Constante de Disociación acida de un tinte PDF

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Reporte de Laboratorio de la constante de disociación ácida del tinte de rojo de metilo. ...

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UNIVERSIDAD DE PUERTO RICO RECINTO UNIVERSITARIO DE MAYAGÜEZ DEPARTAMENTO DE QUÍMICA QUIM 4101 - LABORATORIO DE QUÍMICA FÍSICA I Reporte de Laboratorio #1 DETERMINACIÓN DE LA CONSTANTE DE DISOCIACIÓN ÁCIDA DE UN TINTE PROFESOR: ASTRID J. CRUZ POL

NOMBRES:

FECHA DE ENTREGA: 6 DE MARZO DE 2019

1. Datos Experimentales Largos de onda óptimos: 1 = 519.5 nm 2 = 432.0 nm Concentración (Solución Stock) = 2 [mg/mL] y Solución Standard= 1 [M] Soluciones Ácidas

Aλ1

Aλ2

1

1.473

0.147

2

0.737

0.066

3

0.362

0.030

4

0.183

0.021

Soluciones Básicas

Aλ1

Aλ2

1

0.054

0.537

2

0.026

0.251

3

0.009

0.110

4

0.000

0.041

Soluciones Amortiguadoras

Aλ1

Aλ2

pH

1

0.249

0.506

5.04

2

0.316

0.464

5.84

3

0.503

0.386

4.48

4

0.807

0.278

4.03

5

1.041

0.216

3.67

2

2. Grafique Absorbancia versus concentración molar para las soluciones ácidas y básicas a los dos largos de onda óptimos (un total de cuatro gráficas). Reporte los siguientes valores y entregue las gráficas: (i) aHA, 1 = 14.769 (ii) aHA, 2 =

1.4776

(iii) a A − , = 0.6129 1

(iv) a A

−

, 2

= 5.6758

Tablas: Concentración [M] Soluciones Ácidas 0.1 0.05 0.025 0.0125

# 1 2 3 4

Soluciones Alcalinas 0.1 0.05 0.025 0.0125

Gráficas: Concentración Vs. Aλ1 de Soluciones Ácidas de Rojo de Metilo 1.6 1.4

Concentración (M)

1.2

y = 14.769x - 0.0036 R² = 1

1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

Absorbancia

0.06

0.07

0.08

0.09

0.1

3

Concentración Vs. Aλ2 de Soluciones Ácidas de Rojo de Metilo 0.16

Concentración (M)

0.14

y = 1.4776x - 0.0033 R² = 0.9924

0.12 0.1 0.08 0.06 0.04 0.02 0 0

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0.07

0.08

0.09

0.1

0.09

0.1

Absorbancia

Concentración Vs. Aλ1 de Soluciones Alcalinas de Rojo de Metilo

Concentración (M)

0.06 0.05

y = 0.6129x - 0.0065 R² = 0.9968

0.04 0.03 0.02 0.01 0 0

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0.07

0.08

Absorbancia

Concentración Vs. Aλ2 de Soluciones Alcalinas de Rojo de Metilo 0.6

Concentración (M)

0.5 y = 5.6758x - 0.0313 R² = 1

0.4 0.3 0.2 0.1 0 0

0.02

0.04

0.06

Absorbancia

0.08

0.1

0.12

4

3- Complete la siguiente tabla con los resultados obtenidos para las soluciones amortiguadoras: Solución

pH

[HA] (M)

[A-] (M)

pKa

Ka

1

5.04

0.013303705

0.085687030

4.231057516

5.87412E-05

2

4.84

0.018200221

0.077012466

4.213515625

6.11624E-05

3

4.48

0.031576694

0.059787568

4.202755779

6.26966E-05

4

4.03

0.053183431

0.035134459

4.210043079

6.16534E-05

5

3.67

0.069658739

0.019921817

4.21364667

6.11439E-05

pKa promedio = 4.2142 Ka promedio = 6.1066 x 10-5

pKa literatura = 5 Ka literatura = 1.05 x 10-5

% error = -15.72% % error = -4.82 x 102 %

4. Para las soluciones amortiguadoras grafique pH versus log [A-]/[HA] y obtenga el pKa a partir del intercepto. Incluya la gráfica con el reporte. pKa = 4.2125 Ka = 6.1306 x 10-5

% error = -15.75% % error = 483.87%

Gráfica: pH vs. log[A-/HA] de Soluciones Amortiguadoras de Rojo de Metilo 6 y = 1.0088x + 4.2125 R² = 0.9997 5 4

pH

3 2 1 0

-0.7

-0.5

-0.3

-0.1

0.1

log[A-/HA]

