PRCTICA N11 VARIACIN DE LA SOLUBILIDAD CON LA TEMPERATURA

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS

FACULTAD DE QUMICA E ING.QUMICA

DEPARTAMENTO ACADMICO DE FISICOQUMICA

LABORATORIO DE FISICOQUMICA II

TEMAmediciones potenciomtricas del ph

PROFESORing.yarango rojas, alejandro

ALUMNOSnathali huaman lapa

CHARLES

fecha de realizado7/05/15

fecha de entrega14/05/15

TABLA DE CONTENIDOCARTULA1

TABLA DE CONTENIDO2

RESUMEN3

INTRODUCCIN 4

PRINCIPIOS TERICOS5

DETALLES EXPERIMENTALES 8

TABLA DE DATOS

-Experimentales

-Tericos

-Resultado con % de error

EJEMPLO DE CLCULOS13

ANALISIS Y DISCUSION DE RESULTADOS15

CONCLUSIONES16

RECOMENDACIONES17

BIBLIOGRAFA18

APNDICE 19

I. INTRODUCCIN:

En la siguiente experiencia se midi el nivel de pH en diferentes soluciones diluidas en el pH-metro (pehachimetro). 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 pH

El 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.

Existen varias maneras de medir el pH. La ms simple consiste en emplear un indicador cido-base, una sustancia que presenta coloraciones bien definidas dependiendo de la acidez de la solucin. Otro mtodo es utilizando un aparato llamado pH-metro (pehachmetro). ste no hace otra cosa que medir una corriente elctrica en una solucin; ya que la acidez (o la basicidad) de una sustancia est estrechamente ligada con la concentracin de cierto in, tambin estar relacionada con la corriente elctrica que se puede generar en dicha sustancia, dado algn voltaje.

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.

II. RESUMEN:El 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 ph-metro. As como tambin se observ el mecanismo de uso del ph-metro, 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 23 C 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 ph-metro) 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 1-10%.

Se recomienda tener mucho cuidado al hacer las titulaciones ya que estas determinan las concentraciones, as como tambin tomar un rango apropiado de calibracin para cada solucin analizada. Despus del anlisis respectivo de la experiencia se puede concluir que el pH es una funcin de la actividad de los iones hidronio en una solucin ms que de la concentracin de la solucin, esto nos indica que los clculos realizados son meras aproximaciones de los resultados reales, no pueden dejar de tener ambigedad. III. PRINCIPIOS TERICOS:3.1) CONCEPTOS PREVIOS Electrolitos fuertesSustancias 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 acuoso, 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 DbilesSustancias 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 Debiles._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 poliproticos.

Bases Dbiles._ Alcanzan el estado de equilibrio caracterizado por la constante de basicicidad (Kb). NH3, CH3NH2, etc.

3.2) EL PH: UNA FORMA DE MEDIR LA ACIDEZEl pH de una disolucin se define como el logaritmo negativo de la concentracin del in hidrgeno (en mol/L).

PH=- log [H+]

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 in 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:

POH=-log[OH-]

Ahora al considerar la constante del producto inico del agua:

[H+][OH-]=Kw=1.0x10-14

Al tomar logaritmo negativo en ambos lados, obtenemos:

PH+POH=14

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

3.3) El pH-METROPara realizar las medidas potencimetricas es necesario el uso de un electrodo combinado el cual en contacto con la solucin incognita produce un potencial que esta relacionado con el PH de la misma por medio de la ecuacin de Nerst.

