I

I. RESUMEN El objetivo de la practica fue el de realizar las mediciones potenciometricas del PH, de diferentes tipos de soluciones diluidas.

El laboratorio se encontr a las siguientes condiciones, a una temperatura de 23C, un porcentaje de humedad de 93% y una presin atmosfrica de 756 mmHg.

Para empezar se valoro la solucin de NaOH con biftalato de potasio encontrando su normalidad corregida la cual no variaba demasiado de la terica. Esto fue gran importancia ya que con la soda se valoro todos los cidos cuyo pH fue medido y se valoro con HCl a la nica solucin bsica.Las soluciones cuyo pH fue medido fueron: H2SO4, CH3COOH, NH4OH y las soluciones buffer cido y bsico. Las normalidades halladas tienen un valor muy cercano con respecto a su valor terico, lo cual no sucedi para algunos de los valores de pH encontrados.

Estos errores son atribuidos a la habilidad del operador al momento de valorar, pero principalmente es a la mala calibracin del potenciometro para las soluciones bsicas ya que la solucin buffer para calibrar el aparato estaba mal preparada o contaminada, por lo que el ajuste de pH que se debi realizar a 10.01 se realizo a 9.20 por esta razn es el porcentaje de error cometido en la medida de pH de las soluciones bsicas. Pero a pesar de esto los errores se encuentran en un margen aceptable a excepcin del cido sulfrico que tiene le porcentaje de error mas alto registrado.

Estos errores para los cidos incluyendo el buffer cido se encuentran en un rango de 4 a 7 % a excepcin del cido sulfrico que tiene 63% de error y para las base incluyendo tambin el buffer va desde 5 a 8 %.

Como una conclusin importante podemos decir que el pH depende de la concentracin de iones H+, observndose que el pH aumenta a medida que H+ disminuye.Una recomendacin antes de efectuar alguna medicin con el potencimetro, asegurarse que el electrodo de vidrio se encuentre bien enjuagado con agua destilada, para evitar una mala lectura.

II. INTRODUCCIONAlgunos de los procesos mas importantes de los sistemas qumicos y biolgicos son reacciones cido-base en disolucin acuosa. En este, informe se estudia las mediciones de pH de un disolucin por mtodos potenciometricos.

Dado que las concentraciones de los iones H+ y OH con frecuencia son nmeros muy pequeos y, por lo tanto, es difcil trabajar con ellos, Soren sopesen propuso, en 1909 una medida mas practica denominada pH. El pH de una disolucin se define como el logaritmo negativo de la concentracin de ion hidrogeno en (mol/L).

En el laboratorio, el pH de una disolucin se mide con el potenciometro para esto es necesario el uso de electrodos.

El potencial relativo de un electrodo viene determinado por la concentracin (o estrictamente la actividad) de una o mas especies qumicas presentes en la solucin que esta sumergido.

Se usa dos electrodos, uno indicador y otro de referencia, debido a que no es posible determinar el potencial absoluto con uno solo.

Puede usarse como electrodo indicador, el electrodo de vidrio, que tiene un extremo sensible al pH, el cual al contacto con la solucin incgnita produce un potencial que esta en relacin con el pH de la misma por medio de la ecuacin de Nerst.Este electrodo normalmente esta construido con elementos internos de plata-cloruro de plata o de mercurio y externamente de vidrio sensible al pH, y esta hecho para un rango determinado de pH y temperaturas.

El electrodo de referencia es insensible al pH, sirve para completar el circuito, los hay de diferentes tipos de elementos internos, como por ejemplo el de calomel que es el cloruro mercurioso o de plata-cloruro de plata y rodeados de una solucin de un electrolito que generalmente es cloruro de potasio.

