Identificación de acidez y basicidad de algunas sustancias de uso cotidiano mediante indicador de ph de repollo morado
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- María Concepción Carmona Padilla
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1 PRIMERA ETAPA WIKI Identificación de acidez y basicidad de algunas sustancias de uso cotidiano mediante indicador de ph de repollo morado Objetivo General Medir el ph de algunas sustancias de la vida diaria. Objetivos Específicos Preparar un indicador de ph a partir de pigmentos naturales Comprender la importancia de la acidez y la basicidad en procesos de la vida cotidiana. Introducción Desde los inicios de la química experimental, los científicos han reconocido a los ácidos o las bases por sus propiedades características. Los ácidos tienen sabor agrio (por ejemplo, el ácido cítrico del jugo de limón) y hacen que ciertos tintes cambien de color (por ejemplo, el tornasol se vuelve rojo en contacto con los ácidos). De hecho, la palabra ácido proviene de la palabra latina acidus, que significa agrio o acre. Las bases, en cambio, tienen sabor amargo y son resbalosas al tacto (el jabón es un buen ejemplo). La palabra base proviene del latín basis, fundamento o apoyo, es decir, lo que está abajo. Cuando se agregan bases a los ácidos, reducen o bajan la cantidad de ácido. De hecho, cuando se mezclan ácidos y bases en ciertas proporciones, sus propiedades características desaparecen por completo. Históricamente, los químicos han buscado correlacionar las propiedades de los ácidos y bases con su composición y su estructura molecular. Ya para 1830 era evidente que todos los ácidos contienen hidrógeno, pero no todas las sustancias hidrogenadas son ácidos. En la década de 1880 a 1890 el químico sueco Svante Arrhenius ( ) vinculó el comportamiento de los ácidos con la presencia de iones H +, y el comportamiento de las bases con la presencia de iones OH + en solución acuosa. Arrhenius definió los ácidos como sustancias que producen iones H - en agua, y las bases como sustancias que producen iones OH + en agua. De hecho, las propiedades de las disoluciones acuosas de ácidos, como el sabor agrio, se deben al H + (ac), en tanto que las propiedades de las disoluciones acuosas de bases se deben al OH - (ac). Con el tiempo el concepto de ácidos y bases de Arrhenius terminó expresándose como sigue: los ácidos son sustancias que, al disolverse en agua, aumentan la concentración de iones H+. Análogamente, las bases son sustancias que, al disolverse en agua, aumentan la concentración de iones OH -. El cloruro de hidrógeno es un ácido de Arrhenius. El cloruro de hidrógeno gaseoso es muy soluble en agua debido a su reacción química con ella, que produce iones H - y Cl + hidratados: La disolución acuosa de HCl se conoce como ácido clorhídrico. El ácido clorhídrico concentrado contiene alrededor de 37% de HCl en masa y es 12 M 1 respecto al HCl. El hidróxido de sodio es una base de Arrhenius. Debido a que el NaOH es un compuesto iónico, se disocia en iones Na + y OH - cuando se disuelve en agua y, por consiguiente, libera iones OH- a la disolución. 1 M, significa molaridad, y es una unidad de concentracion que hace referencia a la cantidad de moles de soluto en litros de solucion. Por ejemplo moles de cloruro de sodio en un litro de solucion de cloruro de sodio y agua. 1 [ POLITÉCNICO GRANCOLOMBIANO ]
2 LA ESCALA DE PH La concentración molar de H + (ac) en una disolución acuosa es por lo común muy pequeña. En consecuencia, y por comodidad, [H + ] se expresa habitualmente en términos del ph, que es el logaritmo negativo de base 10 de [H + ]. ph = -log[h + ] [1] La ecuación 1permite calcular el ph de una disolución neutra a 25 C (es decir, una en la que [H + ] = 1.0 x10 7 M): ph = -log (1.0 x10 7 ) = - (-7.00) = 7.00 El ph de una disolución neutra es de 7.00 a 25 C. Qué le ocurre al ph de una disolución cuando ésta se acidifica? Una disolución ácida es aquélla en la que [H + ] > 1.0 x10 7 M. Debido al signo