Reporte 4 PDF

Title Reporte 4
Author Ana Gaitan
Course Química Analítica
Institution Universidad de Santiago de Chile
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Summary

Hidrolisis...


Description

Universidad de San Carlos de Guatemala Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería Química Área de Química Laboratorio de Química sección “D” Impartido por: Inga. Cinthya Ortiz

Reporte No. 4 Hidrólisis SECCIÓN 1. RESUMEN

VALOR 10

2. OBJETIVOS

5

3. MARCO TEÓRICO

5

4. MARCO METODOLÓGICO

5

5. RESULTADOS

15

6. INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS

30

7. CONCLUSIONES

15

8. BIBLIOGRAFÍA

5

9. APÉNDICE

10

9.1 Muestra de cálculo

4

9.2 Datos calculados

5

9.3 Datos originales

1

TOTAL

100

Héctor Eduardo Arrecis Rodas Carné: 201712083 Ana Paula Gaitán Barrientos Carné: 201701198 Guatemala, 10 de abril del 2018

PUNTEO

Contenido 1.

RESUMEN.............................................................................................................................2

2.

OBJETIVOS............................................................................................................................2

3.

2.1.

General.........................................................................................................................2

2.2.

Específicos....................................................................................................................2

MARCO TEÓRICO..................................................................................................................2 3.1.

Conceptos y generalidades...........................................................................................2

3.1.1. 3.2. 4.

El agua..................................................................................................................2

Aplicación industrial.....................................................................................................2

MARCO METODOLÓGICO.....................................................................................................2 4.1.

Reactivos, cristalería y equipo......................................................................................2

4.2.

Algoritmo del procedimiento........................................................................................2

4.3.

Diagrama de flujo.........................................................................................................2

5.

RESULTADOS.........................................................................................................................2

6.

INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS.......................................................................................2

7.

CONCLUSIONES....................................................................................................................2

8.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS.............................................................................................2

9.

ANEXOS................................................................................................................................2 9.1.

Muestra de cálculo.......................................................................................................2

9.2.

Datos calculados...........................................................................................................2

1. RESUMEN

2. OBJETIVOS 2.1.

General

Determinar los valores teóricos y experimentales de pH del cloruro de amonio y acetato de sodio a partir de las diferentes disoluciones. 2.2.

Específicos

1. Comparar el error promedio utilizando los valores experimentales y los teóricos de pH para el cloruro de amonio y el acetato de sodio. 2. Encontrar el valor de pC experimental para el cloruro de amonio y acetato de sodio. 3. Trazar los diagramas de Sillen experimentales y teóricos del cloruro de amonio y acetato de sodio.

3. MARCO TEÓRICO 3.1. Conceptos y generalidades 3.1.1. Dilución y disolución En química, la dilución es la reducción de la concentración de una sustancia química en una disolución. La dilución consiste en rebajar la cantidad de soluto por unidad de volumen de disolución. Se logra adicionando más diluyente a la misma cantidad de soluto. Sin embargo existen un tipo de dilución llamada dilución seriada o dilución sucesiva la cual consiste en la reducción progresiva, paso a paso, de la concentración de una sustancia en disolución.

Por lo

general, el factor de dilución en cada paso es constante, lo que da como resultado una progresión geométrica de la concentración, en forma logarítmica. Las diluciones en serie se utilizan para crear disoluciones muy diluidas con precisión. [1] Figura 1. Dilución sucesiva

Fuente: SILVANA. Diluciones [En línea]. Bogotá, Colombia. [Fecha de consulta: 9 de marzo del 2018] Disponible en: https://diluciones.blogspot.com/

Una dilución es una mezcla homogénea, uniforme y estable, formada por dos o más sustancias denominadas componentes. La sustancia presente en mayor cantidad suele recibir el nombre de solvente, y a la de menor cantidad se le llama soluto y es la sustancia disuelta. Tanto el soluto como el solvente pueden ser un gas, un líquido o un sólido. [1]

