Laboratorio General de Química I. Indicadores ácido-base en disoluciones amortiguadoras

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1 Laboratorio General de Química I Indicadores ácido-base en disoluciones amortiguadoras 1. OBJETIVOS: Extracción de un indicador natural de ph a partir de la col lombarda y elaboración de disoluciones amortiguadoras para estudiar su comportamiento a distintos intervalos de ph. 2. INTRODUCCIÓN: 2.1. INDICADORES ÁCIDO-BASE: Los indicadores ácido-base son sustancias, generalmente orgánicas, de carácter ácido o básico débil, de manera que su especie protonada y desprotonada presentan coloraciones diferentes, cambiando, así, la coloración de la disolución en que se encuentran. Estos cambios de color (y estructura) dependen del grado de ph de la disolución. Por ejemplo, en el caso de un indicador de carácter ácido débil tendríamos: ܫ + ଷ ܪ ଶ ܪ+ ܫܪ (donde HIn representa el color en medio ácido y In - representan la coloración en medio básico) Este hecho podemos explicarlo según el principio de Le Châtelier, según el cual, si aumentamos la concentración de H 3 O +, es decir, si aumentamos la acidez del medio donde se encuentra el indicador, el sistema tendrá tendencia a desplazarse hacia aquella zona donde la concentración de iones H 3 O + disminuya, en este caso, hacia la izquierda. Por este motivo, es el HIn el que aporta la coloración en medio ácido. Y lo mismo ocurre para el caso del In -. En esta práctica, utilizaremos un indicador natural extraído de la col lombarda, el cual pertenece al grupo de las antocianinas y, más concretamente, a las cianinas: pigmentos hidrosolubles ampliamente distribuidos en el reino vegetal, los cuales son los responsables de aportar color, generalmente, a frutas y flores, dotándolas de diferente coloración a medida que van madurando, a causa de los diferentes ph por los que atraviesan a lo largo de este proceso. Este indicador natural, al igual que muchos otros, puede dar lugar a una amplia gama de colores, a diferencia de los indicadores sintéticos cuyos cambios de color están mucho más restringidos. La estructura que puede adoptar la cianina de la col lombarda en medio básico y ácido es la siguiente:

2 2.2 DISOLUCIONES AMORTIGUADORAS: Las disoluciones amortiguadoras o disoluciones tampón se caracterizan por presentar un ph definido, el cual se mantiene prácticamente inalterado ante la adición de pequeñas cantidades de ácido o base. Para que esto sea posible, la disolución debe estar compuesta por una sustancia capaz de neutralizar ácidos, y otra capaz de neutralizar bases. Para ello, se utilizan disoluciones formadas por un ácido débil y su base conjugada o una base débil y su ácido conjugado, ya que si mezcláramos dos especies fuertes, se neutralizarían entre sí. Por ejemplo, en el caso de las disoluciones amortiguadoras formadas por un ácido débil y su base conjugada, el equilibrio que se produce entre ellos se lleva a cabo de la siguiente manera: ܣ + ܪ ܣܪ Así, podemos establecer la siguiente constante de equilibrio: ] ܣ] ] ܪ] = ܭ [ܣܪ] De esta manera, si tenemos en cuenta que el ph = - log [H 3 O + ], partiendo de la fórmula anterior podríamos determinar la concentración de protones: Lo que finalmente podríamos expresar como: [ܣܪ] ܭ = ] ܪ] ] ܣ] ] ܣ] + ܭ = ܪ [ܣܪ] De esta forma, mediante la ecuación de Henderson-Hasselbach podemos determinar el ph de una disolución amortiguadora formada por un ácido débil y su base conjugada. Si observamos la ecuación, vemos como solo depende de la concentración de ácido y base conjugada, por lo que si añadimos cierta cantidad de una sustancia básica (HA + OH - H 2 O + A - ) mientras que la concentración de base conjugada aumenta, la de ácido disminuye, haciendo que el ph prácticamente no varíe, y lo mismo ocurre con la adición de una sustancia ácida (A - + H 3 O + HA + H 2 O). Por otro lado, si la disolución reguladora está formada por una base débil y su ácido conjugado, partiendo de, en este caso, el poh = - log [OH - ] y que ph = 14 poh, tendremos que: ܭ = ] ܪ ] [ ݏ ] [ ݑ á ] [ ݏ ] + ܭ 14 = ܪ [ ݑ á ]