III. TABULACION DE DATOS Y RESULTADOS

CONDICIONES DE LABORATORIO

PRESION756 mmHg

TEMPERATURA23C

HUMEDAD %93 %

Tabla 1: Pesos Moleculares y Normalidades Tericas de los Compuestos Utilizados.PM del Biftalato de Potasio BHK204.22 g/mol

PM del Cloruro de Amonio NH4Cl53.5 g/mol

PM del Acetato de Sodio CH3COO82.0 g/mol

Normalidad Teo. del NaOH0.1 N

Normalidad Teo. del HCl0.1 N

Normalidad Teo. del NH4OH0.1 N

Normalidad Teo. del H2SO40.1 N

Normalidad Teo. del CH3COOH0.1 N

Normalidad del NH4OH CC.14.3 N

Normalidad del CH3COOH CC.17.4 N

Tabla 2: Calculo de la Normalidad del NaOH valorado con el Biftalato de Potasio.W Biftalato de Potasio 0.300 g

Volumen del Biftalato0.01 L

Volumen Gastado de NaOH0.0168 L

Normalidad corregida de NaOH0.09 N

Tabla 3: Valoracin de los cidos y Bases.CompuestoAlcuotaValorado conVol. GastadoNormalidad Corregida

HCl10 mlNaOH10.3 ml0.093 N

H2SO410 mlNaOH11.0 ml0.099 N

CH3COOH10 mlNaOH9.70 ml0.087 N

NH4OH10 mlHCl12.2 ml0.1135 N

Tabla 4: Calculo para la Preparacin del Buffer Acido (CH3COOH y CH3COONa 0.1N).CH3COOHCH3COONa

Normalidad Pedido0.1 NNormalidad Pedido0.1 N

Volumen Pedido100 mlVolumen Pedido100 ml

Normalidad Concentrada17.4 NPM82.0 g/mol

Volumen Concentrado0.57 mlPeso (W)0.82 g

Se preparo 100ml de una solucin 0.1 N con 0.57 ml de CH3COOH y 0.82 g de CH3COONa.

Tabla 5: Calculo para la Preparacin del Buffer Bsico (NH4OH y NH4Cl 0.1N).

NH4OHNH4Cl

Normalidad Pedido0.1 NNormalidad Pedido0.1 N

Volumen Pedido100 mlVolumen Pedido0.1 L

Normalidad Concentrada14.3 NPM53.5 g/mol

Volumen Concentrado0.70 mlPeso (W)0.5354 g

Se preparo 100ml de una solucion 0.1 N con 0.70 ml de NH4OH y 0.5354 g de NH4CL.

Tabla 6: Constantes de Ionizacion Empleados para el Calculo de pHCH3COOH1.75x10-5

H2SO41.26x10-2

NH4OH1.75x10-5

Tabla 7: Concentraciones Tericas Exactas de las Soluciones Valoradas CompuestoConcentracin

HCl0.093 mol/l

H2SO40.0495 mol/l

CH3COOH0.087 mol/l

NaOH0.09 mol/l

NH4OH0.1135 mol/l

Tabla 8: Calculo del Ph Terico Usando las concentraciones Exactas, Ph Experimentales y % de Error.

CompuestopH TeoricopH Experimental% de Error

H2SO41.232.0063.0

CH3COOH3.003.206.70

NH4OH11.1510.65.00

Buffer cido4.824.457.68

Buffer Bsico9.308.904.30

IV. EJEMPLO DE CALCULOS.1) Determinacin de las Concentraciones Exactas de Cada una de las Soluciones Valoradas.

Valoracin de la Solucin de NaOH ( 0.1 N a Partir del Patrn de BHK (indicador fenolftaleina).Se cumple que:( Eq. BHK =( Eq. - NaOH

W bift/P.E. BHK. = Ncorre NaOH x V NaOHCon los datos mostrados en la tabla 2 y despejando le ecuacin para la normalidad corregida de la soda:

Ncorre NaOH=W bift / P.E. bift x V. NaOHReemplazando datos:

Ncorre NaOH= 0.300 g. / (204.22 eq-g. x 16.8 x 10-3 )

Ncorre NaOH=0.09 N

Valoracin de las Soluciones cidas (CH3COOH, H2SO4, HCl) ( 0.1 N a Partir de la NcorreNaOH (indicador fenolftaleina).En la neutralizacin se cumple:

