Definitivo de soluciones buffer PDF

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PREPARACION DE SOLUCIONES REGULADORASAnderson Rubio Cleves (1831576); Stephany Alzate Cifuentes (1735042).Universidad del Valle, Facultad de Ciencias Naturales yExactasDepartamento de QuímicaFecha de entrega: 19 de febrero del 2020.Resumen: Las soluciones reguladoras tiene la capacidad de disminuir ...

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PREPARACION DE SOLUCIONES REGULADORAS Anderson Rubio Cleves (1831576); Stephany Alzate Cifuentes (1735042).

Universidad del Valle, Facultad de Ciencias Naturales y Exactas Departamento de Química Fecha de entrega: 19 de febrero del 2020. Resumen: Las soluciones reguladoras tiene la capacidad de disminuir el cambio del pH al agregar cantidades pequeñas de ácidos o bases fuertes ya que son la una mezcla de un ácido débil con su base conjugada; esto implica que cada solución reguladora tiene una capacidad reguladora que marca la fortaleza de dicha solución. Para esta práctica la primera solución preparada fue de Na3PO4yNa2HPO4con un pH de 11.98±0.09 y una capacidad reguladora de 0.15±0.09, y la segunda fue una solución de H3PO4yNaH2PO4conunpHde2. 4597±y β=0. 025± Palabras claves: Soluciones reguladoras, fosfatos, acido, base conjugada.

Datos

Tabla 3: datos hallados con los cálculos y sus respectivos valores de propagación del error

Tabla 1: preparación de solución reguladora de

Na O4yNa2HPO4 3P

Numero de moles

Sol uci ónr egul ador adeNa3PO4 y Na O4 2HP Pes oNa3PO4( ±0. 0001g)

1. 9357

Pes oNa2HPO4( ±0. 0001g)

4. 2076

pHbás i coi ni ci al

11. 80

pHbási c ofinal ( sol uc i ón r egul ador a+1mLNaOH0. 01M) 12. 03 pHH2Ofinal

11. 5

Tabla 2: Solución reguladora de H3PO4yNa H2PO4

Sol uci ónr egul ador adeH3PO4 y NaH2PO4 Dat ospar al aobt enci óndel as sol uci onesquedar ánor i genal as s ol uci onesr egul ador as Vol umenH3PO4 (±0. 01mL) 7 PesoNaH2PO4( ±0. 0001g) 0. 3208 Dat ospar al apr epar aci óndesol uci ones r egul ador as Vol umenNaH2PO4 ( ±1mL) 41 Vol umenH3PO4 (±0. 01mL)

9

Medi ci óndepH pHáci doi ni ci al pHáci dofinal( Sol uci on r egul ador a+1mLHCl 0. 01M) pHH2O I ni ci al pHH2O final

5.0948x103 ±0.0001 Solución reguladora Moles de Na3PO4 de Na3PO4 0.0118±0.000 y Na2HPO4 1 Moles de

4. 05

pH teórico

0.15±0.09

11.975±0.000 9

0.025±

2.4597±

Na2HPO4

9,34x10±0.03x10-4 moles H3PO4 1.91x103 ±0,05x10-3 moles NaH2PO4 4

Solución reguladora de H3PO4 y NaH2PO4

Cálculos La ecuación con la que se rigen las soluciones reguladoras es la ecuación de Henderson- Hasselbach la cual se presentara a continuación.

2. 50 2. 48 6. 83

Capacidad reguladora (β)

[¿

¿

−¿¿ A

[ HA ] ] Ec . 1

¿ pH = pKa+ log ¿

[A-] es la concentración de la base o base conjugada [HA] es la concentración del ácido o acido conjugado Para el caso de la primera solución reguladora de Na3PO4 y Na2HPO4 la Ec 1 tendría la forma.

Para el cálculo del pH se utiliza el número de moles de cada compuesto ya que el volumen es irrelevante al ser igual para ambas soluciones. Utilizando la ecuación 2 se realizará dicha medida teórica.

3−¿ PO 4¿ ¿ 2−¿ ¿ HPO 4 [ ¿¿ ] Ec. 2 ¿ ¿ pH = pKa+log ¿

pH=12.34 + log

Con el fin de comprobar los resultados de las tablas 1 y 2 a continuación se muestran las relaciones estequiometrias y los cálculos correspondientes a los pH con sus respectivas incertidumbres las cuales se hallan con las siguientes formulas.