La solubilidad de un compuesto en un solvente concreto y a una temperatura y presión dadas se define como la cantidad máxima de ese compuesto que puede ser disuelta en la dilución. En la mayoría de las sustancias, la solubilidad aumenta al aumentar la temperatura del disolvente. En general, la mayor solubilidad se da en disoluciones cuyas moléculas tienen una estructura similar a las del solvente. [1] Cuando se añade un soluto a un disolvente, se alteran algunas propiedades físicas del disolvente. Al aumentar la cantidad del soluto, sube el punto de ebullición y desciende el punto de solidificación. [1] 3.1.2. Hidrólisis La hidrólisis es una reacción química entre una molécula de agua y otra molécula, en la cual la molécula de agua se divide y sus átomos pasan a formar unión de otra especie química. Esta reacción es importante por el gran número de contextos en los que el agua actúa como disolvente. Cuando una sal se disuelve en agua, el proceso fundamental que se lleva a cabo es la remoción de sus iones de la fase sólida y su dispersión a través de toda solución. Si éste fuera el único proceso, toda la solución salina sería neutra. Un rápido examen con un medidor de pH muestra que las soluciones de ciertas sales (acetato de sodio, carbonato de sodio, sulfuro de sodio, etc.) son alcalinas y otras soluciones de otras sales (cloruro de amonio, sulfato de aluminio) son ácidas. Es evidente que, además del simple proceso de solución, muchas sales sufren reacciones químicas que alteran la concentración del ion hidrógeno de la solución. Estas reacciones entre la sal y uno de los iones de la sal con el agua reciben el nombre de hidrólisis.

3.1.3. Diagrama de Sillen El diagrama de Silllen es uno de los dos diagramas conocidos por el cual se puede graficar la hidrólisis o la disociación. Utilizando métodos matemáticos combinándolos con los métodos analíticos podemos obtener ecuaciones exactas para determinar las diferentes componentes de una solución, con estos procesos se podrá demostrar el comportamiento de una solución al ser diluida en agua. Este diagrama tiene una gran similitud con el diagrama de Flood, dándonos cuenta de que ambos tienen la misma regionalización y comparten algunas ecuaciones. [2] Se utiliza con mayor frecuencia en la hidrólisis por su versatilidad para con este tema del análisis químico. Los 2 diagramas tienen un tipo de relación entre si y por ello la regionalización es similar en ambos diagramas tomando en cuenta que en hidrólisis rara vez podremos trabajar con un ácido o base fuerte, y por ello solo se toma en cuenta las regiones cuando el ácido o base son débiles o muy débiles, tomando en cuenta la versatilidad de estos compuestos que en algún momento determinado pueden llegar a ser fuertes. [2] El diagrama de sillen es una forma de expresar el pH vrs la concentración molar del soluto, tomando en cuenta que al igual que el diagrama de Flood, en este también podemos graficar el %α, y tomar en cuenta la constante de ionización de cada soluto en la reacción. [2] 3.2.

Aplicación industrial

3.2.1. Hidrólisis enzimática para la obtención de jarabes de glucosa o fructosa a partir de almidón de maíz. La sacarosa es el azúcar de uso doméstico e industrial más común en el reino vegetal. Ésta se hidroliza con facilidad en disoluciones ácidas a velocidades que aumentan con la temperatura y con la disminución del pH, liberando los monosacáridos glucosa y fructosa.

Esta reacción hidrolítica se denomina inversión, ya que produce un cambio en la actividad óptica dextrógira propia de la sacarosa a una actividad neta levógira. La mezcla equimolecular de glucosa y fructosa que se forma es conocida generalmente como azúcar invertido, muy utilizado en la industria de alimentos como ingrediente en la elaboración de productos de panadería y confitería, en helados, conservas y en bebidas alcohólicas y refrescantes. Sin embargo, para cada producto el grado de inversión deseable del jarabe obtenido puede variar, y el control de esta reacción no es sencillo, siendo uno de los principales problemas de la industria, además de la obtención de un producto de características homogéneas, bajo los más altos estándares de higiene y seguridad, y con una mayor eficiencia y productividad del proceso de obtención. https://riunet.upv.es/bitstream/handle/10251/87192/NGANDO%20%20CONTROL%20DEL%20PROCESO%20DE%20INVERSION%20DE%20LA %20SACAROSA%20EN%20LA%20FABRICACION%20DE%20JARABES.pdf? sequence=1

