DEPARTAMENTO DE ELECTRÓNICA Y AUTOMÁTICA

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1 DEPARTAMENTO DE ELECTRÓNICA Y AUTOMÁTICA FACULTAD DE INGENIERÍA UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN JUAN Informe de Practica Laboratorio Nº 04 PROTÓLISIS DE SALES Y BUFFER Asignatura: Química I Bioingenieria Autores del Grupo: Apellido, Nombre Registro 2º Semestre Año 2018

2 1 INTRODUCCIÓN En el presente trabajo se determinará la acidez o alcalinidad de las distintas soluciones acuosas utilizando el concepto de ph, empleando cintas de ph, indicadores acido-base y escala colorimétrica. La práctica se divide en tres secciones: En las dos primeras se determina el carácter de las soluciones a parir del uso de cinta de ph y la escala colorimétrica y la tercera parte se determina el ph de soluciones buffer y su comportamiento ante el agregado de ácidos y bases. Dentro de las soluciones a analizar se encuentran las sales, cuyo carácter (ácido o básico) surge del análisis del origen del ácido y base del cual provienen. 1.1 Objetivos: Determinar la acidez o alcalinidad de las soluciones acuosas usando cintas de ph. Determinar el ph de las soluciones acuosas utilizando indicadores ácido-base por medio de la escala colorimétrica. Determinar el ph y las características de las soluciones buffers. 2 FUNDAMENTOS TEÓRICOS 2.1 Concepto de carácter ácido o básico En un principio fueron llamados ácidos aquellas sustancias de sabor agrio, y luego se llamó así a las que viraban al rojo el papel de tornasol azul. Los ácidos son compuestos que se originan por combinación del agua con un anhídrido, u oxido ácido, o bien por disoluciones de ciertos hidruros no metálicos en agua. En el primer caso se denominan oxácidos; en el segundo, hidrácidos. Análogamente, se definió base a las sustancias de sabor amargo, y posteriormente a las que vuelven azul el papel de tornasol rojo. Las bases (o hidróxidos) se originan por la combinación del agua con un óxido básico. En todo hidróxido existe un par de átomos, uno de oxígeno y otro de hidrógeno (OH-), que caracteriza a estos compuestos. Para determinar si una sustancia es ácida o básica se introduce el concepto de ph, en el cual si la sustancia tiene un ph menor que 7, la sustancia es ácida. Si el ph es mayor que 7, la sustancia es básica y si el ph es 7, la sustancia es neutra. 2.2 Hidrólisis de sales La hidrólisis es la reacción entre la sal y el agua (inversa de la neutralización). Esta reacción reproduce el ácido y base que originalmente generaron la sal, y eso explica la modificación del ph al disolver la sal en agua, ya que esas sustancias pueden ser ácidos o bases fuertes o débiles. Sin embargo, algunas sales sí alteran el ph al disolverse en agua. Para entender el porqué de este fenómeno, primero debe conocerse el origen de cada sal. Sales que provienen de la neutralización de ácidos fuertes y bases débiles: Dos enfoques distintos nos permiten determinar cuál será el resultado de la hidrólisis. Por un lado, podemos estudiar la base y el ácido que reaccionaron para producir la sal (NH 4 OH y HCl). Otro camino consiste en analizar el ácido y la base conjugados (NH + 4 y Cl - ). Tomemos como ejemplo el NH 4 Cl: Reacción de hidrólisis: NH Cl - + H 2 O NH 4 OH + HCl Pero el HCl es fuerte y ioniza: HCl Cl - + H + Obtenemos como resultado neto: NH H 2 O NH 4 OH + H + Desde el primer enfoque, el HCl es fuerte y estará completamente ionizado aportando iones H + a la solución. El NH 4 OH por otro lado, al ser una base débil no disociará y el resultado neto será una solución ácida. Página 1 de 8

