20 Noviembre de 2012

Pontificia Universidad Catlica de ValparasoFacultad de Ciencias Instituto de Qumica

LABORATORIO 11Valoracin Potenciomtrica cido-Base

Integrantes: -Sebastin Rojas -Boronn Tapia Carrera : Qumica Industrial. QUI 192-1Profesor : Diego Oyarzun.

Introduccin

La titulacin potenciomtrica se realiza cuando no es posible la deteccin del punto final de una valoracin empleando un indicador visual. Se considera uno de los mtodos ms exactos, porque el potencial sigue el cambio real de la actividad y, el punto final coincide directamente con el punto de equivalencia. Las principales ventajas del mtodo potenciomtrico son su aplicabilidad a soluciones turbias, florecentes, opacas, coloreadas, cuando sean inaplicables o no se puedan obtener indicadores visuales adecuados. El mtodo de titulacin potenciomtrica cido-base se fundamenta en que los iones hidrgenos presentes en una muestra como resultado de la disociacin o hidrlisis de solutos, son neutralizados mediante titulacin con un lcali estndar. El proceso consiste en la medicin y registro del potencial de la celda (en milivoltios o pH) despus de la adicin del reactivo (lcali estndar) utilizando un potencimetro o medidor de pH.Para hallar la concentracin del analito se construye una curva de titulacin graficando los valores de pH observados contra el volumen acumulativo (mL) de la solucin titulante empleada. La curva obtenida debe mostrar uno o ms puntos de inflexin (punto de inflexin es aquel en el cual la pendiente de la curva cambia de signo).

Objetivos

Determinar a travs de la tcnica de valoracin, la concentracin del cido actico usando al Biftalato de Potasio (BHK) como patrn primario para la solucin de NaOH, la que es usada para la valoracin con el acido actico

A travs de la Valoracin Potenciomtrica, determinar la concentracin del cido actico y con los valores obtenidos estableces el valor del pKa del cido.

Observaciones

Se pudo observar que a partir de los 12 mL de solucin de NaOH, se tena que valorar con ms cuidado, debido a que aproximadamente en este volumen se encontraba el punto de equivalencia. Esto se pudo comprobar que pasado el volumen de 12 ml, la solucin de Biftalato de Potasio con el indicar de fenolftalena se tornaba de color fucsia.Frente a la valoracin del cido actico, se observ que est titulacin fue ms rpida debido a que aproximadamente a los 5 ml de volumen de solucin de NaOH, la disolucin del cido con fenolftalena se tornaba del mismo color que en la experimentacin anterior.En la Valoracin Potenciomtrica para el cido actico, se pudo observar que con el pH-metro se obtenan los valores de pH, gracias a esto se pudo encontrar el punto final de la valoracin para obtener el valor del pKa.

Clculos

Datos: Masa de BHK = 0,5006 g Masa molar BHK = 204,23 g/mol Volumen de agua = 20 mL Volumen (1) de NaOH = 12,75 mL Volumen (2) de NaOH = 4,95 mL Volumen de cido actico = 10 mL

Reaccin de BHK con NaOH

Concentracin NaOH:

Concentracin del cido Actico:

La valoracin potenciomtrica permite determinar las constantes de disociacin de cidos y bases, utilizando los valores de pH obtenidos y comparndolos con los tericos. En este caso, la reaccin que tiene lugar puede escribirse como:

Mientras quede cido en el medio, es decir, antes del punto de equivalencia, es posible calcular el pH terico empleando la constante de disociacin del cido:

En donde:

Esta ltima ecuacin puede transformarse, tomando logaritmos (-log):

Si se analizan estas dos ecuaciones, se puede observar que cuando las concentraciones de cido sin disociar y del anin formado en el proceso son iguales, el pH del medio coincide con el pKa del cido, y para esta estequiometria esto sucede exactamente cundo se ha aadido la mitad del volumen de base necesario para alcanzar el punto de equivalencia. Por tanto, a partir de una curva de valoracin por potenciometra se puede determinar el pKa de un cido dbil.

Curva de Valoracin Potenciomtrica Intervalo representativo del EquilibrioPunto de semi-equivalenciaPunto de equivalenciapH = pKa

Primera derivada de la Curva de Valoracin Potenciomtrica

Discusin

El uso de fenolftalena como identificador colormetro, se debe a que este reacciona y cambia de color segn el pH de la solucin. Cuando la solucin es acida o neutra, la fenolftalena es incolora, en cambio cuando la solucin es bsica, la fenolftalena se torna de un color rosado fuerte.Por el uso de este indicador es el por qu la titulacin se realiz de forma inversa, o sea, la solucin incgnita se coloc en la bureta y el patrn en el matraz. De esta manera es mucho ms fcil identificar el viraje de incoloro a rosado, queriendo llegar a una solucin con un color rosado muy plido.En la primera titulacin se ocup como patrn primario al Biftalato de Potasio (BHK), ya que posee todas las caractersticas necesarias para serlo; posee una concentracin conocida, tiene una alta pureza, es estable a temperatura y presin ambiente, no reacciona con gases del medio, y reacciona rpida y estequiomtricamente con el titulante (NaOH). Una vez valorada la solucin de NaOH, este se utiliz como patrn secundario para valorar la solucin incgnita de cido actico y as encontrar su concentracin.

La valoracin tambin puede realizarse por potenciometra, con ayuda de un pH-metro. En este caso, el punto de equivalencia corresponde a aquel en que se produce la variacin ms rpida del pH (Grfico 1). La mejor forma de determinar el punto de equivalencia es calcular la primera derivada de la curva de valoracin, que mide la velocidad de cambio del pH, y que presentar un mximo en el punto de equivalencia. La derivada correspondiente se muestra en el grfico 2, donde se observa ntidamente un mximo, que corresponde al punto de equivalencia. As puede determinarse con exactitud el punto de equivalencia, y por lo tanto la concentracin desconocida.

