186451855 PH y Mediciones Potenciometricas

8/12/2019 186451855 PH y Mediciones Potenciometricas

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Medidas de pH y Titulaciones Potenciomtricas

Laboratorio de Fisicoquimica II Pgina 1

NDICETEMA PGINA

NDICE

INTRODUCCION...2

RESUMEN

PRINCIPIOS TERICOS..4

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

TABULACIN DE DATOS Y RESULTADOS..9

CLCULOS1

ANLISIS DE CLCULOS6

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES7

APNDICE8

BIBLIOGRAFA


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INTRODUCCINAlgunos de los procesos ms importantes de los sistemas qumicos y biolgicos sonreacciones cido-base en disolucin acuosa. En este, informe se estudia lasmediciones de pH de un disolucin por mtodos potenciomtricos.

Dado que las concentraciones de los iones H+ y OH con frecuencia son nmeros muypequeos y, por lo tanto, es difcil trabajar con ellos, Soren Sorensen propuso, en1909 una medida ms prctica denominada pH. El pH de una disolucin se define comoel logaritmo negativo de la concentracin de ion hidrgeno en (mol/L).

En el laboratorio, el pH de una disolucin se mide con el potencimetro (pH-metro)para esto es necesario el uso de electrodos.

El potencial relativo de un electrodo viene determinado por la concentracin (oestrictamente la actividad) de una o ms especies qumicas presentes en la solucinque est sumergido.

Se usa dos electrodos, uno indicador y otro de referencia, debido a que no es posibledeterminar el potencial absoluto con uno solo. Puede usarse como electrodo indicador,el electrodo de vidrio, que tiene un extremo sensible al pH, el cual al contacto con lasolucin incgnita produce un potencial que est en relacin con el pH de la misma pormedio de la ecuacin de Nerst.

Este electrodo normalmente est construido con elementos internos de plata-cloruro

de plata o de mercurio y externamente de vidrio sensible al pH, y est hecho para unrango determinado de pH y temperaturas.

El electrodo de referencia es insensible al pH, sirve para completar el circuito, loshay de diferentes tipos de elementos internos, como por ejemplo el de calomel que esel cloruro mercurioso o de plata-cloruro de plata y rodeados de una solucin de unelectrolito que generalmente es cloruro de potasio. El voltajeen el interior del bulbo
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es constante, porque se mantiene su pH constante (pH=7) de manera que la diferenciade potencialsolo depende del pH del medio externo.

RESUMENEl objetivo de la prctica fue el de realizar las mediciones de pH y titularpotenciomtricamente soluciones diluidas de diferentes tipos de cidos y bases.

El laboratorio se encontr a las siguientes condiciones ambientales, a unatemperatura de 23C, un porcentaje de humedad de 94% y una presin atmosfricade 756 mmHg.

Para empezar se valor la solucin de con biftalato de potasio, encontrando sunormalidad corregida la cual no variaba demasiado de la terica. Esto fue granimportancia ya que con la soda se valor todos los cidos cuyo pH fue medido( , ) y se valor con HCl a la solucin de . Tambin se midi el pHde las soluciones buffer cido ( / ) y bsico ( / ).

Los errores para los cidos incluyendo el buffer cido se encuentran en un rango de3.17 a 27.27 % y para las base incluyendo tambin el buffer va desde 1.30 a 3.49%.Lo cual se debi principalmente a la habilidad del operador en la titulacin y/o malacalibracin del pH-metro.

Como una conclusin importante podemos decir que el pH depende de la concentracinde iones , observndose que el pH aumenta a medida que disminuye. Es decir, elpH nos indica que tan dbil o fuerte es una sustancia.

Una recomendacin antes de efectuar alguna medicin con el pH-metro, asegurarseque el electrodo de vidrio se encuentre bien enjuagado con agua destilada, para evitar

una mala lectura.
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PRINCIPIOS TERICOSCONCEPTOS PREVIOS

Electrolitos fuertes:

Sustancias moleculares o inicas buenos conductores elctricos. Estn disociadosprcticamente en un 100% y pueden ser:

Sales: Son de naturaleza inica.

cidos Fuertes: Son compuestos covalentes, se analizan en medio acuoso, estos son:, , , , , .

