Ponteciometría directa con electrodo de vidrio

5/14/2018 Ponteciometría directa con electrodo de vidrio - slidepdf.com

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POTENCIOMETRÍA DIRECTA CON ELECTRODO DE VIDRIO

Diana Hernández Naranjo 0843184; [email protected]

Ricardo Ruiz Guapacha 0833373; [email protected]

Facultad de Ciencias Naturales y Exactas. Universidad del Valle/ Septiembre 7 del 2011.

Resumen: en esta práctica se obtiene la concentración de el analito a partir de un

valor dado en la escala pH, se procede armando un montaje para una titulación

acido-base, en este caso el indicador del punto final es un pH-metro, se preparan las

soluciones reactivos del proceso( NaOH, HCl) y se hacen las diluciones

correspondientes de la muestra problema, en nuestro caso el vinagre, luego se

procede con la estandarización del titulante, NaOH, con ftalato acido de potasio, que

es un patrón estándar, se titula entonces la solución a analizar, dejando caer

inicialmente intervalos de 0.2 ml de NaOH desde una bureta de 25 ml, se observa un

cambio brusco en la medida del pH lo que indica el punto de equivalencia y se sigue

titulando hasta que la medida en el pH-metro sea constante, con el volumen en el

punto de equivalencia y con la concentración del titulante se halla la concentración

del analito, en nuestro caso el acido acético registra un volumen aprox. de 4.50 ml

en el punto de equivalencia, lo que nos lleva a una cantidad de 0.04 aprox. de en solución. Se demuestra así que los métodos potenciometricos directos son

buenas herramientas para determinar cantidades de una sustancia que son muy

pequeñas en una solución.

Palabras claves: Potenciometría, pH-metro, punto de equivalencia, electrodo, Acido,

base, acido acético.

1. IntroducciónPotenciometría.

La Potenciometría es una técnica que

consiste en medir la diferencia de

potencial que se produce en un

reacción química, para dicha medida

se utilizan dos electros encargados de

conducir las cargas generadas, así un

electrodo, el ánodo, será el queconduzca la carga negativa hacia un

voltímetro, donde se registra la

intensidad de corriente, para pasarluego a un terminal positivo, cátodo, el

cual recibe las cargas. El flujo de

corriente se genera por la acumulación

de cargas negativas en el ánodo y

deficiencia de las mismas en el cátodo,

como en la naturaleza todo tiende al

equilibrio las cargas fluyen para

compensar la diferencia. Existen

diferentes tipos de electrodos que son

específicos para algunos iones y

también de diferentes tamaños, el más

mailto:[email protected]










típico es del tamaño de un bolígrafo. El

analito es una especie electro activa

que forma parte de la célula galvánica,

donde ocurren las reacciones,

podemos convertir una solución

problema en una semiceldaintroduciendo en su seno un electrodo

para transferir electrones a o desde un

analito, el electrodo indicador es aquel

que responde al analito, se conecta

luego esta semicelda con una segunda

semicelda a través de un puente

salino, esta celda tiene un potencial fijo

y por lo tanto un potencial constante, a

este potencial responde un electrodo

de referencia, el voltaje de la celda es

la diferencia entre el potencial variable

y el potencial fijo. Dependiendo del

analito y la disolución se deben elegir

entonces los materiales de los que

están fabricados los electrodos,

clasificados por clase y el ion que

específicamente detectan. Los

electrodos selectivos para iones como

ya se ha dicho, respondenselectivamente a un ion, estos

electrodos no implican procesos redox,

la característica ideal es una

membrana delgada que idealmente es

capaz de unirse solo al ion que se

pretende determinar. HARRIS, D.C. “Análisis

químico cuantitativo”. Reverté, p. 315-320,321

Medida de pH con un electrodo de

vidrio.