( Eq. NaOH =( Eq. - Acido

Ncorre NaOH x V NaOH =Ncorre HCl x V cido Ncorre HCl = Ncorre NaOH xV NaOH / V. NaOHCon los datos mostrados en la tabla 3 y con la normalidad corregida de la soda se calculara la normalidad de los cidos (datos obtenidos para el HCl)

Ncorre HCl

=0.09 N x 10.3 ml/ 10 mlNcorre HCl

=0.093 N

De la misma manera se procede para los dems soluciones, obteniendo las siguientes normalidades:

Ncorre de H2SO4

= 0.099 N

Ncorre de CH3COOH = 0.087 NValoracin de la solucin de NH4OH ( 0.1 N a partir de HCl (indicador rojo de metilo).( Eq. - NH4OH

=( Eq. - HCl

Ncorre NH4OH x V NH4OH =Ncorre HCl x V HClCon los datos mostrados en la tabla 3 y con la normalidad corregida del HCl se calcula la normalidad corregida del NH4OH

Ncorre NH4OH

=0.093 N x 12.2 ml /10 ml

Ncorre NH4OH

=0.1135 N

Preparacin de Soluciones Buffer

Se pide preparar 100 ml de:

Solucin que sea 0.1 N en CH3COOH y 0.1 N de CH3COONa.Solucin que sea 0.1 N en NH4OH y 0.1 N en NH4Cl.Para lograr esto es necesario calcular el volumen de cido base y el peso de su respectiva sal, se muestra como se calcularon estos valores para la solucin cida.

Calculo del Volumen del Acido Actico Concentrado:

( Eq. - HAc.

=( Eq. solucin N HAc x V HAc

=N sol. x V sol.

V HAc

=N sol. x V Sol. / N HAc

V HAc

=0.1 N x 100 ml. / 17.4

V HAc

=0.57 mlPara Hallar el Peso del Acetato de sodio:

( Eq. -Acetato=( Eq. - solucin

W acetato =N sol x V Sol. x P.E. acetato

W acetato =0.1 N x 0.1 L x 82

W acetato

=0.82 g

De la misma manera se realizo para la solucin buffer bsica obteniendo los siguientes valores (ver tabla 5):

V NH4 OH = 0.70 ml

W NH4Cl = 0.5354 gCalculo de las Concentraciones Molares Exactas de las Soluciones Valoradas.

Como tenemos las normalidades corregidas de las soluciones valoradas y deseamos encontrar las concentraciones. Para esto usamos la formula:

Donde:

N= Normalidad

M= Molaridad= nmeros de electrones y protones transferidos en la solucin acuosa. De esta manera con las normalidades corregidas de las soluciones valoradas obtendremos las molaridades de dichas soluciones.Calculo de la molaridad de HCl.

Ejemplo: La ecuacin que representa la reaccin de este cido con el NaOH es:HCl +NaOH ( NaCl + H2OEn la ecuacin se observa que el HCl pierde un e de H+1 por lo tanto el valor de ( para esta reaccin es = 1

N = M x ( = 0.093 x 1

M = 0.093 molarDe la misma manera se efectuaron los clculos para los dems soluciones valoradas arrojando los datos que estn en la tabla 72) Calculo del pH Terico de cada una de las Soluciones cuyo pH se Midi Usando las Concentraciones Molares Exactas, pH Experimentales Medidos con el Potenciometro y calculo del % de Error.Las soluciones que se midieron fueron:

H2SO4, CH3COOH, la solucin buffer cida (CH3COOH y CH3COONa), NH4OH y la solucin buffer bsica (NH4OH y NH4Cl). Se midi el pH terico usando las constantes de ionizacion de la tabla 6

Calculo del pH Terico:

1).- pH del H2SO4:

HSO4-

H+ + SO4=

Inicio: (0.0495)

(0.0495) ---Disociacin: -X

---

----

Formado: ---

+X

+XEquilibrio: (0.0495-X)

(0.0495+X) + X

K(H2SO4) = ((X) x (X+0.0495)) / (0.0495-X)

1.26x10-2 = (X2 + 0.0495X) / (0.0495-X)

