Informe Quimica Acidificación del vinagre PDF

Preview

Summary

En esta práctica pretendemos determinar la cantidad de ácido acético contenido en la solución de vinagre,...

Description

UNIVERSIDAD NACIONAL AGRARIA LA MOLINA

DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE QUÍMICA CURSO:QUÍMICA GENERAL-LABORATORIO INFORME TÍTULO: DETERMINACIÓN DE ACIDEZ TOTAL DEL VINAGRE INTEGRANTES: ● ● ● ● ●

KEYLA DELGADO FERNANDEZ JOAQUIN MATÍAS SEBASTIAN RAMOS CÉSPEDES JONATAN BARUC MIO MANSILLA SEBASTIÁN ALEXIS CARO RETAMOZO ALVARO LUIS TASAYCO FLORES

Agosto, 2020

20200219 20200146 20200262 20200125 20200150

1) I ntroducción El ácido acético es un producto químico presente en el vinagre con una concentración general de 5%(P/V) y cuya fórmula es C H 3 COOH . En esta práctica pretendemos determinar la cantidad de ácido acético contenido en la solución de vinagre, para ello utilizamos la técnica de la titulación o valoración la cual consiste en determinar la concentración del ácido basándose en la reacción que se da entre el analito y el valorante de una manera controlada hasta llegar al punto de equivalencia y se manifieste con el punto final como un cambio de color en la reacción producida. Comprendemos el estudio de la acidez para así poder garantizar que es apto para nuestro consumo y demostrar que la titulación es una herramienta muy útil para verificar esto. 1.1.Justificación Es importante conocer la concentración de las soluciones ya que determinan la acidez o basicidad de las sustancias , esto nos permite tener una idea de las propiedades o características de las sustancias que vamos a utilizar o consumamos. También es muy importante para el desarrollo de nuestra carrera conocer tanto las leyes gravimétricas como las herramientas y elementos a utilizar en esta práctica ,pues nos ayudan a comprender los métodos y el procedimiento de determinación de la acidez, que son utilizados en diferentes áreas de trabajo de la ciencia. 1.2.Objetivos Pretendemos determinar el contenido de ácido acético por métodos experimentales y compararlos con lo teórico del etiquetado en el vinagre comercial. Utilizando procedimientos como la valoración o titulación, hallando el porcentaje en peso-volumen del ácido acético y compararlo con el porcentaje presentado en la etiqueta, aplicando las leyes de la estequiometría.

2)

Revisión de la Literatura (Marco Teórico).

2.1. Vinagre .Es un producto de sabor agrio,que es obtenido por un proceso de oxidación por unas bacterias fermentadoras del grupo de las acetobacterias o también llamadas del ácido acético.Estas bacterias son capaces de transformar el alcohol etílico(proveniente del vino o de la sidra) en ácido acético en condiciones aeróbicas.El proceso estequiométrico es el siguiente: De una molécula de

Etanol(C2H5OH) y una de oxígeno(O2) que es usado por la bacteria, esta se oxida en Etanal(CH3CHO) y finaliza oxidándose en Ácido Acético y una molécula de agua(H20).De este proceso se obtiene el vinagre el cual contiene una concentración de 3% a 5% de ácido acético en agua (p/v). CH3CH2OH Etanol(alcohol etílico)

CH3CHO Etanal

CH3COOH Ácido Acético

En la industria del vinagre este proceso es muy utilizado debido a que las enzimas que estas bacterias producen para la oxidación es mucho más económico que la producen ellas mismas, que hacerlo artificialmente como otras industrias biotecnológicas industrializadas.Cabe recalcar que el ácido acético del vinagre es un ácido débil Bronsted y Lowry(cede su protón del carboxilo) por lo tanto reaccionaria con una base Bronsted y Lowry como por ejemplo el el Hidróxido de sodio. 2.2. Leyes gravimétricas o ponderales .2.2.1. Ley de la conservación de la masa Antoine L. Lavoisier (1743-1794) pudo demostrar que la cantidad de materia (masa) permanece constante, cualquiera sea la transformación física o química que ocurra. Para ello introdujo el uso de la balanza en las investigaciones y utilizó un recipiente cerrado para aislar al sistema del ambiente, evitando así que ingresen o salgan sustancias que puedan falsear los resultados. A finales del siglo pasado, el químico alemán Hans Landolt, por medio de cuidadosas experiencias, verificó los resultados de Lavoisier. Las conclusiones sus experimento se denomina Ley de la conservación de la masa que puede enunciarse así: “En todo sistema, material aislado, la masa permanece constante, independientemente de las transformaciones físicas o químicas que se produzcan en el mismo”(Mautino, 2008).