Bases Fuertes:Son compuestos inicos, se analizan en medio cido, estos son:,, , y .

Electrolitos Dbiles:

Sustancias de naturaleza molecular o inica que se disocian parcialmente,estableciendo un estado de equilibrio qumico llamado Equilibrio Inico. Cadaequilibrio posee constante de equilibrio inico (). Cuanto mayor sea el valor de

mayor ser el porcentaje de disociacin del electrolito.cidos Dbiles: , , , , , etc. Alcanza un estado deequilibrio caracterizado por la constante de acidez (), los cidos dbiles pueden sermonoprticos y poliprticos.

Bases Dbiles: Alcanzan el estado de equilibrio caracterizado por la constante debasicidad ( ). , , etc.

EL pH El pH de una disolucin se define como el logaritmo negativo de la concentracin delion hidrgeno ( ).

Esta ecuacin es solo una definicin establecida con el fin de tener nmerosconvenientes para trabajar con ellos. El logaritmo negativo proporciona un valorpositivo para el pH, el cual, de otra manera sera negativo debido al pequeo valor de

. Debido a que el pH slo es una manera de expresar la concentracin del ion


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hidrgeno, las disoluciones cidas y bsicas, a 25C, pueden identificarse por susvalores de pH, como sigue:

Disoluciones cidas: > 1.0 x 10-7 M pH < 7

Disoluciones bsicas: < 1.0 x 10-7

M pH > 7 Disoluciones neutras: = 1.0 x 10-7 M pH =0

Con el logaritmo negativo de la concentracin de iones hidrxido de una disolucinse puede obtener una escala del pOH, anloga a la del pH. As, el pOH se define como:

Ahora al considerar la constante del producto inico del agua:

Al tomar logaritmo negativo en ambos lados, obtenemos:

Esta ecuacin nos proporciona otra forma de expresar la relacin entre laconcentracin de los iones y la concentracin de los iones.

El pH-METROPara realizar las medidas potenciomtricas es necesario el uso de un electrodocombinado el cual en contacto con la solucin incgnita produce un potencial que estrelacionado con el PH de la misma por medio de la ecuacin de Nernst.

Este electrodo normalmente est construido por elementos inertes de plata-cloruro,plata o mercurio y externamente de vidrio extremadamente sensible al PH, y esthecho para un rango determinado de PH y temperatura.El electrodo de vidrio y el de referencia actan como ungenerador de tensin cuandoestn sumergidos en la solucin a medir, la tensin producida por ellos, de 59,16 milivoltios porcada unidad de PH a temperatura ambiente, es aplicada a unamplificador con entrada por FET (Field Effect Transistor) con alta impedancia deentrada, con el fin de no cortocircuitar las bajsimas corrientes producidas. Elelectrodo para la medicin de pH es un elemento relativamente caro,la siguiente foto es una versin econmica del mismo con un gel interno en lugar del

electrolito.


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CALIBRACION Electrodo ideal produce 0 mV a un pH de 7, la salida real de un electrodo pH servariable, especialmente con la edad, y requiere la calibracin frecuente en unasolucin tampn de pH conocido para mantener la precisin de la medida. Se debeusar calibracin de dos puntos, una solucin tampn para pH 7, con la cual la salida delelectrodo debera ser de 0 volts, si difiere de este valor se ajusta el instrumento.

Los accesorios requeridos para la calibracin del instrumento utilizan una solucintampn para pH 7 y otra solucin tampn para pH 4, si se quiere medir unas solucionescidas y otra solucin tampn para pH 10, si la solucin a medir es bsica.

SOLUCIN AMORTIGUADORA O BUFFERUna solucin amortiguadora es aquella que resiste un cambio de pH aunque se le aadapequea cantidades de un cido o una base fuerte. En general, estas soluciones estnconstituidas por un cido dbil y su sal (base conjugada) formando un Buffer acido ouna base dbil y su sal (cido conjugado) formando un buffer bsico.

