prÁctica nº2. potenciometria (1)
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PRÁCTICA Nº 2. POTENCIOMETRÍA
PRESENTADO POR:
DIANA MARÍA MEJÍA CARDONA
CÓD. 800813935
JHON EDUARD OCAMPO
CÓD. 800821567
Trabajo presentado en la asignatura de:
LABORATORIO ANÁLISIS INSTRUMENTAL
DOCENTE:
YANED MILENA CORREA NAVARRO
MANIZALES
UNIVERSIDAD DE CALDAS
INGENIERIA DE ALIMENTOS
2013
DETERMINACIÓN POTENCIOMETRICA DE SOLUCIONES.
OBJETIVOS.
Distinguir los componentes básicos de un pH metro y su función.
Calibrar y manejar correctamente un pH metro.
Realizar titulaciones potenciométricas a diferentes sistemas ácido-
base.
Determinar el punto de equivalencia de una solución ácida o
básica.
RESUMEN.
Una valoración potenciométrica es una valoración basada en las medidas
de potencial de un electrodo indicador adecuado, en función del volumen
de agente valorante, en donde se utiliza un pH-metro para medir la
diferencia de potencial entre un electrodo indicador de vidrio, y un
electrodo de referencia calomelano o Ag- AgCl., caso en el cual el
proceso de recibe el nombre de valoración pH-métrica,
Las valoraciones potenciométricas se usan muy frecuentemente en el
laboratorio y en los controles industriales; en ellas se obtienen un
conjunto de datos experimentales que permiten describir en detalle todo el
proceso, es decir seguir la reacción observando el pH en función del
volumen de agente valorante añadido.
En la presente práctica se aplicó una técnica instrumental, potenciometria,
con el fin de determinar el punto final de la valoración, utilizando una
muestra problema que debió ser identificada previamente como ácido o
base para continuar la titulación con el correcto agente valorante, realizar
el seguimiento de la medida de pH con respecto a la adición del agente y
finalmente realizar una gráfica que permitiría deducir el punto de
equivalencia. Y posteriormente la concentración de la muestra problema.
El mismo procedimiento fue realizado para el ácido oxálico, un ácido
diprótico titulado con una base fuerte, en este caso NaOH.
PRÁCTICA POTENCIOMETRÍA.
Medición de pH. Titulación
potenciometrica ácido-base.
Cuantificación potenciométrica del ácido oxálico en una
muestra real.
Manejo del equipo.
Calibración del potenciometro.
Manejo del Equipo.
Ubicar en u sitio seguro, firme y libre
de vibraciones.
Colocar el conmutador en la posición de pH.
Calibración del potenciometro de pH.
Sumergir el electrodo de vidrio en una
solución amortiguadora de
pH=7
Sumergir el electrodo de vidrio en una
solución amortiguadora de
pH=4
Medición de pH.
Introducir el electrodo en la muestra problema.
Determinar si se trata de un ácido o una base.
pH < 7 = ácido
pH > 7 = base
PROCEDIMIENTO.
Utilizar el botón de calibración y esperar que el pH metro muestre los valores correspondient
es 4 y 7.
Titulación Potenciométrica de ácido o base.
Agitar la muestra, introducir el electrodo y leer su pH inicial.
Llenar la bureta con NaOH o HCl según sea el caso.
Empezar la titulación de la muestra, con constante
agitación, adicionar cantidades exactas de agente
valorante.
Hasta pasar el punto de
equivalencia pH =7
Construir gráficas y determinar el punto de equivalencia.
Deducir los mL de agente titulante empleados, y calcula
N de la solución problema.
Muestra Sólida
Pesar 0.5 g de muestra.
Diluir en 10 mL agua destilada posteriormente aforar a 50 mL.
Titular con NaoH hasta pasar punto de equivalencia.
Muestra Líquida
Tomar 10 mL de muestra.
Adicionar 10 mL de agua destilada posteriormente
aforar a 50 mL.
