Practica 3 - Solucion Amortiguadora PDF

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Practica de laboratorio...

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Objetivo  Comprender el mecanismo por el cual una disolución amortiguadora limita los cambios de pH, al adicionarle base o ácido fuerte y constatar que esta propiedad es una función de la concentración o poder de amortiguamiento de la solución reguladora.

Introducción Un sistema amortiguador es una solución que puede prácticamente mantener el pH constante frente a la adición de grandes o moderadas cantidades de ácidos o bases Fuertes, es decir, es una solución que contiene especies que neutralizan los cambios de pH. Para que un ser vivo se conserve saludable, muchos de los fluidos del organismo deben mantener su pH dentro de límites muy estrechos de variación. Este objetivo se cumple mediante la creación de un sistema amortiguador. Es muy útil su uso en procesos en los que se necesita un pH bastante concreto, así como en la industria agrícola, farmacéutica y alimentaria.

Actividades previas a la práctica 1. ¿Qué es una solución amortiguadora de pH y cuáles son sus características? Una solución amortiguadora, reguladora, o tampón es aquella compuesta por una mezcla de un ácido débil con su base conjugada. Su principal característica es que mantiene estable el pH de una disolución ante la adición de cierta cantidad de ácido o base fuerte. 2. Definir capacidad o poder de amortiguamiento. La capacidad amortiguadora es la cantidad de caído o base que el amortiguador puede neutralizar antes que el pH comience a cambiar en grado apreciable. La capacidad amortiguadora depende de las cantidades de ácido y de base que el amortiguador contiene. El pH del amortiguador depende de la Ka del ácido y las concentraciones relativas del ácido y la base que constituyen el amortiguador.

3. Si se desea amortiguar un pH a un valor de 6.8 y se cuenta con disoluciones de concentración 0.1M de las siguientes especies: H 3PO4, KH2PO4, K2HPO4, K3PO4. ¿Cuál o cuáles de éstas emplearía y por qué?

Datos: H3PO4 pKa’s: 2.2, 7.2 Y 12.3 Compuesto H3PO4 KH2PO4 Na2HPO4 Na3PO4∙12H2O

Peso molecular 98 136.09 141.96 380.14

% pureza 85.1 100 100 100

R= KH2PO4 y K2HPO4, porque su par ácido/base y su valor de pKa es cercano al pH deseado y por lo tanto para la construcción de esta solución amortiguadora no se dificultarían los cálculos y no se requeriría el uso de mucha reactivo para su realización.

4. De acuerdo con la respuesta anterior, calcular las concentraciones de cada especie requerida para preparar 250 mL de la solución amortiguadora a pH 6.8, tal que su concentración total sea 0.1 M. Considerando el pKa de los siguientes pares ácido base de las siguientes sales y ácidos:

R= Si se desea preparar una solución de 250 ml, con pH=6.8 con concentración de 0.1M primero se realiza lo siguiente: a) Se ubica el par ácido-base más cercano del pH deseado, en este caso es el de (| K2HPO4|/ |KH2PO4|) pues su pKa es de 7.2. b) Suponemos que la concentración de nuestro ácido |KH2PO4| es de 0.1M.

¿ K H 2 P O 4 ∨¿ ¿ K 2 HP O 4∨ ¿ ¿ ¿ ácido∨¿ → 6.8 = 7.2 + log ¿ ¿ base∨ ¿¿ pH = pKa+ log ¿

¿ K H 2 P O 4∨¿=6.8 −7.2=0.2 ¿ K 2 HPO 4∨ ¿ ¿ log¿

¿ K H 2 P O 4∨¿=10−0.7=0.2 →|K 2 HPO 4|=0.2∗¿ K H 2 P O 4 ∨¿ ¿ K 2 HPO 4 ∨ ¿¿ ¿ Si|K 2 HPO 4|=0.1 M , entonces :

|K 2 HPO 4|

=|K H 2 P O 4|=0.02 M

0.2

Finalmente para H3PO4 y K3PO4 no son necesarias para realizar la solución amortiguadora, por lo que su concentración es nula.

Materiales y Reactivos Material: ▪ 3 vasos de precipitado 100 mL ▪ 1 bureta de 25 mL ▪ 1 soporte universal completo ▪ 1 parrilla de agitación ▪ 1 pipeta volumétrica de 10 mL ▪ 1 piseta ▪ 1 agitador magnético Soluciones:  Solución amortiguadora de ácido acético/acetato 0.60 M (100 mL)  Solución amortiguadora de ácido acético/acetato 0.20 M (100 mL)  Solución amortiguadora de ácido acético/acetato 0.05 M (100 mL)  Solución de NaOH 0.1 M (100 mL)  Solución de HCl 0.1 M (100 mL)

Equipo:   

1 potenciómetro 1 electrodo de referencia (calomel) 1 electrodo indicador de pH (electrodo de vidrio)

Metodología 1. Se calibró el potenciómetro. 2. Se transfirieron tres alícuotas de 10 mL de la disolución amortiguadora de ácido acético/acetato 0.60 M, 0.2 M y 0.05 M en diferentes vasos de volumen pequeño, y se les midió el pH a estas soluciones con el pH-metro. 3. En cada una de las alícuotas de solución amortiguadora, se realizaron tres adiciones sucesivas de 2 mL a cada solución de NaOH 0.1 M y se midió el pH después de cada adición. 4. Se transfirieron tres alícuotas de 10 mL de la solución amortiguadora de ácido acético/acetato 0.60 M, 0.2 M y 0.05 M en diferentes vasos de volumen pequeño,

se realizaron tres adiciones sucesivas de 2 mL cada uno de la solución de HCl 0.1 M, se midió el pH después de cada adición.