negativo de la ecuación 1, el ph disminuye conforme [H + ] aumenta. Por ejemplo, el ph de una disolución ácida en la que [H + ] 1.0 x10 3 M es ph = -log (1.0 x10 3 ) = - (-3.00) = 3.00 A25 C el ph de una disolución básica es mayor que En la tabla 1, se resumen las relaciones entre [H + ], [OH-] y ph. En la figura 2 se muestran los valores característicos de ph de varias disoluciones conocidas. Adviértase que un cambio de [H + ] por un factor de 10 origina un cambio de ph de 1. Así, por ejemplo, una disolución de ph 6 tiene una concentración de H + (ac) 10 veces mayor que una disolución de ph 7. Se podría pensar que cuando la concentración [H + ] es muy pequeña, como en algunos de los ejemplos de la figura 16.5, carecería de importancia. Nada más lejos de la verdad. Si la concentración [H + ] es parte de una ecuación cinética de velocidad, entonces un cambio de concentración altera la velocidad. Así, por ejemplo, si la ecuación de velocidad es de primer orden respecto a [H + ], duplicar esta concentración aumenta al doble la velocidad aun cuando el cambio sea tan sólo de 1.0 x10 7 M 2.0 x10 7 M. En los sistemas biológicos muchas reacciones implican transferencias de protones y su velocidad depende de [H + ]. Debido a que la velocidad de estas reacciones es decisiva, el ph de los líquidos biológicos debe mantenerse dentro de límites estrechos. Por ejemplo, la sangre humana tiene un intervalo normal de ph de 7.35 a Si el ph se aparta mucho de este estrecho intervalo, la consecuencia puede ser una enfermedad o incluso la muerte. Una forma conveniente de estimar el ph es el uso de las concentraciones de H + de referencia de la figura 16.5, en las cuales [H + ] = 1.0 x10 X, donde x es un número entero de 0 a 14. Cuando [H + ] es una de esas concentraciones de referencia, el ph es simplemente el valor de ph correspondiente: x. Cuando [H + ] = 1.0 x10 4, por ejemplo, el ph es simplemente 4. Cuando [H - ] queda entre dos concentraciones de referencia, el ph se hallará entre los dos valores de ph correspondientes. Considérese una disolución que es M respecto a H +. Como (es decir, 5.0 x10 2 ) es mayor que 1.0 x10 2 y menor que 1.0 x10 1, se estima un ph entre 2.00 y El ph calculado mediante la ecuación 1 es de Tabla 1. Relación entre H + y OH - y ph a 25 ºC [ FUNDAMENTOS DE QUÍMICA ] 2
3 Figura 2. Concentraciones de H + y valores de ph de algunas sustancias comunes a 25 ºC. El ph y el poh se pueden estimar mediante las concentraciones de referencia de H + y OH - Otras escalas p El logaritmo negativo es también un medio conveniente para expresar la magnitud de otras cantidades pequeñas. Se sigue la convención de que el logaritmo negativo de una cantidad se designa como p (cantidad). Por ejemplo, la concentración de OH se puede expresar como poh: se obtiene la útil expresión siguiente: Medición del ph poh = -log[oh-] [2] ph - poh = 14 (a 25 C) [3] El ph de una disolución se mide con rapidez y exactitud por medio de un ph metro. Brevemente, un ph metro se compone de un par de electrodos conectados a un dispositivo capaz de medir pequeñas diferencias de potencial, del orden de los milivolts. Cuando los electrodos se introducen en una disolución se genera una diferencia de potencial voltaje, que varía con el ph. El ph metro lee esta diferencia de potencial la cual se expresa como una lectura de ph. Los electrodos que se utilizan en los medidores de ph son de muchas formas y tamaños, según el uso al que se les destina. Incluso se han ideado electrodos tan pequeños que se pueden insertar en células vivas individuales para medir el ph del medio celular. También se dispone de 3 [ POLITÉCNICO GRANCOLOMBIANO ]