3 3. MATERIAL Y REACTIVOS: Material Reactivos Espátula Filtro de pliegues 2 Pinzas 1 Soporte 2 Nueces dobles Tubos de ensayo Gradilla 3 Matraz aforado 250 ml 20 Matraz aforado 100ml 2 Vasos de precipitados 500ml 3 Vasos precipitados 250ml 2 Vasos precipitados 100ml 1 Pipeta graduada 5ml 1 Pipeta graduada 25ml Vidrio de reloj Varilla de vidrio Pesa sustancias Pipeta Pasteur ph-metro Placa agitadora y calefactora Aspirador Frasco de vidrio 500ml Embudo de vidrio Mortero Etanol KCl HCl HFK NaOH KH 2 PO 4 Gradilla Na 2 HPO 4 4. SEGURIDAD Y RIESGOS: Na 2 B 4 O 7. 10H 2 O NaHCO 3 Etanol Ácido clorhídrico Hidróxido de sodio Hidrogenoftalato de potasio Borato de sodio H: H225 P: P210, P241, P280, P240, P303+P361+P353, P501a H: H314, H335 P: P260, P303+P361+P353, P305+P351+P338, P310, P405, P501a H: H314 P: P260, P303+P361+P353, P305+P351+P338, P310, P405, P501a H: H360 P: P201 P H: H360 P: P201 P

4 Frases H: H225 Líquido y vapores muy inflamables. H314 Provoca quemaduras graves en la piel y lesiones oculares graves. H335 Puede irritar las vías respiratorias. H360 Puede perjudicar la fertilidad o dañar al feto. Frases P: P201 Pedir instrucciones especiales antes del uso. P210 Mantener alejado de fuentes de calor, chispas, llama abierta o superficies calientes. No fumar. P260 No respirar el polvo/el humo/el gas/la niebla/los vapores/el aerosol. P308 + P313 EN CASO DE exposición manifiesta o presunta: Consultar a un médico. P310 Llamar inmediatamente a un CENTRO DE INFORMACION TOXICOLOGICA o a un médico. P330 Enjuagarse la boca. P331 NO provocar el vómito. P338 Quitar las lentes de contacto, si lleva y resulta fácil. Seguir aclarando. P351 Aclarar cuidadosamente con agua durante varios minutos. P353 Aclararse la piel con agua/ducharse. P361 Quitarse inmediatamente las prendas contaminadas. P405 Guardar bajo llave. P501 Eliminar el contenido/el recipiente adecuadamente. P303+P EN CASO DE CONTACTO CON LA PIEL (o el pelo): Quitarse inmediatamente las prendas contaminadas y aclararse la piel con agua/ducharse. P305+P351+P338 EN CASO DE CONTACTO CON LOS OJOS: Aclarar cuidadosamente con agua durante varios minutos además quitar las lentes de contacto, si lleva y resulta fácil. Seguir aclarando. 5. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL: 5.1 EXTRACCIÓN DEL INDICADOR NATURAL: Como ya hemos avanzado antes, en esta práctica extraeremos el indicador natural de la col lombarda. Para ello, seguiremos el siguiente procedimiento: En primer lugar machacamos en un mortero o cortamos en tiras muy finas 20 g de col lombarda. A continuación, añadimos la col a 200 ml de agua destilada hirviendo y lo dejamos cocer durante 5-10 minutos. Una vez hayan pasado estos minutos, dejamos enfriar. Cuando la mezcla esté fría, lo filtramos a través de un filtro de pliegues y le añadimos 20 ml de alcohol etílico para, así, conservar mejor el indicador.

5 5.2 PREPARACIÓN DE DISOLUCIONES: - Disolución de KCl 0 2 M: Pesar alrededor de g de KCl. A continuación, lo disolvemos en agua por completo en un vaso de precipitados, lo transvasamos a un matraz aforado de 100 ml y enrasamos. Por último, homogeneizar la disolución. - Disolución de HCl 0 2 M: ܥܭݏ 0ᇱ ܥܭ 6 74ᇱ 1000 ܥܭ 492 1ᇱ = ܥܭ 1 Pipeteamos unos 1 64 ml de HCl 37% ( densidad = 1 2 g/ml) y lo vertemos en un vaso de precipitados sobre una pequeña cantidad de agua. A continuación, lo transvasamos a un matraz aforado de 100 ml, enrasamos y homogeneizamos la disolución. ܥܪݏ 0ᇱ ܥܪ 5 36ᇱ Disolución de HCl 0 1 M:. ܥܪ 100 ܥܪ 1. ܥܪ 1 ܥܪ 37. ܥܪ = 1ᇱ 64. ܥܪ 2 1 ᇱ Pipeteamos unos ml de HCl 37% ( densidad = 1 2 g/ml) y lo vertemos en un vaso de precipitados sobre una pequeña cantidad de agua. A continuación, lo transvasamos a un matraz aforado de 100 ml y homogeneizamos la disolución. ܥܪݏ 0ᇱ ܥܪ 5 36ᇱ ܥܪ 100 ܥܪ 1 ܥܪ 37 - Disolución de HFK 0 1 M:. ܥܪ 1. ܥܪ = ᇱ 1. ܥܪ 2 Pesar alrededor de g de HFK. A continuación, lo disolvemos por completo en un vaso de precipitados, lo transvasamos a un matraz aforado de 250 ml y enrasamos con agua. Por último, homogeneizar la disolución. - Disolución de NaOH 0 1 M: ܭܨܪݏ 0ᇱ ܭܨܪ ܭܨܪ 1 ܭܨܪ = Pesar alrededor de 1 03 g de NaOH (pureza = 97%). A continuación, lo disolvemos por completo en un vaso de precipitados, lo transvasamos a un matraz aforado de 250 ml y enrasamos. Por último, homogeneizar la disolución. ܪ ݏ 0ᇱ ܪ ܪ 03 = 1 ᇱ. ܪ 100 ܪ 1 ܪ 97

