Mediciones Potenciomtricas

Mediciones Potenciomtricas2015

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOSFACULTAD DE INGENIERIA QUMICADEPARTAMENTO ACADEMICO DE FISICOQUIMICA

LABORATORIO DE FISICOQUIMICA SOLUBILIDADPROFESOR: Jose Huapaya BarrientosALUMNOS: Echevarria Urbizagastegui, Enzo Gmez Ramos, Juan RodolfoFecha de realizacin de la prctica: martes 05de mayo 2015Fecha de entrega de informe: martes 12 de mayo del 2015Lima - Per

CONTENIDO

INTRODUCCION RESUMEN FUNDAMENTOS TEORICO MATERIALES Y REACTIVOS PROCEDIMIENTO CALCULOS Y RESULTADOS DISCUSIN DE RESULTADOS CONCLUCIONES CUESTIONARIO BIBLIOGRAFIA

INTRODUCCIONEl smbolo de pH se utiliza en todo el mundo a potencial de referencia frmula de hidrgeno (H), es decir, la cantidad de hidrgeno que existe en una solucin. Por lo tanto, diferentes sustancias con las que entran en contacto se han diferenciado los niveles de pH que los caracteriza y los hace especialmente til o beneficioso para ciertos casos. La escala de pH se encuentra alrededor de lo que se considera el nivel medio: el agua. Este recurso natural tiene una acidez y alcalinidad cero, que es considerado por el punto medio entre los dos extremos, el cido y alcalino.

De 7-0, es decir, cuando se va a la parte superior de la escala, estamos hablando de los elementos o ms cidos. Incluyendo el jugo de limn o vinagre (que contiene pH 2), vino (pH 4) o la lluvia (pH 5,5) son los cidos que nos acercamos al agua. El elemento con el nivel ms alto conocido de la acidez es el cido que se encuentra en las bateras, una sustancia que tiene un pH de 0, entonces se coloca en la parte superior de la escala. Cuando el punto de agua pasa hacia arriba, es decir, 7 a 14, o ms elementos son sustancias alcalinas, que tienen niveles de cido inferiores. Uno de ellos es la sangre humana, un elemento alcalino que tiene un pH cercano a la del agua (7.5).

La mayora de los elementos alcalinos son elementos que sirven mucho la limpieza y desinfeccin tales como limpiadores, cloro, amonaco, jabn. Uno elementos conocidos es ms alcalino limpieza drenajes de fluido que tienen un pH de 14.

La escala del pH es muy importante conocer las caractersticas de los diferentes elementos y entornos ya que se considera que en las zonas altamente alcalinos o altamente cidos, no es posible la existencia de la vida en la presencia de alto o muy bajo de hidrgeno.

RESUMEN

FUNDAMENTOS TERICOS Electrolitos Fuertes:Sustancias moleculares o inicas buenosconductores elctricos .Estn disociados prcticamente en un100% y pueden ser: Sales: Son de Naturaleza Ionica. cidos Fuertes: Son compuestos covalentes, se analizan en medio acuoso, estos son: HClO4, HI, HBr, HCl, HNO3, H2SO4. Bases Fuertes: Son compuestos inicos,se analizan en medio acido, estos son: NaOH, KOH, CsOH, Ca(OH)2, Sr(OH)2 y Ba(OH)2 Electrolitos Dbiles:Sustancias de naturaleza molecular o inica que se disocian parcialmente, estableciendo un estado de equilibrioqumico llamado Equilibrio Inico .Cada equilibrio posee constante de equilibrio inico (Ki).Cuanto mayor sea el valor de Ki mayor ser el porcentaje de disociacin delelectrolito. cidos Dbiles: CH3COOH, HCN, H2CO3, H2S, HClO, etc. Alcanza un estado de equilibrio caracterizado porla constante de acidez (Ka) ,los cidos dbilespueden ser monoprticos y poliproticos. Bases Dbiles: Alcanzan el estado de equilibriocaracterizado por laconstantede basicicidad(Kb). NH3, CH3NH2, etc. Medicin de la Acidez con el PhEl pH de una disolucin se define como el logaritmo negativo dela concentracin del in hidrgeno (en mol/L).

