Determinacin de cido fosfrico en una bebida gaseosa coca cola mediante valoracin potenciomtrica.Diego Arnoldo Joven1 - Oscar Das1 - carolina caldern Prieto1 Mercy Artunduaga1- Brian Castro2.Estudiante1 docente2Universidad de la amazonia, Facultad de ciencias bsicas, Programa de Qumica, Asignatura Mtodos Electroqumicos.

INTRODUCCINLas Bebidas gaseosas son lquidos carbonatados, no alcohlicas que presentan gran variedad de azucares y aditivos tales como saborizantes, colorantes y conservantes, entre los cuales se encuentra el cido fosfrico y cafena; altas concentraciones de estos generan efectos dainos en el cuerpo humano.1La potenciometra es una tcnica analtica sencilla y econmica para determinar concentracin en una sustancia determinada en solucin2.En el presente trabajo se determin la concentracin de cido fosfrico en una bebida gaseosa Coca Cola a partir de una valoracin potenciomtrica empleando una base fuerte estandarizada NaOH 0,02M.Para ello, se utiliz un pH metro, el cual contiene en su interior un par deelectrodos, uno de referencia calomel (mercurio, cloruro de mercurio) y otro de vidrio sumergido en la disolucin de bebida gaseosa Coca Cola para la determinacin de H+; por tanto no se emplea un electrodo auxiliar debido a que su uso es solo en procesos espontaneos3.

DATOS OBTENIDOS EN EL LABORATORIO

Concentracin experimental base fuerte estandarizada con patrn primario biftalato de potasio.

Base fuerte NaOH 0,0167 MTabla 1. Datos obtenidos en la titulacin potenciometrca para la determinacin de la concentracin de cido fosfrico en la bebida gaseosa Coca Cola tomando valores de pH vs volumen gastado de base fuerte estandarizada NaOH 0,0167 M.

Volumen NaOHpHprimera derivada

V. promdpHdVdpH/dV

0,002,70

0,502,800,2500,1000,5000,200

1,002,850,7500,0500,5000,100

1,502,901,2500,0500,5000,100

2,002,951,7500,0500,5000,100

2,503,002,2500,0500,5000,100

3,003,102,7500,1000,5000,200

3,503,203,2500,1000,5000,200

4,003,303,7500,1000,5000,200

4,503,404,2500,1000,5000,200

5,003,424,7500,0200,5000,040

5,503,455,2500,0300,5000,060

6,003,505,7500,0500,5000,100

6,503,606,2500,1000,5000,200

7,003,706,7500,1000,5000,200

7,503,807,2500,1000,5000,200

8,003,907,7500,1000,5000,200

8,504,008,2500,1000,5000,200

9,004,408,7500,4000,5000,800

9,504,709,2500,3000,5000,600

10,005,109,7500,4000,5000,800

10,505,4010,2500,3000,5000,600

11,005,9010,7500,5000,5001,000

11,506,2011,2500,3000,5000,600

12,006,4011,7500,2000,5000,400

12,506,5012,2500,1000,5000,200

13,006,6012,7500,1000,5000,200

13,506,7513,2500,1500,5000,300

14,006,8513,7500,1000,5000,200

14,506,9514,2500,1000,5000,200

15,007,1014,7500,1500,5000,300

15,507,2015,2500,1000,5000,200

16,007,3015,7500,1000,5000,200

16,507,4016,2500,1000,5000,200

17,007,5016,7500,1000,5000,200

17,507,7017,2500,2000,5000,400

18,007,8017,7500,1000,5000,200

18,507,9018,2500,1000,5000,200

19,007,9018,7500,0000,5000,000

19,508,0019,2500,1000,5000,200

20,008,1019,7500,1000,5000,200

20,508,2020,2500,1000,5000,200

21,008,3020,7500,1000,5000,200

21,508,3521,2500,0500,5000,100

22,008,4021,7500,0500,5000,100

22,508,6022,2500,2000,5000,400

23,008,7022,7500,1000,5000,200

23,508,8023,2500,1000,5000,200

24,008,9023,7500,1000,5000,200

24,509,2024,2500,3000,5000,600

25,009,3024,7500,1000,5000,200

25,509,4025,2500,1000,5000,200

26,509,8026,0000,4001,0000,400

27,5010,0027,0000,2001,0000,200

28,5010,2028,0000,2001,0000,200

29,5010,3529,0000,1501,0000,150

30,5010,5030,0000,1501,0000,150

31,5010,6031,0000,1001,0000,100

32,5010,7532,0000,1501,0000,150

33,5010,8933,0000,1351,0000,135

34,5011,0234,0000,1351,0000,135

35,5011,1635,0000,1351,0000,135

Tabla 2. Segunda derivada correspondiente a los datos de pH medidos en el laboratorio.Segunda derivada

