Práctica 6. Buffer - Práctica de preparación de soluciones amartiguadoras PDF

Preview

Summary

Práctica de preparación de soluciones amartiguadoras...

Description

15-9-2020

Práctica 4: Preparación de soluciones amortiguadores. Laboratorio de química analítica

Mariana Yañez Sanchez María Lizbeth Hernández Martínez

Práctica 6: “Preparación de soluciones amortiguadoras.” Objetivo: •

Preparar y entender el comportamiento de las soluciones amortiguadoras.

Introducción: Las soluciones se clasifican como ácidas o básicas de acuerdo con su concentración de iones hidrógeno relativa al agua pura. Las soluciones ácidas tienen una concentración de H+ mayor que el agua (mayor a 1 × 10^7), mientras que las soluciones básicas (alcalinas) tienen una concentración de H+ menor (menor a 1 × 10^7). Normalmente, la concentración de iones hidrógeno de una solución se expresa en términos de pH. un ácido es una sustancia que aumenta la concentración de iones hidrógeno H+ y Una base, en cambio, aumenta el pH al aportar iones hidroxilo OH o algún otro ion o molécula. 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. Su principal característica es que mantiene estable el pH de una disolución ante la adición de cierta cantidad de ácido o base fuerte. Las soluciones buffer o amortiguadoras son capaces de mantener su pH en valores aproximadamente constantes, aun cuando se agreguen pequeñas cantidades de ácido o base, o se diluya la solución. Una disolución buffer o amortiguadora se caracteriza por contener simultáneamente una especie débil y su par conjugado: •

Un ácido débil y la sal de su par conjugado HA + H2O

•

A– + H3O+

Una base débil y la sal de su par conjugado B + H 2O

BH+ + OH–

La disolución buffer debe contener una concentración relativamente grande de cada uno de los integrantes del par conjugado, de modo que: • •

la especie ácida del sistema buffer pueda reaccionar con los iones OH– que se le añadan la especie básica del sistema buffer pueda reaccionar con la cantidad de iones H+ que se añadan

Un ejemplo es la solución tampón de acético (ácido)-acetato (base conjugada) que mantendrá el pH alrededor de 4,6.

Reactivos: • • • •

Fosfato diádico de sodio NaH2PO4 Fosfato ácido de sodio Na2HPO4 Hidróxido de sodio 0,1 NaOH Ácido clorhídrico 0,1 NHCl

Materiales: • • • •

3 Vasos de precipitado de 100 ml 3 matraces Erlenmeyer de 125 ml 1matraz aforado de 100 ml 1 probeta de 100 ml

•

1 pipeta graduada de 1 ml

Procedimiento: 1. Prepare 100 mL de una solución de fosfato diácido de sodio (NaH2PO4) 0,1M. Etiquete como solución A. 2. Prepare 100 mL de una solución de fosfato ácido de sodio (Na2HPO4) 0,1M. Etiquete como solución B. 3. Mida el pH de ambas soluciones y registre el valor. 4. Mezcle 50 mL de la solución A con 50 mL de la solución B. Etiquete como solución C. 5. Mida el pH y registre el valor. 6. De la solución C tome 3 alícuotas de 25 mL cada uno. Etíquete como C1, C2 y C3. 7. Agregue 25 mL de agua destilada a la solución C1. Mida y registre el pH. 8. Agregue 1 mL de HCl 0,1N la solución C2. Mida y registre el pH. 9. Agregue 1 mL de NaOH 0,1N la solución C2. Mida y registre el pH.

Resultados y discusión: Solución Nada + 50 µl HCl 1M + 50 µl HCl 1M + 50 µl NaOH 2M + 50 µl NaOH 2M

Agua 7 4.40 6.76 9.68 11.32

Buffer fosfato 0.1 M pH 6.4 6.44 6.43 6.42 6.442

1.-Explique que es una solución amortiguadora. 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. Los amortiguadores más sencillos están formados por mezclas binarias: • •

un ácido débil y una sal del mismo ácido con una base fuerte (por ejemplo, ácido acético y acetato sódico) una base débil y la sal de esta base con un ácido fuerte (por ejemplo, amoníaco y cloruro amónico)

