Laboratorio 10. Constante de disociación ácida de un tinte

Laboratorio 10.

Constante de disociación ácida de un tinte

Objetivo

Determinar la constante de equilibrio de la disociación de un indicador visual ácido-base (rojo de metilo) utilizando medidas espectrofotométricas.

Introducción

En solución acuosa el rojo de metilo, un ácido orgánico, tiene estructura de “zwitterion” y tiene una estructura resonante entre las dos formas, la ácida y la básica. En soluciones ácidas el rojo de metilo existe en la forma de HMR y tiene un color rojizo. Cuando base es añadida se pierde un protón y el HMR atiene estructura básica, MR-, con un color amarillo. La forma básica es amarilla porque absorbe azul y violeta pálido. Entonces tenemos que la constante de ionización en equilibrio para el rojo de metilo está dado por:

) ( ) )( ( HMR MR H K_c − + = (10-1)

basándonos en que la reacción existente es la siguiente,

Es conveniente utilizar la ecuación anterior en la forma: ) ( ) ( log HMR MR pH pK_c − − = ( 10-3)

La constante de ionización puede ser calculada de medidas de la razón de (MR -)/(HMR) a valores de pH conocidos.

Ya que las dos formas de rojo de metilo absorben fuertemente en el rango visible, la razón de (MR-)/(HMR) puede ser establecida espectrofotométricamente. Los espectros de absorción de rojo de metilo en soluciones acídicas y básicas son determinadas y dos longitudes de onda son seleccionados para analizar mezclas de ambas formas. Estas dos longitudes de onda, 1 y 2, son escogidas de manera que en una la forma acídica tiene un índice de absorbancia bien grande comparado con la forma básica y en la otra la situación es la contraria. Los índices de absorbancia de HMR y MR- son determinados a ambas de estas longitudes de onda, utilizando varias concentraciones para determinar donde la Ley de Beer es obedecida.

La composición de una mezcla de HMR y MR- puede ser calculada a partir de las absorbancias A1 y A2 a las longitudes de onda 1 y 2 respectivamente

utilizado, a un espesor de la celda. Se establece de esta manera un sistema de ecuaciones el cual se utiliza sistemáticamente para determinar las concentraciones de las dos formas del rojo de metilo simultáneamente.

A1 = a1,HMR [HMR] + a1,MR [MR-] ( 10-4)

Estos valores entonces se utilizan en la ecuación de Henderson-Hasselbalch para finalmente determinar el valor de pKc y Kc.

[ ] log [ ] a MR pK pH HMR − ⎛ ⎞ = − _{⎜ ⎟} ⎝ ⎠ ( 10-6)

Procedimiento

1. En el laboratorio usted encontrara una solución stock de rojo de metilo, la cual fue preparada de la forma como describe el diagrama. Determine la concentración utilizando el peso molecular del tinte.

Solución “Stock” 300 mL Etanol 95% 1 g tinte cristalino Matraz de 500 mL • Solución estándar 50 mL etanol 95% Matraz de 100 mL

Diluir con agua estilada 5 mL

2. Preparación de la solución estándar

Tomar 5 mL de la solución Stock y se la añaden 50 mL de la solución 95% etanol y se completa con agua destilada hasta 100 mL. (Ver diagrama anterior).

3. Preparación de las soluciones acidas: Agregar 5.0 mL de la solución estándar, 5 mL de HCl 0.1 M en un matraz de 50 mL. Diluir con agua destilada. Luego tomar 25 mL de esta solución y diluya con HCl 0.01 M hasta 50 mL. Siga diluyendo hasta tener un total de cuatro soluciones.

25 mL 25 mL 25 mL

35 mL

Matraz 50 mL Diluir con agua destilada 5.0 mL solución estándar 5 mLHCL 0.1 M

50 mL 50 mL 50 mL 50 mL

LUIS F. DE LA TORRE Y OLIVA M. PRIMERA

Diluir con HCl 0.01 M

3. Preparación de las soluciones alcalinas: Agregar 10.0 mL de la solución estándar, 25 mL de acetato de sodio 0.04 M en un matraz de 100 mL. Diluir con

agua destilada. Luego tomar 25 mL de esta solución y diluya con acetato de sodio 0.01 M hasta 50 mL. Siga diluyendo hasta tener un total de cuatro soluciones.