2.2.2. Ley de las propiedades definidas o constantes: El primero en proponer esta ley fue el químico francés Joseph Louis Proust (1754-1826) alrededor de 1800. Aunque esta ley se ha conocido durante casi 200 años, entre algunas personas persiste la creencia general de que hay una diferencia fundamental entre los compuestos preparados en el laboratorio y los compuestos correspondientes que se encuentran en la naturaleza. No obstante, un compuesto puro tiene la misma composición y propiedades sea cual sea su origen. Tanto los químicos como la naturaleza deben usar los mismos elementos y sujetarse a las mismas leyes naturales. Las diferencias de composición y propiedades entre dos sustancias indican que contienen distintos compuestos o que difieren en su grado de pureza. (Brown,2004) “La relación entre las masas de los elementos que forman una sustancia compuesta es constante”

2.2.3. Ley de las proporciones recíprocas o de los pesos de la combinación. De acuerdo a la ley de Lavoisier, la masa permanece constante aunque experimenta transformaciones físicas o químicas. Sin embargo, Albert Einstein, en 1905, enunció el principio de la equivalencia entre la masa y la energía, según el cual la masa puede transformarse en energía y viceversa, es decir, que masa y energía son irreversibles. dicho principio se expresa del siguiente modo: “La energía que se libera al destruir totalmente la masa, es igual al producto de dicha masa por el cuadro de la velocidad de la luz” (Mautino, 1992). 2.2.4. Ley de las proporciones múltiples. Según esta ley, “Si dos elementos pueden combinarse para formar más de un compuesto, la masa de uno de los elementos que se combina con una masa fija del otro mantiene una relación de

números enteros pequeños”. Fue planteada por el químico inglés John Dalton,en 1807,explica la ley de las proporciones múltiples de manera muy sencilla: diferentes compuestos formados por los mismos elementos difieren en el número de átomos de cada clase. (Chang,2010)

2.2.5. Ley de los volúmenes de combinación. En nuestro estudio de la estequiometría hemos señalado que las sustancias reaccionan en proporciones molares y de masas definidas. Mediante las leyes de los gases que acaban de estudiarse, puede demostrarse que los gases también reaccionan en proporciones definidas en volumen. Por ejemplo, un volumen de hidrógeno siempre se combina (reacciona) con un volumen de cloro para dar dos volúmenes de cloruro de hidrógeno si todos los volúmenes se miden en las mismas condiciones de temperatura y presión.

Los volúmenes pueden expresarse en cualquier unidad, ya que se usan las mismas unidades para todos. Joseph Louis-Lussac (1778-1850) resumió varias observaciones experimentales sobre la combinación de volúmenes gaseosos, conduciendo a la ley de Gay-Lussac de los volúmenes de combinación: “A temperatura y presión constante, los volúmenes de gases que reaccionan pueden expresarse como una relación sencilla de números enteros” (Whitten,  Davis, Peck and Stanley, 2015)