Hay una diferencia importante entre ambas tcnicas de valoracin. Cuando se emplea un indicador qumico, la valoracin termina cuando se produce el viraje del indicador, en las cercanas del punto de equivalencia. Sin embargo, en las valoraciones potenciomtricas es necesario tomar datos antes, en y despus del punto de equivalencia, lo que hace que sean ms largas. Adems, para que la determinacin del punto final por potenciometra sea precisa, es necesario tener un buen nmero de puntos experimentales en la zona del viraje (el viraje completo suele tener lugar en menos de 1,0 mL). Por otra parte, cada dato requiere unos segundos para alcanzar el equilibrio, por lo que la valoracin potenciomtrica suele considerarse que es un mtodo lento. As, si se toman datos cada 0,1 mL durante toda la valoracin, sta ser excesivamente larga. Por supuesto, de tomarse datos cada 1,0 o 2,0 mL se tardar mucho menos tiempo, pero no habr puntos suficientes en la zona de viraje. Por ello, se realiz antes de la valoracin potenciomtrica, una valoracin rpida con indicador, que permite conocer donde est la zona de viraje, lo que permite optimizar la medida con pH-metro. De este modo, es posible tomar datos cada 0,1 mL en las cercanas del viraje, y cada 1,0 mL antes y despus de la zona de viraje.

En lo que respecta a la determinacin de Ka y pKa se utiliz la frmula de la constante de acidez, que depende de las concentraciones de reactivos y productos. Luego se aplic log para as obtener el pH y tambin el pKa que es es igual al log(Ka). Como se mencion en los clculos, se puede observar que cuando las concentraciones de cido sin disociar y del anin formado en el proceso son iguales, el pH del medio coincide con el pKa del cido, y para esta estequiometria esto sucede exactamente cundo se ha aadido la mitad del volumen de base necesario para alcanzar el punto de equivalencia.

Conclusin

En este prctico se logr satisfactoriamente cumplir con los objetivos propuestos, se logr determinar la concentracin de Biftalato de Potasio y del cido Actico a pesar de las dificultades que se nos producan al realizar las experimentaciones. Gracias al uso del indicar de Fenolftalena nos permita saber el punto de equivalencia frente al cambio de color que ocurra una, ves equilibrada la cantidad de moles en las soluciones. Tambin cabe recalcar la experiencia ganada con el manejo de un nuevo instrumento como el pH-metro.El laboratorio en su totalidad requera de una gran organizacin y precaucin en la obtencin de los datos experimentales para as se tuviera una mayor exactitud y as poder disminuir los porcentajes de errores. Aun as debido a las posibilidades de errores mencionadas se obtuvieron mrgenes de errores.A pesar de los errores ya mencionado dentro de la experimentacin se puede concluir que el laboratorio se logr de muy buena forma, tomando en cuenta las precauciones dentro del laboratorio, el buen manejo de los instrumentos y de los reactivos y una buena organizacin de los tiempos.

Preguntas

1.- En el prctico de hoy usted utilizara un pH-metro, explique brevemente que es y para que lo utilizar.

El pH-metro es un sensor utilizado en el mtodo electroqumico para medir el pH de una disolucin. La determinacin del pH consiste en medir el potencial que se desarrolla a travs de una fina membrana de vidrio que separa dos soluciones con diferente concentracin de protones. En este practico se ocupar en una valoracin potenciomtrica, en cual a partir de los datos obtenidos de pH y volumen se crear una curva para encontrar el punto de equivalencia

2.- En qu consiste una valoracin o titulacin potenciomtrica?

Es el proceso utilizado para conocer la concentracin de soluciones, a partir de valores estndares de concentraciones conocidas, aprovechando las variaciones de una fuerza electromotriz inducida entre un electrodo que indica y uno de referencia, hasta detectar a diferentes intervalos durante el proceso de una valoracin qu cantidades qumicamente equivalente de las 2 hayan reaccionado.

3.- Qu ventajas y desventajas tienen las titulaciones potenciomtricas frente a las titulaciones que utilizan indicadores qumicos?

Ventajas: Se puede conocer el punto de equilibrio exacto donde las cantidades de moles de disolucin estn en equilibrio. Es exacto. Se puede tener un anlisis de valores de pH, mientras ocurre la valoracin.

Desventajas:Los electrodos de vidrio ordinarios se vuelven sensibles a los materiales alcalinos con valor de pH mayor que 9. El electrodo de vidrio exhibe un error, de signo opuesto al error alcalino, en soluciones de pH menor de 0,5, esto trae como consecuencia en las lecturas de pH que tienden a ser valores elevados en estas regiones. La medicin del pH vara con la temperatura. Demora mucho tiempo y necesita tomar una gran cantidad de datos4.- Explique cmo se realiza la deteccin del punto final en este tipo de valoraciones.

El punto final de una valoracin potenciomtrica es cuando se registra un salto grande de potencial cuando se est valorando, esto quiere decir que el punto final no necesariamente tiene que ser el punto de equivalencia. Esto se observa al graficar los datos de pH vs volumen de NaOH, luego derivar la curva y ubicar el valor mximo de esa nueva curva; ese punto corresponde al punto final.En las valoraciones simples con identificador colormetro, corresponde al punto en que el indicador cambia de color. El punto final es similar al punto de equivalencia, pero no es igual y su diferencia se llama error de valoracin y debe ser lo ms pequea posible.

Bibliografa

Peter Atkins, Loretta Jones Principios de Qumica, tercera edicin, febrero 2006.

Whitten, Kenneth-o-Davis, Raymond E-o-Peck, M.Larry- Qumica General, tercera edicin.