DETERMINACIÓN DE pH Y PREPARACIÓN DE SOLUCIONES AMORTIGUADORAS DETERMINACIÓN DE pH Y PREPARACIÓN DE SOLUCIONES AMORTIGUADORAS
Leidy Cerón; Mateo Erazo; Margareth Santander Leidy Cerón; Mateo Erazo; Margareth Santander
Universidad de Nariño, Facultad de Ingeniería Agroindustrial Universidad de Nariño, Facultad de Ingeniería Agroindustrial
[email protected]; [email protected]; [email protected] [email protected]; [email protected]; [email protected]
RESUMEN RESUMEN
Se realizó la determinación teórica y experimental de pH para el agua destilada, el agua de llave y Se realizó la determinación teórica y experimental de pH para el agua destilada, el agua de llave y para diferentes concentraciones de HCl, NaOH, CH
para diferentes concentraciones de HCl, NaOH, CH33COOH, NHCOOH, NH44OH, NHOH, NH44Cl y CHCl y CH33COONHCOONH44,,
concluyendo que para las soluciones ácidas, el pH aumenta al disminuir su concentración, y que concluyendo que para las soluciones ácidas, el pH aumenta al disminuir su concentración, y que por el contrario en las soluciones básicas, el pH disminuye al disminuír su concentración. Además por el contrario en las soluciones básicas, el pH disminuye al disminuír su concentración. Además se preparó
se preparó una solución búffer una solución búffer con un pcon un pH de 4.56 H de 4.56 partiendo de partiendo de CHCH33COOH y su base débil:COOH y su base débil:
CH
CH33COONa. Al adicionarle HCl su pH disminuyó 0.13 y al agregarle NaOH aumentó 0.13. De estaCOONa. Al adicionarle HCl su pH disminuyó 0.13 y al agregarle NaOH aumentó 0.13. De esta
manera se comprobó la capacidad amortiguadora de un tampón. manera se comprobó la capacidad amortiguadora de un tampón.
INTRODUCCIÓN INTRODUCCIÓN
La determinación de pH se realizó con un La determinación de pH se realizó con un peachímetro, el cual consta de un par de peachímetro, el cual consta de un par de electrodos de vidrio que son muy electrodos de vidrio que son muy sensibles al ión hidrógeno, conectados a sensibles al ión hidrógeno, conectados a un medidor de pequeños voltajes en el un medidor de pequeños voltajes en el orden de minivoltios. Al colocar los orden de minivoltios. Al colocar los electrodos en una solución, se genera un electrodos en una solución, se genera un voltaje que varía con el pH. Este voltaje voltaje que varía con el pH. Este voltaje pasa a un medidor que ha sido calibrado pasa a un medidor que ha sido calibrado para indicar directamente valores de pH. para indicar directamente valores de pH. Aunque men
Aunque menos preciso el papeos preciso el papel indicador l indicador también se puede utilizar para medir el también se puede utilizar para medir el pH. Éste es una sustancia química pH. Éste es una sustancia química constituída por compuestos orgánicos constituída por compuestos orgánicos que cambian de color en función del que cambian de color en función del grado de acidez o basicidad del medio en grado de acidez o basicidad del medio en que se encuentren por ello se utilizan que se encuentren por ello se utilizan como indicadores cualitativos para la como indicadores cualitativos para la determinación del pH.