PH=-log[H+]

Esta ecuacin es solo una definicin establecida con el fin de tener nmeros convenientes para trabajar con ellos. El logaritmo negativo proporciona un valor positivo para el pH, el cual, de otra manera sera negativo debido al pequeo valor de [H+].DebidoaqueelpHsloesunamaneradeexpresarlaconcentracindelinhidrgeno,lasdisolucionescidasy bsicas, a 25C, pueden identificarse por sus valores de pH, como sigue:

Disoluciones cidas: [H+] > 1.0 x 10-7MPh7

Disoluciones neutras: [H+] = 1.0 x 10-7MPh=7

Con el logaritmo negativo de la concentracin de iones hidrxido de una disolucin sepuede obtener una escala del pOH, anloga a la del pH. As, el pOH se define como:POH=-log[OH-]As tenemos que:

PH+POH =14

Esta ecuacin nos proporciona otra forma de expresar la relacin entre la concentracin de los iones H+ y la concentracin de losiones OH .Con el logaritmo negativo de la concentracin de iones hidrxido de una disolucin se puede obtener una escala del pOH, anloga a la del pH. As, el pOH se define como:POH=-log[OH-]

Ahora al considerar la constante del producto inico del agua:[H+][OH-]=Kw=1.0x10-14Al tomar logaritmo negativo en ambos lados, obtenemos:PH+POH=14Esta ecuacin nos proporciona otra forma de expresar la relacin entre la concentracin de los iones H+ y la concentracin de los iones OH.

El pH-METRO

Para realizar las medidas potencimetricas es necesario el uso de un electrodo combinado el cual en contacto con la solucin incognita produce un potencial que esta relacionado con el PH de la misma por medio de la ecuacin de Nerst.E=Eo- lnaH+ = Eo +2.30 PHEste electrodo normalmente esta construido por elementos inertes de plata-cloruro, plata o mercurio y externamente de vidrio extremadamente sensible al PH, y esta hecho para un rango determinado de PH y temperatura.El electrodo de vidrio y el de referencia actan como un generador de tensin cuando estn sumergidos en la solucin a medir, la tensin producida por ellos, de 59,16 milivoltios por cada unidad de PH a temperatura ambiente, es aplicada a un amplificador con entrada por FET (Field Effect Transistor) con alta impedancia de entrada, con el fin de no cortocircuitar las bajsimas corrientes producidas.El electrodo para la medicin de pH es un elemento relativamente caro, la siguiente foto es una versin econmica del mismo con un gel interno en lugar del electrolito,

CALIBRACION

Electrodo ideal produce 0 mV a un pH de 7, la salida real de un electrodo pH ser variable, especialmente con la edad, y requiere la calibracin frecuente en una solucin tampn de pH conocido para mantener la precisin de la medida. Se debe usar calibracin de dos puntos, una solucin tampn para pH 7, con la cual la salida del electrodo debera ser de 0 volts, si difiere de este valor se ajusta el instrumento. Los accesorios requeridos para la calibracin del instrumento utilizan una solucin tampn para pH 7 y otra solucin tampn para pH 4, si se quiere medir unas soluciones cidas y otra solucin tampn para pH 10, si la solucin a medir es bsica.

SOLUCIN AMORTIGUADORA O BUFFER

Una solucin amortiguadora es aquella que resiste un cambio de pH aunque se le aada pequea cantidades de un cido o una base fuerte. En general, estas soluciones estn constituidas por un cido dbil y su sal (base conjugada) formando un Buffer acido o una base dbil y su sal (cido conjugado) formando un buffer basico.La operatividad del Buffer depende de :

El efecto del ion comn y el principio de Lechatelier

As: Cuando un "buffer" es adicionado al agua, el primer cambio que se produce es que el pH del agua se vuelve constante. De esta manera, cidos o bases (lcalis = bases) adicionales no podrn tener efecto alguno sobre el agua, ya que esta siempre se estabilizar de inmediato.Calculo del PH en una solucin Buffer o amortiguadora (por formula):Buffer cido: PH= Pka +logBuffer bsico: POH= Pkb +logClculo del ph en una solucin Buffer o amortiguadora ( por mtodo analtico):Este tipo de clculo se basa en el efecto del ion comn y se desarrollara en los clculos

MATERIALES Y REACTIVOS

MATERIALES: Conductimetro Erlenmeyer de 250 mL Pipetas Fiolas Bureta Probeta Vasos Bagueta

REACTIVOS: Solucin de NaOH Solucin de HCl, Solucin de HAc KCl QP Fenoftaleina Biftalato de K

PROCEDIMIENTO1) Estandarizacin del pH-metro:

Para realizar las medidas de pH de las soluciones, estandarizamos primero el instrumento, procedimiento que realizamos con soluciones reguladoras buffer estndar de pH neutro, cido y bsico.