E=Eo- lnaH+ = Eo +2.30 PH

Este electrodo normalmente esta construido por elementos inertes de plata-cloruro,plata o mercurio y externamente de vidrio extremadamente sensible al PH, y esta 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.El electrodo para la medicin de pH es un elemento relativamente caro, la siguiente foto es una versin econmica del mismo con un gel interno en lugar del electrolito,CALIBRACIONElectrodo ideal produce 0 mV a un pH de 7, la salida real de un electrodo pH ser variable, especialmente con la edad, y requiere la calibracin frecuente en una solucin tampn de pH conocido para mantener la precisin de la medida. Se debe usar calibracin de dos puntos, una solucin tampn para pH 7, con la cual la salida del electrodo debera ser de 0 volts, si difiere de este valor se ajusta el instrumento. Los accesorios requeridos para la calibracin del instrumento utilizan una solucin tampn para pH 7 y otra solucin tampn para pH 4, si se quiere medir unas soluciones cidas y otra solucin tampn para pH 10, si la solucin a medir es bsica.3.4) SOLUCIN AMORTIGUADORA O BUFFERUna 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 basico.La operatividad del Buffer depende de : El efecto del ion comn y el principio de LechatelierAs: 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 (lcalis = 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: PH= Pka +logBuffer bsico:

POH= Pkb +logClculo del ph en una solucin Buffer o amortiguadora ( por mtodo analtico):

Este tipo de clculo se basa en el efecto del ion comn y se desarrollara en los clculosIV. TABULACIN DE DATOS Y RESULTADOS:

1) DISCUSIN DE RESULTADOS:

Por los resultados obtenidos podemos observar que hubo una buena medicin, pues los porcentajes de error no superan el 10 %, lo cual seala el especial cuidado que se tuvo en la medicin

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 in comn o el equilibrio que se da en una titulacin de un cido o una base dbil.

Un factor de error que no se ha considerado, es el de los iones oxhidrilo e hidronio que puede aportar el agua, que pese a ser insignificantes frente a la cantidad que liberan las otras sustancias, produce variaciones en los resultados.

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. 2) CONCLUSIONES:

Las mediciones potencio mtricas 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 in hidrgeno que en concentracin. Por esta razn el pH = - 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 in 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 in hidrgeno, puesto que los iones acetato (CH3COO-) o amonio (NH4+) reaccionan con las molculas de agua.3) RECOMENDACIONES:

Es necesario conocer previamente el funcionamiento y calibracin del pH-metro.

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.

Tanto el acido actico como la base (hidrxido de amonio) de alta concentracin deben de extraerse dentro de la campana.4) APNDICE:6.1) CUESTIONARIO1.-Explique el Fundamento y Aplicacin de las Titulaciones Potencio mtricas.

Una de las aplicaciones ms interesantes de los potenciales de electrodo es la titulacin potenciometrica o titulacin electromtrica, esto es, la determinacin del punto final de una titulacin en anlisis cuantitativo por mediciones del potencial de un electrodo. Supongamos que se est titulando una solucin normal de nitrato de plata por medio de una solucin de cloruro de sodio; a mediad que la titulacin avanza, el cloruro de plata precipita, y al concentracin de los iones de plata que quedan en la solucin disminuye constantemente. El potencial de un electrodo de plata, que en este caso acta como electrodo indicador, vara en forma correspondiente. Al principio la variacin de potencial es muy pequea, puesto que una disminucin de la concentracin a la centsima parte altera el potencial solo en 0.118 voltio. No obstante, cuando se aproxima el punto de equivalencia de la titulacin, la variacin relativa de la concentracin de los iones plata para una cantidad dada de cloruro de sodio agregada aumenta rpidamente; que se traduce en una variacin rpida de potencial del electrodo de plata. El punto de equivalencia puede encontrarse, pues determinado la cantidad de solucin agregada hasta la aparicin del mximo en la variacin del potencial del electrodo. En consecuencia se puede usar un electrodo de plata como indicador para el anlisis cuantitativo para las soluciones de cloruros o de soluciones de cualquier anin que forme una sal de plata insoluble, por ejemplo, bromuro, ioduro, cianuro, tiocianato y fosfato. Pueden adaptarse otros electrodos de metal para el anlisis de soluciones de otros aniones.

El mtodo general consiste en encontrar un electrodo indicador en la solucin a titular y combinarlo con un electrodo de referencia de potencial constante, por ejemplo un electrodo de calomel, formado as una pila completa.

2.-Indique las Caractersticas Resaltantes de los Electrodos de Vidrio y de Combinacin.

Se ha encontrado experimentalmente que la diferencia de potencial que existe en la interfase de vidrio y una solucin en la cual esta en contacto depende del pH de la solucin.