La operatividad del Buffer depende de: El efecto del ion comn y el principio de LeChatelier.

As: Cuando un "buffer" es adicionado al agua, el primer cambio que se produce es queel pH del agua se vuelve constante. De esta manera, cidos o bases (lcalis = bases)adicionales no podrn tener efecto alguno sobre el agua, ya que esta siempre seestabilizar de inmediato.

Clculo del pH en una solucin Buffer o amortiguadora (por frmula):


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PROCEDIMIENTO EXPERIMENTALEstandarizacin del pH-metro:Para realizar medidas de pH de una solucin, es necesario estandarizar elinstrumento, procedimiento que debe realizarse con soluciones reguladoras o bufferestndar de pH neutro, cido y bsico.

Para realizar la estandarizacin se seguir el procedimiento indicado en el equipo opor el profesor.

Medida de pH de muestras: Prepare 100 ml de cada una de las siguientes soluciones buffer:

cida 0.1 N en CH3COOH y 0.1 N en CH3COONa

Bsica 0.1 N en NH4OH y 0.1 N en NH4Cl

Valore las soluciones 0.1 N de NaOH, HCl, CH3COOH usando fenolftalenacomo indicador.

Para la valoracin de NaOH use Biftalato cido de potasio como patrnprimario.

As mismo valore la solucin de NH4OH con la solucin de HCl usando rojo demetilo como indicador, hasta el cambio de coloracin.

Mida el pH de cada una de las soluciones buffer preparadas y de las solucionesde CH3COOH, NaOH, HCl, NH4OH.

El bulbo del electrodo debe estar cubierto con la solucin. Lave y seque el electrodo antes de sumergirlo en otra solucin, o si hubiera

concluido el experimento.

Despus de secarlo djelo sumergido en la solucin de almacenamiento(storage)


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TABULACION DE DATOS Y RESULTADO

Tabla N1: Condiciones de Laboratorio

P (mmHg) T (C) % H.R. 756 23 94

Tabla N2: Datos Experimentales

2.1 Solucin Buffer cida:

0.57 ml. 0.8220 g.

2.2 Solucin Buffer Bsica:

0.68 ml. 0.5343 g.

2.3 Valoracin de con :

0.1471 g. 5.9 ml.

2.4 Valoracin de , con :

Soluciones V 10 ml. 10.9 ml.

10 ml. 9.8 ml.

2.5 Valoracin de con :

Soluciones V 10 ml. 10.1 ml.

2.6 Medicin del pH con pH-metro:

Soluciones pHexperimental

Buffer cido 4.57 2.93


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1.12Buffer Bsico 9.36

10.79 12.50

Tabla N3: Resultados y % Errores

3.1 Solucin Buffer cida:

Sustancia Ncorregida pHterica %Error 0.0992 N

4.76 3.99 % 0.1 N

3.2 Solucin Buffer Bsica:

Sustancia Ncorregida pHterica %Error 0.0999 N

9.24 1.30 % 0.0999 N

3.3 cidos fuertes y dbiles:

Sustancia Ncorregida pHterica %Error 0.1197 N 2.84 3.17 %

0.1331 N 0.88 27.27 %

3.4 Bases fuertes y dbiles:

Sustancia Ncorregida pHterica %Error 0.1344 N 11.18 3.49 %

Tabla N4: (TERICO)

Sustancia (TERICO)

SKOOG D.A., 6ta EDICIN, APNDICE 2


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CLCULOS Valoracin de 0.1 N con biftalato cido de potasio

Donde V es el volumen gastado de al valorar el biftalato

Valoracin de cidos y bases

Para la muestra de con

; ;


; ;


; ;


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Clculo del pH de las soluciones cido Clorhdrico:

%Error

| | | |

cido actico:

%Error

| |


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| |

Hidrxido de amonio:

[ ]

%Error

| |

Solucin buffer cidaClculo de la normalidad de y en 100 mL

( )( )

Se diluy el


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Disociaciones

%Error

| | | |

Solucin buffer bsica

Clculo de la normalidad de y en 100 mL

( )( )

Se diluy el


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ANLISIS DE CLCULOS Un factor de error que no se ha considerado es el de los iones oxidrilo e

hidronio que puede aportar el agua pese a ser insignificantes frente a lacantidad que liberan las otras sustancias, produce variaciones en losresultados.