2) Medida de pH de muestras:

a) Se prepar 100 mL de cada una de las siguientes soluciones buffer: - cida: 0.1 N en CH3COOH y 0.1 N en CH3COONa. - Bsica: 0.1 N en NH4OH y 0.1 N en NH4Cl. b) Se valor las soluciones 0.1 N de NaOH, HCl, HAc usando fenolftalena como indicador. Para valorar la soda, se us biftalato de cido de potasio como patrn primario. As mismo, se valor la solucin de NH4OH con la solucin de HCl, usando rojo de metilo como indicador, hasta cambio de color. c) Se midi el pH de cada una de las soluciones preparadas en a), y de las soluciones de HAc, NH4OH, NaOH y HCl.

CALCULOS Y RESULTADOSTABLA N1: CONDICIONES DE LABORATORIO.P (mmHg)T (C)%HR

7562396%

TABLA N2: DATOS EXPERIMENTALES TABLA N2.1: Solucin Buffer cida:0.1N cido Actico y 0.1N Acetato de sodio (ml) (ml)

10ml10ml

5ml15ml

15ml5ml

TABLA N2.2: Solucin Buffer Bsica:0.1N Hidrxido de amonio y 0.1N Cloruro de amonio

(ml) (ml)

10ml10ml

15ml5ml

5ml15ml

TABLA N2.3: Valoracin de NaOH con BHK(g)(ml)

0,14927.1ml

TABLA N2.4: Valoracin de HCl, CH3COOH con NaOHSolucionesV (ml)(ml)

HCl5.04.8

CH3COOH5.04.6

TABLA N2.5: Valoracin de NH4OH con HCl(ml)(ml)

5,04.6

TABLA N3: DATOS TERICOS TABLA N3.1: Pesos MolecularesCompuestoPm (g/mol)

CH3COOH60,1

CH3COONa82,0

NH4OH35,0

NH4C53,5

TABLA N3.2: Constante de disociacin, como cido a 25CcidoFrmulaK1K2

cido acticoCH3COOH1,75 x---

In amonioNH4+1.8 x10--5---

TABLA N4: RESULTADOS y % E TABLA N4.1: Solucin Buffer cida: Soluciones (ml)(ml)pH

Buffer cida10ml10ml4.41

5ml15ml4.91

15ml5ml3.94

TABLA N4.2: Solucin buffer BsicaSoluciones(ml) (ml)pH

Buffer Bsica10ml10ml9.24

15ml5ml9.91

5ml15ml8.87

TABLA N4.3: cidos: Fuerte y dbilSustanciaNc (N)pH

HCl0.09881.27

CH3COOH0.09472.98

TABLA N4.4 Bases: Fuerte y Dbil SustanciaNc (N)pH

NaOH0.102913.30

NH4OH0.090911.25

EJEMPLOS DE CLCULOS:

1. Determinacin de las concentraciones exactas de cada una de las soluciones valoradas:

NaOH 0.1 NPrimero estandarizaremos el hidrxido de sodio con el biftalato de potasio (patrn primario), con esto hallaremos su normalidad que ser igual a su molaridad y por ser base fuerte esta ser su concentracin exacta.

DATOS:

HCl 0.1 N

A partir de la estandarizacin del NaOH se valora al HCl. Por ser cido fuerte su concentracin ser igual a su molaridad por disociarse por completo, y esta es igual a su normalidad.

Datos:

CH3COOH 0.1N

El cido actico debe ser tratado de diferente forma, pues adems de encontrar su concentracin debemos hallar el nmero de iones hidronio que se disocian pues es un cido dbil.

