Mediciones DE PH Y Capacidad Reguladora PDF

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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONALESCUELA NACIONAL DE CIENCIAS BIOLÓGICASDEPARTAMENTO DE BIOFÍSICALABORATORIO DE FISICOQUÍMICA FARMACÉUTICAPROFESOR: DR. ERICK ARANDA GARCÍAPRÁCTICA:“MEDICIONES DE pH Y CAPACIDAD REGULADORA”INTEGRANTES:DURÁN ESCOBEDO JOSÉ ANDRÉSMARTÍNEZ GUZMÁN MARIEL IZBETHRAMÍREZ LUZ GER...

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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA NACIONAL DE CIENCIAS BIOLÓGICAS

DEPARTAMENTO DE BIOFÍSICA

LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA FARMACÉUTICA

PROFESOR: DR. ERICK ARANDA GARCÍA

PRÁCTICA: “MEDICIONES DE pH Y CAPACIDAD REGULADORA”

INTEGRANTES: DURÁN ESCOBEDO JOSÉ ANDRÉS MARTÍNEZ GUZMÁN MARIEL IZBETH RAMÍREZ LUZ GERARDO SAJÍN

GRUPO: 4FV2

INTRODUCCIÓN La naturaleza de las sustancias es uno de los temas más estudiados por la química, ya que de acuerdo a ésta, los tipos de reacciones se determinan de acuerdo a la forma en que se presentan los reactivos en un proceso. La titulación es un método para determinar la cantidad de una sustancia presente en solución. Una solución de concentración conocida, llamada solución valorada, se agrega con una bureta a la solución que se analiza. En el caso ideal, la adición se detiene cuando se agrega la cantidad de reactivo determinada y especificada por la siguiente ecuación. NA VA = NB VB A esta condición se le llama punto de equivalencia. En términos generales la reacción entre cantidades equivalentes de ácidos y bases se llama neutralización o reacción de neutralización, la característica de una reacción de neutralización es siempre la combinación de iones hidrógeno que proceden del ácido, con iones hidroxilo procedentes de la base para dar moléculas de agua sin disociar, con liberación de energía calorífica como calor de neutralización y formación de una sal, generalmente de acuerdo a la expresión general siguiente: Ácido + Base →Agua + Sal Un caso particular de reacción ácido - base, es la siguiente: HNO3(ac) + NaOH (ac) →H2O(l) + NaNO3(ac) Así pues, la titulación es un proceso en el cual la solución estándar (del patrón primario) se combina con una solución de concentración desconocida para determinar dicho valor. La curva de titulación es la gráfica que indica cómo el pH de la solución cambia durante el transcurso de la misma. Para realizar un esbozo de las principales tecnicas electroanaliticas, es preciso