Titular con NaOH hasta pasar punto de equivalencia.
Cuantificación potenciométrica del ácido oxálico en una muestra real.
CALCULOS Y RESULTADOS.
La muestra problema tuvo un pH inicial de 12.64, resultado que permitió
definir la misma como una base, titulada entonces con un HCl 0.1 M.
Tabla 1. Datos pH de la base con adición de Ácido clorhídrico hasta punto
de equivalencia.
Tabla 2. Datos correspondientes a las gráficas de método directo, primera
y segunda derivada.
Volumen de Agente
Valorante.
pH Muestra Problema.
1 2 3 Mediana.
0 12.64 12.62 12.62 12.62
1 12.55 12.54 12.53 12.54
2 12.44 12.45 12.44 12.44
3 12.36 12.35 12.34 12.35
4 12.22 12.19 12.23 12.22
5 12.06 12.04 12.05 12.05
6 11.78 11.77 11.77 11.77
7 11.15 11.13 11.11 11.13
8 7.41 8.00 8.07 8.00
9 3.05 3.04 3.04 3.04
10 2.48 2.48 2.48 2.48
11 2.27 2.26 2.26 2.26
pH
V
Primera Derivada Segunda Derivada
∆pH ∆V ∆V
12.62 0 12.62 0 ------ ------ 0 ------
12.54 1 0.08 1 0.08 0.08 1 0.08
12.44 2 0.1 1 0.1 0.02 1 0.02
12.35 3 0.1 1 0.1 0 1 0
12.22 4 0.13 1 0.13 0.03 1 0.03
12.05 5 0.17 1 0.17 0.04 1 0.04
11.77 6 0.28 1 0.28 0.11 1 0.11
11.13 7 0.64 1 0.64 0.36 1 0.36
8.00 8 3.13 1 3.13 2.49 1 2.49
3.04 9 4.96 1 4.96 1.83 1 1.83
0
2
4
6
8
10
12
14
0 2 4 6 8 10 12
pH
Volumen de HCl
pH Vs. Volumen HCl
0
1
2
3
4
5
6
0 2 4 6 8 10 12
∆ p
H/
∆V
Volumen de HCl
Vs. Volumen HCl
Gráfica 1. Método directo base fuerte Vs. Ácido fuerte.
Volumen de ácido gastado hasta llegar al punto de equivalencia: 7mL
Gráfica 2. Método primera derivada base fuerte Vs. Ácido fuerte.
Volumen de ácido gastado hasta llegar al punto de equivalencia: 9 mL
2.48 10 0.56 1 0.56 -4.4 1 -4.4
2.26 11 0.22 1 0.22 -0.34 1 -0.34
-5
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
0 2 4 6 8 10 12
∆^2
pH
/∆
^2
Volumen de HCl
Vs. Volumen HCl
Gráfica 3. Método segunda derivada base fuerte Vs. Ácido fuerte.
Volumen de ácido gastado hasta llegar al punto de equivalencia: 9.5mL
Se escogió el método de la primera derivada, ya que el punto de equilibrio
tiene un valor central con respecto al método directo y el método de la
segunda derivada. Con dicho volumen se hallará la concentración de la
muestra problema identificada como POT B1, de la siguiente forma:
Tabla 3. Datos pH del ácido oxálico con adición de Hidróxido de Sodio
hasta punto de equivalencia.
Volumen de NaOH pH Ácido oxálico.
1 2 3 Mediana.
