VALORACIÓN POTENCIOMÉTRICADE LA GLICINA

(Práctica 1)

-OBJETIVO-

El objetivo de esta práctica es comprender el fundamento de una valoración potenciométrica, en nuestro caso, la valoración de un aminoácido muy importante como es la Glicina y que llevaremos a cabo con una base fuerte NaOH (Hidróxido Sódico), observando el cambio de pH durante el curso de la misma, deduciendo al final, la concentración de Glicina y los valores de pKa1 y pKa2 del aminoácido.

-FUNDAMENTO TEÓRICO-

Para el desarrollo de la práctica tenemos que tener en cuenta varios conceptos importantes como el de ácido y base:

Ácido: Toda sustancia que al disolverse (disociarse) aumenta la concentración de iones positivos del disolvente (H+ o H3O+, caso del agua).Base: Toda sustancia que al disociarse, aumenta la concentración de iones negativos del disolvente (OH-, caso del agua).

Lo mismo ocurre con el pH o con el pOH:

pH = -log [H+] pOH = -log [OH-] pH + pOH = pKw = 14

Ambos valores son formas de expresar la concentración de H+ y de OH-.

Para la determinación del pH se usan unos aparatos llamados Potenciómetros o también pH-metros o simplemente utilizando sustancias llamadas indicadores de pH.

Cuando reacciona un ácido fuerte con una base fuerte tiene lugar una reacción química llamada neutralización de forma que en las primeras adiciones de base de concentración conocida sobre el ácido, el pH casi no varía hasta llegar a las proximidades del Punto de equivalencia.En dicho punto la base habrá reaccionado con todo el ácido, produciéndose a partir de ahí un aumento brusco del valor de pH debido al aumento de [OH-], hasta la estabilización del pH mediante sucesivas adiciones de álcali.

En los casos de reacciones entre ácidos fuertes y bases fuertes, el pH de neutralización completa es 7, y como todas las reacciones transcurren equivalente a equivalente se cumple que:

Vbase . Mbase = Vacido . Macido

siendo V el volumen y M la molaridad tanto de la base como del ácido.

En disolución acuosa la disociación de un ácido débil se puede expresar como:

KAH <====> A- + H+

La constante de equilibrio de esta reacción se relaciona con el pH por la ecuación de Henderson-Hasselbach (para disoluciones muy diluídas se toma aH+, aA- y aAH como valores de [H+], [A-] y [AH]), pudiéndose calcular el pKa del ácido a partir de esta ecuación, por medidas potenciométricas de pH.

K = [A-]·[H+] / [AH] ===> log K = log [A-]/[AH] + log [H+]

Reordenando quedará:

- log K + log ([A-]/[AH]) = - log [H+] ; pH = pKa + log [A-]/[AH] Ec. Henderson-Hasselbalch

Cuando las especies A- y AH se encuentren en igual concentración (punto de semiequivalencia), su cociente será la unidad, el logaritmo será 0, y el pH de la disolución coincidirá con el pKa del ácido. Así lo determinaremos gráficamente.Representando pH frente al Volumen del reactivo titulante obtendremos la curva de valoración que presentará una forma sigmoidea, con un salto brusco en las proximidades del Punto de equivalencia. Para apreciarlo visualmente se añadirá un indicador de pH.

Ahora tendremos que aplicar la teoría a nuestro caso: La Glicina.Todos los aminoácidos poseen un punto en el que se comportan como una sal neutra. En ese punto la carga neta del aminoácido es nula ya que los dos grupos disociables tienen su carga de signo contrario y compensada. Dicho punto se llama Punto isoeléctrico.

La valoración potenciométrica de glicina protonada, NaOH dará lugar a una curva (pH frente a volumen de valorante), características de un ácido diprótido y a partir de ella se podrán calcular la concentración de glicina y los valores de las constantes de equilibrio (Ka1 y Ka2):

En la gráfica se pueden observar los dos puntos de equivalencia con un primer salto muy brusco y un segundo salto mucho menos brusco, hasta alcanzar la forma gly- concluyendo así la valoración.

Para poder calcular las constantes tendremos que considerar los dos equilibrios de disociación ácida de la glicina: Ka1

NH3+-CH2-COOH <=======> NH3

+-CH2-COO- + H+

Ka2

NH3+-CH2-COO- <=======> NH2-CH2-COO- + H+

Y considerando que los coeficientes de actividad pueden considerarse la unidad ya que trabajamos con disoluciones muy diluídas:

Ka1= [H+]·[glyH] / [glyH2+] = [H+]o

2 / Co - [H+]o

Ka2= [H+]·[gly-] / [glyH]

Siendo [H+]o la concentración inicial de protones y Co la concentración

inicial de glicina.

