PRCTICA DE LABORATORIO INFORME N 6 INDICADORES DE pH Y CURVAS DE NEUTRALIZACIN

1.1

Objetivo de la prctica

GENERAL Estudiar y analizar diferentes reacciones con los cambios que suceden al desarrollarse estos fenmenos.

ESPECIFICOS Identificar los productos obtenidos de diferentes reacciones Clasificar las reacciones qumicas Estudiar la reduccin del permanganato de potasio en medio cido, bsico y neutro Estudiar la reduccin de la glucosa. Definir la coloracin del indicador azul de metileno.

1.2

Fundamento terico

cidos y bases1 INTRODUCCIN Los cidos y bases son dos tipos de compuestos qumicos que presentan caractersticas opuestas. Los cidos tienen un sabor agrio, colorean de rojo el tornasol (tinte rosa que se obtiene de determinados lquenes) y reaccionan con ciertos metales desprendiendo hidrgeno. Las bases tienen sabor amargo, colorean el tornasol de azul y tienen tacto jabonoso. Cuando se combina una disolucin acuosa de un cido con otra de una base, tiene lugar una reaccin de neutralizacin. Esta reaccin en la que, generalmente, se forman agua y sal, es muy rpida. As, el cido sulfrico y el hidrxido de sodio NaOH, producen agua y sulfato de sodio: H2SO4 + 2NaOH 2 PRIMERAS TEORAS Los conocimientos modernos de los cidos y las bases parten de 1834, cuando el fsico ingls Michael Faraday descubri que cidos, bases y 2H2O + Na2SO4

sales eran electrlitos por lo que, disueltos en agua se disocian en partculas con carga o iones que pueden conducir la corriente elctrica. En 1884, el qumico sueco Svante Arrhenius (y ms tarde el qumico alemn Wilhelm Ostwald) defini los cidos como sustancias qumicas que contenan hidrgeno, y que disueltas en agua producan una concentracin de iones hidrgeno o protones, mayor que la existente en el agua pura. Del mismo modo, Arrhenius defini una base como una sustancia que disuelta en agua produca un exceso de iones hidroxilo, OH-. La reaccin de neutralizacin sera: H+ + OHH2O

La teora de Arrhenius y Ostwald ha sido objeto de crticas. La primera es que el concepto de cidos se limita a especies qumicas que contienen hidrgeno y el de base a las especies que contienen iones hidroxilo. La segunda crtica es que la teora slo se refiere a disoluciones acuosas, cuando en realidad se conocen muchas reacciones cido-base que tienen lugar en ausencia de agua. 3 TEORA DE BRNSTED-LOWRY Una teora ms satisfactoria es la que formularon en 1923 el qumico dans Johannes Brnsted y, paralelamente, el qumico britnico Thomas Lowry. Esta teora establece que los cidos son sustancias capaces de ceder protones (iones hidrgeno H+) y las bases sustancias capaces de aceptarlos. An se contempla la presencia de hidrgeno en el cido, pero ya no se necesita un medio acuoso: el amonaco lquido, que acta como una base en una disolucin acuosa, se comporta como un cido en ausencia de agua cediendo un protn a una base y dando lugar al anin (ion negativo) amida: NH3 + base NH2- + base + H+

El concepto de cido y base de Brnsted y Lowry ayuda a entender por qu un cido fuerte desplaza a otro dbil de sus compuestos (al igual que sucede entre una base fuerte y otra dbil). Las reacciones cido-base se contemplan como una competicin por los protones. En forma de ecuacin qumica, la siguiente reaccin de Acido (1) con Base (2) cido (1) + Base (2) cido (2) + Base (1)

se produce al transferir un protn el cido (1) a la Base (2). Al perder el protn, el cido (1) se convierte en su base conjugada, Base (1). Al ganar el protn, la Base (2) se convierte en su cido conjugado, cido (2). La ecuacin descrita constituye un equilibrio que puede desplazarse a derecha o izquierda. La reaccin efectiva tendr lugar en la direccin en la que se produzca el par cido-base ms dbil. Por ejemplo, HCl es un cido fuerte en agua porque transfiere fcilmente un protn al agua formando un ion hidronio: HCl + H2O H3O+ + Cl-