X = 8.797x10-3 = [H+]pH =-log [H+]

pH =-log [0.0495 + 8.797x10-3]

pHteo(H2SO4) = 1.23pH experimental medido con el potenciometro es 2.00Hallando el Porcentaje de Error:% Error = (pH terico pHexper / pH terico) x 100

%error = ((1.23 2.00)/ 1.23) x 100 = 63.0%2.-PH del CH3COOH:CH3COOH

H+

+ CH3COO-

Inicio: (0.087)

----

---Disociacin: -X

---

---

Formado: ---

+X

+XEquilibrio: (0.087-X)

+X +X

K(CH3COOH) = ((X) x (X) / (0.087-X)

1.75x10-5 = X2/ (0.087-X)

X = 1.225x10-3 = [H+]

pH = -log[1.225x10-3]

pHteo = 3.00pH experimental medido con el potenciometro es 3.2Hallando el Porcentaje de Error:%error = ((3.00 3.20) /3.00 ) x100 = 6.7%3.-PH del NH4OH: NH4OH

NH4+

+ OH-

Inicio: (0.1135) ---

---Disociacin: -X

---

---

Formado: ---

+X

+XEquilibrio: (0.1135-X) +X +XK(NH4OH) = ((X) x (X) / (0.1135-X)

1.75x10-5 = X2/ (0.1135-X)

X = 1.40 x10-3 = [OH-]pOH = -log[1.40x10-3]

pOH = 2.85

pH + pOH = 14pHteo = 11.15pH experimental medido con el potenciometro es 10.6

Hallando el Porcentaje de Error:%error = ((11.15 10.6) /11.15) x100 = 5.0%4.-PH de la Solucin Buffer cida (CH3COOH, CH3COONa):

CH3COONa CH3COO- + Na+

Inicio: (0.10) --- ---Disociacin: -0.10

--- ---

Formado: ---

+0.10 +0.10Equilibrio: (0.00) +0.10 +0.10

CH3COOH CH3COO- + H+

Inicio: (0.087) 0.10 ---Disociacin: -X

--- ---

Formado: ---

+X +XEquilibrio: (0.087-X) (0.10 + X) +X

K(CH3COOH) = ((0.10+X) x (X) / (0.087-X)

1.75x10-5 = (0.10X + X2)/ (0.087-X)

X = 1.52 x10-5 = [H+]

pH = -log[1.52x10-5]

pHteo = 4.82pH experimental medido con el potenciometro es 4.45Hallando el Porcentaje de Error:%error = ((4.82 4.45) /4.82) x100 = 7.68%5.-PH de la Solucion Buffer Bsica (NH4OH, NH4Cl):

NH4Cl NH4+ + Cl-

Inicio: (0.10) --- ---Disociacin: -0.10

--- ---

Formado: ---

+0.10 +0.10Equilibrio: (0.00) +0.10 +0.10

NH3+ + H2O NH4+ + OH-

Inicio: (0.1135) 0.10 ---Disociacin: -X

--- ---

Formado: ---

+X +XEquilibrio: (0.1135-X) (0.10 + X) +X

K(NH4OH) = ((0.10+X) x (X) / (0.1135-X)

1.75x10-5 = (0.10X + X2)/ (0.1135-X)

X = 1.98 x10-5 = [OH-]

pOH = -log[1.98x10-5]

pOH = 4.70pH+ + pOH- = 14

pHteo= 9.30pH experimental medido con el potenciometro es 8.90Hallando el Porcentaje de Error:%error = ((9.30 8.90) /9.30) x100 = 4.30%V. DISCUSION DE RESULTADOS

