INTRODUCCIÓN
Para poder utilizar el concepto de pH es necesario tener conocimiento de él, y al mismo tiempo, una idea para la interpretación de las lecturas y los términos de alcalinidad y acidez.
El pH se define como el logaritmo de la inversa de la concentración de iones hidrógeno. La concentración de iones hidrógeno se expresa en moles por litro. Como el peso atómico del hidrógeno es uno, aquella solución que contenga un gramo de iones hidrógeno por litro tendrá un pH de 1.
El término concentración de iones de hidrógeno se representa [H+]. El agua se disocia en una cantidad muy pequeña de partículas con cargas eléctricas definidas iones, según Arrhenius:
H O H = H+ + OH-
El ion hidrógeno (H+) tiene una carga positiva, y el ion (HO-) tiene una carga negativa. Existe una relación entre la concentración de los iones hidrógeno y los iones hidróxido en la molécula del agua; lo que puede ser expresado:
H2 H+ + OH....ecuación 1. La constante de equilibrio para dicha reacción es:
K= [ H+] [ OH-]
[H2O]
Como la concentración de moléculas no disociadas en el agua es tan grande, el término H2O puede considerarse y el equilibrio anterior podrá ser expresado:
K [H2O ] = [H+] [OH-] Y por tanto K [H2O ] = Kw
Kw = [H+] [OH-]…....ecuación 2
El valor Kw ha sido determinado experimentalmente y tiene un valor de 10-4 a 25 ºC.
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hidrógeno es idéntica a la de los iones hidroxilo de tal forma que: [H+] = [OH-]=
x
Sustituyendo en la ecuación 2 el valor Kw, y considerando la igualdad anterior, tenemos:
10-4 = [H+]2 o x2 = 10-4
Y por tanto x= H+ = 10-7 moI/L Como el pH o potencial hidrógeno es expresado como:
pH = - log [H+] = log 1 . [H+]
Sustituyendo el valor de la concentración de iones hidrógeno tenemos:
pH = – log H+ = log 1 = log 1 0.0000001 10-7
= - log 10-7 = - [-7] = 7 Y así el pH del agua pura es de 7.
La escala del pH puede ser representada como sigue:
En general hay dos métodos para la determinación del pH. El método electromecánico (potenciómetro) y el método colorímetro. Este último se basa en los cambios de color que sufren ciertos colorantes al variar la concentración de iones hidrógeno. En los métodos volumétricos es necesario conocer con exactitud cuándo termina una reacción y para esto, se usan las sustancias llamadas indicadores, las que por alguna señal visible dan a conocer el punto final de la reacción. Ordinariamente esta señal consiste en el cambio o desaparición de un precipitado.
pH=7 Neutro pH>7 Básico pH<7 Ácido
53 R o jo A m a ril lo V e rd e Az u l A zu l A zu l
Los indicadores ácido-base o neutralización son sustancias que presentan un color a determinado pH. Se trata de ácidos débiles o bases débiles con un valor característico en su constante de ionización, debido a que muestran un cambio de color a un pH determinado.
La concentración del indicador mientras más bajo sea, permite un cambio de color más fácil de apreciar a simple vista.
El indicador común es el papel tornasol; su color es azul, si el pH es apreciablemente mayor de 7 y rojo si el pH es menor de 7. Por desgracia esta forma de determinar el pH aunque rápida no es exacta. Otros indicadores son más exactos por ser más sensibles que el papel tornasol. Cada indicador tiene un margen propio de pH a través del cual cambia su color. Se tiene una serie de indicadores con la cual se cubre un margen muy amplio de valores de pH que va desde 0.2 hasta 14.
El papel indicador de pH. Es un indicador universal: El papel se ha teñido con mezcla de colorantes (indicadores) que reflejan todo intervalo de pH y al sumergirlo en disoluciones químicas, toma las siguientes tonalidades:
pH 123 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
Los indicadores usados en acidimetría y alcalimetría son substancias orgánicas de carácter ácido o básico muy débil; y que tienen la propiedad de cambiar de coloración cuando el medio pasa de un pH determinado a otro. Los principales indicadores son la fenolftaleína y el anaranjado de metilo.
La fenolftaleína es carácter ácido muy débil. En su estado no disociado es incolora y su fórmula es la siguiente
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En general, la fenolftaleína es un indicador propio para la titulación de ácidos orgánicos o Inorgánicos, así como de bases fuertes, pero no de bases débiles. La fenolftaleína en la solución ácida es incolora mientras que en solución básica es roja.