0 2.01 2.01 2.11 2.01
1 2.05 2.03 2.01 2.03
2 2.05 2.05 2.04 2.05
3 2.13 2.11 2.11 2.11
4 2.19 2.18 2.18 2.18
5 2.23 2.24 2.25 2.24
6 2.32 2.34 2.33 2.33
7 2.43 2.44 2.45 2.44
8 2.57 2.58 2.57 2.57
9 2.74 2.74 2.74 2.74
10 2.97 2.98 2.97 2.97
11 3.24 3.24 3.23 3.24
12 3.48 3.49 3.49 3.49
13 3.71 3.72 3.71 3.71
14 3.91 3.91 3.91 3.91
15 4.10 4.09 4.10 4.10
16 4.26 4.26 4.26 4.26
17 4.48 4.47 4.48 4.48
18 4.75 4.75 4.76 4.75
19 5.24 5.23 5.23 5.23
20 10.62 10.64 10.63 10.63
21 11.34 11.36 11.33 11.34
22 11.56 11.54 11.53 11.54
23 11.71 11.74 11.78 11.74
24 11.79 11.80 11.80 11.80
25 11.86 11.85 11.84 11.85
26 11.95 11.97 11.94 11.95
27 12.00 12.04 12.07 12.04
Tabla 4. Datos correspondientes a las gráficas de método directo, primera
y segunda derivada.
pH
V
Primera Derivada Segunda Derivada
∆pH ∆V ∆V
2.01 0 2.01 0 ------ ------ 0 ------
2.03 1 0.02 1 0.02 0 1 0
2.05 2 0.02 1 0.02 0 1 0
2.11 3 0.06 1 0.06 0.04 1 0.04
2.18 4 0.07 1 0.07 0.01 1 0.01
2.24 5 0.06 1 0.06 -0.01 1 -0.01
2.33 6 0.09 1 0.09 0.03 1 0.03
2.44 7 0.11 1 0.11 0.02 1 0.02
2.57 8 0.13 1 0.13 0.02 1 0.02
2.74 9 0.17 1 0.17 0.04 1 0.04
2.97 10 0.23 1 0.23 0.06 1 0.06
3.24 11 0.27 1 0.27 0.04 1 0.04
3.49 12 0.25 1 0.25 -0.02 1 -0.02
3.71 13 0.22 1 0.22 -0.23 1 -0.23
3.91 14 0.2 1 0.2 -0.02 1 -0.02
4.10 15 0.19 1 0.19 -0.01 1 -0.01
4.26 16 0.16 1 0.16 -0.03 1 -0.03
4.48 17 0.22 1 0.22 0.06 1 0.06
4.75 18 0.27 1 0.27 0.05 1 0.05
5.23 19 0.48 1 0.48 0.21 1 0.21
10.63 20 5.4 1 5.4 4.92 1 4.92
11.34 21 0.71 1 0.71 -4.96 1 -4.96
11.54 22 0.2 1 0.2 -0.51 1 -0.51
11.74 23 0.2 1 0.2 0 1 0
11.80 24 0.06 1 0.06 -0.14 1 -0.14
11.85 25 0.05 1 0.05 -0.01 1 -0.01
11.95 26 0.1 1 0.1 0.05 1 0.05
12.04 27 0.09 1 0.09 -0.01 1 -0.01
0
2
4
6
8
10
12
14
0 5 10 15 20 25 30
pH
Volumen de NaOH
pH Vs. Volumen NaOH
0
1
2
3
4
5
6
0 5 10 15 20 25 30
∆ p
H/
∆V
Volumen de NaOH
Vs. Volumen NaOH
Gráfica 4. Método directo base fuerte Vs. Ácido débil.
Volumen de base gastado hasta llegar al punto de equivalencia: 20 mL
Gráfica 5. Método primera derivada base fuerte Vs. Ácido débil.
Volumen de base gastado hasta llegar al punto de equivalencia: 20 mL
-6
-4
-2
0
2
4
6
0 5 10 15 20 25 30
∆^2
pH
/∆
^2
Volumen de NaOH
Vs. Volumen NaOH
Gráfica 6. Método segunda derivada base fuerte Vs. Ácido débil.