Al realizar valoraciones siempre se cometen errores, ya sea por losinstrumentos y reactivos empleados (defectuosos o contaminados ) o por lamanipulacin, observacin y los clculos realizados por el alumno que conllevana resultados no muy exactos del valor de PH de las soluciones.

Las concentraciones reales de las soluciones sern tiles a la hora decalcularles el pH terico, sta a su vez ser comparada con el datoexperimental que se ha obtenido del pH-metro. Dato con el cual se trabajpara obtener un porcentaje de error.

Por los resultados obtenidos; a excepcin de acido clorhdrico, podemosobservar que hubo una buena medicin, pues los porcentajes de errores nosuperan el 10 porciento , lo cual seala el especial cuidado que se tuvo en la

medicin.


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CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONE Los acidos y bases son electrolitos fuertes que se ionizan completamente en

agua, los acidos dan iones hidronio y un anion ; mientras que las bases dan ioneshidrxido y un catin

El CH3COONa y el NH4Cl son especies de inters en los clculos del equilibrioen la concentracin del ion hidrogeno puesto que los iones acetato o amonioreaccionan con las molculas de agua.

Las mediciones potenciometricas directas son muy utiles para determinar laactividad de una especie en una mezcla que esta en equilibrio; ya que elequilibrio no se altera con la medicin, adems mide la actividad en equilibriode los protones en la solucin en cualquier instante.

Lavar la pipeta cada vez que se trabaje con una nueva solucin

Al momento de titular ; estar muy atentos al cambio de color ya que es en esepreciso instante en que se cerrara la llave de la bureta; de lo contrario sepodra tener un error en el clculo del volumen gastado

Utilizar la campana cuando se trabaje con soluciones muy concentradas comoel acido actico y el hidrxido de amonio

Es necesario conocer el funcionamiento y calibracin del pH-meto

Lave y seque en la estufa todo el material de vidrio antes de utilizarlo ya queen esta experiencia se requiere de que los componentes no contengan residuosde otras soluciones, los cuales podran alterar la concentracin de iones H+ yOH- principalmente.

Es necesario limpiar adecuadamente el pH-metro con agua destilada y secarlocon un papel absorbente despus de cada medicin de pH para evitar lacontaminacin de la solucin y en consecuencia obtener una medida errnea delpH.


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APNDICE

CUESTIONARIO1. Explique el Fundamento y Aplicacin de las Titulaciones Potencio

mtricas.

Las titulaciones potenciomtricas habitualmente usadas en el rea de investigacin,laboratorios de desarrollo, control de calidad, entre otros son:

Acido-base, Precipitacin,Formacin de complejos, Redox.

Como se sabe las titulaciones potenciomtricas finalizan al determinar el punto deequivalencia, donde todo el analito es consumido, y existen cantidadesestequiomtricamente equivalentes del titulante y el analito; algunas formas paradeterminarlo son:

Algn tipo de indicador en solucin, como un indicador de cambio de color Medicin de un cambio fsico en la solucin Fotomtrico (cambio en color/absorbancia) Amperomtrico (cambio en la corriente) Conductomtrico (cambio en CE) Potenciomtrico (cambio significativo en el voltaje) Por ejemplo ISE y pH

Dentro del mercado de equipos utilizados para stas determinaciones una opcinaccesible en todos los mbitos es el medidor HI4522-01, ya que con ste se puededar seguimiento a la titulacin potenciomtrica mediante la curva de titulacin quemuestra el equipo en display, adems todos los cambios de potencial se pueden

almacenar en 100 lotes de 10000 datos cada uno, o bien podr dar seguimiento a sucurva mediante la descarga de datos a la computadora.