2.2.6 Ley de Avogadro. En 1808, Gay-Lussac publicó que los gases reaccionan entre números enteros pequeños. La explicación que se propuso era que volúmenes iguales de gases

a la misma temperatura y presión contienen números iguales de átomos. Dalton no estaba de acuerdo con esta explicación. En 1811, Amedeo Avogadro resolvió este dilema proponiendo no solamente la hipótesis «volúmenes iguales-números iguales» sino también que las moléculas de un gas pueden dividirse a la mitad cuando reaccionan. Utilizando la terminología moderna diríamos que las moléculas de O 2 se separan en átomos y después se combinan con moléculas de H 2 para formar moléculas de H 2 O . De esta manera, solamente se necesita la mitad de volumen de oxígeno que de hidrógeno. A partir de la hipótesis de Avogadro se deduce otra relación, conocida como ley de Avogadro, cuyo enunciado es: “A una temperatura y presión dadas, el volumen de un gas es directamente proporcional a la cantidad de gas”. (Petrucci, 2011 )

2.3. Hidroxido de Sodio .El hidróxido de sodio (NaOH) también conocido como soda cáustica, es un compuesto inorgánico corrosivo formado por enlaces iónicos (cationes de Na y aniones de OH). Es considerada como una base fuerte debido a su alta concentración en grupos hidroxilos; en contacto con la materia orgánica tiende a desnaturalizar las proteínas y puede producir quemaduras químicas. Es muy soluble en agua, por ello el hidróxido de sodio comercial suele presentarse monohidratado. Cuando reacciona con los ácidos monopróticos, como el HCl, libera agua en una reacción exotérmica, neutralizandolos. Es una de las bases más utilizadas en el laboratorio. 2.4. Indicadores de pH.-

2.4.1.- Fenolftaleína C20H14O4 Es un compuesto orgánico con una estructura dinámica dependiendo del pH de su entorno. Posee cuatro anillos de los cuales tres son aromáticos hexagonales y uno es pentagonal, este último es el que más sufre modificaciones en los cambios de pH.

Se forma de la condensación del anhídrido ftálico con el fenol, en presencia de ácido sulfúrico concentrado, y de una mezcla cloruros de aluminio y de zinc como catalizadores de la reacción:

Es empleado en análisis químicos como un indicador visual en la determinación del punto de equivalencia en las reacciones de neutralización o titulaciones ácido-base.

2.5. Valoración ácido-base.Los estudios cuantitativos de las reacciones de neutralización ácido-base se llevan a cabo en forma adecuada por medio de una técnica conocida como valoración. En una valoración, una disolución de concentración exactamente conocida, denominada disolución estándar (o patrón), se agrega en forma gradual a otra disolución de concentración desconocida hasta que la reacción química entre las dos disoluciones se complete.(Chang, Goldsby , 2013, p. 151). 2.5.1. Patrón primario.La disolución patrón o patrón primario es una sustancia que se utiliza como referencia al momento de realizar una estandarización o valoración de una sustancia desconocida. Para que una sustancia se emplee como una disolución patrón se debe tener en cuenta: -Su composición definida, para realizar los respectivos cálculos estequiométricos. -Su porcentaje de pureza debe ser elevado.

-Debe ser estable a temperatura ambiente, para poseer un menor margen de error en la titulación. 2.5.2. Estandarización.Es una técnica analítica que utilizamos para encontrar de manera más precisa la concentración de una solución utilizando una solución estándar primaria o secundaria. El hidróxido de sodio es una de las bases más utilizadas en el laboratorio, sin embargo,es difícil obtener el hidróxido de sodio sólido en forma pura porque tiende a absorber agua del aire y sus disoluciones reaccionan con dióxido de carbono. Por ello, una disolución de hidróxido debe ser estandarizada antes de utilizarse en un trabajo analítico preciso.Las disoluciones de hidróxido de sodio se pueden estandarizar al valorarlas contra una disolución ácida de concentración exactamente conocida. El ácido que se elige conmayor frecuencia es un ácido monoprótico llamado hidrogenoftalato de potasio (KHP) ,cuya fórmula molecular es KHC8H4O4.(Chang,; Goldsby , 2013, p. 152).