3.2.2. HIDRÓLISIS ÁCIDA DE CELULOSA Y BIOMASA LIGNOCELULÓSICA ASISTIDA CON LÍQUIDOS IÓNICOS La disolución de la celulosa o la biomasa lignocelulósica en líquidos iónicos facilita de una forma extraordinaria la hidrolisis de los biopolímeros (celulosa y hemicelulosa) debido a la eliminación de las barreras de protección estructurales, enlaces de Van der Wals y por puentes de hidrógeno, de los centros de hidrólisis. Así, una vez que se disuelve en líquido iónico, la hidrólisis ácida se produce incluso a temperaturas por debajo de 100 ºC. En la primera etapa, la celulosa se hidroliza hacia oligómeros (1,4-β-glucanos) y glucosa. La glucosa no es suficiente estable en condiciones ácidas y es propensa a sufrir deshidratación hacia 5-hidroximetil furfural (5-HMF) y otros productos diferentes

http://digital.csic.es/bitstream/10261/132717/1/morales_de_la_rosa_silvia.pdf

4. MARCO METODOLÓGICO 4.1.   

Reactivos, cristalería y equipo

Acetato de sodio 0.1M Beacker de 250 mL Balón aforado de 50 mL

4.2.

  

Cloruro de amonio 0.1M Potenciómetro Probeta de 25 mL

Algoritmo del procedimiento

1. Se preparó 100 mL de 0.1M de NH4Cl y CH3COONa y se les midió el pH a cada una. 2. Se tomaron 5mL de la solución madre de la sal a utilizar. 3. Se midió el pH de la alícuota. 4. Se colocaron los 5 mL de la muestra del inciso 2 en un balón de 50 mL y se aforó. 5. Se midió el pH. 6. Se diluyó haciendo soluciones sucesivas hasta que se llegó a una dilución de 1/1000000. 7. Se midió el pH en cada dilución.

4.3.

Diagrama de flujo

5. RESULTADOS Tabla 11. Valores de pH experimental de hidrolisis de cloruro de amonio y acetato de sodio Corrida 1 2 3 4 5 6 7

Dilución 1/1 1/10 1/100 1/1,000 1/10,000 1/100,000 1/1,000,000

pH CH3OOHNa 7.76 7.43 6.88 6.81 6.8 6.8 6.8

pH NH4Cl 6.87 6.99 7.04 7.1 7.15 7.18 7.14

Fuente: Datos originales

Tabla 12. Valores de pH de hidrolisis teórico de acetato de sodio Corrida

Dilución

1

1/1

2

1/10

3

1/100

4 5 6

1/1,000 1/10,000 1/100,000

7

1/1,000,000

pH ec. Cúbica 8.87614 8 8.37571 8 7.87942 6 7.41005 7.09691 7.011887 7.00130 5

pH ec. cuadrática

pH Ec. lineal

pH D. Sillen

8.869818

8.8744818

8.9

8.372912

8.3747483

8.4

7.874482

7.8744818

7.9

7.372912 6.872739 6.369216

7.3747483 6.8744818 6.3747483

7.5 7.2 7.1

5.857935

5.8744818

7

Fuente: Datos calculados, tabla 1- tabla 4

Tabla 13. Valores de pH teórico de hidrolisis de cloruro de amonio Corrida

Dilución

pH ec. Cúbica

1 2 3 4 5 6

1/1 1/10 1/100 1/1,000 1/10,000 1/100,000

5.10 5.60 6.10 6.57 6.88 6.96

pH ec. cuadrática 5.13 5.63 6.13 6.63 7.13 7.63

pH Ec. lineal 5.13 5.63 6.13 6.63 7.13 7.63

pH D. Sillen 5.1 5.7 6.1 6.6 6.8 6.9

6.97 7 1/1,000,000 8.14 Fuente: Datos calculados, tabla 6- tabla 9

Método

Cúbica

Cuadrática

Lineal

Experimenta l

Corrida 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7

pOH 8.876148 8.375718 7.879426 7.41005 7.09691 7.011887 7.001305 8.869818 8.372912 7.874482 7.372912 6.872739 6.369216 5.857935 8.8744818 8.3747483 7.8744818 7.3747483 6.8744818 6.3747483 5.8744818