S A=

√(

Sa a

) +( b ) × A 2

Sb

Ec. 3

log10 (x ± S x )=log10 x ±0,434 × S x ×

1.9357 g N a 3 P O 4 .12 H 2 O ×

1 mol N a3 P 379,94 g N a3

S moles N a P O =0.0001moles N a3 P O4 4

O4 Moles de Na 2HP

4.2076 g N a2 HP O 4 .12 H 2 O ×

1 mol N a2 357.96 g N

S moles N a HP O =0.0001moles N a2 HP O 4 4

)

5.0948 x 10−3 moles N a3 PO 4 =11,975 0,0118 moles N a2 HP O 4

Par ahal l arl apr opagaci óndel er r orde di chopHpr i mer osebuscar ál a pr opagaci óndel er r orl aex pr esi óndent r o del l ogar i t moconl aecuaci ón3.

Sx =

√(

)(

)

2 0.0001 0.0001 2 + ×0,4317=9.2307 x 1 0 0.0118 5.0948 x 10−3

0,434 × 9.2307 x 1 0−3 ×

1 =0.0093 0.4317

Des puésdemedi rdi chopHs eagr egó1 mLdeNaOH0. 01M par amedi rl a capaci dadr egul ador adel as ol uci ón.

1 mL sln NaOH ×

0,01 mol NaOH =1 x 10−5 moles de N 1000 mL sln NaOH

S moles deNaOH =0.001 moles de NaOH

1 x

Moles de Na O4 3P

2

(

2

Donde a y b son variables que se refieren a los valores medidos y que por tanto tienen una incertidumbre aplicada. La propagación del error para los logaritmos es diferente y es la siguiente.

3

Como la incertidumbre de ambos valores solo está variando por el peso medido en balanza analítica, la incertidumbre del número de moles es igual a la incertidumbre de la balanza.

Haci endol ar eacci ónes t asmol esv ana r eacci onarconal aci dopar af or marmás baseconj ugadadel asi gui ent emaner a.

3−¿ ¿ 3−¿=5,1 ±1.0 x 10−3 moles PO 4 ¿ 3−¿+1 x 10−5 moles P O 4 ¿ −3 3−¿=5.0948 x 10 moles PO 4 ¿ moles de P O 4 3−¿

moles P O 4

=0.0001 + 0.001=1,1 x 1 0−3 S¿

x=0.0103 moles de NaOH

2−¿ 2−¿=0.012 ± 0.001 moles HP O 4 ¿ ¿

2−¿ −1 x 10−5 moles HP O 4 2−¿=0.0118moles HPO 4 ¿ ¿ moles de HPO 4

β=

(

5.1048 x 10−3 moles N a3 P pH=12.34 + log 0,01179 moles N a2 HP

0.0103 moles de NaOH =0.15 ± 0.09 (1.365)×(0.05 L)

Par al asegundapar t esehar ánc ál cul os muysi mi l ar escomosev er ána cont i nuaci ón.

7 mL de sln H 3 P O 4 × Por ot r a par t e,con elfi n de compar ar r esul t ados y confir mar el buen f unci onami ent o del el ect r odo del pot enci ómet r o,s et omóunamuest r ade25 mLdeaguayseagr egól ami smac ant i dad debase.ComoelpH delaguaesneut r o, l osi onesOH-ser ánl osquec ont r ol enelpH y se cal cul an con l as si gui ent es ecuaci ones.

+¿ ¿ H ¿ pH=−log¿ −¿ ¿ OH ¿ pOH=−log ¿ pH+ pOH =14 Ec. 7 pOH=−log

[

]

1 x 10−5 moles de NaOH =3, 0.026 L sln

S pOH =0.004

SM H

3

P O4

S MNa H

2 P O 4 inicial

Numero de moles de NaOH o HCl (∆ pH )×(volumen buffer (L ))

Elnúmer odemol esdeNaOHsehal l adel a si gui ent emaner a. −3

13.34 =12.34 + log

5.0948 x 10 moles N a 0,0118 moles N a2 HP

10 ( 0,0118moles N a 2 HPO 4−x )=5.0948 x

√(

=

)

1 mol Na H 2 P O 4 . H 2 O × 137.98 g Na H 2 PO 4 . H 2 O

)(

)

0.0001 g 2 0.06 mL 2 + ×0.0465 M H 3 0.3208 g 50 mL

Lohal l adoenelpasoant er i oresl a concent r aci óndel asol uci óndeNaH2PO4 y H3PO4conl ascual esser eal i z ol asol uci ón buffer ,yconoci endol osmi l i l i t r osde3H PO4 yNaH2PO4queseut i l i z ar onpodemos conocerl acant i daddemol esex act asde cadacompuest opar ahal l arasíunpH t eór i co. Mol esdeH3PO4.

9 mL H 3 P O 4 ×

Elobj et i vodeest apr áct i cas ebasaenl a r eal i zaci óndesol uci onesamor t i guador asy enmedi rsucapaci dadr egul ador al ac ual s ehal l aconl asi gui ent eecuaci ón.