En este caso el equilibrio se desplaza hacia la derecha al ser la base conjugada de HCl, Cl-, una base dbil, y H3O+, el cido conjugado de H2O, un cido dbil. Al contrario, el fluoruro de hidrgeno, HF, es un cido dbil en agua y no transfiere con facilidad un protn al agua: HF + H2O H3O+ + F-

Este equilibrio tiende a desplazarse a la izquierda pues H2O es una base ms dbil que F- y HF es un cido ms dbil (en agua) que H3O+. La teora de Brnsted y Lowry tambin explica que el agua pueda mostrar propiedades anfteras, esto es, que puede reaccionar tanto con cidos como con bases. De este modo, el agua acta como base en presencia de un cido ms fuerte que ella (como HCl) o, lo que es lo mismo, de un cido con mayor tendencia a disociarse que el agua: HCl + H2O H3O+ + ClEl agua tambin acta como cido en presencia de una base ms fuerte que ella (como el amonaco): NH3 + H2O NH4+ + OH-

4 MEDIDA DE LA FUERZA DE CIDOS O BASES La fuerza de un cido se puede medir por su grado de disociacin al transferir un protn al agua, produciendo el ion hidronio, H3O+. De igual modo, la fuerza de una base vendr dada por su grado de aceptacin de un protn del agua. Puede establecerse una escala apropiada de cido-base segn la cantidad de H3O+ formada en disoluciones acuosas de cidos, o

de la cantidad de OH- en disoluciones acuosas de bases. En el primer caso tendremos una escala pH, y en el segundo una escala pOH. El valor de pH es igual al logaritmo negativo de la concentracin de ion hidronio y el de pOH al de la concentracin de ion hidroxilo en una disolucin acuosa: pH = -log [H3O+] pOH = -log [OH-] El agua pura tiene un pH de 7,0; al aadirle cido, la concentracin de ion hidronio, [H3O+] aumenta respecto a la del agua pura, y el pH baja de 7,0 segn la fuerza del cido. El pOH del agua pura tambin es de 7,0, y, en presencia de una base cae por debajo de 7,0. El qumico estadounidense Gilbert N. Lewis expuso una nueva teora de los cidos y bases en la que no se requera la presencia de hidrgeno en el cido. En ella se establece que los cidos son receptores de uno o varios pares de electrones y las bases son donantes de uno o varios pares de electrones. Esta teora tambin tiene la ventaja de que es vlida con disolventes distintos del agua y no se requiere la formacin de una sal o de pares cido-base conjugados. Segn esto, el amonaco se comporta como una base, pues es capaz de ceder un par de electrones al trifluoruro de boro para formar un par cido-base: H3N: + BF3 H3N-BF3

Definicion de pHEl pH es un trmino que indica la concentracin de iones hidrgeno en una disolucin. Se trata de una medida de la acidez de la disolucin. El trmino (del francs pouvoir hydrogne, 'poder del hidrgeno') se define como el logaritmo de la concentracin de iones hidrgeno, H+, cambiado de signo: pH = -log [H+] donde [H+] es la concentracin de iones hidrgeno en moles por litro. Debido a que los iones H+ se asocian con las molculas de agua para formar iones hidronio, H3O+, el pH tambin se expresa a menudo en trminos de concentracin de iones hidronio.

En agua pura a 25 C de temperatura, existen cantidades iguales de iones H3O+ y de iones hidrxido (OH-); la concentracin de cada uno es 10-7 moles/litro. Por lo tanto, el pH del agua pura es -log (10-7), que equivale a 7. Sin embargo, al aadirle un cido al agua, se forma un exceso de iones H3O+; en consecuencia, su concentracin puede variar entre 10-6 y 10-1 moles/litro, dependiendo de la fuerza y de la cantidad de cido. As, las disoluciones cidas tienen un pH que vara desde 6 (cido dbil) hasta 1 (cido fuerte). En cambio, una disolucin bsica tiene una concentracin baja de iones H3O+ y un exceso de iones OH-, y el pH vara desde 8 (base dbil) hasta 14 (base fuerte). El pH de una disolucin puede medirse mediante una valoracin, que consiste en la neutralizacin del cido (o base) con una cantidad determinada de base (o cido) de concentracin conocida, en presencia de un indicador (un compuesto cuyo color vara con el pH). Tambin se puede determinar midiendo el potencial elctrico que se origina en ciertos electrodos especiales sumergidos en la disolucin.