El electrodo de vidrio que se usa para

medir el pH es el ejemplo más común

de un electrodo selectivo para iones, la

parte sensible del electrodo es un

bulbo de vidrio fino en el extremo

inferior del electrodo, a su lado se

incorpora un electrodo de referencia

de plata/cloruro de plata, los dos sirvenpara medir la diferencia de potencial a

través de la membrana de vidrio, un

tapón poroso en la parte lateral cerca

al extremo inferior del electrodo se usa

como puente salino, un electrodo

fabricado de esta forma se conoce

como electrodo combinado. Para

hacer una medida es preciso que almenos fluya una pequeña cantidad de

energía a través del circuito, también a

través de la membrana de vidrio del

electrodo de pH, HARRIS, D.C. “Análisis químico

cuantitativo”. Reverté, p. 323,324

Metodología experimental



Se mide el pH por cada gota de 0.1 mL de la bureta

(desde antes del punto de equivalencia hasta

después del mismo)

Se mide el pH por cada gota que cae de la bureta


después del mismo)



Se mide el pH por cada gota que cae de la bureta


después del mismo)

2. Resultados y discusiónLa diferencia de potenciales entre un

electrodo estándar y un electrodo dereferencia se aplica a titulaciones

acido base como Potenciometría

directa, en este caso inicialmente se

titula x M con una solución

estandarizada de de

concentración conocida los datos para

esta estandarización se encuentran en

la tabla 1 y 2 , ya que se prepararon

dos soluciones de hidróxido de sodio

debido a errores en los que no se tuvo

en cuenta el volumen aproximado de

titulante que se consumiría con el

acido acético sin diluir, es decir hay

que diluir el acido acético para que no

se consuma tanto titulante.

Tabla 1 pH, volumen de titulante, y la primera

derivada.

pHVolumen

titulante, mL

4,06 0,00 0,40

4,10 0,10 0,50

4,15 0,20 0,40

4,19 0,30 0,60

4,25 0,40 1,10

4,36 0,50 1,00

4,46 0,60 0,20

4,48 0,70 0,60

4,54 0,80 0,50

4,59 0,90 0,50

4,64 1,00 0,40

4,68 1,10 0,40

4,72 1,20 0,40

4,76 1,30 0,40

4,80 1,40 0,30

4,86 1,60 0,40

4,90 1,70 0,404,94 1,80 0,30

4,97 1,90 0,44

5,19 2,40 0,40

5,23 2,50 0,22

5,34 3,00 0,44

5,56 3,50 0,50

5,61 3,60 0,60

5,67 3,70 0,50

5,72 3,80 0,70

5,79 3,90 1,60

5,95 4,00 1,00

6,05 4,10 1,10

6,16 4,20 0,90

6,25 4,30 0,80

6,41 4,50 1,00

6,51 4,60 1,00

6,61 4,70 4,40

7,05 4,80 6,30

7,68 4,90 13,70

9,05 5,00 5,40

9,59 5,10 2,609,85 5,20 1,80

10,03 5,30 1,00



10,13 5,40 0,60

10,19 5,50 1,10

10,30 5,60 0,40

10,34 5,70 0,90

10,43 5,80 0,45

10,52 6,00 1,75

Fuente: hecha por los autores del informe

Figura 1 curva de titulación del

(base

débil) con , estandarización primera de labase fuerte.

Figura 2 Derivada 1°curva titulación figura 1

En la figura 2, 4,6 y 8, como punto final

se toma el punto de máxima pendiente(ΔpH/Volumen de base agregado) de

la curva de valoración, este criterio

permite hacer buenas aproximaciones

de la estimación del volumen del punto

de equivalencia. HARRIS, D.C. “Análisis químico

cuantitativo”. Reverté, p. 237

Tabla 2 pH, volumen de titulante, y la primera derivada.

pHVolumen

Titulante, mL

4,22 0,00 0,80

4,30 0,10 0,50

4,40 0,30 0,85

4,57 0,50 0,30

4,60 0,60 0,30

4,63 0,70 0,55

4,74 0,90 0,30

4,80 1,10 0,45

4,89 1,30 0,45

4,98 1,50 0,35

5,05 1,70 0,40

5,13 1,90 0,37

5,24 2,20 0,23

5,31 2,50 0,25

5,36 2,70 0,50

5,46 2,90 0,33

5,56 3,20 0,43

5,69 3,50 0,605,87 3,80 0,77

6,10 4,10 0,60

6,16 4,20 1,00

6,26 4,30 1,80

6,44 4,40 3,50

6,79 4,50 26,30

9,42 4,60 8,40

11,10 4,80 2,00

11,50 5,00 0,68

11,84 5,50 0,30

11,99 6,00 0,20

12,09 6,50 1,86Fuente: hecha por los autores del informe

0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

0.00 5.00 10.00

p H

Volumen de Base agregado, mL

pH vs. Volumen de titulante(NaOH)

0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

14.00

16.00

0.00 2.00 4.00 6.00 8.00

Δ p H / Δ V o l u m e n

d e b a s e a g r e g a d o , m L

Volumen de base agregado, mL



Figura 3 curva de titulación del

(base débil)

con , estandarización segunda de la base fuerte.