3 Si en cambio decidimos observar los conjugados, los iones Cl - (que provienen de un ácido fuerte) constituirán una base conjugada débil que no tomará los iones H + del medio. Los iones NH 4 + sin embargo, son un ácido conjugado relativamente fuerte que aumentará la concentración de H + en la solución. El comportamiento ácido del ion NH 4 + se puede explicar por la teoría de Lewis. Sales que provienen de la neutralización de ácidos débiles y bases fuertes: Tomemos como ejemplo el NaCN: Reacción de hidrólisis: Na + + CN - + H 2 O NaOH + HCN Pero el NaOH es fuerte y ioniza: NaOH Na + + OH - Obtenemos como resultado neto: CN - + H 2 O HCN + OH - En la solución quedan libres iones OH - y el medio toma carácter básico. En este caso, el HCN (ácido débil) provee una base conjugada fuerte, el ion CN -. El comportamiento básico del ion CN - se puede explicar por la teoría de Brönsted y Lowry. Sales que provienen de la neutralización de ácidos y bases débiles: Tomemos como ejemplo el CH 3 COONH 4 : Reacción de hidrólisis: NH C 2 H 3 O - + H 2 O NH 4 OH + CH 3 COOH Ambos son débiles: NH 4 OH NH OH - CH 3 COOH C 2 H 3 O - + H + Aunque el ácido y la base que formaron la sal sean débiles, el grado de ionización puede ser distinto y si se diera tal caso el ph podría verse alterado. En este caso la solución será ácida o básica dependiendo de la relación entre las K a y K b : HA Base conjugada: A - + H 2 HO O HA + HO - K b A NH Ácido conjugado: NH H 2 O NH 3 + H 3 O + 3 H 3O Concluimos que debido a que K a K b, el ph deberá ser neutro. K a NH 4 5,5x ,7x10 Sales que provienen de la neutralización de ácidos y bases fuertes: Las sales de ácidos y bases fuertes se disocian totalmente en solución. Si tomamos como ejemplo al NaCl, observamos que el HCl y el NaOH son un ácido y una base fuerte respectivamente. Al ionizar en agua, tanto el Cl - como el Na + son conjugados débiles, no hay cesión ni ganancia de protones y no se altera el ph. La solución permanece neutra, esto es, ph= 7. Reacción de hidrólisis: Na + + Cl - + H 2 O NaOH + HCl 10 Ambos son fuertes y ionizan NaOH Na + + OH - HCl Cl - + H + Los equilibrios anteriores están muy desplazados hacia la derecha, no se modifican las [H + ] y [OH - ] de la solución. Para finalizar, podemos decir que en la soluciones salinas predomina siempre el carácter más fuerte. 2.3 Buffer o tampón Página 2 de 8

4 Una solución amortiguadora o tampón tiene la función de resistir los cambios del ph cuando se agregan pequeñas cantidades de ácido o de base, regulando el ph en torno al valor de pk a o pk b. Las soluciones reguladoras contienen simultáneamente concentraciones comparables de un ácido débil y de su base conjugada o de base débil y su acido conjugado, según sea un buffer ácido o básico. El valor de ph al cual regula una solución buffer se calcula con la ecuación de Henderson- Hasselbalch: Para buffers ácidos: Para buffers básicos: Un buffer ácido funciona de la siguiente manera: en la solución queda casi todo el ácido sin ionizar y están presentes todos los aniones de la sal (que es una base fuerte). Si ingresan H + al sistema, ellos serán capturados por esa base fuerte para formar moléculas de ácido que por ser un ácido débil no ioniza. El ph se acomoda o amortigua en un valor que se puede calcular así: donde X = [H + ] Cuando ingresan OH - al sistema, el ph se puede calcular así: donde X= [OH - ] 3 PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL I- Identificar el carácter ácido o básico de una disolución Materiales y drogas Gradilla. Tubos de ensayo (10). Placa de porcelana. Pipeta Pasteur. Papeles de ph. Solución de fenolftaleína. Ácido clorhídrico diluido. Hidróxido de sodio diluido. Agua destilada. Agua corriente Vinagre de Alcohol. Jugo de limón. Solución jabonosa. Agua Salada. Solución acuosa de carbonato de sodio. Solución acuosa de cloruro férrico. Solución acuosa de acetato de amonio. Procedimiento experimental a) Sobre una cavidad de la placa de porcelana coloque un trozo de papel de ph en su correspondiente escala. b) Utilizando una pipeta pasteur extraiga unas gotas de solución y humedezca los papeles de ph. c) Finalmente, coloque una gota de solución en una de las cavidades de la placa de porcelana y agregue una gota de fenolftaleína. Página 3 de 8