El electrodo de vidrio esta formado por u tubo que termina en una ampolla de paredes delgadas, con este objeto se emplea un vidrio especial de punto de fusin relativamente bajo y elevada conductancia elctrica. La ampolla contiene una solucin de concentracin de iones hidrogeno constante y un electrodo de potencial definido; generalmente se emplea un electrodo de AgCl (s) en cido clorhdrico 0.1 molar, o un alambre de platino en una solucin reguladora a pH 4.00 que contiene una pequea cantidad de hidroquinona. La ampolla se introduce en la solucin experimental B y el electrodo de vidrio resultante se combina con un electrodo de referencia, electrodo de calomel C, para formar la pila.

A causa de la elevada resistencia del vidrio, que es de 10 a 100 millones de ohm, se emplean con este fin, potencimetros especiales con vlvulas electrnicas. Existen en le comercio varios modelos de aparatos que permiten la determinacin del potencial del electrodo de vidrio con una exactitud aproximada de 0.0005 voltios de 0.01 unidad de pH.

El electrodo de vidrio se puede emplear en soluciones acuosas de cualquier tipo, siempre que el pH este comprendido en le intervalo de 1 a 9; para los valores de pH superiores que llegan hasta 12, hay que recurrir a vidrios especiales.

Muchos electrodos tienen la referencia adaptada al mismo cuerpo del electrodo, a este tipo de electrodo se le denomina electrodo de combinacin. Los electrodos de combinacin brindan la, misma selectividad y respuesta que un sistema de semicelda, en muchos casos el electrodo de combinacin proporciona un sistema optimizado para una aplicacin, debido a que el sistema est diseado especficamente para un solo sensor.

3.-Explique las Ecuaciones para Calcular el pH de Soluciones Buffer,Indicando las limitaciones para su Uso.La solucin reguladora es aquella que resiste al cambio de pH por la adicin de cido o lcali. Usualmente estas soluciones consisten en una mezcla de un cido dbil y su sal (base conjugada), o en una base dbil y su sal (cido conjugado).

Las soluciones reguladoras de pH conocido son muy tiles en muchos aspectos de la qumica, y el problema de su preparacin es interesante. La concentracin de iones hidrogeno de una solucin reguladora formada por un cido dbil y su sal, esta dada con buena aproximacin en el intervalo de pH desde 4 a 10 por la ecuacin:

En realidad en sentido estricto, debera tomarse Ka en lugar de K pero como no se espera una gran exactitud, es preferible el uso de una constante tabulada. Tomando logaritmos y cambiando el signo a toda la expresin, se obtiene:

Por medio de la ecuacin anterior conocida como ecuacin de Henderson-Hasslbach es posible calcular el pH de una solucin reguladora de concentracin conocida; inversamente, se puede emplear esta expresin para preparar una solucin de pH definido.

6.2) OTROS: USO DEL PH-METRO:

CALIBRACIN:i. Echar en un vaso de precipitado una cantidad de solucin tampn pH=7.

ii. Pulsar el botn ON/OFF del aparato.

iii. Sumergir el electrodo slo 2 cm en el vaso.

iv. Pulsar el botn CAL para proceder a la calibracin.

v. Agitar suavemente y esperar a que la lectura se estabilice: deber aparecer en pantalla el nmero 7.

vi. Una vez estabilizada la lectura en el valor 7, apretar el botn HOLD/CON para aceptar esta lectura.

vii. Lavar el electrodo con el frasco lavador. Vertiendo el agua del lavado en un cristalizador.

viii. Secar cuidadosamente el electrodo con un pauelo de papel.

ix. Echar en un vaso de precipitacin una cantidad de solucin tampn ph=4 pH=10.

x. Repetir los pasos desde el 3 hasta el 8, con uno de los dos vasos anteriores (no es necesario hacerlo con los dos).

xi. El valor que tendr que aparecer en pantalla ser de 4 si utilizamos el vaso con la solucin de pH=4 y de 10 si utilizamos el vaso con la solucin de pH=10.