El potenciometro fue calibrado para las soluciones cidas con la solucin buffer de pH igual a 4.01 la cual fue correcta su calibracin, pero para las soluciones bsicas el buffer tenia que ser de pH igual a 10.01 pero este en realidad fue de 9.2 ya que al parecer esta solucin se encontraba contaminada o estaba mal preparada. A este y a otros errores experimentales se debe el porcentaje de error encontrado en las soluciones bsicas principalmente. Las soluciones cuyo pH se midi fueron: HCl, HAc, H2SO4, NH4OH y las soluciones buffer cida y bsica. Calculando las concentraciones corregidas de la soluciones por valoracin exepto de las soluciones buffer, obtenindose de estas las concentraciones exactas de los iones hidrogeno con los que se hallaron los valores del PH de las soluciones. Los porcentajes de error son pequeos a pesar de la mala calibracin del potencimetro para las soluciones bsicas, pero en donde se observa un alto porcentaje de error es en la solucin de H2SO4, esto se puede deber a que este cido es diprotico y tiene una diferente forma de disociacin que los dems que son monoproticos o tambin se puede deber a la mala destreza del operador al momento de valorar la solucin.

Al realizar estas valoraciones siempre se cometen errores, ya sea por los instrumentos y reactivos empleados (defectuosos o contaminados) o por la manipulacin, observacin y los clculos realizados por el alumno las cuales llevan a resultados no muy exactos del valor de pH terico de las soluciones. Pero los errores estn en un margen aceptable ya que para las soluciones cidas el pH es menor que 7 y para las soluciones bsicas el pH es mayor que 7, lo cual tericamente es correcto. VI. CONCLUSIONES

El pH depende de la concentracin de iones H+, observndose que pH aumenta a medida que H+ disminuye. Una buena valoracin es importante ya que de esto depende que se encuentren las concentraciones para los clculos de pH as que los errores deben ser mnimos. Se debe efectuar una calibracin precisa del potenciometro y adems una buena preparacin de los buffer que se usan para calibrar el aparato. El potenciometro con electrodo de vidrio es muy conveniente ya que se encontr experimentalmente que la diferencia de potencial que existe en la interfase entre el vidrio y una solucin con la cual esta en contacto depende del pH de la solucin. El electrodo de vidrio funciona solo en soluciones acuosas, si se tiene una solucin fuertemente cidas o bsicas , se debe usar electrodos de vidrios especiales, ya que si no este explotara. La disociacin de cidos monoproticos tales como HCl y HAc se lleva a cabo en una 1 sola etapa, obtenindose un solo punto de equivalencia. Mientras que los cidos poliprticos tales como H2SO4 presentan 2 etapas, ya que tienen 2 hidrgenos ionizables, por tal presentan 2 puntos de equivalencia.VII. RECOMENDACIONES

Se recomienda efectuar una buena valoracin del NaOH con el biftalato de potasio, ya que este ser el valorante para las dems soluciones, especficamente para los cidos.

Antes de efectuar alguna medicin con el potenciometro, asegurarse que el electrodo de vidrio se encuentre bien enjuagado con agua destilada, para evitar as una mala lectura.

Despus de introducir el electrodo de vidrio a la solucin deseada, esperar unos segundos para tomar la lectura observada, hasta que esta sea constante.

Se recomienda que antes de efectuar alguna medicin con el potenciometro, asegurarse que este se encuentre calibrado en el rango de pH requerido. Concluida la experiencia lave todos los materiales empleados o utilizados, secarlos y devolverlos a su lugar correspondiente.

VIII. APENDICE1.-Explique el Fundamento y Aplicacin de las Titulaciones Potenciometricas.Una de las aplicaciones mas interesantes de los potenciales de electrodo es la titulacion potenciometrica o titulacion electrometrica, esto es, la determinacin del punto final de una titulacion en anlisis cuantitativo por mediciones del potencial de un electrodo. Supongamos que se esta titulando una solucin normal de nitrato de plata por medio de una solucin de cloruro de sodio; a mediad que la titulacion avanza, el cloruro de plata precipita, y al concentracin de los iones de plata que quedan en la solucin disminuye constantemente. El potencial de un electrodo de plata, que en este caso acta como electrodo indicador, varia en forma correspondiente. Al principio la variacin de potencial es muy pequea, puesto que una disminucin de la concentracin a la centsima parte altera el potencial solo en 0.118 voltio. No obstante, cuando se aproxima el punto de equivalencia de la titulacion, la variacin relativa de la concentracin de los iones plata para una cantidad dada de cloruro de sodio agregada aumenta rpidamente; que se traduce en una variacin rpida de potencial del electrodo de plata. El punto de equivalencia puede encontrarse, pues determinado la cantidad de solucin agregada hasta la aparicin del mximo en la variacin del potencial del electrodo. En consecuencia se puede usar un electrodo de plata como indicador para el anlisis cuantitativo para las soluciones de cloruros o de soluciones de cualquier anion que forme una sal de plata insoluble, por ejemplo, bromuro, ioduro, cianuro, tiocianato y fosfato. Pueden adaptarse otros electrodos de metal para el anlisis de soluciones de otros aniones.