Matraz 100 mL Diluir con agua destilada

25 mL 50 mL 50 mL 25 mL 25 mL 50 mL 50 mL 35 mL

1. Preparación de las soluc

adir 25 mL de acetato de odio 0.04 M, 1 mL de ácida acético y luego completar el volumen hasta 100

io. Además añadir 1, 2, 5, y 10 mL de ácido acético a cada una respectivamente y diluir con agua destilada hasta 50 mL.

10 mL de la Solución Standard 25 mL de acetato de Sodio 0.04M

LUIS F. DE LA TORRE Y OLIVA M. PRIMERA

Diluir con acetato de sodio 0.01 M

iones amortiguadoras: - Tomar 10 mL de la solución estándar y ésta se añ s

mL con agua destilada.

- Preparar otras cinco soluciones utilizando 5 mL de solución estándar y 10 mL acetato de sod

- Obtener pH de cada una de las soluciones preparadas.

5. M spectrofotome

- Determine la longitud de onda máxima (λ1 y λ2) realizando

orbancia vs λ entre 30

1mL de acido acético 0.1M

Diluir con agua destilada

edidas e tricas

un rastreo (barrido)

de Abs 0 – 600nm.

- Determine las absorbancias de las soluciones en ambo

Matraz 50 mL _{Matraz 50 m} atraz 50 mL Matraz 50 mL 2mL de acido acético 0.1M 5mL de acido acético 0.1M 10mL de acido acético 0.1M L _M 5 mL solución estándar ato de sodio 0.04M 10 mL de acet Matraz 50 mL 0.5 mL de acido acetico 0.1 M L de solución estándar 10 mL de Acetato de sodio 0.04 M

LUIS F. DE LA TORRE Y OLIVA M. PRIMERA

Diluir con agua destilada 5 m

Cálculos

. Determinar la concentración de la solución stock

. Graficar Absorbancia versus concentración del tinte para las soluciones etermine las pendientes de s graficas utilizando los cuadrados mínimos.

1 2

ácidas y básicas a ambos largos de onda, λ1 y λ2. D

la

Estos valores de las pendientes corresponden a los coeficientes de extinción molar para ambas especies a ambos largos de onda.

(I) = 1 ,λ HMR a (III) − = 1 ,λ MR a (II) a = (IV) = 2 ,λ HMR − 2 ,λ MR a

3. Resolver el Sistema de 2 Ecuaciones y 2 Desconocidas para obtener

[ ]

[ ]

A para cada Solución Amortiguadora.

4. Determinación de pKa

las soluciones amortiguadoras grafique y obtenga el Ka a partir del intercepto. Incluya la gráfica con el reporte.

1 2 2 2 , , _, , [ ] _, [ ] total HA _A total HA _A 1 1 [ ] [ ] A a b HMR a b MR A a − = + = b HMR a b MR λ λ _λ λ λ _λ − − − +

usando la ecuación de Henderson-Hasslebach. Para pH versus log [MR

-]/[HMR] p

[ ] log [ ] a MR pK pH HMR − ⎛ ⎞ = − _{⎜ ⎟} ⎝ ⎠

5.Compare el valor de pKa reportado en la literatura

pKA PROMEDIO = __________ pKA LITERATURA = 5 % ERROR = _______

KA PROMEDIO = ___________ KA LITERATURA = 1.05 X 10-5 % ERROR = _________

Referencias

Atkins, P., Physical Chemistry. 5Th ed. C8-C14. Freeman, New York. 1994 Castellan, G., Fisicoquímica. 2nd _{ed. 140-141. Addison Wesley. N.Y. 1971.}

CRC Handbook of Chemistry and Physics. 58Th ed. Weast, Robert ed. CRC Daniels, F. et.al, Experimental Physical Chemistry. 7Th ed. 18-21. McGraw Hill, New York. 1971