6 - Disolución de NaOH 0 2 M: Pesar alrededor de 0 82 g de NaOH (pureza = 97%). A continuación, lo disolvemos por completo en un vaso de precipitados y lo transvasamos a un matraz aforado de 100 ml. Por último, homogeneizar la disolución. ܪ ݏ 0ᇱ ܪ ܪ 0 82 =. ܪ 100 ܪ 1 ܪ 97 - Disolución de KH 2 PO M: Pesar alrededor de 1 36 g KH 2 PO 4. A continuación, lo disolvemos por completo en un vaso de precipitados y lo transvasamos a un matraz aforado de 100 ml. Por último, homogeneizar la disolución. ଶ ସ ܪܭݏ 0ᇱ ଶ ସ ܪܭ ᇱ 1000 ܪܭ 36 = 1 ᇱ ଶ ସ ܪܭ 1 ଶ ସ - Disolución de Na 2 B 4 O 7 10H 2 O M: Pesar alrededor de 2 38 g Na 2 B 4 O 7 10H 2 O. A continuación, lo disolvemos por completo en un vaso de precipitados y lo transvasamos a un matraz aforado de 250 ml. Por último, homogeneizar la disolución. ݔ ݎó ݏ 0ᇱ Disolución de NaHCO M: ݔ ݎ 086 ó 136ᇱ ݔ ݎó 1 ݔ ݎ 36 ó = 1ᇱ Pesar alrededor de 0 42 g NaHCO 3. A continuación, lo disolvemos por completo en un vaso de precipitados y lo transvasamos a un matraz aforado de 100 ml. Por último, homogeneizar la disolución. ଷ ܥܪ ݏ 0ᇱ Disolución de Na 2 HPO M: ଷ ܥܪ 84 = 0 ᇱ ଷ ܥܪ 42 ଷ ܥܪ 1 Pesar alrededor de 0 71 g Na 2 HPO 4. A continuación, lo disolvemos por completo en un vaso de precipitados y lo transvasamos a un matraz aforado de 100 ml. Por último, homogeneizar la disolución. ସ ܪଶ ݏ 0ᇱ ସ ܪ 142 ଶ = 0 ᇱ ସ ܪ 71 ଶ ସ ܪଶ

7 5.3 PREPARACIÓN DE LAS DISOLUCIONES AMORTIGUADORAS: - Disolución amortiguadora de ph = 1 Utilizando la pipeta, cogemos 25 ml de una disolución de KCl 0 2 M y lo vertemos en un vaso de precipitados. A continuación, le añadimos 67 ml de HCl 0 2 M y mezclamos con una varilla para homogeneizar la mezcla. Por último, enrasamos en un matraz aforado de 100 ml. (Es importante recordar en esta y en las siguientes disoluciones enjuagar con agua desionizada el material utilizado para no perder parte del producto) - Disolución amortiguadora de ph = 2 Con la ayuda de una pipeta, cogemos 25 ml de una disolución de KCl 0 2 M y 6 5 ml de HCl 0 2 M y lo vertemos en un vaso de precipitados. A continuación, homogeneizamos la mezcla con la ayuda de una varilla de vidrio y lo transvasamos a un matraz aforado de 100 ml. Por último, enrasamos con agua desionizada. - Disolución amortiguadora de ph = 3 Cogemos 50 ml de una disolución de HFK 0 1 M y 22 3 ml de HCl 0 1 M con la ayuda de una pipeta. A continuación, lo vertemos en un vaso de precipitados y homogeneizamos la mezcla. Por último, lo transvasamos a un matraz aforado de 100 ml y enrasamos. - Disolución amortiguadora de ph = 4 Utilizando una pipeta, cogemos 50 ml de una disolución de HFK 0 1 M y 0 1 ml de HCl 0 1 M. A continuación, mezclamos y lo llevamos hasta un volumen de 100 ml con agua desionizada. - Disolución amortiguadora de ph = 5 Utilizando una pipeta, cogemos 50 ml de una disolución de HFK 0 1 M y lo vertemos en un vaso de precipitados. A continuación, le añadimos 22 6 ml de NaOH 0 1 M. Por último, transvasamos la mezcla a un matraz aforado de 100 ml y enrasamos con agua desionizada. - Disolución amortiguadora de ph = 6 Con la ayuda de la pipeta, cogemos 50 ml de una disolución de KH 2 PO M y 5 6 ml de NaOH 0 1 M. A continuación, mezclamos y lo transvasamos a un matraz aforado de 100 ml, el cual debe ser enrasado con agua desionizada.