Datos:

Ahora analizando en el equilibrio

Con la constante en el equilibrio hallamos la cantidad de iones hidronio disociados

Por ser X muy pequeo se le desprecia en la diferencia

NH4OH 0.1 N

De forma similar al cido actico, es necesario considerar que se trata de una base dbil

Datos:

Puesto que para obtener el hidrxido de amonio es necesario disolver amoniaco en agua, se forma un equilibrio, pero al titular con el cido clorhdrico todo el amoniaco inicial se transformar en una sal (cloruro de amonio), es por esto que se considera en este equilibrio el Kb

Con la constante en el equilibrio hallamos la cantidad de iones hidronio disociados

Por ser X muy pequeo se le desprecia en la diferencia

SOLUCIN BUFFER CIDO

Se deben preparar 100 mL de la solucin con concentracin 0.1 N del cido y 0.1 N de la sal, para esto tomamos un cido de una normalidad mayor y lo diluimos hasta la concentracin deseada, y el peso de la sal para una concentracin 0.1 N lo obtenemos de clculos para luego disolverlo en la solucin. CH3COOH 0.1 N

Normalidad corregida:

CH3COONa 0.1 N

Considerando los equilibrios y que la sal se disuelve por completo tenemos.

De esto:

Por la frmula cuadrtica:

SOLUCIN BUFFER BSICO

En este caso se procede como el anterior:

NH4OH 0.1 N

NH4Cl 0.1 N

En los equilibrios:

De esto:

Por la frmula cuadrtica:

b) Calcular los pH tericos con las concentraciones medidas y hallar el porcentaje de error:

NaOH 0.1 N: En este caso el PH medido ser el valor exacto minetras que el PH terico ser el aproximado.

HCl 0.1 N

CH3COOH 0.1N

NH4OH 0.1 N

SOLUCIN BUFFER CIDO

SOLUCIN BUFFER BSICO

DISCUSIN DE RESULTADOSUna vez que se hall los pH tericos de las soluciones (NaOH, HCl, CH3COOH, NH4OH), y de las soluciones buffer tambin, se compar con los pH hallados usando el pH-metro, y se vio que estos no variaban mucho, solo en dcimas despus de sus comas decimales.

Es importante sealar que, a pesar de lo muy bien que estn hechos los clculos o mediciones, es muy difcil dado que lo hallado en clculos son simples aproximaciones al valor real, pues es ah donde consideramos concentraciones para aproximarlo al valor real de las actividades de los iones hidronio.

Pero al hallar los porcentajes de errores, se vio que algunos eran demasiados grandes, como era el caso de las soluciones, porque de las soluciones buffer eran de apenas 1%. De las bases, sus errores no llegan hasta un 10%, pero para los cidos sobrepasaba, ya que como tenan un pH muy pequeo, entre 1 y 3, y como los valores tericos y experimentales se diferenciaban en dcimas despus de la coma decimal, se notaban que sus errores si resultaban ser grandes.

Un factor de error que no se ha considerado, es el de los iones oxhidrilo e hidronio que puede aportar el agua, que pese a ser insignificantes frente a la cantidad que liberan las otras sustancias, produce variaciones en los resultados.

Con esto se puede ver, que se hizo una buena preparacin de las soluciones buffer, pero para el caso de las dems soluciones, tal vez haya habido errores en el momento de su titulacin, al hallar sus normalidades corregidas.

CONCLUSIONES

El pH-metro nos da valores de potencial de hidrgeno (pH) para diferentes soluciones con mayor exactitud.

Los cidos y bases fuertes son electrolitos fuertes que se ionizan completamente en el agua. Los cidos dan iones hidronio (H3O+) y un anin mientras que las bases da in hidrxido (OH-) y un catin.

Una buena observacin y procedimiento durante la titulacin, al hallar las normalidades corregidas de la soluciones a analizar, es importante para la obtencin de un correcto pH terico.

Los cidos y bases dbiles son sustancias que se ionizan slo en forma limitada en el agua. En el equilibrio, las disoluciones acuosas de los cidos dbiles contienen una mezcla de molculas del cido sin ionizar, iones H3O+ y la base conjugada. Por tal razn tienen su constante de disociacin, constante de equilibrio para la disociacin de electrolitos dbiles, la cual determina que tanto se ha completado una reaccin en ciertas condiciones.