0.3

0.5

0.7

5

5. Discusión breve de los resultados. Incluya ejemplos de todos los cálculos. Al analizar los datos se puede observar que los largos de ondas óptimos fueron λ1=520 nm y λ2: 432 nm que son específicamente absorbidos por la solución ácida y básica respectivamente. Es notable que por razones ópticas la luz que absorbe la muestra es la luz que no se presenta. En el caso de λ1 la luz que se absorbe es de color azul-verde sin embargo la muestra es roja pues se encuentra en medio ácido. Sin embargo, el color amarillo es visible cuando está en medio alcalino al absorber λ2 correspondiente a la luz violeta. Una observación fundamental es que a medida que la concentración disminuye la absorbancia en ambos largos de onda disminuye, esto es debido a que ambas especies HA y A- están presentes en la muestra debido a la ecuación de equilibrio. Se obtuvo un pKa experimental de 4.2125 con un porcentaje de error de 15.76% comparado con el valor de la literatura que es de 5 y con un 0.040% de diferencia (comparado con el valor obtenido usando la ecuación de Henderson-Hasselbach). Por otra parte, se obtuvo un Ka de 6.10 x 10 -5 experimentalmente y un valor de 6.13 x 10 -5 obtenido según la gráfica (regresión lineal). También se obtuvo un porcentaje de error de 482% y 484% comparando el valor experimental con el valor teórico. Esta diferencia en los Ka se debe a la propagación de error. Las posibles fuentes de error pueden ser: error al medir, mala calibración del espectrofotómetro, incluso que se haya usado la celda incorrecta, que se haya colocado mal entre otras.

Ejemplos de Cálculos: A.Concentraciones de soluciones ácidas y básicas a. Soluciones ácidas: 1. 𝑀𝑑 = 2. 𝑀𝑑 = 3. 𝑀𝑑 = 4. 𝑀𝑑 =

𝑀𝑐𝑉𝑐

𝑉𝑑 𝑀𝑐𝑉𝑐

𝑉𝑑 𝑀𝑐𝑉𝑐

𝑉𝑑 𝑀𝑐𝑉𝑐 𝑉𝑑

= = = =

1 [𝑀]∗10 [𝑚𝐿 ]

= 𝟎. 𝟏 [𝑴]

100 [𝑚𝐿] 0.1 [𝑀]∗50 [𝑚𝐿 ]

100 [𝑚𝐿] 0.05 [𝑀]∗50 [𝑚𝐿 ]

= 𝟎. 𝟎𝟓 [𝑴]

100 [𝑚𝐿] 0.025[𝑀]∗50 [𝑚𝐿 ] 100 [𝑚𝐿]

= 𝟎. 𝟎𝟐𝟓 [𝑴] = 𝟎. 𝟎𝟏𝟐𝟓 [𝑴]

b. Soluciones básicas: 1. 𝑀𝑑 = 2. 𝑀𝑑 = 3. 𝑀𝑑 = 4. 𝑀𝑑 =

𝑀𝑐𝑉𝑐

𝑉𝑑 𝑀𝑐𝑉𝑐

𝑉𝑑 𝑀𝑐𝑉𝑐

𝑉𝑑 𝑀𝑐𝑉𝑐 𝑉𝑑

= = = =

1 [𝑀]∗10 [𝑚𝐿 ]

= 𝟎. 𝟏 [𝑴]

100 [𝑚𝐿] 0.1 [𝑀]∗50 [𝑚𝐿 ]

100 [𝑚𝐿] 0.05[𝑀]∗50 [𝑚𝐿 ]

= 𝟎. 𝟎𝟓 [𝑴] = 𝟎. 𝟎𝟐𝟓 [𝑴]

100 [𝑚𝐿] 0.025 [𝑀]∗50 [𝑚𝐿 ] 100 [𝑚𝐿]

= 𝟎. 𝟎𝟏𝟐𝟓 [𝑴]

B. Concentraciones de [HA] y [A-] de las soluciones amortiguadoras: Si suponemos que (x) es [HA] y (y) es [A-] obtenemos un sistema de ecuaciones de 2 incógnitas. 0.249 = 14.769𝑥 + 0.6129𝑦 1. Sistema de ecuaciones: { 0.506 = 1.4776𝑥 + 5.6758𝑦

6

Solución: [HA]= 0.01330370501 M [A-]= 0.08568703011 M 0.316 = 14.769𝑥 + 0.6129𝑦 0.464 = 1.4776𝑥 + 5.6758𝑦 Solución: [HA]= 0.01820022071 M [A-]= 0.07701246589 M

2. Sistema de ecuaciones: {

0.503 = 14.769𝑥 + 0.6129𝑦 0.386 = 1.4776𝑥 + 5.6758𝑦 Solución: [HA]= 0.03157669441 M [A-]= 0.05978756763 M

3. Sistema de ecuaciones: {

4. Sistema de ecuaciones: {

0.807 = 14.769𝑥 + 0.6129𝑦 0.278 = 1.4776𝑥 + 5.6758𝑦

Solución: [HA]= 0.05318343084 M [A-]= 0.03513445904 M 5. Sistema de ecuaciones: {

1.041 = 14.769𝑥 + 0.6129𝑦 0.216 = 1.4776𝑥 + 5.6758𝑦

Solución: [HA]= 0.06781061925 M [A-]= 0.02040294390 M C. Determinación del pKa a partir de la ecuación de Henderson-Hasselbach: [𝑨−]

Ecuación de Henderson-Hasselbach: 𝒑𝑯 = 𝒑𝑲𝒂 + 𝒍𝒐𝒈 [𝑯𝑨] [𝐴−]