V prom d(dpH/dVdVd2pH/dV2

0,500-0,1000,500-0,200

1,0000,0000,5000,000

1,5000,0000,5000,000

2,0000,0000,5000,000

2,5000,1000,5000,200

3,0000,0000,5000,000

3,5000,0000,5000,000

4,0000,0000,5000,000

4,500-0,1600,500-0,320

5,0000,0200,5000,040

5,5000,0400,5000,080

6,0000,1000,5000,200

6,5000,0000,5000,000

7,0000,0000,5000,000

7,5000,0000,5000,000

8,0000,0000,5000,000

8,5000,6000,5001,200

9,000-0,2000,500-0,400

9,5000,2000,5000,400

10,000-0,2000,500-0,400

10,5000,4000,5000,800

11,000-0,4000,500-0,800

11,500-0,2000,500-0,400

12,000-0,2000,500-0,400

12,5000,0000,5000,000

13,0000,1000,5000,200

13,500-0,1000,500-0,200

14,0000,0000,5000,000

14,5000,1000,5000,200

15,000-0,1000,500-0,200

15,5000,0000,5000,000

16,0000,0000,5000,000

16,5000,0000,5000,000

17,0000,2000,5000,400

17,500-0,2000,500-0,400

18,0000,0000,5000,000

18,500-0,2000,500-0,400

19,0000,2000,5000,400

19,5000,0000,5000,000

20,0000,0000,5000,000

20,5000,0000,5000,000

21,000-0,1000,500-0,200

21,5000,0000,5000,000

22,0000,3000,5000,600

22,500-0,2000,500-0,400

23,0000,0000,5000,000

23,5000,0000,5000,000

24,0000,4000,5000,800

24,500-0,4000,500-0,800

25,0000,0000,5000,000

25,6250,2000,7500,267

26,500-0,2001,000-0,200

27,5000,0001,0000,000

28,500-0,0501,000-0,050

29,5000,0001,0000,000

30,500-0,0501,000-0,050

31,5000,0501,0000,050

32,500-0,0151,000-0,015

33,5000,0001,0000,000

34,5000,0001,0000,000

Anlisis y resultadosLa valoracin potenciometria efectuada en el laboratorio para la cuantificacin de cido fosfrico contenido en 25 mL de gaseosa Coca Cola fue realizada gracias al pHmetro como herramienta principal en dicha titulacin, a pesar de los errores presentes comnmente en el electrodo de trabajo (membrana de vidrio) para pH muy altos o bajos donde las medidas se ven afectadas en un factor mnimo. Los datos obtenidos de pH fueron graficados en funcin del volumen gastado de la base fuerte NaOH previamente estandarizada (0,0167 M). El cido poliprtico presente en la muestra de gaseosa contiene ms de un hidrogeno ionizable, estos tres hidrgenos H3 del cido fosfrico se disocian en ms de una etapa y cada etapa presenta su propia constante de equilibrio4; por ello la grfica obtenida en la titulacin potenciomtrica presenta tres regiones diferentes para ciertos volmenes agregados de la base fuerte, ver grafica 1.La grafica 1 nos muestra una curva tpica de cido dbil (H3PO4) en presencia de una base fuerte (NaOH), siendo el pH inicial 2,70 (segn tabla 1 y grafica 1) producto del cido fosfrico presente en la gaseosa Coca Cola. A medida que se va adicionando la solucin valorante las especies presentes en la disolucin de H3PO4 (ver esquema 1) reaccionan con los hidroxilos (OH-) de la base fuerte generando as diferentes puntos de equivalencia en la curva de la titulacin potenciomtrica y a su vez diferentes valores de Ka para cada disociacin de los tres protones presentes en el cido dbil.