pHmetro El pHmetro es un instrumento empleado para medir el pH de una disolucin. Aunque el diseo y la sensibilidad de los pHmetros es variable, sus componentes

esenciales son un electrodo de vidrio, un electrodo de referencia y un voltmetro calibrado para poder leer directamente en unidades de pH. El electrodo de vidrio se basa en una propiedad singular de una fina membrana de un vidrio especial, que hace que se establezca un potencial a travs de la membrana cuando ambos lados de la misma se hallan en contacto con disoluciones en las que las concentraciones de iones hidrgeno son diferentes. Durante su utilizacin, todo el electrodo se sumerge en la disolucin de pH desconocido y as la membrana se halla en contacto con dos disoluciones, una de pH conocido y otra desconocido. Como electrodo de referencia se emplea, generalmente, un electrodo de calomelanos que, junto con el electrodo de vidrio, constituye una clula electroqumica representada por: Ag|AgCl,HCl(0,1M)|membrana de vidrio||Hg2Cl2,KCl|Hg

disolucin de pH desconocido La disposicin es tal que la diferencia de potencial medida por el voltmetro se debe solamente a la diferencia de las concentraciones de ion hidrgeno en las dos disoluciones. Indicadores de pH

Nombre Fenolftalena C20H14O4 Azul de bromofenol C19H10Br4O5S Naranja de metilo Rojo de metilo Azul de bromotimol Tornasol Amarillo de alizarina Amarillo de metilo C14H15N3 Azul de timol

Intrvalo de pH 8.0 9.8 3.0 4.6 3.1 4.4 4.2 6.2 6.0 7.6 5.8 8.0 10.1 12.0 2.9 4.0 8.0 9.2

Color cido Incoloro Amarillo Rojo Rojo Amarillo Rojo Amarillo Rojo Amarillo

Color Bsico Magenta Prpura Amarillo Amarillo Azul Azul Violeta Amarillo Azul

C27H30O5S Azul de bromofenol sdico C19H9Br4O5SNa Azul de hidroxinaftol C20H14N2O11S3 Azul de oracet B C20H14N2O2

3.0 4.6

Amarillo

Azul

12 13 Soluciones en medio no acuosas 1.2 2.8

Rosado Rosado Rojo Azul Naranja

Azul profundo Azul Amarillo Rosado Verde

Azul de timol C27H30O5S Azul nilo 9.0 13.0 clorhidrato C20H20ClN3O p- Naftolbencena 8.8 10.0

Indicador universalEl indicador universal es una mezcla de indicadores que permite determinar el pH de una disolucin. En la imagen se muestra la escala de color para este indicador, con el pH correspondiente.

Indicador Indicador, en qumica, sustancia natural o sinttica que cambia de color en respuesta a la naturaleza de su medio qumico. Los indicadores se utilizan para obtener informacin sobre el grado de acidez o pH de una sustancia, o sobre el estado de una reaccin qumica en una disolucin que se est valorando o analizando. Uno de los indicadores ms antiguos es el tornasol, un tinte vegetal que adquiere color rojo en las disoluciones cidas y azul en las bsicas. Otros indicadores son la alizarina, el rojo de metilo y la fenolftalena; cada uno de ellos es til en un intervalo particular de acidez o para un cierto tipo de reaccin qumica.