tener en cuenta las propiedades que se están midiendo. Por ello, los métodos básicos que deben listarse son: las técnicas voltamétricas, la conductrimetría, la electrogravimetría y la culombimetría. Estas dos últimas opciones, además, son conocidas como técnicas crono, justamente porque tienen la capacidad de medir la magnitud electroquímica en función directa con el tiempo. En general, es importante destacar que todas estas técnicas tienen en común su gran selectividad, así como también una adecuada sensibilidad. Como si todo esto fuera poco, el costo a la hora de ser aplicadas es infinitamente inferior al de otros métodos disponibles. La potenciometría es una de las tantas técnicas abarcadas por la electroanalítica para la determinación de la cantidad de esa sustancia presente en una solución. Antes de referirnos a ella en detalle, es importante conocer en qué consiste efectivamente un método electroanalítico, que por otra parte, no presenta características unívocas sino que pueden subdividirse en diferentes sistemas o procedimientos. Los métodos de rasgos electroanalíticos son procesos instrumentales empleados para distintos análisis. Así mismo, utilizan todas las propiedades electroquímicas con las que cuenta una determinada solución para precisar debidamente la concertación que ésta posee de un analito. Por otra parte, las técnicas que se emplean son vastas y comprenden las siguientes: electrogravimetría, polarografía, conductimetría, amperometría, voltametría, cronoamperometría, culombimetría, cronoculombimetría y la potenciometría. Además de esto, toda la amplia gama de magnitudes electroquímicas que pueden ser empleadas o que pueden relacionarse con los métodos electroanalíticos también son muchas, de los cuales podemos destacar el grado de intensidad de la corriente eléctrica, el potencial de electricidad con el que se cuenta, la carga eléctrica, la resistencia eléctrica, la masa que se puede acumular en un determinado electrodo y también, el tiempo, que es un factor que hay que tener siempre en cuenta. Función primordial de la potenciometría Esta técnica es utilizada para determinar la concentración de una especie electroactiva o de una disolución, empleando dos elementos fundamentales. Por un lado utiliza un electrodo de referencia. Con este nombre se indica al electrodo que posee de manera inherente un potencial constante y conocido en relación con el tiempo. Así mismo se requiere de la presencia de un electrodo de trabajo. Este tipo de electrodo se caracteriza por contar con una gran sensibilidad en relación con la especie electroactiva. Estos electrodos de trabajo presentan una amplia gama de variedades, los podemos encontrar con distintos modelos y clases. En esta técnica también entra en juego otro factor indispensable. Se trata de los electrodos selectivos. Los mismos, como su nombre lo adelanta, se encargan de la selección de los iones (por eso se los conoce con la sigla ESI) y también son

denominados como electrodos de membrana. Además de esta opción hay otra más que se emplea en la potenciometría: los electrodos de pH, que son elaborados a través de un material de fibra de vidrio. Cabe mencionarse que éstos comenzaron a ser empleados a comienzos del siglo XX y evolucionaron tanto que actualmente se constituyen en el modelo más requerido a la hora de emplear la técnica electroanalítica. Otros electrodos que son considerados como apropiados para aplicar la potenciometría son, por mencionar algunos ejemplos, los electrodos de membrana de cristal, los electrodos confeccionados en vidrio, los que cuentan con una membrana en estado líquido, los que tienen una membrana polimérica y aquellos que son metálicos. Existen dos métodos principalmente para realizar mediciones potenciométricas. El primero es hacer una sola medición de potencial de la celda, se llama potenciometría directa y se utiliza principalmente para calcular el pH de solución acuosa. En el segundo, el ión se puede titular y el potencial se mide en función del volumen del titulante y se le llama titulación potenciométrica la cual utiliza la medición de un potencial para detectar el punto de equivalencia de una titulación. El único requisito es que la reacción incluya un aumento o disminución de un ión sensible el electrodo. En una titulación potenciométrica directa el punto final de la reacción se detecta determinando el volumen en el cual ocurre un cambio de potencial relativamente grande cuando se adiciona el titulante. Para determinar el punto de equivalencia, podemos utilizar el potenciómetro, el cual nos permite generar la curva de titulación potenciométrica de la reacción cuya gráfica resulta de la medición del pH del sistema contra el volumen de ácido o de base agregados en la titulación. Entonces podría entenderse como final de la titulación al momento en que el pH llegase a 7, sin embargo esto NO siempre es cierto, esto más bien, está en función de la “fuerza” del ácido o la base que se está titulando. Así cuando la neutralización se produce entre un ácido fuerte y una base fuerte. El pH en el punto de equivalencia es 7 ya que todos los iones han sido neutralizados. Por otra parte, cuando la reacción ocurre entre una base fuerte y un ácido débil, el anión del ácido sufre una hidrólisis, por lo que el pH al que ocurre la neutralización es mayor que 7. Y en la situación contraria, entre ácido fuerte y una base débil, el catión de la base sufre una hidrólisis produciéndose iones hidronio, por lo que el pH es menor que 7. OBJETIVOS ● Determinar el pH de diferentes soluciones comerciales, alimenticias, farmaceuticas, cosmeticas, etc. ● Valorar la capacidad de regulación de pH de soluciones amortiguadoras

comerciales en comparación con el agua. ● Observar la importancia del uso de las soluciones reguladoras y comparar la efectividad de las mismas. MATERIAL Y MÉTODOS ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ●