3) Materiales y métodos. 3.1.- Materiales: 3.2.Instrumentos.● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ●

Matraz erlenmeyer de 250 ml Gotero Soporte universal Vaso precipitado 50 ml Fiola o matraz volumétrico de 100ml Balanza Piceta con agua destilada Luna de reloj Bureta de 25 ml Bagueta Pipeta graduada con bombilla de succión

3.4. Reactivos: ● Solución de hidróxido de sodio ( [ ] aprox. de 0,1M ) ● Ftalato ácido de potasio o Hidrógeno ftalato de potasio

● Fenolftaleína ● Vinagre comercial etiquetado con 5%(p/v) 3.2 Métodos : Para la determinación de concentración p/v del vinagre comercial, se llevará a cabo una valoración ácido-base , entre el ácido acético presente en el vinagre e Hidróxido de sodio. Para ello en primer lugar debemos estandarizar la solución de Na(OH) ([ ] aprox. 1 M ), para así obtener una concentración más exacta con cuatro decimales ,con la ayuda de una solución patrón. 3.2.1 Estandarización de la solución de hidróxido de sodio: Se realizará la estandarización de la solución de Na(OH) con la ayuda de Ftalato ácido de potasio (patrón primario) , obteniendo la reacción: HKC8H4O4

+

Na(OH ) →

NaKC8H4O4 + H2O

1. Prepararemos una solución de ftalato ácido de potasio pesando aprox. 0.3172 g , en una luna de reloj. 2. Posteriormente lo echaremos en un matraz y agregamos agua destilada aprox. 50 ml , enjuagando la luna de reloj para no perder ftalato ácido de potasio. Agitamos con la bagueta hasta disolver por completo. Y finalmente agregamos dos a tres gotas de fenolftaleína 3. Preparamos la bureta en el soporte universal , y lo llenamos al máximo con la solución de NaOH a estandarizar. 4. Procedemos a la estandarización haciendo caer gotas de NaOH hasta el punto de equivalencia y una gota más para el punto final 5. Anotamos el volumen consumido de la solución de NaOH para calcular su concentración. 3.2.2. Determinación de la [ ] (p/v) de ácido acético en el vinagre Con nuestra solución de NaOH estandarizada realizaremos la valoración con el vinagre. 1. A través de una pipeta graduada tomamos 10 ml del vinagre comercial , para echarlo en una fiola de 100 ml y diluirlo. 2. Luego cogeremos 10 ml de la dilución y lo llevamos a un matraz erlenmeyer. 3. De igual modo que en la estandarización del NaOH , preparamos la bureta en el soporte llenandola de la solución estandarizada.

4. Procedemos a titular hasta el punto final, y anotamos el volumen consumida de la solución estandarizada, para calcular la concentración del ácido acético.

4) Resultados y discusiones. TABLA 1: Estandarización previa de la disolución de NaOH (valorante) A

Masa molar del patrón primario ftalato ácido de potasio: C  8H5KO4

B

204.22 g/mol

0.3172 g Peso de patrón primario ftalato ácido de potasio tomado, gramos, g

C

0.00155mol Número de moles de ftalato ácido de potasio que corresponde: (B/A)

D

Factor estequiométrico de conversión de H  KC8H4O4 a NaOH:

(1:1)

a HKC8H4O4 + b NaOH à c NaC8H4KO4 + d H2O Observar reacción e indicar en que relación están a y b Ejemplo: si están (1:1) o (1:2) o (2:1) o (2:2)

etc

E

Volumen de NaOH gastado (pasar de ml a litros, dividir entre 1000)

0.0143L

F

Según D

0.10839M

b moles NaOH = a  moles KHP M NaOH x Vgast. NaOH = # moles KHP M NaOH

G

=

Molaridad estandarizada del NaOH decimales) mol/L

(resultado

F

con

cuatro

0.1084M

TABLA 2: Determinación de ácido acético en el vinagre H

Volumen de vinagre original tomado, m

10mL

I

Volumen final de la dilución, mL

100mL

J

Volumen de alícuota de dilución tomada para titular, mL

10mL

K

Volumen de vinagre original que hay en la alícuota tomada, mL - Se tomó 10 ml vinagre original y se diluyó hasta solución, de esta solución diluida tome 10 ml (alícuota)

1mL

100 ml de

10 ml vinagre original ………………….100 ml solución Vinagre original en alícuota…………….. 10 ml solución