1.3ITEM 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 ITEM 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Materiales y reactivos utilizadosMATERIAL Bureta Matraz erlenmeyer Soporte universal con pinza Gradilla Tubo de ensayo Vaso de precipitado Vaso de precipitado Phmetro Cepillo Pizeta REACTIVO Sol. Estndar HCl Sol. Valorada Na OH Sol. Diluida NH3 Solucin diluida CH3COOH Fenolftalena Naranja de metilo Rojo de metilo Papel pH universal Agua destilada CARACTERSTICAS 50 ml 100 ml Metlico 10 ml 100 ml 250 ml Electrnico CARACTERISTICA 0.1 N 0.1 N CANTIDAD 1 1 1 1 10 1 1 1 1 1 CANTIDAD 100 m 100 ml 5 ml 5 ml 1 gota 1 gota 1 gota

1.4

Clculos y grficos

pH DETERMINADO CON PAPEL INDICADOR

SOLUCION Acido actico Agua Hidrxido de sodio Amoniaco Acido clorhdrico

pH 6.5 7 14 9.5 1.5

pH DETERMINADO CON INDICADORES UNIVERSALES

SOLUCION Acido Acetico Acido Clorhidrico Amoniaco Hidroxido Sodio Agua

NARANJA DE METILO ACIDO BASICO

COLOR FENOLFTALEINA ACIDO BASICO

ROJO DE METILO ACIDO BASICO

DETERMINACIN DEL PH EN SOLUCIONES

SUSTANCIA Agua de grifo Agua destilada cido clorhdrico HCl NaOH CH3COOH NH4OH

pH NARANJA DE METILO FENOLFTALEINA 9.54 Naranja Incoloro 8.51 Naranja Incoloro 1.91 Rosado Incoloro 13.94 Naranja Magenta 1.87 Rosado fuerte Incoloro 13.35 Naranja Magenta

CURVAS DE NEUTRALIZACIN

VOL ml 0 5 8 10 12,3 12,5 12,7 13 15 20 25

pH EXP 12,74 12,68 12,61 12,55 12,4 12,39 12,37 12,3 11,84 1,6 1,4

Curva de neutralizacin13.4 13.2 13 12.8 12.6 12.4 12.2 0 2 4 6 8 10 12 14 ph exp Series2

1.5

Conclusiones o Considero que la prctica fue muy interesante y que en ella aprend la importancia de la medida del pH de distintas sustancias, as como distintos mtodos para obtener este valor, desde conocer si una sustancia es cida o bsica hasta conocer con una mayor precisin el pH de una sustancia. o En el desarrollo de la prctica conoc el manejo y la importancia del uso del pHmetro, un instrumento que nos ayuda a determinar el pH de una determinada sustancia con un alto nivel de confiabilidad, adems que gracias a este instrumento podemos saber cun cida o bsica es una sustancia o soluciones, el valor del pH de la misma con una exactitud de dos decimales, y que, a diferencia de otro indicadores de pH, presenta el valor real del mismo. o En esta prctica el empleo de los indicadores orgnicos como la fenolftalena, el naranja de metilo o el rojo de metilo fue esencial para conocer la naturaleza cida o bsica de las soluciones con las que trabajamos en el laboratorio, puesto que estos indicadores nos ayudaron a conocer en un principio cuales de estas soluciones eran bsicas o cidas, asimismo, el empleo de distintos indicadores puede ayudarnos a conocer un determinado intervalo de pH en el que se halla la sustancia o la solucin. o En el proceso de la neutralizacin de una sustancia a travs de la titulacin de una sustancia bsica con un cido, considero que la diferencia en el clculo del pH terico y el pH experimental fue muy elevada, tal vez este se vea afectado por el valor de las concentraciones obtenidas en el anterior experimento, mismas que fueron mezcladas, tal vez el valor de la nueva concentracin obtenida despus de la combinacin de estas soluciones, o algn otro tipo de factores que pudieron haber influido en la concentracin del producto obtenido para poder obtener el margen de error que se present en el clculo del volumen empleado para la neutralizacin del NaOH. o Considero que sera interesante realizar este tipo de experimento con mayor frecuencia, para poder tener una mayor destreza en el clculo del pH mediante el pHmetro y con indicadores orgnicos, debido a la importancia del clculo de pH en la industria y en aspectos medioambientales.

1.6

Bibliografa Qumica General Principios de Qumica General Qumica Analtica Cualitativa Qumica Analtica Cuantitativa Qumica Principios de Qumica

LONGO, FREDERICK. BRESCIA ARENTS. VOGEL, ARTHUR. VOGEL, ARTHUR. BROWN LEMAY BURSTEIN. SONESA, ANDER.