2.-Explique los valores de pH obtenidos. Un sistema de fosfato diádico de sodio y fosfato ácido de sodio concentrados (0.1M en cada componente) tendrá el mismo pH que el mismo sistema a concentración 0,001M (100 veces más diluído). Sin embargo, la capacidad amortiguadora será mayor en el sistema más concentrado. En efecto, si añadimos 0,1 moles de HCl al sistema 0.1M (cuyo pH es 6.4), se transforman 0,1 moles de Na2HPO4 en H2PO4, y su pH baja a 6.76. En cambio, en el sistema 0,01M, la adición de HCl lo desborda por agotamiento del Na2HPO4 y queda HCl libre, lo que provocará un fuerte descenso del pH. A pH fisiológico, las especies del fosfato con capacidad de tamponar son H 2PO4- y HPO4 2- ya que su valor de pK es de 6,4. Así pues, para el tampón fosfato: pH = 6,4 + log HPO4 2- / H2PO4A pH fisiológico de 7,4, la concentración de HPO4 2- (un 80%) es 4 veces superior a la de H2PO4 - (un 20%). Así pues, el tampón fosfato es un sistema muy eficaz para amortiguar ácidos.

3.-Investigue que es la capacidad amortiguadora y como se calcula.

La capacidad amortiguadora de un tampón como la cantidad de ácido o base fuerte que puede neutralizar sufriendo un desplazamiento de pH de una unidad (Figura de la derecha). Resulta evidente que la eficacia amortiguadora está vinculada a dos factores: • •

la concentración absoluta del sistema la proporción relativa de las formas disociada y sin disociar

El valor de pH deseado de la disolución, está dado por:

En términos cuantitativos, la capacidad buffer, β, puede definirse como la relación entre la concentración agregada de cualquiera de sus componentes, n a o n b, con respecto al cambio en el pH de la disolución; esto puede representarse como:

donde na y nb representan la cantidad de moles del ácido y la base, respectivamente. De estas expresiones puede verse que β siempre tiene un valor positivo. La capacidad buffer brinda información acerca de la sensibilidad de la solución amortiguadora, a diversos valores de pH. El cálculo de la capacidad buffer se lleva a cabo mediante un proceso de valoración. Para explicar esto, conviene notar que, dado que una cantidad de sustancia n a (nb) es igual a vaCa (vbCb), podemos sustituir a na (nb) por va (vb) en la definición de capacidad buffer, siempre y cuando la concentración C a (Cb) se mantenga constante. Además, cuando se lleva a cabo un proceso de valoración, se obtiene una curva de variación de pH con respecto a la cantidad de sustancia agregada, en unidades de volumen; esta relación es inversa a la definición de capacidad buffer, por lo que la valoración de uno de los componentes de la solución amortiguadora nos brinda información suficiente para calcular la capacidad buffer en cada valor de pH.

Conclusión: Además de que ese tipo de soluciones son útiles para el mantenimiento del pH en sistemas biológicos, también tienen muchas aplicaciones en la industria, por ejemplo, en la industria agrícola se usa para la fertiirrigación y la agricultura hidropónica; en la industria alimentaria, conocer los parámetros del pH es primordial para saber si los alimentos son aptos para el consumo humano; en la industria farmacéutica el control del PH es fundamental en el diseño, formulación y ensayos previos a la comercialización de medicamentos y en microbiología y en estudios genéticos también se usan los buffers. Ya que estas áreas de la ciencia están en crecimiento, la popularización del uso de amortiguadores será significativa para el desarrollo de la sociedad.

Referencias Cedrón, J. C., Landa, V., & Robles, J. (2011). Quimica General. Obtenido de 3.6.8. Soluciones Buffer o Amortiguadoras: http://corinto.pucp.edu.pe/quimicageneral/contenido/368-solucionesbuffer-o-amortiguadoras.html Khan Academy. (12 de 05 de 2017). Ácidos, bases, pH y soluciones amortiguadoras. Obtenido de Khan Academy: https://es.khanacademy.org/science/biology/water-acids-andbases/acids-bases-and-ph/a/acids-bases-ph-and-bufffers Urbansky, E. T. (diciembre de 2000.). Understanding, deriving and computing buffer capacity, Vol. 77, No. 12. Journal of Chemical Education....