Evaluación Estadística DE Indicadores Ácido-BASE PDF

Preview

Summary

Download Evaluación Estadística DE Indicadores Ácido-BASE PDF

Description

EVALUACIÓN ESTADÍSTICA DE INDICADORES ÁCIDO-BASE Pérez M., Hernández J., González L. Grupo 2 Facultad de ciencias, Universidad de los Andes RESUMEN Los indicadores son sustancias que son usadas para determinar cuándo una reacción esta acida o básica, es decir cuando se da un cambio de pH. Su uso es muy amplio y común por lo que es importante determinar en qué medida uno es mal útil que otro. Durante este trabajo será nuestro objetivo comparar mediante análisis estadístico los diferentes resultados obtenido para los indicadores: naranja de metilo, la eritrosina, verde de bromocresol, el rojo de metilo y el azul de bromotimol. Con la ayuda de las pruebas F, t y Grubbs, finalmente llegaremos a la conclusión de que el rojo de metilo presenta un valor esperado y obtenido igual, lo cual indicaría que es más preciso. Teniendo estoy el T test llegamos a la conclusión que el rojo de metilo presenta una diferencia significativa con respecto a los demás indicadores, lo cual concuerda con su valor calculado para la molaridad de HCl, el cual fue el más cercano al valor teórico. INTRODUCCIÓN

En el estudio de la química es común el uso de indicadores que dejen en evidencia cuando una mezcla esta acida o básica para diferentes objetivos. Un indicador acido – base es una sustancia que tiende a disociarse fácilmente para generar iones, los cuales al entrar en equilibrio generar grados diferentes de protonación y por tanto se logra visualizar un color especifico que ayuda a determinar cuando la sustancia está en forma acadia o básica [1] entre los indicadores más comunes podemos encontrar el naranja de metilo, la eritrosina, verde de bromocresol, el rojo de metilo y el azul de bromotimol, donde su reacción general es la siguiente.

Hln (aq) + H2O (l)

H3O+ (aq) + ln+ (aq)

( reacción 1)

Reacción 1: Forma general de reacción de indicadores acido – base. Tomada de Guías practicas del laboratorio de fundamentos de análisis químico. La reacción 1 muestra el equilibrio de la reacción. Dejando en evidencia que, a valores bajos de pH, el equilibrio está a la izquierda y el color representativo será el de la especie acida. Por el

contrario, en valores alto de pH, el equilibrio ira a la derecha y el color será el de la especie básica [1].

Tabla 1: Cambios de color para diferentes indicadores acido base. Tomada de Guías practicas del laboratorio de fundamentos de análisis químico.

De la importancia de poder determinar adecuadamente y de forma rápido cuando una sustancia esta acida o básica, nace nuestro objetivo de poder realizar un análisis comparativo estadístico entre la eficiencia de cada uno de los indicadores antes mencionados. Para este fin, se hará reaccionar el Tris aminometano (tris) con el ácido clorhídrico (reacción 2) para determinar los diferentes cambios de color de los indicadores.

Para compararlos se realizarán pruebas F

(ecuación 1) para saber que pruebas t (ecuación 2) utilizar y esta última con el fin de hacer la comparación de datos, para determinar la eficiencia de alguno de los indicadores.

Reacción 2: Forma general del tris con ácido clorhídrico. Tomada de Guías practicas del laboratorio de fundamentos de análisis químico.

F= (s1)2 / (s2)2 Ecuación 1: Formula para test F.

Ecuación 2: Formula de t para varianzas iguales. Tomada de: Harris, D. Exploring chemical analysis (2012)

METODOLOGÍA Para poder realizar la reacción, el primero paso fue calcular la masa requerida de “tris” para que reaccionada con10 ml de HCl que estaba a 0.10 M. Posteriormente, se pesó dicha masa en un vidrio de reloj y se trasfirió a un Erlenmeyer con la ayuda de aproximadamente 10 ml de agua destilada. Antes de realizar el procedimiento, se purgo la bureta mediante tres fracciones cada una de 2 ml de HCl al 0.10 M y posteriormente fue cargada con el mismo compuesto. Luego, se tomó el Erlenmeyer que tenía el “tris” y se cargó con cuatro gotas de cada uno de los indicadores: naranja de metilo, rojo de metilo, Eritrosina, azul de bromotimol y verde de bromocresol.

