTabla N13: % de Error en la NormalidadV Titulante (mL)N Problema% Error

50 mL c. Dbil9.60.0821.77%

100 mL c. Dbil18.85740.0806

50 mL Base Dbil8.050.0784-10.48%

100 mL Base Dbil20.47460.0876

Tabla N14: % de Error en la KdKd TericoKd Experimental% Error

cido Actico1.75x10-52.03x10-516.00%

Hidrxido de Sodio1.75x10-52.64x10-550.63%

Tabla N14: % de Error en el pH de los BufferpHexperimentalpHterico% error

Buffercido4.484.7591-5.86

Base9.589.43361.55

VI. Ejemplo de Clculos

Para la Normalidad de la solucin de NaOH:

Valoraciones de soluciones con un titulante de concentracin conocida (en este caso la valoracin del HCl):

Clculo del pH de un Buffer (en este caso el buffer cido):

Clculo del Kd experimental (en este caso para el hidrxido de amonio):

En el Veq/2 el pKb=pOH; por eso se tiene:

VII. Discusin de Resultados Por los resultados obtenidos podemos observar que hubo una buena medicin para el caso del cido actico, pues los porcentajes de redondean el 15%, mientras que el error del Kb es muy elevado.

Vimos como al medir el pH de los buffer estos variaban, en una cantidad nfima, del valor indicado, esto se debi a la temperatura, pues las constantes de equilibrio suelen cambiar con la temperatura, y el pH depende de esta constante.

Al realizar nuestros clculos para hallar las concentraciones, vemos como no se puede proceder de igual manera para todas las sustancias, esto es pues, porque las sustancias a analizar tenan diferentes caractersticas y sus concentraciones variaban de manera distinta por diversos factores, como lo es el ion comn o el equilibrio que se da en una titulacin de un cido o una base dbil.

Es importante sealar que, a pesar de lo muy bien que estn hechos los clculos o mediciones, es muy difcil dado que lo hallado en clculos son simples aproximaciones al valor real, pues es ah donde consideramos concentraciones para aproximarlo al valor real de las actividades de los iones hidronio.

VIII. Conclusiones y RecomendacionesConclusiones:

Las mediciones potenciomtricas directas, haciendo uso de electrodos selectivos de iones, son muy tiles para determinar la actividad de una especie en una mezcla que est en equilibrio, ya que el equilibrio no se altera con la medicin; adems mide la actividad en equilibrio de los protones en la solucin en cualquier instante.

El pH depende ms de la actividad del ion hidrgeno que en concentracin. Por esta razn el pH=-log(H+) desde un punto de vista terico, pero la cantidad no se puede medir en forma experimental. No hay forma de medir sin ambigedad la actividad de una sola especie inica.

Los cidos y bases fuertes son electrolitos fuertes que se ionizan completamente en el agua. Los cidos dan iones hidronio (H3O+) y un anin mientras que las bases da ion hidrxido (OH-) y un catin.

Los cidos y bases dbiles son sustancias que se ionizan slo en forma limitada en el agua. En el equilibrio, las disoluciones acuosas de los cidos dbiles contienen una mezcla de molculas del cido sin ionizar, iones H3O+ y la base conjugada. Por tal razn tienen su constante de disociacin, constante de equilibrio para la disociacin de electrolitos dbiles, la cual determina que tanto se ha completado una reaccin en ciertas condiciones.

El CH3COONa y el NH4Cl son especies de inters en los clculos del equilibrio de la concentracin del ion hidrgeno, puesto que los iones acetato (CH3COO-) o amonio (NH4+) reaccionan con las molculas de agua.

Recomendaciones:

Es necesario conocer previamente el funcionamiento y calibracin del pehachmetro.

Para una calibracin precisa, use dos vasos para cada solucin Buffer, el primero para enjuagar el electrodo y el segundo para calibracin, de esta manera se evita la contaminacin del Buffer.

Debemos de calcular la normalidad corregida del NaOH utilizando como patrn el Biftalato de potasio.

IX. Bibliografa SKOOG, WEST, HOLLER, CROUCH. Qumica Analtica, 7a edicin; Editorial Mc Graw Hill, Mxico, 2001. Hamilton, clculos de qumica Analtica. Editorial Mc Graw Hill, Mxico 1981. www.faderometer.com http://www.bioanalitica.it/Prodotti.aspx?IDCategoria=40

X. ApndiceGrficas:Para la titulacin del cido actico:

Para la titulacin de hidrxido de amonio:

Laboratorio de Fisicoqumica IIPgina 1