determinación del pH.11
Para la preparación de una solución Para la preparación de una solución amortiguadora se requiere mezclar un amortiguadora se requiere mezclar un ácido débil o una base débil y su base o ácido débil o una base débil y su base o ácido conjugado. Los dos componentes ácido conjugado. Los dos componentes deben estar presentes en cantidades deben estar presentes en cantidades comparables. Así, la disolución tiene la comparables. Así, la disolución tiene la capacidad de resistir los cambios de pH capacidad de resistir los cambios de pH cuando se agregan pequeñas cantidades cuando se agregan pequeñas cantidades tanto de ácidos como de bases. Si se tanto de ácidos como de bases. Si se mezclan
mezclan AAmoles de un ácido débil conmoles de un ácido débil con B B
moles de su base conjugada, los moles moles de su base conjugada, los moles de ácido continúan siendo de ácido continúan siendo aproximadamente igual a
aproximadamente igual a AA y las molesy las moles
de base aproximadamente igual a
de base aproximadamente igual a B B . . lala
reacción transcurre muy poco, de reacción transcurre muy poco, de manera que no hay cambio de manera que no hay cambio de concentraciones. Para comprender por concentraciones. Para comprender por qué debe ser así se requiere mirar las K qué debe ser así se requiere mirar las Kaa y
y KKbb de las reacciones en términos delde las reacciones en términos del principio de le
principio de le Chatelier.Chatelier.22 METODOLOGIA METODOLOGIA DETERMINACIÓN DE pH: DETERMINACIÓN DE pH: 1.
1. A partir de HCl al 1M y de NaOH al 1MA partir de HCl al 1M y de NaOH al 1M se realizaron diluciones de se realizaron diluciones de concentraciones: 0.1N, 0.01N, 0.001N y concentraciones: 0.1N, 0.01N, 0.001N y 0.0001N para el caso del ácido y de 0.0001N para el caso del ácido y de 0.5N, 0.05N y de 0.005N en el caso de la 0.5N, 0.05N y de 0.005N en el caso de la base.
base. A A partir partir de de CHCH33COOH al 1M,COOH al 1M, NH
NH44OH al 1M, NHOH al 1M, NH44Cl al 1M yCl al 1M y CH
CH33COONHCOONH33 al 1M, se realizaronal 1M, se realizaron diluciones de concentración 0.1N para diluciones de concentración 0.1N para cada uno de ellos.
cada uno de ellos. 2.
2. Se midió el pH del agua de llave, delSe midió el pH del agua de llave, del agua destilada y de las diferentes agua destilada y de las diferentes diluciones de HCl, NaOH, CH
diluciones de HCl, NaOH, CH33COOH,COOH, NH
NH44OH, NHOH, NH44Cl y CHCl y CH33COONHCOONH44 utilizandoutilizando el peachímetro y después el papel el peachímetro y después el papel indicador.
PREPARACION DE UNA SOLUCIÓN AMORTIGUADORA
1. Se preparó la solución de CH3COOH al 0.5N y se determinó su pH.
2. Se mezcló la solución de CH3COOH al 0.5N con CH3COONa al 0.5N y se determinó el pH.
3. Se preparó la solución de HCl al 0.5N. 4. Se utilizaron 20mL de agua destilada y se midió su pH. Posteriormente, se adicionó 2mL de HCl al 0.5N, se agitó y se midió nuevamente el pH.
5. Se preparó la solución de NaOH al 0.5N.
6. Se adicionaron 2mL de NaOH al 0.5N a 20 ml de agua destilada, se agitó y se midió su pH.
7. Se utilizaron 10mL de la solución amortiguadora de acetato y se le adicionó 1mL de HCl al 0.5M, se agitó y se determinó el nuevo valor de pH.
8. Se utilizaron 10mL de la solución amortiguadora de acetato y se le adicionó 1mL de NaOH al 0.5M, se agitó y se determinó el nuevo valor de pH.