8 - Disolución amortiguadora de ph = 7 Con la ayuda de una pipeta, cogemos 50 ml de una disolución de KH 2 PO M y 29,1 ml de NaOH 0 1 M y lo vertemos en un vaso de precipitados. A continuación, homogeneizamos la mezcla con la ayuda de una varilla de vidrio y lo transvasamos a un matraz aforado de 100 ml. Por último, enrasamos con agua desionizada. - Disolución amortiguadora de ph = 8 Utilizando una pipeta, cogemos 50 ml de una disolución de Na 2 B 4 O 7 10H 2 O M y lo vertemos en un vaso de precipitados. A continuación, le añadimos 20 5 ml de HCl 0 1 M. Por último, transvasamos la mezcla a un matraz aforado de 100 ml y enrasamos con agua desionizada. - Disolución amortiguadora de ph = 9 Cogemos 50 ml de una disolución de Na 2 B 4 O 7 10H 2 O M y 4 6 ml de HCl 0 1 M con la ayuda de una pipeta. A continuación, lo vertemos en un vaso de precipitados y homogeneizamos la mezcla. Por último, lo transvasamos a un matraz aforado de 100 ml y enrasamos. - Disolución amortiguadora de ph = 10 Utilizando una pipeta, cogemos 50 ml de una disolución de Na 2 B 4 O 7 10H 2 O M y 18 3 ml de NaOH 0 1 M. A continuación, mezclamos y lo llevamos hasta un volumen de 100 ml con agua desionizada. - Disolución amortiguadora de ph = 11 Con la ayuda de una pipeta, cogemos 50 ml de una disolución de NaHCO M y 22 7 ml de NaOH 0 1 M y lo vertemos en un vaso de precipitados. A continuación, homogeneizamos la mezcla con la ayuda de una varilla de vidrio y lo transvasamos a un matraz aforado de 100 ml. Por último, enrasamos con agua desionizada. - Disolución amortiguadora de ph = 12 Utilizando una pipeta, cogemos 50 ml de una disolución de Na 2 HPO M y 26 9 ml de NaOH 0 1 M. A continuación, mezclamos y lo llevamos hasta un volumen de 100 ml con agua desionizada. - Disolución amortiguadora de ph = 13 Cogemos 25 ml de una disolución de KCl 0 2 M y 66 ml de NaOH 0 2 M con la ayuda de una pipeta. A continuación, lo vertemos en un vaso de precipitados y homogeneizamos la mezcla. Por último, lo transvasamos a un matraz aforado de 100 ml y enrasamos.

9 5.3 VISUALIZACIÓN DEL EFECTO DEL INDICADOR: En diferentes tubos de ensayo, añadimos una pequeña cantidad de cada una de las disoluciones amortiguadoras preparadas a diferentes ph (para comprobar el ph de cada disolución, podemos utilizar el ph-metro). A continuación, añadimos unas gotas del indicador preparado anteriormente y observamos los cambios que tendrán lugar. 6 BIBLIOGRAFÍA: LIBROS: Handbook of Chemistry and Physics David R. Lide 85 Edición CRC Press RECURSOS DE INTERNET: ntocianina&source=bl&ots=wwoypm7mib&sig=hb8tr9nla3h07kl1jrdssdjh1zw&hl=es&s a=x&ei=rarurfkguak0axl_4hgdg&ved=0cgeq6aewca#v=onepage&q=cianina%20o%20antociani na&f=false oras&hl=es&sa=x&ei=0jewus2yaeqbywpizidocg&ved=0cdkq6aewaq#v=onepage&q= disoluciones%20amortiguadoras&f=false

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