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DETERMINACIÓN DE LA CONCENTRACIÓN DE FLUORURO EN PASTA DE
DIENTES O COLUTORIO
1. OBJETIVO
Medida de la cantidad de fluoruro en diferentes muestras mediante potenciometría basada en el uso de electrodos selectivos de iones (ESI).
2. INTRODUCCIÓN
El electrodo de fluoruro constituye una clase de electrodo indicador de membrana sólida, selectivo al ion F- (ESI). La membrana está formada por un cristal simple de LaF
3, en la
que un pequeño número de iones La3+ son reemplazados por Eu2+ para disminuir la resistencia
del cristal, aumentando así la movilidad de los iones F-. Cuando un ion F- abandona una posición
en la estructura cristalina deja un hueco al cual otro ion F- puede migrar. El resultado es un cristal
que exhibe una conductividad iónica de manera que, si la membrana se encuentra en contacto con dos disoluciones de diferentes actividades de F-, se creará una diferencia de potencial a
ambos lados de la membrana.
El cristal, sellado al extremo de un tubo, se encuentra en contacto con dos disoluciones, una interna y otra externa (ver Figura).
La disolución interna es 0.1M en NaF y NaCl. La actividad (a2) del ion F- controla el
potencial de la superficie interna de la membrana y la del ion Cl- fija el potencial de un electrodo
de referencia interno de Ag/AgCl (REF2). La disolución externa es la de trabajo, de actividad desconocida (a1). El segundo electrodo que completa la célula es un electrodo de referencia
externo (REF1). La célula electroquímica será entonces:
2 La fuerza electromotriz (f.e.m.) vendrá dada por:
𝑓. 𝑒. 𝑚 = 𝐸𝐸𝑆𝐼− 𝐸𝑅𝐸𝐹1+ 𝐸𝑖𝑗 (1)
Siendo EESI, EREF1 y Eij los potenciales del electrodo selectivo de iones, del electrodo de referencia
y de unión líquida, respectivamente. El potencial de unión líquida, originado en la superficie de contacto entre el electrodo de referencia y la disolución externa, puede minimizarse utilizando un puente salino y considerarse casi constante.
A su vez, el EESI puede separarse en dos contribuciones:
𝐸𝐸𝑆𝐼 = 𝐸𝑅𝐸𝐹2+ 𝐸𝑀𝐸𝑀𝐵𝑅𝐴𝑁𝐴 (2)
Siendo EREF2 el potencial del electrodo de Ag/AgCl (constante), y EMEMBRANA el potencial de
membrana que depende de las actividades del ion F- en las disoluciones interna (constante) y
externa (variable). En general: 𝐸𝑀𝐸𝑀𝐵𝑅𝐴𝑁𝐴= 𝑅𝑇 𝑧𝑖𝐹 𝑙𝑛 (𝑎𝑖 (𝑒𝑥𝑡) + 𝑘𝑖𝑗𝑎𝑗 𝑧𝑖⁄𝑧𝑗(𝑒𝑥𝑡) 𝑎𝑖(𝑖𝑛𝑡)+ 𝑘𝑖𝑗𝑎𝑗 𝑧𝑖⁄𝑧𝑗(𝑖𝑛𝑡)) = 𝐿 + 𝑅𝑇 𝑧𝑖𝐹 𝑙𝑛 (𝑎𝑖(𝑒𝑥𝑡)+ 𝑘𝑖𝑗𝑎𝑗 𝑧𝑖⁄𝑧𝑗(𝑒𝑥𝑡) ) (3)
Donde aj representa la actividad de algún ion, de carga zj, que interfiera en la medida y ai la del
ion problema, de carga zi. kij es la constante de selectividad, que es una medida de la respuesta
del electrodo al ion interferente relativa al ion problema. En nuestro caso la constante relativa a los iones OH-, principal interferente en estas medidas, es 0.1. En esta práctica vamos a utilizar
un buffer para mantener constante y suficientemente pequeña la [OH-] y al mismo tiempo fijar
la fuerza iónica, por lo que los coeficientes de actividad se mantienen también constantes. De esta forma podemos despreciar el segundo término del paréntesis de la ecuación (3).
Englobando todos los términos:
𝑓. 𝑒. 𝑚 = 𝐸𝑅𝐸𝐹2+ 𝐸𝑅𝐸𝐹1+ 𝐸𝑖𝑗+ 𝐿´ −
𝑅𝑇
𝐹 𝑙𝑛[𝐹
3 𝑓. 𝑒. 𝑚 = 𝐴 −𝑅𝑇 𝐹 𝑙𝑛[𝐹 −] (5) 3. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL REACTIVOS
- Disolución buffer (TISAB): Mezclar en un vaso de 100 mL 5.7 mL de ácido acético, 5.8 g de NaCl y 0.4 g de Titriplex (CDTA, ácido 1,2-ciclohexilen dinitro tetraacético) utilizando aproximadamente 50 mL de agua destilada. Ajustar el pH entre 5-5.5 con NaOH 5 M y enrasar a 100 mL en un matraz aforado.
- Disoluciones estándares: preparar 100 mL de una disolución stock de NaF 10-2 M y a
partir de ésta preparar 5 disoluciones estándares de concentraciones 1x10-3, 5x10-4,
2x10-4, 1x10-4 y 5x10-5 M. Preparar previamente 100 mL de una disolución 1M de NaCl y
añadir 10mL a cada estándar antes de enrasar.
PROCEDIMIENTO PARA PASTA DE DIENTES
- Pesar una cantidad apropiada (consultar con el profesor) que puede estar entre 400 y 500 mg (anotar peso exacto) de pasta de dientes en un vaso de precipitados de 50 mL. Añadir 25 mL de TISAB y hervir durante 10 minutos. Dejar enfriar y transferir a un matraz de 50 mL enrasando con agua destilada. Tomar 10 mL de esta disolución y llevarla a un matraz de 100 mL.
PROCEDIMIENTO PARA COLUTORIO
- Añadir 1 mL de colutorio a un matraz de 100 mL, adicionar 10 mL de TISAB y enrasar.
PROCEDIMIENTO PARA EL AGUA DEL GRIFO
- Medir también la concentración del ion F- en el agua del grifo. Para ello tomar 90 mL de
agua del grifo + 10 mL de disolución de NaCl 1 M.
MEDIDAS Y RESULTADOS
- Medir los potenciales de las disoluciones estándares y problema utilizando un recipiente de plástico (esperar hasta que se estabilicen las lecturas).
- Representar la recta de calibrado con las medidas de las disoluciones estándares y calcular por interpolación la concentración del ion F- en la disolución problema.
4 4. MATERIAL
- NaF, NaCl, CH3COOH, NaOH, Titriplex (CDTA).
- Pasta de dientes. - Búferes pH 4 y 7. - 2 vasos de precipitados de 100 mL y 4 de 50 mL. - 10 matraces aforados de 100 mL y 1 de 50 mL. - Recipiente de plástico. - 1 pipeta de 10 mL y otra de 1 mL. 5. BIBLIOGRAFÍA
D. A. Skoog, F. J. Holler, T. A. Nieman, Principios de Análisis Instrumental, Mc Graw Hill, 2001, 5ª edición.
K. A. Rubinson, J. F. Rubinson, Análisis Instrumental, Prentice Hall, 2001.
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