RESULTADOS
Tabla No.1: Medida del pH Tubo No. 20 mL de medido:pH Papel indica-dor pH medido: poten-ciómetro pH teó-rico 1 Agua destilada 6-7 6.28 7 2 Agua de llave 5-6 6.14 ±7 3 HCl 0.1N 1 0.85 1 4 HCl 0.01N 2 1.72 2 5 HCl 0.001N 2-3 2.84 3 6 HCl 0.0001 3-4 3.62 4 7 CH3COOH 0.1N 1-2 2.74 2.9 8 NaOH 0.5N 14 13.77 13.7 9 NaOH 0.05 12 12.75 12.7 10 NaOH 0.005 10-12 12.06 11.7 11 NH4OH 0.1N 10-12 11.39 11.12 12 NH4Cl 0.1N 5 5.54 5.12 13 CH3COONH 4 0.1N 5 7.59 8.8
Tabla No.2: Medida del pH en la preparación de una solución Buffer
Vaso pH
experimental pH teórico Error% de
A 2.29 2.53 9.48 B 8.91 9.22 3.36 A+B 4.56 4.76 4.20 C 1.21 1.34 9.7 D 13.34 12.6 5.87 E 4.43 4.71 5.94 F 4.69 4.80 2.29 DISCUSIÓN DE RESULTADOS Para medir el pH de las distintas soluciones trabajadas se utilizó el pH-metro y papel indicador. El valor del pH se midió de forma precisa mediante el potenciómetro. “El uso de papel indicador
es un método poco preciso y por eso se establece que es semi-cuantitativo, ya que solo muestra valores cercanos al verdadero valor del pH de una solución”3.
El HCl y el NaOH se clasifican como un ácido y una base fuertes. Esto se debe a que son capaces de disociarse totalmente en solución acuosa. El HCl es un ácido monoprótico, lo que significa que puede disociarse totalmente sólo una vez para ceder un ion H+ (un protón).
En solución acuosa, este protón se une a una molécula de agua para dar un ion hidrónio, (H3O+) y el otro ion formado es cloruro (Cl-). Esta es una reacción irreversible, la cual indica que los iones H+ y Cl- no tienden a recombinarse en agua para formar moléculas de HCl. De esta manera se puede establecer que el HCl transfiere totalmente su protón al agua y por tanto no quedan moléculas sin disociar en disolución, en concecuencia su constante de disociación ácida es alta.
Por otra parte, los ácidos débiles, como el CH3COOH y el NH4Cl se disocian solo parcialmente en agua y por tanto, existen como una mezcla en la que una mayor parte se encuentra como especie molecular y la otra como especie disociada, es decir en forma de iones. La reacción del ácido en agua es significativa en ambas direcciones. En cualquier momento dado, algunas moléculas del ácido ascético CH3COOH, se están ionizando para formar H+ (ac) y
C2H3O2-(ac). Al mismo tiempo iones H+
(ac) y C2H3O2-(ac) se están recombinando para formar CH3COOH. El equilibrio entre estos procesos opuestos determina las concentraciones relativas de iones y moléculas neutras, este balance produce un estado de equilibrio químico que varía para los ácidos débiles. De esta forma se puede plantear que estos ácidos presentan una constante de disociación ácida baja. El NaOH está conformado por un enlace iónico. “El agua es muy buen disolvente
de los compuestos iónicos. Aunque es una molécula eléctricamente neutra, un extremo de la molécula (el átomo de
oxígeno) es rico en electrones y por tanto tiene una carga negativa parcial. El otro extremo (el átomo de hidrógeno) tiene una carga positiva parcial. Los iones positivos (cationes, en este caso, el Na+) son atraídos por el extremo negativo del agua, y los iones negativos (aniones: OH-) son atraídos por el extremo positivo”4. Es así como al disolverse este
compuesto iónico, los iones quedan rodeados por moléculas de agua. Este proceso ayuda a estabilizar los iones en disolución y evita que los cationes (Na+) y aniones (OH-) se recombinen y por ello se dispersan uniformemente en la disolución. De esta manera se considera al NaOH como una base fuerte con una constante de disociación básica alta. Así mismo, en solución acuosa, el
NH4OH y el CH3COONH4 se disocian parcialmente y por esta razón se consideran como bases débiles con constantes de basicidad bajas.