5 d) Repita el procedimiento de a), b) y c) con cada una de las sustancias dispuestas en los tubos de la gradilla. e) Anote los resultados en la tabla colocada en la sección de informe. II- Estimar el ph mediante técnicas colorimétricas Materiales y drogas Tubos de ensayo (10). Pipeta graduada de 10 ml (1). Pipeta graduada de 1 ml (1). Tapones para tubos. Agua destilada. Solución de ácido clorhídrico 0,1 M. Solución de hidróxido de sodio 0,1 M. Solución indicadora de Naranja de metilo. Solución indicadora de Tropeolina. Solución indicadora de Fenolftaleína. Solución indicadora de Amarillo de alizarina. Solución indicadora de Carmín índigo. Preparación de escala colorimétrica Escala de ph zona ácida (ph desde 1 a 5) a) Rotular los tubos de ensayo indicando ph = 1, ph = 2,..., ph = 5 b) En el tubo rotulado ph = 1, se colocan 9 ml solución de HCl 0,1 M. c) En el tubo rotulado ph = 2, se coloca 1 ml solución de HCl 0,1 M y 9 ml de agua destilada, agitando bien la solución. Luego se retira 1 ml de solución y se agrega al tubo rotulado ph = 3. d) En el tubo rotulado ph = 3, que contiene 1 ml de la solución del tubo ph = 2, se agrega 9 ml de agua destilada y se agita bien. Luego se retira 1 ml de solución y se agrega al tubo rotulado ph = 4. e) En el tubo rotulado ph = 4, que contiene 1 ml de la solución del tubo ph = 3, se le agrega 9 ml de agua destilada, se agita bien. Luego se retira 1 ml de solución y se se agrega al tubo de ensayo ph = 5. f) En el tubo rotulado ph = 5, que contiene 1 ml de la solución del tubo ph = 4, se agrega 9 ml de agua destilada, se agita bien. Luego se retira 1 ml de solución y se desecha. g) Se agregan a cada uno de los tubos rotulados, 2 gotas de Naranja de Metilo y 2 gotas de Naranja IV, se agitan bien y colocan en la gradilla. h) De esta manera se tienen formadas una serie de patrones indicadores de color para valores de ph entre 1 y 5. Escala de ph zona Alcalina (ph desde 9 a 13) a) Rotular los tubos de ensayo indicando ph = 9, ph = 10,...pH = 13 b) En el tubo rotulado ph = 13, se colocan 9 ml solución de NaOH 0,1 M. c) En el tubo rotulado ph = 12, se coloca 1 ml solución de NaOH 0,1 M y 9 ml de agua destilada, agitando bien la solución. Luego se retira 1 ml de solución y se agrega al tubo rotulado ph = 11. d) En el tubo rotulado ph = 11, que contiene 1 ml de la solución del tubo ph = 12, se agrega 9 ml de agua destilada y se agita bien. Luego se retira 1 ml de solución y se agrega al tubo rotulado ph = 10. e) En el tubo rotulado ph = 10, que contiene 1 ml de la solución del tubo ph = 11, se le agrega 9 ml de agua destilada, se agita bien. Luego se retira 1 ml de solución y se agrega al tubo de ensayo ph =9. f) En el tubo rotulado ph = 9, que contiene 1 ml de la solución del tubo ph = 10, se agrega 9 ml de agua destilada, se agita bien. Luego se retira 1 ml de solución y se desecha. Página 4 de 8