xii. Ya tenemos calibrado el PHmetro, ahora podemos proceder a la medicin del pH de nuestra muestra de agua segn el protocolo MEDIDA DEL Ph DE UNA SUSTANCIA CUALQUIERA:

i. Se proceder a medir el pH una vez calibrado el aparato (consultar mtodo de calibracin: pulsar aqu)

ii. Llenar un vaso de precipitado con la muestra de agua hasta la marca de 50 ml. (aproximadamente).

iii. Pulsar el botn ON/OFF para encender el aparato.

iv. Sumergir el electrodo unos 2 cm en el vaso y mover suavemente.

v. Esperar a que la lectura del pH se estabilice.

vi. Una vez estabilizada la lectura que aparece en la pantalla del aparato, podemos mantener la lectura en la pantalla apretando el botn HOLD/CON.

vii. Anotar el valor que aparece en pantalla.

viii. Para volver a realizar otra medicin, pulsar otra vez HOLD/CON.

ix. Lavar el electrodo con el frasco lavador, vertiendo el agua del lavado en un cristalizador.

x. Secar con un pauelo de papel cuidadosamente.

xi. Volver a realizar una nueva medida repitiendo los pasos desde el 4 al 10 Ph-metro porttil star 1 Rusell

MEDIDORES DE Ph (para reas especficas)

Kit Hanna de Dureza de agua

pHmetro porttil para alimentos

pHmetro porttil para carne y embutidos

Tster de pH Checker

Tster de pH Grocheck

Tster de pH pHep4

Laboratorio de Referencia para Mediciones de pH

El Laboratorio de Referencia de RADIOMETER A/S fue fundado en 1975. En 1983 fue acreditado para realizar certificacin de patrones de pH por el Danish National Testing Board, actualmente el Danish Accreditation Scheme (DANAK). En 1993 el Laboratorio de Referencia de RADIOMETER se convirti en el Laboratorio de Referencia Primario de Dinamarca para mediciones de pH.

El Laboratorio de Referencia de RADIOMETER ofrece certificacin de patrones de pH por mediciones electroqumicas, de acuerdo a la escala convencional de pH recomendada en 1984 por la International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC). Tambin ofrece la determinacin electroqumica de pH segn la escala operacional de pH recomendada por IUPAC.

RADIOMETER tiene una larga historia como lder mundial en el desarrollo y produccin de instrumentos y electrodos para la medicin exacta del pH. La compaa ha estado operando por muchos aos su propio laboratorio de certificacin de buffers en Copenhague, Dinamarca.

El Laboratorio de Referencia de RADIOMETER tambin realiza una activa investigacin en el campo de certificacin de soluciones patrn para pH. Desde hace varios aos colabora con la Divisin de Investigacin en Qumica Analtica Inorgnica del National Institute of Standards and Technology (NIST), realizando medidas de corroboracin.

Desde 1992 con la Divisin de Metrologa en el Laboratorio Qumico de la Physikalish Technishe Bundesanstalt (PTB), de Alemania. Un miembro del Laboratorio es tambin el Representante nacional por Dinamarca en la IUPAC, Commission V5 (Electroanalytical Chemistry).

Breve descripcin del mtodo para certificacin de soluciones buffer primarias.

Para certificar soluciones buffer primarias se utiliza un Aparato de Electrodo de Hidrgeno de 12 celdas.

La certificacin se hace usando el mtodo recomendado por IUPAC. Este mtodo requiere que los electrodos de referencia (Ag/AgCl) sean estandarizados por mediciones de cido clorhdrico 0.01 m. Tres celdas se utilizan para este propsito. Las nueve celdas restantes se utilizan para estandarizar la solucin buffer primaria.

Las soluciones buffer primarias se utilizan para la determinacin de pH de los buffer secundarios, en este caso con electrodos de vidrio. 5) BIBLIOGRAFA: SKOOG,WEST,HOLLER,CROUCH. Quimica Analitica, 7a edicin.Ed.Mc Graw Hill, Mexico,2001. Hamilton, clculos de qumica Analitica. Ed.Mc Graw Hill, Mexico 1981.

www.faderometer.com http://www.bioanalitica.it/Prodotti.aspx?IDCategoria=40

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