1 potenciómetro 1 electrodo de vidrio 1 electrodo de referencia 5 vasos de precipitados de 100 mL Solución buffer pH 7 1 piseta Soluciones: refresco, cerveza, suspensiones farmacéuticas, etc. Soporte universal pinzas para bureta agitador magnetico y “mosca” 1 bureta de 50mL 1 probeta de 100mL Solución HCl 1M Solución NaOH 1mL Alkaseltzer (azul)

DESARROLLO EXPERIMENTAL Medición de pH de sustancias problema

Capacidad reguladora de una solución amortiguadora

RESULTADOS MEDICIONES DE pH Tabla 1. Medición de pH de las sustancias problema. Sustancia

Coca-cola

Salsa Valentina

Chamoy

Cafiaspirina Coca-cola + cafiaspirina

pH

3.06

3.77

2.00

3.38

3.02

DETERMINACIÓN DE LA CAPACIDAD REGULADORA DE UNA SOLUCIÓN AMORTIGUADORA Tabla 2. Valores de pH de la solución de alkaseltzer titulado con HCl. HCl (mL)

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

pH

7.2

7.16

7.09

7.04

6.98

6.93

6.89

6.83

6.8

Tabla 3. Valores de pH de la solución de alkaseltzer titulado con NaOH. NaOH 0 (mL)

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

pH

7.21

7.29

7.38

7.46

7.59

7.75

7.96

8.27

7.18

Tabla 4.Valores de pH de agua destilada titulado con HCl. HCl (mL)

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

pH

7.1

3.25

2.76

2.63

2.52

2.47

2.41

2.35

2.29

Tabla 4. Valores de pH de agua destilada titulado con NaOH. NaOH 0 (mL)

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

pH

8.88

9.29

9.5

9.73

9.87

10.02

10.13

10.25

7.2

Gráfica 1. Curvas de variación de pH vs volumen de HCl de solución de Alkaseltzer (línea verde) y agua destilada (línea azul).

Gráfica 2. Curvas de variación de pH vs volumen de NaOH de solución de Alkaseltzer (línea verde) y agua destilada (línea azul). DISCUSIÓN Se realizó la determinación de pH de muestras comerciales en nuestro caso fueron salsas, refresco y un fármaco como se muestra en la tabla 1. Las salsas son en general de un pH ácido de un valor entre 3.3 a 3.6 esto con el fin de evitar la descomposición del producto por agentes microbianos, manteniendo el medio ácido. Los refrescos de cola permanecen con un valor de pH alrededor de 3, esto se debe a que en su preparación se inyecta dióxido de carbono el cual se disuelve en agua generando ácido carbónico, este compuesto es el encargado de brindar los iones hidronio y mantiene el producto en un pH ácido. El fármaco utilizado fue ácido acetilsalicilico o conocido por nombre comercial como “aspirina”. Este compuesto tiene un pH promedio de 2.85 a 3 debido a que su ingesta debe ser oral, su degradación se produce en el estómago, el cual mantiene un pH ácido y por lo mismo el vehículo debe establecerse en un pH parecido. En la segunda experiencia se evaluó la capacidad amortiguadora de una tableta de Alka-Seltzer en agua, la cual formó una solución reguladora. Estas soluciones se generan al hacer reaccionar un ácido y su base conjugada, mantenerlas en equilibrio. La capacidad reguladora es la capacidad de una sustancia para resistir cambios de pH. El alka-seltzer se utilizar para combatir la “hiperacidez”ya que contiene principalmente bicarbonato de sodio y ácido acetilsalicilico. El bicarbonato de sodio en disolución forma iones sodio e iones bicarbonato, estos últimos toman los iones hidrógeno que hay en exceso formando ácido carbónico, el cual es un ácido débil y poco disociable, disminuyendo asi la acidez. En la gráfica 1 se muestra el cambio de pH con respecto a cantidad de HCl añadido en contraste a una solución testigo de agua destilada. Al añadir el ácido a la solución reguladora, esta