7.76 7.43 6.88 6.81 6.8 6.8 6.8

pOH teórico 8.9 8.4 7.9 7.5 7.2 7.1 7 8.9 8.4 7.9 7.5 7.2 7.1 7 8.9 8.4 7.9 7.5 7.2 7.1 7 8.9 8.4 7.9 7.5 7.2 7.1 7

8.13

7

Porcentaje Exactitud de error Exactitud promedio (%) (%) (%) 0.268 0.2890714 0.2604304 1.1993333 1.4318056 1.2410282 0.0186429 0.3391236 0.3224762 0.3230127 1.6945067 4.5452917 10.292732 16.315214 0.2867213 0.3006155 0.3230152 1.6700227 4.5210861 10.214813 16.078831 12.808989 11.547619 12.911392 9.2 5.5555556 4.2253521 2.8571429

99.732 99.71093 99.73957 98.80067 98.56819 98.75897 99.98136 99.66088 99.67752 99.67699 98.30549 95.45471 89.70727 83.68479 99.71328 99.69938 99.67698 98.32998 95.47891 89.78519 83.92117 87.19101 88.45238 87.08861 90.8 94.44444 95.77465 97.14286

99.327384

95.1668061

95.2292707

91.5562785

Tabla 14. Calculo de la exactitud del pH de hidrolisis del acetato de sodio en los diferentes métodos usados.

Tabla 15. Calculo de la exactitud del pH de hidrolisis del cloruro de amonio en los diferentes métodos usados. Método

Cúbica

Cuadrática

Lineal

Experimenta l

Corrida

pH

1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7

5.1 5.6 6.1 6.57 6.88 6.96 6.97 5.13 5.63 6.13 6.63 7.13 7.63 8.14 5.13 5.63 6.13 6.63 7.13 7.63 8.13 6.87 6.99 7.04 7.1 7.15 7.18 7.14

pH teórico 5.1 5.7 6.1 6.6 6.8 6.9 7 5.1 5.7 6.1 6.6 6.8 6.9 7 5.1 5.7 6.1 6.6 6.8 6.9 7 5.1 5.7 6.1 6.6 6.8 6.9 7

Porcentaje de error (%) 0 1.785714286 0 0.456621005 1.162790698 0.862068966 0.430416069 0.584795322 1.243339254 0.489396411 0.452488688 4.628330996 9.567496723 14.004914 0.584795322 1.243339254 0.489396411 0.452488688 4.628330996 9.567496723 13.89913899 34.70588235 22.63157895 15.40983607 7.575757576 5.147058824 4.057971014 2

Exactitud (%) 100 98.21428571 100 99.543379 98.8372093 99.13793103 99.56958393 99.41520468 98.75666075 99.51060359 99.54751131 95.371669 90.43250328 85.995086 99.41520468 98.75666075 99.51060359 99.54751131 95.371669 90.43250328 86.10086101 65.29411765 77.36842105 84.59016393 92.42424242 94.85294118 95.94202899 98

Exactitud promedio

99.32891271

95.57560551

95.59071623

86.92455932

6. INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS

7. CONCLUSIONES

8. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

1. BROWN, THEODORE, L, cois. “Química, la ciencia central” Decimoprimera edición. México D.F: PEARSON EDUCACIÒN 2009. Pp. 528-546. ISBN: 9786074420210 2. GARCIA, Mili. “Diagrama de Sillen”. [Fecha de consulta: 9 de marzo del

2018]

Disponible

en:

http://propanona.blogspot.com/2011/08/diagrama-de-sillen.html

3. Patrina, Kim. Hydrolysis. [En línea] [Fecha de Consulta: 5 de Abril del 2018] Disponible en: chem.libretexts.org.

1

9. ANEXOS 9.1. Muestra de cálculo 9.1.1. Calcular pKab pKab= pKw − pKb

Donde: pKab: constante de una base para graficar en Sillen. pKw: constante del agua. pKb: constante de la base. Ejemplo: determine el pKab del cloruro de amonio: pKab=14 −4.74 =9.26

