Departamento de Química
Laboratorio de Fundamentos de Análisis Químico
ANALISIS DE UNA CURVA DE TITULACION ACIDO-BASE: GRAFICA
DE GRAN
Rossembert Aponte1, NataliaGuayazan2, Daniel Camargo3 1. Universidad de los Andes, [email protected] 2. Universidad de los Andes, [email protected] 3. Universidad de los Andes, [email protected]
RESUMEN: Las reacciones acido base se encuentran presenten en muchos procesos industriales, siendo necesario identificar sus composiciones o volúmenes por medio de titulaciones, este método de análisis, es uno de los mas aplicados y útiles en la actualidad. Las titulaciones y graficas pH VS Vb se pueden presentar de diferentes formas, dependiendo de la composición de acido y base. Es decir, si tenemos mezcla de acido fuerte-base fuerte, Acido débil-base fuerte, acido fuerte-base débil, acido débil-base débil, o mezclas poliproticas. En este caso, estudiaremos la reacción de una acido débil (biftalato de potasio) con una base fuerte (NaOH), en donde se midió el pH experimental dependiendo el volumen de NaOH agregado a la solución del acido, finalmente se graficaron los resultados para conocer el Ka y Volumen de equivalencia. Los resultados arrojan un valor de 5,39794 para pKa, Kb de 2.5 x 10-9 y pH de
7.88se calculo un error en cuanto a la diferencia teórico-experimental. Se concluye de forma general, que las reacciones acido débil - base fuerte presentan un período amortiguador durante su fase inicialy que los errores obtenidos son aleatorios y sistemáticos principalmente.
Palabras claves: Titulación, indicador, molaridad, error experimental, ácido débil, base, concentración.
Abstract: The acid-base reactions are present in many industrial processes, being necessary to find out the composition or volumes of an mixture by titrations, this method of analysis is one of the most useful and used today. The titrations and graphics pH VS Vb can be presented in different ways depending on the composition of acid and base. That is, if we have a mixture of strong acid – strong base, weak acid – strong base, strong acid – weak base, weak acid – weak base or a poliprotic mixture. In this case, we will study the reaction of a weak acid (potassium biphthalate) with a strong base (NaOH), where experimental pH was measured depending on the volume of NaOH added to the acid solution, finally the results where plotted so we can know the Ka and the equivalence volume. The results shows a value of 5,39794 for pKa, kB of 2.5 x 10-9
and pH of 7.88. It was calculated an error as the theorical-experimental difference. It was concluded, that the weak acid-storng base reactions present a buffer period during theier initial phase and that the obtained erros are mainly random and systematic.
Key words:titration, indicator, molarity, experimental error, weak acid, base, concentration.
INTRODUCCIÓN
El análisis de una curva de titulación ácido-base por medio de una grafica
Gran se hace con la finalidad de estandarizar un titulante por medio de la obtención del punto de equivalencia de la reacción y el Ka.
La grafica Gran se puede utilizar cuando hay una titulación ácido fuerte-base fuerte o una titulación potenciometrica, para hallar el punto final y el punto de equivalencia, además se puede utilizar para hallar concentraciones y constantes de disociación de ácidos y bases débiles (Harris, 2006).
La curva o grafica Gran usa aproximaciones lineales de las relaciones no lineales entre la cantidad medida, en este caso el pH y el volumen del titulante (Brown et al, 2008).
Esta curva es muy útil en la química analítica siempre que se trabaja con titulación ácido base debido a que permite encontrar el punto final de la reacción antes de que esta llegue al punto final. En cualquier punto entre el punto inicial y el punto final de la titulación se aproxima que cada mol de NaOH convierte una mol de HA en una mol de A-. Además es de vital importancia en distintos procesos industriales para identificar composiciones o volumenes de determinadas muestras(Harris, 2006).
Las reacciones ácido débil – base fuerte presentan un período amortiguador durante su fase inicial, además de presentar un pH mayor a 7.
Para realizar el experimento se preparó una solución desconocida usando 1.5 g de biftalato de potasio, después se titularon 25 mL del desconocido, usando como indicador fenolftaleina, con una solución patrón de NaOH 0,1M; se registro el pH cada 30 segundos usando un pH metro y el volumen utilizado. Este procedimiento se realizó dos veces.
Se puede afirmar que los datos experimentales que obtuvimos son precisos pero no exactos, esto realizando calculos del error experimental de los datos obtenidos(Harris, 2006).
METODOLOGIA
Reactivos e instrumentos.
Para las titulaciones se usaron patrones de NaOH y HCl 0.1 M y el indicador utilizado fenolftaleína. Para calibrar el pH metro, se utilizaron dos soluciones buffer estándar de pH 7 y pH 4.
El material de vidrio utilizado fueron tres erlenmeyers de 125 mL, un balón aforado de 250 mL, una bureta de 50 mL, un vaso de precipitados de 200 mL y un pH metro.
Preparación de la solución desconocida.