Gracias a su avanzado sistema de dos canales se pueden realizar dos mediciones almismo tiempo, por lo que puede medir otro parmetro al mismo tiempo que se realizala titulacin potenciomtrica.

La metodologa consiste en poner el titulante en la bureta y colocarla en un soporteuniversal, el analito debe estar en un recipiente que contenga un agitador magnticoque permite la homogeneizacin de la muestra. El sensor de pH, ISE u ORP debe

estar sumergido en ste ltimo y el equipo se debe colocar en modo de mV. Se


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recomienda iniciar con el almacenamiento de los datos unos segundos antes de iniciarcon la titulacin para tener una mejor curva de titulacin.

Es importante mencionar que los sensores de medicin deben ser acorde al tipo dereactivos a utilizar

2. Indique las Caractersticas Resaltantesde los Electrodos de Vidrio y deCombinacin.

Se encontr experimentalmente que la diferencia depotencial que existe en la interfase de vidrio y unasolucin en la cual est en contacto depende del pH dela solucin.

El electrodo de vidrio est formado por un tubo quetermina en una ampolla de paredes delgadas, con esteobjeto se emplea un vidrio especial de punto de fusinrelativamente bajo y elevada conductancia elctrica. La ampolla contiene una solucinde concentracin de iones hidrogeno constante y un electrodo de potencial definido;

generalmente se emplea un electrodode Ag, AgCl (s) en cido clorhdrico0.1M, o un alambre de platino en unasolucin reguladora a pH=4.00 quecontiene una pequea cantidad dehidroquinona. La ampolla se introduceen la solucin experimental B y elelectrodo de vidrio resultante secombina con un electrodo dereferencia, electrodo de calomel, paraformar la pila.

A causa de la elevada resistencia del vidrio, que es de 10 a 100 millones de ohm, seemplean con este fin potencimetros especiales con vlvulas electrnicas. Existen enel comercio varios modelos de aparatos que permiten la determinacin del potencial


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del electrodo de vidrio con una exactitud aproximada de 0.0005 voltios de 0.01unidad de pH.

El electrodo de vidrio se puede emplear en soluciones acuosas de cualquier tipo,siempre que el pH este comprendido en el intervalo de 1 a 9; para los valores de pHsuperiores que llegan hasta 12, hay que recurrir a vidrios especiales.

3. Explique las Ecuaciones para Calcular el pH de Soluciones Buffer,Indicando las Limitaciones para su Uso.

La solucin reguladora es aquella que resiste al cambio de pH por la adicin de cido o

lcali. Usualmente estas soluciones consisten en una mezcla de un cido dbil y su sal(base conjugada), o en una base dbil y su sal (cido conjugado).

Las soluciones reguladoras de pH conocido son muy tiles en muchos aspectos de laqumica, y el problema de su preparacin es interesante. La concentracin de ioneshidrogeno de una solucin reguladora formada por un cido dbil y su sal, est dadacon buena aproximacin en el intervalo de pH desde 4 a 10 por la ecuacin:

sal

acido KaCH

En realidad en sentido estricto, debera tomarse Ka en lugar de K pero como no seespera una gran exactitud, es preferible el uso de una constante tabulada. Tomandologaritmos y cambiando el signo a toda la expresin, se obtiene:

acido sal KaCH logloglog

acido sal

pKa pH log

Por medio de la ecuacin anterior conocida como ecuacin de Henderson-Hasselbaches posible calcular el pH de una solucin reguladora de concentracin conocida;


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inversamente, se puede emplear esta expresin para preparar una solucin de pHdefinido.

BIBLIOGRAFIA Raymond Chang ,Qumica ,6ta Edicin, Ed. Mc Graw Hill, pg. 606-630.

Araneo Antonio, Qumica analitica cualitativa, Ed.edifonsa, Mc GrawHill Latinoamericana , 1972 ,pag 121-127,137-134

Crockford y Knight ,Fundamentos De Fisicoquimica , EditorialContinental, Tercera Edicin , Mxico 1981, cap. 14 , pag 317 - 325.

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