9.1.2. Ecuación para calcular pC pC=2 pH − pKa

Donde: pC: potencial de la concentración. pH: potencial de hidrogeno. pKa: potencial de la constante del àcido. Ejemplo: determine el pC para la dilución 1/1 del ácido acético. pC=2 ( 2.47 )−4.74=0.2

2

9.1.3. Ecuación Cúbica +¿¿ H ¿ 2 +¿ ¿ −Kw ¿ ¿ H 3 +¿ ¿ +( Ka+ Csa)¿ ¿ H ¿ Donde [H+]= Concentración de hidronios (M) Ka= Constante de ionización del ácido. Kw= Producto iónico del agua. Csa= Concentración de la sal (M) Ejemplo: Calculo de [H+] para el acetato de sodio en la dilución 1/1. +¿¿ H ¿ 2 +¿ ¿ −1E-14 ¿ ¿ H 3 +¿ ¿ +(1.78E-5+0.1)¿ ¿ H ¿

9.1.4. Ecuación Cuadrática −¿ ¿ OH ¿ 2 −¿ ¿ +Kw ¿ ¿ OH Ka ¿ Donde [OH-]= Concentración de hidroxilos (M) Ka= Constante de ionización del ácido. Kw= Producto iónico del agua. Csa= Concentración de la sal (M) 3

Ejemplo: Calculo de [OH-] para el acetato de sodio en la dilución 1/1. −¿ ¿ OH ¿ 2 −¿ ¿ +1E-14 ¿ ¿ OH 1.78E-5 ¿

9.1.5. Ecuación Lineal −¿ ¿2−KwCa=0 ¿ OH Ka ¿ Donde [OH-]= Concentración de hidroxilos (M) Ka= Constante de ionización del ácido. Kw= Producto iónico del agua. Csa= Concentración de la sal (M) Ejemplo: Calculo de [H+] para el ácido acético en la dilución 1/1. −¿ ¿ OH ¿ ¿

9.1.6. Análisis de error 9.1.6.1. % Error=

Porcentaje de error

Valor calculado−Valor te ó rico ∗100 Valor te ó rico

Donde Valor Calculado= valor que se consigue en la práctica Valor teórico= valor teórico. Ejemplo: Porcentaje de error pH para el acetato de sodio utilizando ecuación cúbica 4

¿ 8.8761−8.9 ∨ ¿ ∗100=0.2648 % 8.9 % Error=¿

9.1.6.2. Exactitud Exactitud =100−% Error Donde %Error= porcentaje de error. Ejemplo: Exactitud de pH para el acetato de sodio utilizando ecuación cúbica Exactitud=100−0.2648 %=99.732 %

9.1.6.3. ∑X ´x = n

Media aritmética

Donde £x= es la sumatoria de x n= total de datos Ejemplo: Media aritmética para la exactitud de pH para el acetato de sodio utilizando ecuación cúbica ´x =

695.29 =99.327 7

9.1.6.4.

Incertezas

Tabla I. Incertezas de los instrumentos utilizados en el laboratorio. Instrumento Probeta Termómetro Balanz Balón

Incerteza ±0,5mL ±1ºC ±0,01g ±0,5mL 5

Picnómetro

±0,3mL

Fuente: Laboratorio 2 de docencia T-5

9.2.

Datos calculados

Tabla 2. pH hidrólisis teórico de acetato de sodio utilizando la ecuación cúbica. Corrida 1 2 3 4 5 6 7

Dilución 1 1/10 1/100 1/1000 1/10000 1/100000 1/100000 0

Kw Ca 1.00E-14 0.1 1.00E-14 0.01 1.00E-14 0.001 1.00E-14 0.0001 1.00E-14 0.00001 1.00E-14 0.000001

Ka 1.78E-05 1.78E-05 1.78E-05 1.78E-05 1.78E-05 1.78E-05

1.00E-14


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