Laboratorio 10. Constante de disociación ácida de un tinte

Transcripción

1 Objetivo Laboratorio 10. Constante de disociación ácida de un tinte Determinar la constante de equilibrio de la disociación de un indicador visual ácido-base (rojo de metilo) utilizando medidas espectrofotométricas. Introducción En solución acuosa el rojo de metilo, un ácido orgánico débil, tiene estructura de zwitterion y tiene una estructura resonante entre las dos formas, ácida y básica. En soluciones ácidas el rojo de metilo existe en la forma de HMR predominantemente y tiene un color rojizo. Cuando base es añadida se pierde un protón y el HMR tiene estructura básica, MR - predominantemente, con un color amarillo. La forma básica es amarilla porque absorbe azul y violeta pálido. Entonces tenemos que la constante de ionización en equilibrio para el rojo de metilo está dado por: K C [ H ][ MR ] (10-1) [ HMR] basándonos en que la reacción existente es la siguiente, HMR H + + MR - ( 10-2) 1

2 Tomando log en ambos lados de la ecuacuión 10-1 tenemos que; pk C [ MR ] ph log( ) ( 10-3) [ HMR ] La constante de ionización puede ser calculada de medidas de la razón de [MR-]/[HMR] a valores de ph conocidos. Ya que las dos formas de rojo de metilo absorben fuertemente en el rango visible, la razón de [MR-]/[HMR] puede ser establecida espectrofotométricamente. Los espectros de absorción de rojo de metilo en soluciones ácidas y básicas son determinadas y dos longitudes de onda son seleccionados para analizar mezclas de ambas formas. Estas dos longitudes de onda, 1 y 2, son escogidas de manera que en una la forma ácida tiene una absortividad molar () mucho más alto comparado con la forma básica. Cuando comparamos los valores de las absortividades molares de las soluciones básicas en la longitud de onda de máxima absorción de las bases ocurre todo lo contrario. Las absortividades molares de HMR y MR - son determinadas en la longitud de onda que corresponde al máximo de absorción para cada una de las especies. Construyendo una gráfica de Abs vs la concentración de la especie a su longitud de onda máximo correspondiente podemos determinar el valor de para [HMR] y [MR-] 2

3 La composición de una mezcla (buffer) de [HMR] y [MR - ] puede ser calculada a partir de las absorbancias A 1 y A 2 a las longitudes de onda 1 y 2 respectivamente utilizado. Se establece de esta manera un sistema de ecuaciones el cual se utiliza sistemáticamente para determinar las concentraciones de las dos formas del rojo de metilo simultáneamente. A A total, 1 total, 2 HMR1 HMR2 HMR] HMR] MR1 MR2 MR](10 4) MR](10 5) Formatted: Font: (Default) Arial, All caps, Lowered by 16 pt Estos valores entonces se utilizan en la ecuación de Henderson-Hasselbalch para finalmente determinar el valor de pk c y K c. pk a [ MR ] ph log [ HMR ] ( 10-4) Deleted: A 1 = a 1,HMR [HMR] + a 1,MR [MR - ] ( 10-4) A 2 = a 2,HMR [HMR] + a 2,MR [MR - ] ( 10-5) Deleted: 6 Procedimiento 1. En el laboratorio usted encontrará una solución estándar de rojo de metilo. Si esta solución no está disponible, prepárela de la siguiente forma: tome 5.0 ml de la solucion stock, añada 50 ml de etanol 95% en matraz erlenmeyer de ml y diluir con agua destilada. 3

4 Solución Stock 300 ml Etanol 95% 1 g tinte sólido Matraz de 500 ml 5.0 ml Solución estándar 50 ml etanol 95% Matraz de 100 ml Diluir con agua estilada 2. Preparación de las soluciones acidas: Agregar 5.0 ml de la solución estándar, 5 ml de HCl 0.1 M a un matraz volumétrico de 50 ml. Diluir con agua destilada. Luego tomar 25 ml de esta solución y diluya con HCl 0.01 M hasta 50 ml. Siga diluyendo hasta tener un total de cuatro soluciones. Para hacer el calculo de las concentraciones de cada solución tome la concentración de la solución estándar como 1.0 M. 4