no muestra un cambio brusco de pH si no, los iones hidrógeno que se van añadiendo se van convirtiendo en ácido carbónico, mientras en el agua destilada disminuye notablemente el valor de pH, ya que los iones H no reaccionan con nada. En la gráfica 2 se pone en evidencia el cambio de pH con respecto a un aumento en volumen de NaOH. El alka-seltzer contiene además ácido fosfórico y otros ácidos, en menor cantidad, que también le brindar una característica amortiguadora. Del mismo modo, al añadir los iones OH en exceso, estos reaccionan con el par ácidobase conjugados formando agua y asi evitando el aumento de pH.

CONCLUSIONES ● Muchos de los productos comerciales alimenticios mantienen un pH ácido para mantenerlos en un estado de conservación saludable, evitar el crecimiento de microorganismos que puedan afectar a la salud, por ello mismo también se deben tomar precauciones al consumirlos ya que en exceso pueden generar problemas gastrointestinales. ● Los fármacos que se administran vía oral deben tener pH bajos, parecidos al pH estomacal, para llevar a cabo su degradación y efecto. ● La capacidad amortiguadora es una herramienta muy útil que utilizan los organismos vivos para mantener su equilibrio en los procesos biológicos, ayudando a controlar los alimentos que ingerimos, las reacciones metabólicas entre otras para no sufrir daño alguno.

CUESTIONARIO 1.- ¿Sobre qué principios funcionan las soluciones reguladoras (buffer)? R.- La función de una solución amortiguadora es resistir los cambios bruscos de pH cuando se le agregan ligeras cantidades de ácido o base. Se basa en el principio de Le Chatelier en el equilibrio químico. El ácido o base utilizado para la formación de la disolución al ser de carácter débil, se disocia parcialmente, por lo que se encuentra también en su forma conjugada. Si a una solución buffer de ácido débil se le adiciona más ácido, este se disociara y habrá una concentración mayor de iones hidrógeno presentes. Pero como en el equilibrio de la solución buffer se encuentra su base conjugada, esta reacciona con los iones hidrógeno adicionados y se reduce el cambio brusco del pH. 2.- ¿Cuáles son los pasos a seguir para la preparación de una solución amortiguadora? R.- Se tiene que saber cuál será el pH de nuestra solución para poder definir que tipo de sustancias se utilizaran con base en sus constantes de disociación. Si se quiere preparar una solución buffer con pH 7 se necesita usar una base

conjugada y un ácido que tengan una constante de disociación cercana a 7. 3.- ¿Cuales son los ácidos responsables de la acidez de los limones y del vinagre? R.- Limones - Ácido cítrico / Vinagre - Ácido acético. 4.- ¿Por qué es importante la temperatura en una medición de pH? R.-Cuando la temperatura cambia, el pH de la solución a medir también cambia, debido al desplazamiento en los equilibrios de los ácidos débiles, sin embargo esto no es un error, dado que la lectura obtenida es el pH a esa temperatura. 5.- En cervezas y refrescos, ¿Cuál es el pH aproximado y cuál es el proporciona los iones hidronio?

que

R.-Cerveza pH 4.5 Refrescos pH 2.5 El ácido carbónico es el donador de iones hidronio. 6.- ¿A qué se debe que los shampoos que se anuncian como neutros no lo son? R.- Si bien es cierto el pH de 7 es el punto neutro en un medio acuoso, sin embargo, el pH más adecuado para un shampoo para cabello y para el contacto con la piel es 5.5 (ligeramente ácido). Esto se debe a que las proteínas de la piel contienen grupos ácidos y básicos. Las proteínas son menos propensas a hidratarse, hincharse y perjudicarse a su pH isoeléctrico, en el cual presentan su mínima solubilidad en agua.

REFERENCIAS ● Bottani, E. Química General. 2006. Universidad Nacional del Litoral. Sant Fe, Argentina. ● Brown, T.L. (2009). Química, la ciencia central. 11a Edición. Editorial Pearson Educación. México....