L

Volumen de gasto de NaOH durante la titulación en mL (pasar este dato a litros)

0.008L

M

Molaridad inicialmente estandarizada de NaOH (cuatro decimales)

0.1084

N

moles de NaOH que corresponde, L x M

8.672x 10 −4 mol

M NaOH x Vgast.NaOH = moles NaOH

Balancear ecuación y obtener: Ñ

8.672x10^-4 mol

Moles de CH3COOH que corresponde por estequiometria: a CH3COOH + b NaOH à c CH3COONa + d H2O

O

Masa molar del CH3COOH, dato,

P

Gramos de CH3COOH en la alícuota tomada que corresponde:

60.0 g/mol

0.052 g

a moles CH3COOH = b moles NaOH P/O = N

Q

Porcentaje de CH3COOH en el vinagre (p/v) encontrado por análisis

5.2%(p/v)

(P/K)x100

TABLA 3: Juzgar o certificar el cumplimiento del requisito de concentración Q

Porcentaje de CH3COOH en el vinagre (p/v) encontrado por análisis (P/K)x100

5.2%(p/v)

R

Porcentaje de vinagre declarado en la etiqueta del producto y es requisito

5,0%

Rango de concentración aceptable si la incertidumbre o error aleatorio que se tolera es ± 2% respecto al 5%. (Si 5 es el 100%, ¿2 cuánto será?)

2% a 40%

5% ± 2%

S

Porcentaje de error del encontrado por análisis con respecto al requisito:

4%

(Q-R)x100/R; mantener el signo;

T

5)

¿Cuál es su conclusión? ¿Cumple o no cumple la muestra en cuanto al requisito de concentración de acidez del vinagre si se tolera un error del 1%? mantener el signo; si es negativo se dice “error por defecto” y si es positivo se dice “error por exceso”.

Error por exceso

Conclusiones y recomendaciones.

A través de nuestro experimento se obtuvo una concentración 5.2%(p/v) de ácido acético en el vinagre a comparación del etiquetado que indica una concentración de 5% lo que nos genera un error por exceso del 4%. Lo más probable es que se deba a un error aleatorio por lo que no se puede evitar, por ello se recomienda realizar este experimento más de una vez para disminuir su efecto en el resultado final.

Es recomendable también aclarar que para poder obtener una buena muestra de solución,no debe haber pérdida alguna de los materiales utilizados,el ingreso de agentes externos en el proceso de la solución y un buen manejo de las leyes de la estequiometría las cuales explicamos en el informe.

6)

Referencias bibliográficas. ● Chang, R.; Goldsby, K. (2013). Química. 11ª edición.,México, D.F., Mc GRAW–HILL/INTERAMERICANA EDITORES. ● Ralph H. Petrucci, F. Geoffrey Herring, Jeffry D. Madura y Carey Bissonnette. (2011). Libro Química General 10ma edición. Madrid (España): Pearson educación, S.A. ● José M. Mautino. (1992). Química 4: Aula taller. Argentina: Stella. ● Whitten, K., Davis, R., Peck, M. & Stanley, G.. (2015). Química 110a. edición . México: CENGAGE learning. ● Brow LeMay Burnsten. (2004). Química la ciencia central (Novena edición ed., Vol. 1). Pearson Education.

https://biologia.laguia2000.com/biotecnologia/que-es-el-vinagre https://academia.utp.edu.co/quimica2/files/2018/09/quc3admica-la-ciencia-central-br own.pdf

7) 1.

2.

Cuestionario. Definir estandarización de una solución. Es un proceso por el cual se determina de manera más precisa la concentración de una solución de una sustancia la cual tiene poca pureza, para ello se emplea otra solución patrón primario , la cual se conoce de manera precisa su concentración, generalmente se utiliza hidrogenoftalato de potasio (KHP). Se procede a la valoración y a través de cálculos estequiométricos se calcula la concentración de la solución a determinar, a partir del volumen consumido de esta. 

¿Qué es titulación ? 

Es la determinación de la concentración ya sea de ácidos, bases, etc. basándose en la...