6 g) Se agregan a cada uno de los tubos rotulados, 2 gotas de Fenolftaleína, 2 gotas de Amarillo de alizarina y 2 gotas de Carmín índigo, a excepción del tubo rotulado ph 9 que solo se le agrega 2 gotas de Fenolftaleína, se agitan bien y colocan en la gradilla. En este punto ya se tiene formada una serie de patrones indicadores de color para valores de ph entre 9 y 13. Con esta serie de patrones, podrá estimar colorimétricamente el ph de otras soluciones. III- Estimación del ph de soluciones Buffers Materiales y drogas Tubos de ensayo (6) Pipeta graduada de 10 ml (1). Pipeta graduada de 1 ml (1). Agua destilada. Solución de ácido clorhídrico 0,1 M. Solución de hidróxido de sodio 0,1 M. Solución de ácido acético 0,25 M. Solución de acetato de sodio 0,25 M. Procedimiento experimental a) En un tubo de ensayo coloque 10 ml de agua destilada. Luego, con una pipeta de 1 mililitro graduada en décimas de mililitro retire 1 ml y reemplácelo por 1 ml de HCl 0,1 M. Determine el ph a partir de la escala colorimétrica. b) En un tubo de ensayo coloque 10 ml de agua destilada. Luego con una pipeta de 1 mililitro graduada en décimas de mililitro retire 1 ml y reemplácelo por 1 ml de NaOH 0,1 M. Determine el ph a partir de la escala colorimétrica. c) En un tubo de ensayo coloque 5 ml de solución de Acetato de sodio 0,025 M y 5 ml de solución de solución de ácido acético 0,025M. Determine el ph. d) En un tubo de ensayo coloque 5 ml de solución de Acetato de sodio 0,025 M y 5 ml de solución de solución de ácido acético 0,25M. Retire 1 ml y reemplácelo por 1 ml de HCI. Determine nuevamente el ph a partir de la escala colorimétrica. e) En un tubo de ensayo coloque 5 ml de solución de Acetato de sodio 0,025 M y 5 ml de solución de solución de ácido acético 0,025M. Retire 1 ml y reemplácelo por 1 ml de NaOH. Determine el ph a partir de la escala colorimétrica. Enlaces sugeridos Bibliografía Gomez Zacca, D. Química Básica-Nuestros Átomos y los del Universo Ed. UNSJ Chang - Química Ed. Mc. Graw Hill Página 5 de 8

7 5 INFORME DE LABORATORIO I- IDENTIFICAR EL CARACTER ÁCIDO O BÁSICO DE UNA DISOLUCION Sustancia Vinagre de alcohol Color al papel de ph Color a la fenolftaleína Valor de ph escala Colorimétrica Carácter de la solución Jugo de Limón Solución jabonosa Ácido clorhídrico Hidróxido de sodio Agua destilada Agua corriente Solución de FeCl 3 Solución de Na 2 CO 3 Solución de C 2 H 3 O 2 NH 4 Agua salada (NaCl) Explique el resultado obtenido en los últimos cuatro casos (Hidrólisis de sales): Solución de FeCl 3 Solución de Na 2 CO 3 Solución de C 2 H 3 O 2 NH 4 Solución de NaCl Conclusiones: II- Estimación de ph mediante técnicas colorimétricas a) Soluciones del punto I que resultaron acidas: agregar a cada tubo 2 gotas de Naranja de Metilo y 2 gotas de Naranja IV, agite bien y compare el color obtenido con el de la escala colorimétrica. Estime un valor de ph. b) Soluciones del punto I que resultaron básicas: agregar a cada tubo 2 gotas de fenolftaleína, 2 gotas de amarillo de alizarina, 2 gotas de carmín índigo agite bien y compare el color obtenido con el de la escala colorimétrica. Estime un valor de ph. c) Con las soluciones del punto I que resultaron neutras no podrá aplicarse la técnica colorimétrica ya que no se cuenta con escala en ese rango de valores de ph.

8 d) Complete con los valores obtenidos la tabla anterior. III- Soluciones Buffers Completar el siguiente cuadro con los datos obtenidos en la experiencia, y comparar con los valores teóricos. Agua Agua + HCl Agua + NaOH Buffer Buffer + HCl Buffer + NaOH ph práctico ph teórico Cálculos Conclusiones: Página 7 de 8