El CH3COONa y el NH4Cl son especies de inters en los clculos del equilibrio de la concentracin del in hidrgeno, puesto que los iones acetato (CH3COO-) o amonio (NH4+) reaccionan con las molculas de agua.

CUESTIONARIO:

1) Explique el fundamento y aplicacin de las titulaciones potenciomtricas.

Los mtodos potenciomtricos se basan en la medicin del potencial en una celda electroqumica sin paso de corriente apreciable. En base a ello, se puede utilizar la potenciometra para determinar puntos finales de valoraciones. Ms recientemente, las concentraciones inicas selectivas se miden a travs del uso de electrodos de membrana diseados especficamente. Est tcnica es usada ampliamente. Ofrece varias ventajas por encima del resto de los mtodos analticos. Los electrodos ests considerablemente libre de interferencias, es ms econmico rpido y seguro. Por ello, en los ltimos tiempos estos mtodos han prcticamente desplazado a los dems en muchos tipos de estudios. Tambin resultan muy tiles en la determinacin de las constantes fundamentales de reacciones qumicas, como las constantes de equilibrio. Fundamentalmente, el mtodo se basa en La disposicin de dos electrodos, uno de referencia y uno indicador, y un dispositivo de medida de potencial. Estos al trabajar en conjunto pueden realizar una medida ajustada del potencial de una celda con respecto a un valor de referencia. Esta informacin est ntimamente ligada a la concentracin de las especies inicas en la solucin por medio de la ecuacin de Nernst.Entre las aplicaciones ms comunes de la potenciometra estn los estudios de contaminantes en las aguas urbanas, la caracterizacin fsico qumica de productos de consumo humano, titulaciones potenciomtricas, etc.

2) Indique las caractersticas resaltantes de los electrodos de vidrio y de combinacin.

Se ha encontrado 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, 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 AgCl (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, potencimetros 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.

Muchos electrodos tienen la referencia adaptada al mismo cuerpo del electrodo, a este tipo de electrodo se le denomina electrodo de combinacin. Los electrodos de combinacin brindan la, misma selectividad y respuesta que un sistema de semicelda, en muchos casos el electrodo de combinacin proporciona un sistema optimizado para una aplicacin, debido a que el sistema est diseado especficamente para un solo sensor.

3) Explique las ecuaciones para calcular el pH de soluciones buffer, indicando las limitaciones para su uso.

Consideremos el pH de una solucin de un cido dbil. HA y una sal soluble del cido, por ejemplo NaA. Se comienza por escribir:HA(ac) + H2O H3O + + A-(ac)O simplemente: HA(ac) H+ + A-(ac)La constante de ionizacin esta dada por:Ka = [H+] [A-] / [HA]Reordenando:[H+] = ka [HA] / [A-]Al tomar el log negativo a ambos miembros se obtiene:- log[H+] = - logKa - log[HA] /[ A-] - log[H+] = - logKa + log[A-] / [HA]De manera que:pH = pKa + log [A-] / [HA]La ecuacin anterior se conoce como ecuacin de Henderson-Hasselbalch. La forma mas general de esta ecuacin es:pH = pKa + log ( [base conjugada] / [cido] )Es importante recordar que la ecuacin de Henderson-Hasselbalch proviene directamente de la expresin de la constante de equilibrio, y es vlida sin que importe el origen de la base conjugada (es decir, pueda provenir solo del cido o del cido y de su sal). Por medio de similares razonamientos se puede deducir la ecuacin de Henderson-Hasselbalch para una disolucin de una base dbil con su sal:

pH = pKa + log ( [base] / [cido conjugado] )

BIBLIOGRAFIA

SKOOG,WEST,HOLLER,CROUCH. Quimica Analitica, 7a edicin.Ed.Mc Graw Hill, Mexico,2001.

Castellan G., Fisicoqumica, 2a Ed., Ed. Addison Wesley Longman S. A., Mxico, 1998. Pgs. 358-361.

John Perry, Manual del Ingeniero Qumico, Tercera Edicin

Hamilton, clculos de qumica Analitica. Ed.Mc Graw Hill, Mexico 1981.

FRANCINE.Ellena. Phmetro y uso en laboratorio.Blog en lnea.[Fecha de consulta:10 de mayo del 2015]. Disponible en:

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