5 5.0 ml solución 5 mlhcl 0.1 M Matraz 50 ml Diluir con agua destilada 50 ml 50 ml 50 ml 50 ml LUIS F. DE LA TORRE Y OLIVA M. PRIMERA Diluir con HCl 0.01 M 3. Preparación de las soluciones alcalinas: Agregar 5.0 ml de la solución estándar, 10 ml de acetato de sodio 0.04 M a un matraz volumétrico de 50.0 ml. Diluir con agua destilada. Luego tomar 25 ml de esta solución y diluya con acetato de sodio 0.01 M hasta 50 ml. Siga diluyendo hasta tener un total de cuatro soluciones. Para hacer el calculo de las concentraciones de cada solución tome la concentración de la solución estándar como 1.0 M. 5

6 5.0 ml de la Solución 10 ml de acetato de Sodio Matraz 50 ml Diluir con agua destilada 50 ml 50 ml 50 ml 50 ml LUIS F. DE LA TORRE Y OLIVA M. PRIMERA Diluir con acetato de sodio 0.01 M 4.Preparación de las soluciones amortiguadoras: - Agregar 5.0 ml de la solución estándar, 10 ml de acetato de sodio 0.04 M, 1.0 ml de ácida acético 0.1 M y luego completar el volumen hasta 50.0 ml con agua destilada. - Preparar otras cuatro soluciones utilizando 5 ml de solución estándar y 10 ml acetato de sodio 0.04 M. Además añadir 2, 4, 6, y 10 ml de ácido acético 0.1 M a cada una respectivamente y diluir con agua destilada hasta 50 ml. - Determinar el ph de cada una de las soluciones preparadas utilizando el metro de ph. 6

7 5.0 ml solución estándar 10.0 ml de acetato de sodio 0.04M Matraz 50.0 ml Matraz 50.0 ml Matraz 50.0 ml Matraz 50.0 ml Matraz 50.0 ml 1.0 ml de acido 2.0 ml de acido 4.0 ml de acido 6.0 ml de acido 10.0 ml de acido Diluir con agua destilada 5. Medidas espectrofotométricas - Determine la longitud de onda máxima (λ 1 y λ 2 ) realizando un rastreo (barrido) de Absorbancia vs λ entre nm con las solución ácida y básica mas concentrada. - Determine las absorbancias de las soluciones en ambos largos de onda. Cálculos 1. Determinar la concentraciones partiendo que la concentración del estándar es 1.0 M. 2. Graficar Absorbancia versus concentración del tinte para las soluciones ácidas y básicas a ambos largos de onda, λ 1 y λ 2. Determine las pendientes de las graficas utilizando los cuadrados mínimos. 7

8 Estos valores de las pendientes corresponden a los coeficientes de extinción molar para ambas especies a ambos largos de onda. (I) (II) HMR (III), 1 MR, 1 HMR (IV), 2 MR, 2 3. Resolver el Sistema de 2 Ecuaciones y 2 Desconocidas para obtener HMR y MR para cada Solución Amortiguadora. A A total, 1 total, 2 HMR1 HMR2 HMR] HMR] MR1 MR2 MR] MR] 4. Determinación de pk a usando la ecuación de Henderson-Hasslebach. Para las soluciones amortiguadoras grafique ph versus log [MR - ]/[HMR] y obtenga el pk a a partir del intercepto. Incluya la gráfica con el reporte. pk a [ MR ] ph log [ HMR ] 5.Compare el valor de pka reportado en la literatura pk A PROMEDIO = pk A LITERATURA = 5 % ERROR = K A PROMEDIO = K A LITERATURA = 1.05 X 10-5 % ERROR = 8

9 Referencias Atkins, P., Physical Chemistry. 5 Th ed. C8-C14. Freeman, New York Castellan, G., Fisicoquímica. 2 nd ed Addison Wesley. N.Y CRC Handbook of Chemistry and Physics. 58 Th ed. Weast, Robert ed. CRC Daniels, F. et.al, Experimental Physical Chemistry. 7 Th ed McGraw Hill, New York Press. West Palm Beach,