Posteriormente se realizó una titulación y se anotó los volúmenes de HCL en los cuales se evidenciaba un cambio de color según la tabla 1, dicho procedimiento se realizó tres veces para tener varios datos a la hora de comparar. El montaje se evidencia en la figura 1.

Figura 1: Montaje experimental para Evaluación estadística de indicador acido-base. Finalmente se calculó la moralidad real del ácido clorhídrico (ecuación 3) para poder realizar el test de Grubbs (ecuación 4) para determinar qué datos serían los descartados. Aquellos que sean significativos se calculara desviación estándar, media y desviación estándar relativa. A

continuación, se hará prueba F (ecuación 1) para terminar que tipo de prueba T (ecuación 2) usar y así lograr nuestro objetivo. 2

Ecuación 3: Formula molaridad calculad

Ecuación 4: Formula test de Grubbs: Tomada de: Harris, D. Exploring chemical analysis (2012) RESULTADOS Y DISCUSIÓN Análisis estadísticos Con la realización de la prueba de Grubbs se esperaba eliminar valores anormales lejanos a los demás valores (outliers), sin embargo, luego de analizar cada dato registrado (Tabla 2) se encontró que los datos contaban con una distribución normal y no se encontró ningún outlier. Por lo tanto, todos los datos obtenidos fueron tenidos en cuenta para las demás pruebas estadísticas. Tabla 2. Datos registrados experimentalmente por cada indicador. Eritrosina Replica Masa pesada (g) Volumen HCl (ml) 1 0.121 10.8 2 0.120 12.1 3 0.121 11.1

Molaridad calculada 0.0924 0.0825 0.0899

Replica 1 2 3

Naranja de metilo Masa pesada (g) Volumen HCl (ml) 0.122 11.1 0.120 10.4 0.122 11.2

Molaridad calculada 0.0915 0.0952 0.0899

Replica 1 2

Azul de bromotimol Masa pesada (g) Volumen HCl (ml) 0.120 11.8 0.123 11.3

Molaridad calculada 0.0855 0.0871

3

0.124

11.4

0.0856

Replica 1 2 3

Rojo de metilo Masa pesada (g) Volumen HCl (ml) 0.120 9.2 0.121 10.1 0.120 10.8

Molaridad calculada 0.1097 0.0991 0.0934

Replica 1 2 3

Verde de bromocresol Masa pesada (g) Volumen HCl (ml) 0.121 10.8 0.122 11.1 0.120 11

Molaridad calculada 0.0926 0.0894 0.0917

Al no tener que eliminar ningún resultado teniendo en cuenta la prueba de Grubbs, se calculó la Molaridad promedio, la desviación estándar y la desviación estándar relativa con todos los valores obtenidos experimentalmente (Tabla 3). Tabla 3. Resultados obtenidos para la concentración molar de HCL por cada indicador. Indicador n M promedio Sx (M) Sx relativa % Eritrosina 3 0.088 0.0051 5.832 Naranja de Metilo 3 0.092 0.0027 2.948 Azul de bromotimol 3 0.086 0.0009 1.041 Rojo de metilo 3 0.100 0.0083 8.211 Verde de bromocresol 3 0.091 0.0017 1.808 Evaluación de la prueba F Al determinar las posibles diferencias entre los indicadores (Tabla 4) se estableció una conclusión clara sobre la relación de las varianzas para determinar que estadístico T se debería utilizar posteriormente aplicar la prueba de medias.