Para preparar la muestra problema se pesaron 1.5 g de biftalato de
potasio, se colocaron en un balón aforado de 250 mL y se completó el volumen usando agua destilada. Titulación del desconocidocon solución patrón de NaOH 0,1 M. 25 mL del la solución desconocida fueron transferidos a un erlenmeyer de 125 mL y se agregaron 3 gotas del indicador fenolftaleína. A continuación, se adicionaron en la bureta 50 mL de la solución de NaOH 0,1 M. el electrodo del pH metro se colocó dentro de la solución desconocida y se inició la titulación descartando de la bureta 1,5 mL de NaOH 0,1 M hacia el erlenmeyer que contenía la solución problema. El pH fue registrado cada
30 segundos. Este procedimiento se realizó dos veces.
RESULTADOS
Se registraron los valores de pH y volumen cada 30 segundos. El volumen de NaOH descartado fue disminuido a lo largo de la titulación en la réplica 2 (datos no mostrados). La curva de titulación que se muestra a continuación relaciona pH vs. Volumen de NaOH gastado en las dos réplicas y además se incluye la gráfica teórica sobre el miso plano con el fin de realizar comparaciones
Gráfica 1. Curva de titulación experimental y teórica.
Se realizó el cálculo del Ka de la solución inicial (ácido débil), esto con el fin de poder calcular el pH antes del punto de equivalencia. Con estos valores se obtiene el Kb y finalmente se halla el pH después del punto de equivalencia, en donde se esperaba que fuera > 7 debido al exceso de la base. Ka=x2F-x (1) pH=pKa+log[A-][HA] (2) Kb=x2F-x (3) pH=-logKw[OH] (4) (Harris, 2006) Los valores obtenidos indican que el pKa es de 5,39794, el pH 7.88 y el Kb de 2.5 x 10-9.
Adicionalmente, el error experimental del Ka, pH y volumen se calculó utilizando la siguiente ecuación
% E= Fm-FrFrx 100 (5)
Donde Fm es el valor de la medida obtenida experimentalmente y Fr el valor teórico.
Los valores obtenidos para el error de pKa, pH y volumen son 1.30%, 5.71%y 21.6% respectivamente. En cuanto al pH, se esperaba un viraje del color de la fenolftaleína en el valor de 8.3 (valor teórico), sin embargo, esto no sucedió.
ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS Al observar la grafica 1, se puede
afirmar que los datos
experimentales, son precisos pero no exactos, es decir que presentan errores aleatorios y sistemáticos, que se deben a mala calibración del pH metro, contaminación de alguna de las sustancias, efectos sensoriales, etc.
Se realizan los cálculos teóricos a partir del Ka de biftalato de potasio (4x10-6), determinando el pH según la cantidad de base adicionada y el volumen de equivalencia teórico
(30mL). En los datos
experimentales, el Volumen de equivalencia promedio de las dos replicas es 36.5mL. Es decir que se presenta un error en cuanto al Volumen de equivalencia de 21.6%, este error es alto, podemos considerarlo como un error importante, esto se pudo presentar debido a una mala calibración del pH metro, ya que se realizaron 2 replicas y los datos obtenidos fueron similares.
Con los datos experimentales se observa el pKa, este es aproximado Ve/2 (18.25mL), el cual marca un pKa de 5.33. El pKa teórico es de 5.40. Es decir, que presenta un error
de 1.30%, este error es pequeño, es decir que durante la primera toma de datos el pH metro mantiene una calibración de la curva muy buena. Ahora, calculamos el error de pH de equivalencia, el pH equivalente teórico es 8.33. Mientras que el pH equivalente aproximado en las dos replicas es 7.88. El error presentado es de 5.71%. Este error es bajo, y se considera como aceptable en cálculos y análisis volumétricos. Se utilizó como indicador fenolftaleína, su cambio de coloración ocurre aproximadamente cuando el pH es 8.3, cercano al punto de equivalencia de la reacción (8.88). Es decir, que cuando ocurre el cambio de coloración estamos en el punto de equivalencia, este cambio se presento, pero no fue tan visible durante el análisis. Además, si superamos el punto de equivalencia o pH 8.33, la solución debe tornarse rosado intenso, cosa que no se presento en el experimento. Se analizó el indicador con solución de NaOH 0.1M, y el cambio de coloración no fue demasiado fuerte, es decir, que el problema de cambio de coloración se debe al indicador que se encuentra contaminado. CONCLUSIONES
Las reacciones acido débil - base fuerte presentan un período amortiguador durante su fase inicial, además de presentar pH>7. Esto se debe principalmente a que
actúa una base fuerte, la cual proporciona incremento en el punto de equivalencia, ya que la reacción de acido débil, ocurre en diferentes etapas dependiendo la cantidad de cada sustancia.
Los errores teórico-experimentales presentados se deben a que el pH metro se calibró antes de realizar cada réplica, así que se esperaban valores diferentes. Por otro lado, no se obtuvo un viraje de la solución en
el pH esperado, se asume que la fenolftaleína estaba contaminada o que la solución de NaOH no estaba a 0.1 M.
BIBLIOGRAFÍA
- Brown, T, Lemay, E, Burstein, B, & Murphy, C. (2008). Chemistry: the central science. Prentice-Hall.
- Harris, D. (2006). Exploring chemical analysis. W. H. Freeman.