-MATERIAL Y REACTIVOS-

Bureta con soporte y pinza para sujetar el electrodo. 2 Vasos de precipitados altos (250 mL). 2 Matraces aforados (250 mL). Pipetas graduadas ( 1 de 1 mL y 1 de 10 mL). Pipetas aforadas ( 1 de 25 mL y 1 de 50 mL). Probeta 10 mL. Pipeta Pasteur y pesasustancias. Reactivo valorante: 250 mL NaOH 0,2M. Reactivos: 250 mL Glicina 0,04M. pH-metro o potenciómetro.

-DESARROLLO EXPERIMENTAL-

El desarrollo experimental es muy sencillo y solo hay que seguir unos cuantos pasos importantes:

- Primeramente vaciaremos la bureta de 50 mL que estaba rellena con agua, y la lavaremos con el valorante que vamos a utilizar eliminando así restos de agua. Una vez realizado esto, rellenaremos la bureta con la disolución de valorante enrasando hasta 0 mL.

- Después habrá que preparar la disolución de la glicina calculando cuanto tendremos que pesar. Una vez pesada la cantidad de glicina que utilizaremos diluiremos con agua y lo verteremos todo con cuidado para no perder nada de la disolución en un matraz aforado de 250 mL y enrasaremos.

- En un vaso de precipitados descargaremos 100 mL de la disolución que hemos preparado en dos pasos con la pipeta de 50 mL.

- Ahora introduciremos el electrodo combinado del potenciómetro, lavado y seco, en la disolución problema con sumo cuidado y comenzaremos la valoración con descargas de volúmenes de 2 en 2 mL de valorante de la bureta, anotando el pH de la disolución que nos da el potenciómetro después de homogeneizar la disolución por agitación durante 5 segundos.

- Finalmente al acabar la valoración se sacará el electrodo y se lavará con agua, guardándolo en su protector. Después representaremos los datos obtenidos en una gráfica y realizaremos todo el proceso 2 veces.

-CÁLCULOS-

1.) Cálculo de la cantidad a pesar de glicina:Conociendo los datos:

P.M. = 111,5 g/mol Vol = 0,250 L ==========> 0,04 mol/L · 0,250 L · 111,5 g/mol = 1,12 gM = 0,04 mol/L Glicina

2.) Determinación de la concentración de glicina:Calcularemos la concentración de glicina mediante la ecuación que vimos en el fundamento teórico: Vvalorante en P.E. · Mvalorante = Vinicial problema (100mL). · Mproblema

En la gráfica que viene a continuación observaremos el volumen de NaOH gastado en el primer punto de equivalencia de forma que:

20,5 mL · 0,2 M = 100 mL · Mproblema ====> Mproblema = 0,041 M

3.) Cálculo de las constantes de equilibrio:

Vamos a calcular las constantes de equilibrio observando en la gráfica el valor de los pKa pero también se pueden calcular mediante las ecuaciones:

Ka1= [H+]·[glyH] / [glyH2+] = [H+]o

2 / Co - [H+]o

Ka2= [H+]·[gly-] / [glyH] =====> Ka2= [H+] cuando [gly-] = [glyH]

En la gráfica 1:

pKa1 = 2,6 -----------> Ka1 = 2,512·10-3

pKa2 = 9,7 -----------> Ka2 = 1,995·10-10

En la gráfica 2:

pKa1 = 2,8 -----------> Ka1 = 1,585·10-3

pKa2 = 9,9 -----------> Ka2 = 1,259·10-10

Gráfica 1 Gráfica 2

Vval / ml pH0 2,082 2,156 2,34

10 2,5414 2,8818 3,5520 4,4321 7,722 8,623 8,8724 925 9,1426 9,330 9,6932 9,8234 10,0336 10,2238 10,4840 10,7244 11,4746 11,6548 11,7450 11,84

Vval / ml pH0 2,034 2,188 2,36

10 2,4912 2,6313 2,7114 2,7815 2,8716 2,9617 3,1218 3,2519 3,4720 3,8522 7,324 8,8326 9,1730 9,5834 9,8736 10,3440 10,6242 10,9944 11,3446 11,5548 11,6850 11,78

Gráfica 1

0

2

4

6

8

10

12

14

0 10 20 30 40 50 60

Vvalorante / mL

pH

Gráfica 2

0

2

4

6

8

10

12

14

0 10 20 30 40 50 60

Vvalorante / mL

pH