La concentración del sera dada

por la concentración y el volumen

consumido, para el punto de

equivalencia, de durante el

procedimiento, la reacción del con

el consume los iones

inicialmente disociados

La reacción acido-base es llamada

también de neutralización

Debido a que los compuestos iónicos

tienden a disociarse en solución

acuosa, tendremos entonces una

solución electrolítica, es decir

eléctricamente activa, tendremos iones en la solución.

Inicialmente tenemos acido clorhídrico

en exceso lo que implica un exceso de

iones ,con un alto coeficiente

de actividad molar, conforme se

adiciona hidróxido de sodio los ionescloruro tienden a difundirse hacia una

zona en la que la concentración de

cargas negativas es pequeña, y los

iones sodio provenientes del titulante

tienden a rodear estos iones cloruros,

este comportamiento se debería a la

alta diferencia de electronegatividades

entre los dos elementos, como la

concentración de los reactivos es bajael producto de la neutralización

permanecerá en la disolución, por su

parte el catión de hidrogeno se unirá

con el hidroxilo para formar agua, esta

reacción disminuye el coeficiente de

actividad molar del catión de

hidrogeno. Al usar un electrodo

selectivo para iones de membrana de

vidrio, como lo es el pH-metro,

tenemos una lectura inicialmente baja

proveniente del coeficiente de

actividad del catión hidrogeno, en el

interior del pH-metro, se da una

sustitución de la medida de diferencia

de potencial en la ecuación de Nernst,

debida a la actividad, dentro y fuera

del electrodo, del catión mencionado,

se registra la lectura del pH. Se

menciono que a medida que elhidronio reacciona con el hidroxilo el

coeficiente de actividad molar del

0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

14.00

0.00 2.00 4.00 6.00 8.00

p H

Volumen agregado de base, mL

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

30.00

0.00 5.00 10.00 Δ p H / Δ V o l u m e n d e

b a s e a g r e g a d o , m L




catión hidrogeno disminuye, los

cationes migran del interior del

electrodo de vidrio hacia la solución

para seguir reaccionando con el

hidroxilo lo que cusa que la diferencia

de potencial tienda a cero, se diceentonces que la reacción acido-base

está en equilibrio, es decir las

concentraciones de los reactivos

titulante-analito son iguales y se

neutralizan, el potenciómetro da un

salto inconstante que va desde antes

de este volumen de equivalencia a

después del mismo volumen para

luego llegar a ser constante, lo que

sugiere tomar un intervalo en el

registro pH donde posiblemente se

encuentra este punto de equivalencia.

En el caso de la titulación de acido

clorhídrico, los datos de pH y volumen

se encuentran registrados en la tabla

3, se incluyen también los datos de la

primera derivada de la curva de

titulación que sugiere el punto de

equivalencia.


derivada.

pHVolumen

Titulante, mL

2,5 0,0 0,14

2,6 0,5 -0,12

2,5 1,0 0,02

2,5 1,5 0,02

2,5 2,0 0,06

2,6 2,5 0,04

2,6 3,0 0,06

2,6 3,5 0,10

2,7 4,0 0,10

2,7 4,5 0,14

2,8 5,0 0,18

2,9 5,5 0,24

3,0 6,0 0,32

3,2 6,5 0,66

3,5 7,0 8,19

10,0 7,8 0,75

10,2 8,0 0,66

10,5 8,5 0,40

10,7 9,0 0,02

10,7 9,5 0,40

10,9 10,0 0,10


La grafica de esta misma tabla es decir

la figura 5, muestra el comportamiento

del acido durante el proceso de

titulación, es apreciable el punto

anterior al volumen de equivalencia en

el que la escala pH da un salto

inesperado en su valor, lo que indicaque en el intervalo desde 3,2 a 10

unidades de pH se encuentra dicho

volumen de equivalencia.

Figura 5 curva de titulación del (acido fuerte) con .