Volumen de base gastado hasta llegar al punto de equivalencia: 20.5 mL
En este caso todos los métodos gráficos arrojaron el mismo resultado, en
cuanto al volumen de base gastado en la titulación hasta alcanzar el
punto de equilibrio, solo la gráfica de la tercera derivada difiere de los
otros dos métodos en 0.5 mL, sin embargo el volumen determinado para
alcanzar el punto de equilibrio se tomara como 20 mL, como lo muestran
el método directo y el método de la segunda derivada.
Como hay dos equivalentes gramo por mol de ácido oxálico:
ANÁLISIS DE RESULTADOS.
Las gráficas para el método directo, método de la primera derivada
y método de la segunda derivada nos muestran diferentes formas
de hallar el punto de equivalencia de la solución que se está
valorando, con las cuales encontramos el volumen de agente
titulante gastado, este punto de equivalencia es determinado de
diferentes formas para cada método, siendo así para el primer
método el punto de inflexión, para el segundo método el punto
máximo y para el tercer método el punto de corte con el eje x.
Se esperaría entonces que los tres métodos arrojen el mismo
resultado o un resultado sin diferencia significativa.
En este caso la muestra problema correspondió a una base, con
pH 12.62, las gráficas para determinar el punto de equivalencia,
mostraron unos resultados poco exactos entre sí, obteniendo un
volumen de agente valorante de 7, 9 y 9.5 mL para el método
directo, método de la primera derivada y método de la segunda
derivada respectivamente, el volumen tomado para hallar la
normalidad de la base fue 9 mL, aplicando la medida de tendencia
“mediana”, entre los tres resultados obtenidos. La normalidad de la
muestra problema, base, fue 0.045 N.
Para la titulación del ácido oxálico se utilizó NaOH como agente
valorante, al realizar las gráficas para obtener el punto de
equivalencia, se observa que no hay diferencias significativas en
los volúmenes, el método directo al igual que el método de la
primera derivada coinciden en un volumen de 20 mL, mientras el
método de la segunda derivada muestra un volumen de 20.5 mL,
valor sin diferencia significativa con respecto a los demás.
Finalmente se logró obtener la normalidad del ácido oxálico como
0.05 N, teniendo en cuenta que este es un ácido diprótico.
En las dos titulaciones realizadas en esta práctica se pudo llegar
hasta el punto de equivalencia de la base y del ácido oxálico, tal
vez un poco más, estos resultados pueden observarse en las
gráficas, donde hay unos puntos de equivalencia sobresalientes, es
decir no hay lugar a confusión.
Sin embargo es notorio que la base llego a su punto de
equivalencia con mayor rapidez que el ácido oxálico, la primera en
9 mL, mientras el ácido oxálico en 20 mL, esto podría explicarse
por ser el ácido oxálico un ácido diprótico, mientras el ácido
clorhídrico con el que se tituló la base es un ácido monoprótico.
Los H+ se combinan equivalentemente con los OH- formándose
agua en proporciones estequiométricas, la adición de ácido o base
en la titulación se debe realizar hasta llegar a un punto de
equivalencia, es decir donde la OH- agregada es igual a la H+
iniciales, ya que las sustancias reaccionan equivalente a
equivalente.
CONCLUSIONES.
La potenciometria es adecuada para soluciones coloreadas pues
no necesita indicador debido al uso del potenciómetro.
Cuando trabajamos con ácidos fuertes o bases fuertes con altas
concentraciones es necesario tener un mayor cuidado, pues estas
pueden darnos un cambio brusco durante la titulación si no se
manejan volúmenes pequeños de agente valorante, lo cual puede
disminuir la precisión, aunque la muestra problema analizada fue
identificada como una base, por lo tanto los volúmenes añadidos
siempre fueron 1 mL.
Para determinar el punto de equivalencia se usó el potenciómetro
el cual nos arrojó los datos de pH en función del volumen del
agente valorante, que a su vez nos permitió generar las curvas de
titulación respectivas las cuales nos permiten observar el punto de
equilibrio y el volumen respectivo para llegar al mismo.