)(

0.01 mL 2 0.40 mL 2 × 0.103821 M H 3 + 7 mL 1000 mL

0,3208 g Na H 2 P O 4 . H 2 O ×

14 −3.41=10.585 ± 0.004

β=

√(

inicial =

85 g H 3 P O4 1.71 g sln H 3 P O 4 × 1mL sln H 3 P O 4 100 g sln H 3 P O

S moles H

3

PO4

0,1038 mol H 3 PO 4 =9.3439 x 1 0− 4 ± 0.03 1000 mL H 3 PO 4

=0.03 x 1 0−4 moles H 3 P O 4

Mol esdeNaH2PO4 Esaquídondet edi goquenosécuál ser í a l apr opagaci óndel er r orpor quesegúnl a ecuaci ón3ser í aunar aí z ,per oy osol o t engounamedi ci ónquemedal a i ncer t i dumbr eques er í al amedi ci óndel os 41mL.Ent oncessimul t i pl i co1porl a 5 const ant ede l amol ar i dadmeda4, 65x10 yeseser í amipr opagaci óndel er r or( 1es l ai ncer t i dumbr edeli nst r ument oconel que medi mos41mL) .Ysi apl i cal aec uaci ón3 conunasol av ar i abl emedael r esul t ado queest ásvi endoahí .Meavi sasquehago.

41 mL Na H 2 P O 4 ×

0.0465 mol Na H 2 P O 4 1000mL Na H 2 P O 4

−3 −¿ H 2 P O 4 =0.05 x 10 moles Na H 2 P O 4 S¿

pHt eór i co

pH=2.15 + log

(

1.9065 x 1 0−3 moles Na H 2 9.3439 x 1 0−4 moles H 3 P

Comoenel casoant er i or ,par aest ecaso t ambi énsecompr uebal acapaci dad r egul ador aañadi endo1mLdeHCl 0. 01M l oquer epr esent ar a1x10-5mol esdedi cho aci doquer eacci onar aconl abase conj ugadapar af or marmásaci do.

Conr espect oalaguaal acual seadi ci ono 1mLdeNaOHal0. 01M s ecompar óelpH t eór i coyex per i ment alyseobt uv oun por c ent aj edeer r ordel 8%. Mi ent r asqueal obser v arl ar el aci ónf osf at o di áci doyáci doní t r i copodemosverquel a r el aci ónesde2. 04: 1r espect i v ament e.La r el aci ónnosper mi t ev erqueunacant i dad de4. 86x10-4demol esdeH+,dej ar al a r el aci óndebaseyáci doenunapr opor ci ón de1: 1. Ycompar andoelpHt eór i coconel exper i ment alt uvi mosunpor c ent aj ede er r ordel 1. 6%,el cualpudodi f er i rpor t omarelcoefic i ent edeact i vi dadcomol a uni dadenl aecuaci óndeHender son.Al añadi r1mLdeHCl 0. 01M elpHt eór i cocon el exper i ment alt uv ounpor c ent aj edeer r or de1. 21%.

−5

−¿−1 x 10 moles H 2 P

9.3439 x 1 0−4 mole 1.9065 x 10−3 mole ¿=2.452801 pH =2.15 + l

Ypar al apr uebacon25mLdeaguael pH t eór i cocor r espondi ent eselsi gui ent e ut i l i zandol aecuaci ón2.

pH=−log

[

]

1 x 10−5 moles de HCl =3.4149 0.026 L sln

Di scusi óndeResul t ados Al obser v arl ar el aci óndel abase conj ugadaconel áci dodel asol uci ónbuffer def osf at oyf osf at omonoáci dopodemos v erquel ar el aci ónesde0. 43: 1 r espect i v ament e.Lar el aci ónnosper mi t e v erqueunacant i dadde3. 35x10-3mol esde OH-,dej ar al ar el aci óndebaseyáci doen unapr opor ci ónde1: 1. Compar andoel pHdel asol uci ón amor t i guador at eór i coconelexper i ment al t uvi mosunpor c ent aj edeer r ordel 1. 44%, el cualpudodi f er i rport omarelcoefici ent e deact i vi dadcomol auni dadenl aecuaci ón deHender son.Alañadi r1mLdeOH-al 0. 01M elpHdel as ol uci ónamor t i guador a t eór i coconel ex per i ment alt uv oun por c ent aj edeer r ordel 0. 416%.