La figura 6 muestra la grafica de la

primera derivada la cual nos indica

más precisamente que el valor del

volumen de equivalencia se encuentra

cerca a 8.9 unidades de pH

0.0

2.0

4.0

6.0

8.0

10.0

12.0

0.0 5.0 10.0 15.0

p H





Para la titulación del acido acético,

acido débil, la actividad del ionprovirnr del único hodrogeno acido

que posee

se titula entonces con hidróxido de

sodio, dando un intervalo para el punto

de equivalencia que va desde 6 hasta

10 unidades de pH, un intervalo similar

al de la titulación del acido clorhídrico,

con el volumen que se obtiene del pH

en la primera derivada se procede

hallar la concentración del analito, la

tabla numero 4 muestra el pH para

cada volumen de titulación del acido

acético con agregado y La

primera derivada que indica el punto

de equivalencia, celda sombreada, enla figura 7 se aprecia la curva de

titulación, en la que el intervalo del

punto de equivalencia en unidades de

pH va de 6 a 10, también se incluye l

curva correspondiente a la primera

derivada en la figura numero 8.


derivada.

pHVolumen

Titulante, mL

3,26 0,00 1,35

3,53 0,20 0,40

3,57 0,30 1,00

3,67 0,40 1,00

3,77 0,50 0,40

3,81 0,60 0,70

3,88 0,70 0,30

3,91 0,80 0,60

3,97 0,90 0,50

4,07 1,10 0,20

4,11 1,30 0,50

4,16 1,40 0,50

4,26 1,60 0,40

4,30 1,70 0,35

4,37 1,90 0,50

4,42 2,00 0,25

4,52 2,40 0,35

4,59 2,60 0,28

4,70 3,00 0,30

4,76 3,20 0,30

4,82 3,40 0,334,95 3,80 0,45

5,13 4,20 0,35

5,20 4,40 0,60

5,32 4,60 0,60

5,44 4,80 0,75

5,59 5,00 1,25

5,84 5,20 3,53

6,90 5,50 32,8

10,18 5,60 6,80

10,86 5,70 1,60

11,18 5,90 1,80


-1.00

0.00

1.00

2.00

3.00

4.00

5.00

6.00

7.00

8.00

9.00

0.0 5.0 10.0 15.0

Δ p H / Δ V o l u m e n d e b a s

e a g r e g a d o , m L




Figura 7 Curva de Titulación del (acido

débil) con


Entre los errores experimentales que

afectan la determinación del analito, seencuentra el error en la medida de

volúmenes y masas de reactivos, cada

instrumento de laboratorio posee un

cierto nivel de tolerancia que

agregados a los cálculos reducen el

error experimental en los valores

finales, en la tabla numero 5 se

encuentran especificadas las

tolerancias de los instrumentos usadosen la práctica, a si como las

cantidades máximas de graduación y

sus unidades.

Otro error influyente, que no se elimina

ya que va ligado a la naturaleza

química del material con que se hace

el vidrio del electrodo, es el error

alcalino, los iones monovalentes como

el del sodio y otros metales alcalinos

tienden a difundirse hacia dentro y

fuera entre las fronteras del electrodo

de forma similar al ion de hidrogeno, lo

que causa errores en la medida del pH

final. En pH superiores a 10.5, la

lectura puede no corresponder solo a

la de los iones hidrogeno es decir elpH verdadero puede ser menor al

registrado por la interferencia del ion

sodio, para que este error sea

significativo la concentración de iones

sodio deben ser grandes con respecto

a la del ion hidrogeno, por lo menos en

10 unidades de magnitud, lo que

podemos apreciar es que las

concentraciones que se mantienen sonmuy bajas, esto hablando del hidróxido

de sodio que es el titulante empleado

en la práctica, lo que puede significar

una actividad de ion sodio baja,

resultando un error bajo alcalino. HARRIS,

D.C. “Análisis químico cuantitativo”. Reverté, p. 329,330

Tabla 5 Tolerancia de los instrumentos de laboratorio

InstrumentoCapacidad,

mLTolerancia,

mLBureta 25 ± 0.03

MatrazVolumétrico

100 ± 0.03

PipetaGraduada

5 ± 0.01

BalanzaAnalítica,

semi-micro(100-200) mg ± 0.0001 g

Fuente: HARRIS, daniel. “ Análisis química

cuantitativo” , México: Reverté, p. 237,

0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

0.00 2.00 4.00 6.00 8.00

p H


0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

30.00

35.00

0.00 2.00 4.00 6.00 8.00

Δ p H / Δ V o l u m e n a g r e g a d o d e b a s e , m L




Cálculos:

Cálculos de la estandarización 1º de :

COOK

COOH

+NaOH

COOK

COONa

+ OH2 (1)

Fuente: Acd/Chemsketch(Freeware) – (D:\Diana

Hernández\estructuras químicas(organica e

inorgánica)\oftalatopotasico+naoh

0.016991809914

Errores aleatorios involucrados en la

preparación de una disolución:

( ) ( )

Ecuación propagación del error:

( )

√

( )

√ ( ) ( )

Ver tabla 5.

√ ( )

( )

Cálculos de la estandarización 2º de :

COOK

COOH

+NaOH

COOK

COONa

+ OH2 (1)

Fuente: Acd/Chemsketch(Freeware) – (D:\Diana

Hernández\estructuras químicas(organica einorgánica)\oftalatopotasico+naoh

0.1210261099



( ) ( )


(

)

√

( )

√ (

) (

)

Ver tabla 5.

√ ( )

( )



Calculo cantidad en gramos de en el analito:

0.027287897



( )


√

√

(

)

Ver tabla 5.

√

( )

Calculo cantidad en gramos de en el analito:

Teórico:

( )

0.05

Experimental:

0.0399572543



( )


√

√ ( )

( )

Ver tabla 5.



√ ( )

(

)

% de rendimiento del instrumento pH-

metro en la valoración de con :

3.1 solución a preguntas

3.1.1 ¿Qué ocurre en las valoraciones

ordinarias cuando la concentración de

los reaccionantes es muy pequeña?

¿Será correcto en estos casos usar un

indicador?

R/ cuando las concentraciones son

muy pequeñas en los reaccionantes el

punto final o volumen de equivalencia

es de difícil apreciación a la vista

humana ya que los cambios se dan a

la escala de la concentración, si se

usa un indicador, debe ser unacantidad muy pequeña ya que el

indicador también reacciona con el

analito sea el caso o con el titulante,

es decir el indicador también es un

acido o una base cuyas distintas

formas protonadas tienen diferentes

colores, para que esta forma

protonada se produzca el indicador

debe reaccionar sea ganando protones

de un acido o perdiendo protones con

una base

Lo que quiere decir que si la

concentración de reaccionantes es

baja y la del indicador muy alta este

reacciona con todo el analito o titulante

que se encuentre en la solución esto

llevaría a que el ojo humano percibiera

el cambio como producto de reacción

de analito-titulante y la realidad es que

el volumen de equivalencia sería el de

la reacción indicador-titulo o analito, no

es aconsejable el uso de indicadoresen estos casos.

3.1.2 ¿Cuál es el indicador químico

apropiado para una valoración de un

acido débil con una base débil?

R/ Se considera una solución que se

prepara mezclando 100 mL de acido

cloro acético 0.050 M con 100 mL demetilamina 0.050 M, esta es una

mezcla equimolar de HA y B y debe

comportarse de la misma manera que

el anfolito de un acido diprótico. Los

valores de Ka para los dos ácidos son:

[] √

F= concentración formal de HA o B (se

trata de una mezcla equimolar)

[] √

[]

[ ]



El pH de la mezcla equimolar debe ser

muy próximo a la semisuma de las pKa

de HA y BH+

Como verificación del resultado del pH,

se usa la siguiente ecuación:

⟨ ⟩ ⟨ ⟩

6.75

El anterior resultado se compara con

la tabla 6:

Tabla 6 indicadores

Fuente: HARRIS, daniel. “ Análisis química

cuantitativo” , México: Reverté, p. 241,

Se escoge el Azul de bromotimol, que cubre un

rango de (6.0-7.6) pH, y que su color en formaacida es amarillo y en forma básica es azul.

4 conclusioneso los errores de unión liquida y

la consideración de que el

conocimiento del pH medido

en el analito no debe ser

mejor que el conocimiento

del pH de las soluciones

amortiguadoras, soninevitables y limitan la

exactitud en las medidas con

electrodo de vidrio en

unidades de pH.

5 referencias

[]HARRIS, daniel. “ Análisis química cuantitativo” ,

México: Reverté, p. 237, 329,330.

Ponteciometría directa con electrodo de vidrio

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