Durante la práctica se pudo conocer el funcionamiento de un
potenciómetro o PH- metro, además de verificar la aplicación de
las técnicas potenciométricas.
Pudimos analizar y comparar los diferentes métodos gráficos para
detectar el punto de equilibrio de la solución valorada lo que nos
permitió identificar las más precisas y confiables, haciendo
comparaciones entre las mismas.
Por medio de las titulaciones potenciométricas podemos conocer el
punto final en la titulación, así como la concentración de una
muestra problema.
PREGUNTAS.
1. ¿Qué características debe tener un electrodo para que pueda
utilizarse como electrodo indicador en un potenciómetro?
Un electrodo indicador, es aquel electrodo de una celda galvánica cuyo
potencial varía con la actividad del analito.
Un electrodo indicador ideal responde de manera rápida y reproducible a
los cambios de concentración de un ion analito (o un grupo de iones
analitos). Un electrodo indicador tiene un potencial que varía de manera
conocida con la concentración del analito. El electrodo indicador se
sumerge en la disolución del analito, adquiere un potencial electrodo
indicador que depende de la actividad del propio analito. Muchos
electrodos indicadores que se emplean en Potenciometría son selectivos
en su respuesta.
Los electrodos indicadores son de tres tipos: metálicos, de membrana y
los transistores de efecto de campo sensible a iones.
El mecanismo general por el cual se desarrolla un potencial selectivo al
ion en estos elementos es enteramente diferente de la fuente de potencial
en electrodos de indicadores metálicos. El potencial de un electrodo
metálico surge de la tendencia de una reacción química de
oxidación/reducción a ocurrir en la superficie de un electrodo.
En electrodos de membrana, en cambio, el potencial observado es una
clase de potencial de unión que se desarrolla a través de la membrana
que separa a la solución del analito de una solución de referencia.
2. ¿Qué son los electrodos de referencia?
El electrodo normal de hidrogeno (ENH) es la referencia universal para la
obtención de potenciales relativos de semiceldas Es un electrodo de
hidrogeno con características definidas y constantes, es decir, el potencial
es igual a 0.00V. Un electrodo de referencia debe ser fácil de montar,
proporcionar potenciales reproducibles y tener un potencial sin cambios
con el paso de pequeñas cantidades de corriente.
El electrodo de referencia ideal es aquel que tiene un potencial que se
conoce con exactitud, se mantiene constante y es completamente
insensible a la composición de la solución del analito.
3. ¿Qué es una celda galvánica y cómo se representa?
Las pilas o celdas galvánicas son dispositivos experimentales que
producen corriente eléctrica continua a partir de reacciones redox
espontaneas, en otras palabras, consiste en el estudio de la conversión
de la energía química en energía eléctrica.
Una celda galvánica, está formada por dos semiceldas. Generalmente,
una semicelda está formada por un electrodo o lamina de un mental
sumergido en una solución salina del mismo metal.
En la semicelda anódica ocurren las oxidaciones, mientras que en la
semicelda catódica ocurren las reducciones. El electrodo anódico,
conduce los electrones que son liberados en la reacción de oxidación,
hacia los conductores metálicos. Estos conductores eléctricos conducen
los electrones y los llevan hasta el electrodo catódico; los electrones
entran así a la semicelda catódica produciéndose en ella la reducción.
4. Una celda preparada de la siguiente manera:
De un potencial de 0.575 V. Calcular la constante del ácido.
BIBLIOGRAFÍA.
Daniel C. Harris. Análisis químico Cuantitativo. 3 ra Ed. Editorial Reverté: España. 2007
M.J. Sienko. Problemas de química. Editorial Reverté: España.
2005
Skoog West Holler. Fundamentos de Química Analítica. Editorial Reverté: España. 2001
Rubén DArio Osorio Giraldo. Métodos numéricos en química con
matlab. Universidad de Antioquia. Colombia.2007