Resultados Tabla 1. Resultados de pH en función de la concentración del amortiguador con diferentes adiciones de NaOH 0.1 M Concentración amortiguador Adiciones sucesivas de NaOH 0.1 M (ml) 0 2 4 6

0.6 M

0.2 M

0.05 M

pH

pH

pH

Tabla 2. Resultados de pH en función de la concentración del amortiguador con diferentes adiciones de HCl 0.1 M

Concentración amortiguador Adiciones sucesivas de HCl 0.1 M (ml) 0 2 4 6

0.6 M

0.2 M

0.05 M

pH

pH

pH

En una solución reguladora que contiene ácido acético y acetato de sodio, ambas especies se disocian para dar iones acetato (ión común). El acetato de sodio es un electrolito fuerte, y se disocia por completo en disolución, mientras que el ácido acético es un ácido débil, y se disocia sólo en parte. CH3COONa(s) + H2O(l) CH3COOH (ac) + H2O(l)

CH3COO (ac) + Na+(ac) CH3COO- (ac) + H3O+ (ac)

Se observa que el pH depende de la relación de concentraciones de la sal y del ácido y, por consiguiente, no ha de variar con la dilución, porque la citada relación permanecerá invariable entre ciertos límites.

Cuestionario 1. Escriba las reacciones que ocurren en los sistemas amortiguadores al adicionar NaOH y HCl. calcular el ph para cada sistema y comparar con el valor experimental. Si a esta disolución reguladora se le añade una pequeña cantidad de ácido, aunque éste sea fuerte (como el HCl), la base conjugada de la disolución reguladora (iones CH3COO¯) consumirá los iones H+ procedentes del ácido de acuerdo con el equilibrio: CH3COO- (ac) + HCl(ac)

CH3COOH(ac) + H2O (l)

Si, por el contrario, se adiciona una base, la reserva ácida de la disolución reguladora (ácido acético) neutralizará los iones OH¯ procedentes de la base según el siguiente equilibrio: CH3COO- (ac) + NaOH(ac))

C

H3COO- (ac) + H2O (l)

Estas reservas básicas y ácidas constituyen el fundamento del poder amortiguador de las disoluciones tampón. La capacidad amortiguadora depende de la cantidad de ácido y de base conjugada que tenga la disolución.

2. Para cada concentración del sistema amortiguador ácido acético/acetato, calcular la capacidad de amortiguamiento, β.

Conclusión Un amortiguador resiste los cambios de pH porque contiene tanto una especie ácida que neutraliza los iones OH- como una básica que neutraliza los iones H+. Con la realización de esta práctica se comprendido el funcionamiento de las soluciones amortiguadoras y como el pH, está determinado por dos factores: el valor de la Ka del componente ácido débil del amortiguador, y la razón de las concentraciones del par conjugado ácido-base: [HX]/[X–]. Experimentalmente se observó como el agregar OH - a la

disolución amortiguadora, en forma de NaOH (base/electrolito fuerte que se ioniza completamente en medio acuso) reacciono con el componente ácido del amortiguador para formar agua y el componente básico. Esta reacción provoco que CH3COOH disminuyera y [CH3COO-] aumentara. Mientras estas cantidades fueron grandes en comparación con la cantidad de OH- agregada, la razón no cambio mucho y, por tanto, el cambio de pH fue pequeño. De forma equivalente, al agregar iones H + (HCl, disociado en sus iones) éstos reaccionaron con el componente básico del amortiguador. Se puede concluir que mientras el cambio de la razón acido/base sea pequeño, el cambio de pH también lo será. Esta práctica resulta de gran utilidad para comprender y analizar las reacciones entre ácidos fuertes y bases débiles y en como estas avanzan hasta prácticamente completarse, al igual que las reacciones entre bases fuertes y ácidos débiles. Así pues, en tanto no se exceda la capacidad amortiguadora de la disolución, se puede suponer que el ácido o base fuerte se consume totalmente en la reacción con el amortiguador.

Bibliografía Chang, R. (2010). Quimica (Decima Edicion ed.). Mexico: McGraw-Hill. Recuperado el 06 de 02 de 2019 UNIVERSIDAD NACIONAL HAREDIA COSTA RICA. (31 de 05 de 2016). Hoja de seguridad. Obtenido de Aceite Mineral MSDS....