Tabla 4. Resultados prueba F para cada indicador Prueba F para Eritrosina Indicador F Calculada Naranja de metilo 1.89 Azul de bromotimol 5.67

F (95%) 19

Rojo de metilo Verde de bromocresol

0.61 3.00

Indicador Eritrosina Azul de bromotimol Rojo de metilo Verde de bromocresol

Prueba F para naranja de metilo F Calculada 0.53 3.00 0.33 1.59

Indicador Naranja de metilo Eritrosina Rojo de metilo Verde de bromocresol

Prueba F para azul de bromotimol F Calculada 0.33 0.18 0.11 0.53

Indicador Azul de bromotimol Naranja de metilo Eritrosina Verde de bromocresol

Prueba F para rojo de metilo F Calculada 9.22 3.07 1.63 4.88

Indicador Rojo de metilo Azul de bromotimol Naranja de metilo Eritrosina

Prueba F para verde de bromocresol F Calculada 0.20 1.89 0.63 0.33

F (95%) 19

F (95%) 19

F (95%) 19

F (95%) 19

Evaluación de la prueba T Gracias a la prueba F al evaluar las diferencias entre las combinaciones de indicadores fue posible corroborar uno de los principales supuestos de la prueba t: que las dos poblaciones a comparar posean varianzas iguales. Esto es correcto afirmarlo dado que en ningún caso la F calculada superó a la F tabla correspondiente a un nivel de confianza del 95% (Tabla 4). De igual forma, se logró evidenciar que solo existe una diferencia significativa (Rojo de metilo) entre las molaridades calculadas para cada indicador (Tabla 5), esto concuerda con las molaridades calculadas con este indicador, pues el promedio del valor calculado fue idéntico al valor teórico.

Tabla 5. Resultados prueba T para cada indicador. Indicador T calculada Eritrosina 0.14 Naranja de Metilo 1.03 Azul de bromotimol 1.82 Rojo de metilo 4 Verde de bromocresol 0.13

T (95%)

2.16

Error porcentual. Para concluir con la tanda de resultados, se calculó el error porcentual de forma tal que nos arroje una medida de exactitud por indicador (Tabla 6). Para esto se utilizó la siguiente fórmula: error (% )=

|v . teórico− v . calculado| v . teórico

Ecuación 5. Ecuación usada para calcular el error porcentual. Tabla 6. Error porcentual de cada indicador. Indicador Promedio M Eritrosina 0.088 Naranja de Metilo 0.092 Azul de bromotimol 0.086 Rojo de metilo 0.100 Verde de bromocresol 0.091

Error porcentual % 12 8 14 0 9

Al solo encontrar diferencias significativas en uno de los diferentes indicadores y al observar que algunos indicadores tienen un mejor desempeño (Tabla 6),no es posible afirmar que uno sea mejor que el otro, pues al tener un n=3, las pruebas estadísticas puede que no nos den la información de la mejor manera, pues es posible que las diferencias encontradas en los cálculos de la molaridad se deban a errores experimentales pero teniendo en cuenta lo expresado anteriormente es difícil atribuir las diferencias encontradas a un caso en particular, pues no podemos afirmar que estas diferencias se deban a los indicadores o a un error en el procedimiento, para poder confirmar esto tendríamos que tener un ‘n’ más grande. CONCLUSIONES 

La diferencia en los rangos de viraje de los distintos indicadores ha afectado la exactitud de estos en localizar el punto final de la titulación.



La prueba Grubbs no descarto ningún dato.



No se encontró ninguna diferencia significativa entre los diferentes indicadores para calcular la molaridad del HCl.



De acuerdo con los resultados obtenidos, analizamos que las diferencias entre los indicadores no son estadísticamente significantes, pues al tener un n=3 es difícil encontrar una diferencia significativa.



Según los resultados calculados del porcentaje de error y la prueba T, se puede determinar que el mejor indicador es el rojo de metilo, ya que este arrojó una mayor precisión y el promedio de molaridad obtenido en el experimento fue igual al valor teórico.



Se determinó que la titulación es un proceso químico mediante el cual se puede calcular la concentración de una sustancia desconocida por medio de una solución.

Bibliografía:

1. Departamento de química. Facultad de ciencias. Universidad de los Andes. Guía Titulación estadística ácido-base (2019) 2.

Harris, D. (2012). Exploring chemical analysis, (5th ed.). New York: W.H. Freeman...