Conr espect oalaguaal acual seadi ci ono 1mLdeHClal0. 01M s ecompar óel pH t eór i coyex per i ment alyseobt uv oun por c ent aj edeer r ordel 15%. Al obser v arel pHobt eni dopormedi odel as s ol uci onesbufferv emosquesedebet ener enc uent aelest udi osi st emát i codel equi l i br i opar aasít enerv al or est eór i cos muypr óxi mosal osexper i ment al es,cuando el pHesmuyal t oomuybaj ol af or maci ón dei onesOH-oi onesH+ t i enenquet ener se enc uent apar adet er mi narl aconcent r aci ón másapr oxi madadebaseconj ugaday áci doconj ugado. Concl usi ones 

Las ol uci ónpr epar adaconf osf at o di áci doyáci dof osf ór i cot ení an unar el aci ónde2. 04: 1l acualest á muycer cadeunar el aci ón1: 1por l ot ant oest asol uci ónser vi r ácomo s ol uci ónamor t i guador a,par aun pHde2. 15.



Las ol uci ónamor t i guador a necesi t ar í aunos4. 86mLdeHCl al 0. 1M par aest abl ecerl amáxi ma capaci dadr egul ador aenun pH=pKaelc ual es2. 15.



Las ol uci ónpr epar adaconf osf at oy f osf at omonoáci dot ení anuna r el aci ón0. 43: 1est ámuycer cade

unar el aci ón1: 1porl ot ant oest a s ol uci ónser vi r ácomos ol uci ón amor t i guador a,par aunpHde 12. 34. 

Las ol uci ónamor t i guador a necesi t ar í aunos6. 7mLdeNaOHal 0. 5M par aest abl ecerl amáxi ma capaci dadr egul ador aenun pH=pKaelc ual es12. 34.



Lospor cent aj esdeer r ordel os c ál cul ost eór i cosconl os exper i ment al esf uer onmuybaj os, port almot i v osepuedei nf er i rque al agr egareláci dool abasepar a pr epar arl ass ol uci onesas u máxi macapaci dadr egul ador a t endr emosunagr anex act i t uden l ospHesper ados.

Preguntas a) Cuáles son las posibles causas para que el pH medido de las soluciones Buffer preparadas, no correspondan al valor calculado. Razones por las que un cálculo puede ser erróneo. 1. Se pueden haber ignorado los coeficientes de actividad. 2. La temperatura puede que no sea correcta. 3. Las aproximaciones de que [HA] = FHA Y [A-] = FA- podrían ser falsas. 4. El pKa tabulado para el ácido en la tabla consultada probablemente no es lo que se mediría en el laboratorio propio. 5. A veces se puede cometer algún error de cálculo.1 b) ¿En qué condiciones es máxima la capacidad reguladora en una solución buffer? El tampón tiene su máxima capacidad para resistir a cambios de pH cuando pH = pKa. El rasgo más notable de la capacidad tampón es que alcanza un máximo cuando pH = pKa. Esto es, un tampón es más eficaz para oponerse a cambios de pH cuando

pH = pKa (es decir, cuando [HA] = [A-]· Al elegir un tampón para un trabajo experimental, se debe buscar un sistema que tenga un pK lo más próximo posible al pH deseado. El intervalo útil de pH de un tampón normalmente se considera pKa ± 1. Fuera de ese intervalo, no hay suficiente cantidad, ni de ácido débil ni de base débil, para reaccionar con la base y el ácido añadido. Desde luego, la capacidad tampón se puede aumentar aumentando la concentración del tampón.1 c) Si una solución reguladora se diluye con agua, ¿afectara esto el pH de dicha solución? ¿y la capacidad reguladora? Explique. El pH de una solución reguladora se mide en base a la ecuación de Henderson-Hasselbalch la cual puede ser expresada de la siguiente manera:

A−¿ moles de HA pH = pKa+log ¿

moles de

Como se puede observar no necesitamos conocer el volumen, no es relevante para conocer el pH de la solución buffer; si de esa misma solución se mide la capacidad reguladora no tendría que cambiar, solo tendría que a tardar un poco más en ver el mismo resultado ya que los moles de ácido y base conjugada tardaran en reaccionar con el ácido o base utilizado ya que están en un volumen mayor, se necesita ser agitada con mayor eficacia.1 d) Explique al menos dos formas de soluciones reguladoras que actúan en la naturaleza. ¿Cuál es el objetivo de cada una de ellas? La importancia de los tampones en todas las áreas de la ciencia es inmensa. Los bioquímicos están particularmente interesados en los

tampones, porque el funcionamiento adecuado de cualquier sistema biológico depende del pH. Por ejemplo, la ruptura de un enlace amida por la enzima quimotripsina aumenta de velocidad con un pH igual a 8 y disminuye hasta el doble si baja o sube en un digito el nivel de pH. Para que un organismo sobreviva, debe controlar el pH de todos los compartimientos subcelulares, de manera que todas las reacciones catalizadas por enzimas procedan a una velocidad adecuada.1

Referencias 1.Harris,D.C.(2013). Análisis quimico cuantitativo ed 3.Barcelona, España Editorial Reverté...