Esquema 1. Especies presentes en la disociacin de H3PO4

Figura 1. Grfico de pH vs volumen agregado de NaOH 0,0167 M

Segn la figura 1, antes del primer punto de equivalencia se tiene mezclas de H3PO4 y H2PO4- , lo cual es conocido como la zona tampn. Luego que ambas concentraciones son iguales, es decir, cuando se ha neutralizado el 50 % de los H+ correspondientes a la primera disociacin el valor de pH es igual a 3,4 aproximadamente segn la curva, cumplindose que dicho valor en este punto medio es igual a Pka1 (pH 3,4 = pka1). Los hidroxilos de la base fuerte van neutralizando los protones generados en la primer disociacin del protn del cido dbil para formar agua y a su vez va disminuyendo la concentracin de protones en el medio generando un aumento de pH en la curva.Segn la grfica 2 de la primera derivada correspondiente a los datos tomados de pH en funcin del volumen gastado de base fuerte, el primer punto de equivalencia es aproximadamente a pH= 5,1 gastando un volumen de 10,0 mL de base fuerte. Por tanto, la especie presente en este punto es la sustancia anftera H2PO4-.H2PO4- HPO4-2 + H3PO4Por tanto, el pH en el primer punto de equivalencia es igual a:Ecu 1. pH = (pka1 + pka2)/2

Figura 2. Primera derivada correspondientes a los datos de pH medidos en laboratorio.

Seguidamente, segn la figura 1 entre el primero y el segundo punto de equivalencia de nuevo se obtiene una disolucin tampn; constituida por H2PO4- y HPO4-2. Por tanto el pka2 del cido poliprtico es dado en este intervalo de zona tampn a un pH 7,70 aproximadamente cuando se ha neutralizado el 50 % de los H+ correspondientes a la segunda disociacin del segundo protn (pH 7,70 = pKa2).Al observar la figura 3 para la segunda derivada correspondiente a los valores de pH tomados en el laboratorio, el segundo punto de equivalencia es aproximadamente a valores de pH= 8,9 gastando un volumen de 24,0 mL de base fuerte. Por tanto, la especie presente en este punto es la sustancia anftera HPO4-2.2 H2PO4-2 H2PO4- + PO4-3Por tanto, el pH en el segundo punto de equivalencia es igual a:Ecu 2. pH = (pka1 + pka3)/2

Figura 3. Segunda derivada correspondientes a los datos de pH medidos en laboratorio.La disociacin del tercer protn del cido fosfrico en teora presenta el mayor valor de pka3; sin embargo, dicho punto medio en la tercera zona tampn de la disolucin es poco observable en la primera figura 1, donde se ha neutralizado el 50 % de los H+ correspondientes a la tercera disociacin del tercer protn (pH = pKa3).Por tanto, el tercer punto de equivalencia segn figura 3 es aproximadamente a un valor de pH= 10,6 gastando un volumen de 31,5 mL de base fuerte. Por tanto, la especie presente en este punto es la base PO4-3 cuya disociacin puede representarse de la siguiente manera: HPO4-3 +H2O HPO4-2 + OH-Por tanto, [HPO4-2] = [OH-] Luego del tercer punto de equivalencia el exceso de NaOH gobierna la solucin, dando los valores de pH la concentracin de OH en el medio luego de que todos los protones del cido poliprtico se han disociado completamente para formar agua con los hidroxilos de la base.

Determinacin de la concentracin de la muestra problema.Teniendo en cuenta los valores de la constante de disociacin del cido poliprtico H3PO4, el clculo de la concentracin de cido fosfrico se realiza teniendo en cuenta el primer punto de equivalencia. La relacin molar entre la base fuerte NaOH y el cido dbil es 1:1.Volumen gastado en el primer punto equivalencia = 10 E-3Concentracin NaOH estandarizada = 0,0167 MMol NaOH= (10E-3 L) (0,0167 M) = 1,67E-4 mol

[H3PO4] = 1,67E-4 mol / 25E-3 L = 6,68 E-3 M

Al realizar un anlisis comparativo del dato obtenido en el laboratorio para la concentracin de cido fosfrico en gaseosa Coca Cola a partir de titulacin potenciomtrica; con respecto a estudios realizados por estudiantes de otras universidades en el rea de qumica analtica bajo la misma tcnica potenciomtrica, se encontr similitud en las concentraciones determinadas experimentalmente 6,2E-3 M -5,8E-3 M y 6,8E-3 M; las anteriores tambin fueron determinadas en otro tipo de gaseosas como Big cola y Pepsi encontrando equidad en los datos para concentracin de [H3PO4] 4.