0.085687𝑀

[𝐴−]

0.077012𝑀

[𝐴−]

0.059788𝑀

[𝐴−]

0.035134𝑀

[𝐴−]

0.020403𝑀

1. 𝑝𝐾𝑎 = 𝑝𝐻 − 𝑙𝑜𝑔 [𝐻𝐴] = 5.04 − 𝑙𝑜𝑔 ( 0.013304𝑀) = 𝟒. 𝟐𝟑𝟏𝟎𝟔

2. 𝑝𝐾𝑎 = 𝑝𝐻 − 𝑙𝑜𝑔 [𝐻𝐴] = 4.84 − 𝑙𝑜𝑔 ( 0.018200𝑀) = 𝟒. 𝟐𝟏𝟑𝟓𝟐

3. 𝑝𝐾𝑎 = 𝑝𝐻 − 𝑙𝑜𝑔 [𝐻𝐴] = 4.48 − 𝑙𝑜𝑔 ( 0.031577𝑀) = 𝟒. 𝟐𝟎𝟐𝟕𝟔

4. 𝑝𝐾𝑎 = 𝑝𝐻 − 𝑙𝑜𝑔 [𝐻𝐴] = 4.03 − 𝑙𝑜𝑔 ( 0.053183𝑀) = 𝟒. 𝟐𝟏𝟎𝟎𝟒

5. 𝑝𝐾𝑎 = 𝑝𝐻 − 𝑙𝑜𝑔 [𝐻𝐴] = 3.67 − 𝑙𝑜𝑔 ( 0.067811𝑀) = 𝟒. 𝟐𝟏𝟑𝟔𝟓 𝟒.𝟐𝟑𝟏𝟎𝟔+𝟒.𝟐𝟏𝟑𝟓𝟐+𝟒.𝟐𝟎𝟐𝟕𝟔+𝟒.𝟐𝟏𝟎𝟎𝟒+𝟒.𝟐𝟏𝟑𝟔𝟓  𝒑𝑲𝒂 = = 𝟒. 𝟐𝟏𝟒𝟐

D. Determinación del K a: 1. Ka=10-pKa = 5.8741 x 10-5 2. Ka=10-pKa = 6.1162 x 10-5 3. Ka=10-pKa = 6.2697 x 10-5 4. Ka=10-pKa = 6.1653 x 10-5 5. Ka=10-pKa = 6.1144 x 10-5

𝟓

7 ( )  𝑲𝒂= 𝟓.𝟖𝟕𝟒𝟏+𝟔.𝟏𝟏𝟔𝟐+𝟔.𝟐𝟔𝟗𝟕+𝟔.𝟏𝟔𝟓𝟑+𝟔.𝟏𝟏𝟒𝟒 𝒙𝟏𝟎 = 𝟔. 𝟏𝟎𝟔𝟔 𝒙 𝟏𝟎−𝟓 𝟓 D. Porcentajes de error: −𝟓

1. pKa experimental vs pKa teórico: 4.214204 −5 a. %𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 𝑝𝐾𝑎 = ∗ 100 = −𝟏𝟓. 𝟕𝟐% 5

2. pKa gráfico vs pKa teórico: a. %𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 𝑝𝐾𝑎 =

4.2125 −5 5

∗ 100 = −𝟏𝟓. 𝟕𝟓%

3. pKa gráfico vs pKa experimental: |4.2125−4.2142| a. %𝑑𝑖𝑓𝑒𝑟𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑝𝐾𝑎 = 4.2125+4.2142 ∗ 100 = 𝟎. 𝟎𝟒𝟎𝟑𝟓% 2

4. Ka experimental vs Ka teórico:

6.1066 𝑥 10−5−1.05 𝑥 10−5

∗ 100 = 𝟒𝟖𝟏. 𝟓𝟖%

6.1306𝑥 10−5 −1.05 𝑥 10−5

∗ 100 = 𝟒𝟖𝟑. 𝟖𝟕%

a. %𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 𝐾𝑎 = 1.05 𝑥 10−5 5. Ka gráfico vs Ka teórico: a. %𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 𝐾𝑎 =

1.05 𝑥 10−5

6. Ka grafico vs. Ka experimental: a. %𝑑𝑖𝑓𝑒𝑟𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝐾𝑎 =

|6.1066 𝑥 10−5 −6.1306 𝑥 10−5 | 6.1066 𝑥 10−5 +6.1306 𝑥 10−5 2

∗ 100 = 𝟎. 𝟑𝟗𝟐𝟐%

Referencias: The acid dissociation constant of methyl red. A spectrophotometric measurement Stephen W. Tobey Journal of Chemical Education 1958 35 (10), 514 DOI: 10.1021/ed035p514 METHYL RED AS AN ADSORPTION INDICATOR George Batchelder and Villiers W. Meloche Journal of the American Chemical Society 1932 54 (4), 1319-1323 DOI: 10.1021/ja01343a007 ACID—BASE EQUILIBRIA OF METHYL RED Richard W. Ramette, Edward A. Dratz, and Preston W. Kelly The Journal of Physical Chemistry 1962 66 (3), 527-532 DOI: 10.1021/j100809a039...