4 medidores de ph de bolsillo que se usan en estudios ambientales, para vigilar efluentes industriales y en trabajos de agricultura. Aunque son menos precisos, los indicadores ácido-base se usan para medir el ph. Un indicador ácido-base es una sustancia colorida capaz de existir en forma de ácido o en forma de base. Las dos formas son de diferente color. Así, el indicador adquiere cierto color en medio ácido y cambia a otro en medio básico. Si se conoce el ph en el que el indicador cambia de una forma a la otra, se puede saber si una disolución tiene un ph mayor o menor que este valor. El tornasol, por ejemplo, cambia de color a un ph cercano a 7. Sin embargo, el cambio de color no es muy nítido. El tornasol rojo indica un ph de alrededor de 5 o menor, y el tornasol azul, un ph de aproximadamente 8 o mayor. En la figura 3, se enumeran algunos de los indicadores más comunes. El naranja de metilo, por ejemplo, cambia de color en el intervalo de ph de 3.1 a 4.4. Por debajo de ph 3.1 está en la forma ácida, que es roja. En el intervalo entre 3.1 y 4.4 se transforma poco a poco en su forma básica, de color amarillo. Aun ph de 4.4 la conversión es completa y la disolución es amarilla. La cinta de papel impregnada con varios indicadores, acompañada de una escala comparativa de colores, se emplea extensamente para hacer determinaciones aproximadas de ph. Figura 3. Intervalos de ph de los cambios de color de algunos indicadores ácido-base comunes. En su mayoría, los indicadores tienen un intervalo útil de alrededor de 2 unidades de ph. Existen también otro tipo de indicadores de ph en la naturaleza, por ejemplo el repollo rojo, las flores rojas o lila y el rábano rojo. Estos colorantes vegetales cambian de color por la acción de las antiocianinas, y de esta forma se puede detectar el ph. Por ejemplo el cambio en la coloración con el indicador de ph de repollo rojo se muestra en la figura 4. Figura 4. Escala de coloración del indicador de repollo rojo desde los ph ácidos (1-6), los neutros (7) y los básicos (8-14). [ FUNDAMENTOS DE QUÍMICA ] 4
5 Materiales Repollo rojo Gotero Copas plásticas pequeñas Reactivos Shampoo liquido de color blanco Crema dental blanca Gaseosa blanca Hipoclorito de sodio (Clorox) Jugo de limón Vinagre Leche Clara de huevo Sal de frutas o Alka Sel- Zer diluido en agua Leche de magnesia Soda caustica (limpiador de cañerías) Amoniaco de uso domestico Alcohol Crema para manos de color blanco Bicarbonato de sodio disuelto en agua. Agua lluvia NOTA: NECESITA CANTIDADES MÍNIMAS DE CADA SUSTANCIA, NO ES NECESARIO QUE LAS OBTENGA TODAS, PERO TRATE DE CONSEGUIRLAS. HAGA EL EXPERIMENTO CON 10 SUSTANCIAS COMO MINIMO. Elaboración del indicador de ph Tome unas hojas de REPOLLO ROJO o (col roja) y rásguelas. Colóquelas a hervir en poca cantidad de agua aproximadamente un pocillo de agua. Luego que el repollo haya desprendido la coloración morada característica, retire del fuego y deje enfriar. Haga de cuenta que esta haciendo un extracto muy concentrado de repollo. Procedimiento Coloque en cada copa una pequeña cantidad de cada una de las sustancias y luego agregue cinco gotas del indicador de ph, que acaba de elaborar. Observe el cambio en la coloración y de acuerdo a la figura 4, compare el color y estime en que ph se encuentra cada sustancia. 1. Llene la siguiente tabla No. Sustancia ph Acido o base Observaciones 5 [ POLITÉCNICO GRANCOLOMBIANO ]
6 2. Anexe una fotografía de su experimento (SOLO UNA), la cual debe ir marcada con su nombre asi: (no la marque digitalmente) Cuestionario 1. Usted habrá observado que algunos productos cosméticos, como shampues, cremas, maquillaje, dicen tener un ph balanceado. Que quiere decir el fabricante con eso? 2. La sangre tiene un ph de 7.4. la leche de magnesia un antiácido común para el malestar estomacal tiene un ph de Cual es la diferencia de ph entre estas dos bases?. Compare la concentración de iones hidróxido de estas dos soluciones. 3. En Finlandia un país que ha tenido serios problemas ambientales por causa de la lluvia acida, se ha utilizado cal CaO, para tratar de que haya vida de nuevo en los lagos acidulados. Por que usar cal? 4. En que se diferencian los ácidos fuertes y los ácidos débiles. 5. En que se diferencian las bases fuertes de las bases débiles. [ FUNDAMENTOS DE QUÍMICA ] 6
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