CUESTIONARIO

Electrodo de referenciaElelectrodo de referenciaes unelectrodoque tiene unpotencial de equilibrioestable y conocido. Es utilizado para medir el potencial contra otros electrodos en unacelda electroqumica. El potencial de unin lquida en estos electrodos es minimizado por el uso de altasconcentracionesdecloruro de potasiocomosolucinde llenado, debido a que la velocidad de difusin de estosionesson muy similares. Electrodo indicadorElelectrodo de trabajoes elelectrodoen un sistema electroqumico en el que est ocurriendo la reaccin de inters. El electrodo de trabajo se utiliza a menudo en combinacin con un electrodoauxiliar, y unelectrodo de referenciaen unsistema de tres electrodos. Dependiendo de si la reaccin en el electrodo es una reduccin o una oxidacin, el electrodo de trabajo puede ser contemplado comocatdicooandico. La mayora de los electrodos de trabajo consisten en metales inertes, comooro,platao platino, carbn inerte comocarbn vtreoocarbn piroltico, electrodos de gota demercurioy electrodos de pelcula.

Lmite de deteccin de la potenciometraHay muchos iones para los cuales no existe un electrodo selectivo. La mayora de electrodos requieres de calibracin frecuente.Se requiere a menudo una muestra regulada para evitar interferentes OH- , H+ Se deben tener en cuenta los efectos de la matriz.

Criterios para seleccionar esta tcnica.Anlisis de muestras liquidas y gaseosas.Concentracin de la muestra 10-5 a 10-6 M, en trminos de sensibilidad del analito.Muestras solidas se deben preparar en solucin. Ejemplos de curvas para determinar puntos de equivalencia.

CONCLUSIONES

Se logr realizar la valoracin potenciometrica efectuada en el laboratorio para la cuantificacin de cido fosfrico contenido en 25 mL de gaseosa Coca Cola a partir de una base fuerte NaOH de concentracin conocida 0,0167 M, gracias al pHmetro como herramienta principal en dicha titulacin, obteniendo una concentracin de cido poliprtico de 6,68E-3 M.El cido dbil [H3PO4] valorado de la bebida Coca Cola present una curva caracterstica a la de un cido poliprtico, evidenciando la presencia de dicho cido en la gaseosa y a su vez los puntos de equivalencia fueron determinados en la grfica haciendo uso de las figuras 2 y 3 de la primera y segunda derivada con respecto a los valores de pH obtenidos.El volumen gastado en el primer punto de equivalencia 10,0 mL representa la cantidad de base fuerte NaOH 0,0167 M necesaria para la neutralizacin completa del primer protn en el cido polptico. Teniendo en cuenta la relacin molar entre la base fuerte NaOH y el cido dbil 1:1, la concentracin de cido fosfrico fue de 6,68E-3 M, valor muy parecido a datos obtenidos en otras investigaciones por estudiantes de otras universidades empleando la misma tcnica de potenciometria.

BIBLIOGRAFIA

1. Skoog, wist, Holler. Qumica Analtica, potenciometria medicin de concentracin y iones. Captulo 19. Pag 450 -456.2. J. morales, V. Rodrguez. Mtodos potenciomtricos. Universidad Arturo Prada de Chile.3. A. Zarate. Determinacin de cido fosfrico en refrescos y bebidas gaseosas de coca cola y Pepsi. Universidad de Carabobo. Qumica Analtica.4. P. Snchez. Qumica analtica general. Mtodos potenciomtricos. Volumen I. Pag. 240 .245.5. D. Skoog, D. Wessl. Fundamentos de qumica analtica. Segunda edicin. Pag. 406.