El mtodo general consiste en encontrar un electrodo indicador en la solucin a titular y combinarlo con un electrodo de referencia de potencial constante, por ejemplo un electrodo de calomel, formado as una pila completa.2.-Indique las Caractersticas Resaltantes de los Electrodos de Vidrio y de Combinacin.

Se encontr experimentalmente que la diferencia de potencial que existe en la interfase de vidrio y una solucin en la cual esta en contacto depende del pH de la solucin.

El electrodo de vidrio esta formado por u tubo que termina en una ampolla de paredes delgadas, como se ve en A , con este objeto se emplea un vidrio especial de punto de fusin relativamente bajo y elevada conductancia elctrica. La ampolla contiene una solucin de concentracin de iones hidrogeno constante y un electrodo de potencial definido; generalmente se emplea un electrodo de Ag, ClAg (s) en cido clorhdrico 0.1 molar, o un alambre de platino en una solucin reguladora a pH 4.00 que contiene una pequea cantidad de hidroquinona. La ampolla se introduce en la solucin experimental B y el electrodo de vidrio resultante se combina con un electrodo de referencia, electrodo de calomel C, para formar la pila.

A causa de la elevada resistencia del vidrio, que es de 10 a 100 millones de ohm, se emplean con este fin potenciometros especiales con vlvulas electrnicas. Existen en le comercio varios modelos de aparatos que permiten la determinacin del potencial del electrodo de vidrio con una exactitud aproximada de 0.0005 voltios de 0.01 unidad de pH.

El electrodo de vidrio se puede emplear en soluciones acuosas de cualquier tipo, siempre que el pH este comprendido en le intervalo de 1 a 9; para los valores de pH superiores que llegan hasta 12, hay que recurrir a vidrios especiales.

3.-Explique las Ecuaciones para Calcular el pH de Soluciones Buffer, Indicando las Limitaciones para su Uso.

La solucin reguladora es aquella que resiste al cambio de pH por la adicin de cido o lcali. Usualmente estas soluciones consisten en una mezcla de un cido dbil y su sal (base conjugada), o en una base dbil y su sal (cido conjugado).

Las soluciones reguladoras de pH conocido son muy tiles en muchos aspectos de la qumica, y el problema de su preparacin es interesante. La concentracin de iones hidrogeno de una solucin reguladora formada por un cido dbil y su sal, esta dada con buena aproximacin en el intervalo de pH desde 4 a 10 por la ecuacin:

En realidad en sentido estricto, debera tomarse Ka en lugar de K pero como no se espera una gran exactitud, es preferible el uso de una constante tabulada. Tomando logaritmos y cambiando el signo a toda la expresin, se obtiene:

EMBED Equation.3 Por medio de la ecuacin anterior conocida como ecuacin de Henderson-Hasslbach es posible calcular el pH de una solucin reguladora de concentracin conocida; inversamente, se puede emplear esta expresin para preparar una solucin de pH definido.IX. BIBLIOGRAFIA Maron & Prutton Fundamentos de Fisicoqumica, 2da Edicin, Editorial Limusa.

Skoog Douglas A. Anlisis Qumico. 4ta. Edicin Ed McGraw-Hill. Pg 359,360 y361 Raymond Chang Quimica General. 6ta Edicion Ed McGraw-Hill. Pg 600y 601. EMBED Equation.3

115

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