El anaranjado de metilo se conoce también con el nombre de aliantina y tropeolina D, y se encuentra en el comercio tanto en la forma de ácido libre como en su sal de sodio. La fórmula de este indicador es la siguiente:
En soluciones básicas este compuesto tiene color amarillo y en soluciones ácidos color rojo, obteniendo un tinte intermedio, color canela en la neutralización. Este indicador es empleado en la titulación de bases fuertes y de bases débiles, así como de ácidos fuertes pero no en la valoración de ácidos débiles como el ácido acético o el oxálico.
ACTIVIDAD EXPERIMENTAL.
Compruebe el vire del indicador en medio ácido o básico.
Indicador Cambio de color en medio
Ácido Alcalino
1. Anaranjado de metilo Rojo Amarillo
2. Fenolftaleína Incoloro Rojo púrpura
3. Rojo de metilo Rojo Amarillo
4. Azul de bromotimol Amarillo Azul
5. Rojo Congo Azul Rojo
6. Eriocromo negro T Azul Púrpura
MATERIALES Y SUSTANCIAS. MATERIAL SUSTANCIAS - Vasos de precipitados de 50ml. - Probeta de 50 ml. - Pipeta graduada de 5 ml. - Piseta - Matraz aforado - Fenolftaleína - Anaranjado de metilo - Agua destilada - Alcohol etílico - Papel tornasol - Papel universal - Ácido clorhídrico 1 N - Hidróxido de sodio 1N
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Para llevar a cabo la medición del pH, observe lo que se indica en la figura y siga el procedimiento.
1.- Prepare 50 ml de solución de HCl y de NaOH 1 M (vaso 1A y 1B).
2.- Tome un alícuota de 5 ml de cada disolución y transfiérala a otro vaso. Complete un volumen de 50 ml con agua destilada. (Vaso 2A y 2B).
3.- Del vaso 2, tome una alícuota de 5 ml y transfiéralo a un vaso nuevo, agregue 45 ml de agua destilada. (Vaso 3A y 3B).
4.- Repetir la misma operación hasta tener 6 vasos con diferentes concentraciones de HCl y NaOH. (4A y 4B, 5A y 5B, 6A y 6B).
5.- Mida con papel universal y potenciómetro el pH de la solución de cada vaso y regístrela en la tabla.
6. A los vasos con ácido, agregue de 2 a 5 gotas del indicador anaranjado de metilo y observe el cambio.
7.- A los vasos que contienen la base, agregue de 2 a 5 gotas de fenolftaleína y observe el vire.
DIAGRAMA DE FLUJO.
Medición de pH, con
universales e
en diluciones
de HCl y
Alícuotas
Alícuotas Alícuotas Alícuotas Alícuotas
A A1 A1 + F A1 + AM A2 A2 + F A2 + AM A3 + F A3 + AM A4 + F A4 + AM A5 + F A5 + AM A5 A4 A3 Parte alícuota Transfiere al tubo 2
Parte alícuota Parte alícuota Parte alícuota Parte alícuota Transfiere Transfiere Transfiere Transfiere A1 = 1 ml. del tubo A + 9 ml. de H2O A2 = 1 ml. del tubo A1 + 9 ml. de H2O A3 = 1 ml. del tubo A2 + 9 ml. de H2O A4 = 1 ml. del tubo A3 + 9 ml. de H2O A5 = 1 ml. del tubo A4 + 9 ml. de H2O F = Gotas de fenolftaleína
56 CUESTIONARIO.
1. ¿Para qué tipos de sustancias se emplean los indicadores fenolftaleína y anaranjado de metilo?
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3.- El comportamiento de la coloración del indicador, ¿tiene que ver con la concentración de iones H+ y OH-?
REPORTE.
Anote en la tabla siguiente los cambios de color observados: Tubos con HCl.
Tubo No.
Cambios de pH por dilución
Papel universal Potenciómetro Anaranjado de metilo Concentración H+ 1 A 2 A 3 A 4 A 5 A 6 A
Tubos con NaOH.
Tubo No.
Cambios de pH por dilución
Papel universal Potenciómetro Fenolftaleína Concentración OH- 1 B 2 B 3 B 4 B 5 B
58 6 B
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