Por otra parte, el HCl, el CH3COOH y el NH4Cl presentan un pH inferior a 7 por la alta concentración de iones [H+]. En el caso del HCl, se observó que a medida que disminuía la concentración de ácido, su pH aumentaba; (en una concentración de 0.1N presentó un pH de 0.85 y una de 0.0001N su pH fue de 3.62). Esto se debe a que al haber menor cantidad de ácido hay menor cantidad de iones [H+] disueltos, y por esta razón la sustancia presenta una variación en el potencial de hidrógeno.
Por el contrario, el NaOH, el NH4OH y el CH3COONH4 presentan un pH superior a 7 por la alta concentración de iones [OH-]. En el caso del NaOH, se observó
que al disminuír su concentración, el pH disminuyó. Esta tendencia se explica en que el al haber menor cantidad de base disuelta hay menor cantidad de iones [OH-] disueltos, y por esta razón la sustancia presenta una variación en la concentración de ión hidroxilo; (en una concentración de 0.5N presentó un pH de 13.77 y una de 0.005N su pH fue de 12.06.)
El agua de llave presentó un pH ácido de 6.14, ya que contiene CO2 de la atmosfera, el cual es un ácido en virtud de la reacción:
CO2+ H2O HCO3- + H+
“El agua pura a 25°C debería tener un
pH de 7.00, pero experimentalmente presentó un pH de 6.28. El CO2 presente en ella puede eliminarse en gran medida hirviendo el agua y protegiéndola despúes del contacton con la atmósfera”.
Por otro lado, se preparó una solución amortiguadora acetato de pH 4.56, utilizando como ácido al CH3COOH y como base débil al CH3COONa.
Se observó que al agregar HCl al 0.5N el pH cambió a 4.43; mientras que al agregar NaOH al 0.5M el pH cambió a 4.69. Por lo cual se concluyó que el pH no tuvo grandes variaciones puesto que disminuyó y aumentó en 0.13.
De esta manera se pudo comprobar que la solución amortiguadora acetato resitió cambios en el pH debido a que contiene una especie ácida que neutraliza a los iones OH- y una especie básica que neutraliza a los iones H+ que le son agregados. Desde luego, es necesario,
que las especies ácida y básica, no se consuman una a la otra por medio de una reacción de neutralización. Estos requisitos quedan saisfechos con un par ácido-base conjugado como lo es el CH3COOH - CH3COO-.
Cuando se adicionó NaOH, se adicionan iones OH- a la solución amortiguadora, los cuales reaccionan con el componente ácido del amortiguador:
NaOH (ac )+ CH3COOH(ac )→ H2O(l ) + CH3COO-(ac )
Esta reacción causa que el ácido acético disminuya y que el ión acetato aumente. Como las cantidades de ácido y del anión en el amortiguador acetato son mayores con la cantidad que se añade de NaOH, no cambia mucho la relación [CH3COOH]/[CH3COO-] y por tanto el cambio del pH es pequeño.
Cuando se adicionó HCl, los iones H+ reaccionan con la base que forma parte del buffer acetato:
HCl(ac ) + CH3COO-(ac )→ CH3COOH (ac )
En este caso, se incrementa la concentración de iones H+ y disminuye la concentración de CH3COO-. Como el cambio en la relación [CH3COOH]/ [CH3COO-] es pequeña, el cambio en pH también es pequeño.
“Esta solución tampón acetato tiene una
capacidad amortiguadora límite ya que solo puede neutralizar una cantidad de ácido o base determinados antes de que el pH cambie en grado apreciable. Esta capacidad depende de la cantidad de base y de ácido que la componen.
Cuanto mayor sean las cantidades este par, mas resistente será la relación de sus concentraciones y mas resistente será el pH a cambiar ”6. La concentración
de la buffer fue de 0.25M, por tanto su capacidad amortigadora será mayor que por ejemplo una buffer acetato de 0.15M.
BIBLIOGRAFIA
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[6.] Skoog, West, Holler. Química Analítica. Sexta Edición. Editorial Mc
