PRACTICA 2. DETERMINACION DE UNA CONSTANTE DE ACIDEZ EMPLEANDO MEDIDAS POTENCIOMETRICAS Y CONDUCTIMETRICAS

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1 EXPERIMENTACION EN QUIMICA FISICA º Curso 1 er Cuatrimestre Ingeniería Técnica Industrial - Especialidad en Química Industrial Escuela Universitaria de Ingeniería Técnica Industrial. PRACTICA. DETERMINACION DE UNA CONSTANTE DE ACIDEZ EMPLEANDO MEDIDAS POTENCIOMETRICAS Y CONDUCTIMETRICAS OBJETIOS: Determinar la constante de acidez del ácido acético (CH COOH) por valoración con hidróxido sódico empleando medidas potenciométricas de ph. Determinar la constante de acidez del ácido acético empleando medidas de conductividad. PARTE 1 MEDIDAS DE ph FUNDAMENTO TEÓRICO: La constante de acidez para un ácido débil que presenta el equilibrio AH (aq) H O A (aq) H O (aq) obedece a la siguiente expresión K o a ( aa ( a AH )( a )( a H O H O ) ) En disoluciones diluidas, la expresión de la constante de acidez en función de actividades se puede simplificar y expresar en función de concentraciones como K a - [ A ][H O ] Si a esta expresión se aplican logaritmos decimales se obtiene pk a [A ] ph log - PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL: Preparación de disoluciones: ml de disolución de ácido acético aproximadamente 0.1 M. Se introduce la cantidad de ácido acético concentrado necesaria en un matraz aforado de 100 ml y se enrasa el matraz con agua. Debe tenerse presente que el ácido acético se maneja en la vitrina. Esta disolución de ácido acético debe valorarse con una base, lo que permitirá conocer la concentración exacta de ácido y obtener el valor de la constante de acidez. 1

2 50.0 ml de disolución de aproximadamente 0. M ml de disolución 0.1 M de C 6 H 4 COOHCOOK. La valoración del ácido acético se hará empleando la disolución de. Sin embargo, esta sustancia no es un patrón primario (reacciona con el CO de la atmósfera, absorbe agua,...), por lo que la disolución de se debe valorar con un patrón primario ácido (biftalato potásico, C 6 H 4 COOHCOOK) para conocer exactamente su concentración. La reacción entre y C 6 H 4 COOHCOOK tiene lugar mol a mol (el uso de los equivalentes hace años que ha sido firmemente desaconsejado y calificado como ambiguo por la IUPAC) de acuerdo con OH C 6 H 4 COOHCOO C 6 H 4 (COO ) H O Tras preparar la disolución patrón de ftalato, se valora la disolución de para conocer de forma exacta su concentración. aloración de la disolución de : Para valorar la disolución de, se llena la bureta con la disolución patrón y en un Erlenmeyer se añade un volumen conocido de la disolución de. Se añaden un par de gotas de fenolftaleína (un indicador que cambiará de color en el intervalo de viraje de la valoración). Se procede a la valoración vaciando lentamente la bureta hasta que se observa un cambio de color en el Erlenmeyer y se anota el volumen de disolución patrón consumido. Se repite la valoración hasta que se obtengan dos valores para los volúmenes de los puntos de equivalencia que difieran en menos de un 5% y se calcula con estos un valor medio. Por ello los volúmenes de las disoluciones de ácido y de base han de medirse con material volumétrico de precisión: buretas, matraces aforados o pipetas. Las escalas de vasos de precipitados, matraces Erlenmeyer y la mayoría de las probetas tienen tan sólo un valor indicativo. Finalizada la valoración y realizados los cálculos pertinentes, se debe obtener la concentración exacta de la disolución de. aloración potenciométrica del ácido acético: Obtención de la curva de valoración. Para valorar la disolución de ácido acético, se llena la bureta con la disolución de y en un vaso de precipitados se introduce un volumen conocido de la disolución de ácido débil. Los volúmenes se deben escoger procurando que el electrodo esté siempre sumergido completamente en la disolución para que no haya errores. Se mide el ph inicial de la disolución de ácido. Se añaden volúmenes pequeños de la disolución de con ayuda de la bureta (entre 0.5 y 1.0 ml) y se mide el ph tras cada adición de base. La representación de la variación del ph frente al volumen de base añadido debe presentar un punto de inflexión que corresponde al punto de equivalencia de la valoración. TRATAMIENTO DE DATOS: Determinación del punto de equivalencia: 1. Representación de la curva de valoración: En la gráfica de la variación del ph frente al volumen de valorante añadido, el punto de equivalencia corresponde al punto de inflexión que se observa en la curva.. Representación de la primera derivada de la curva de valoración: El punto de equivalencia de la valoración se observa mejor si se representa el cociente ( ph/ ) frente al punto medio de cada uno de los intervalos de.

3 Cálculo de la constante de acidez: 1. Una primera estimación del valor de la constante de acidez se puede obtener directamente de la representación de la curva de valoración. De acuerdo con la expresión pk a [A ] ph log - si se desprecia la disociación del ácido frente a su concentración, cuando han sido consumidos la mitad de los moles de ácido débil colocados inicialmente (punto de semiequivalencia) ocurre que [A - ], y, por tanto, en ese punto el pk a - log K a ph.. Para una determinación más precisa del valor de pk a, se deben realizar los siguientes cálculos: Suponiendo que a es la concentración inicial del ácido y b la concentración de base añadida (en cualquier momento de la valoración), la concentración del ácido que todavía existe en cada momento será (a-b). Dado que la concentración de [H O ] viene determinada por la disociación del ácido, la concentración de ácido presente en cada momento de la valoración es a - b - [H O ], donde el valor de [H O ] se puede conocer a partir de la medida del ph en cada punto. La concentración de los aniones se debe fundamentalmente al ácido neutralizado (b), aunque parte procede de la disociación del ácido restante, por lo que tenemos [A - ] b [H O ]. Sustituyendo estas expresiones en la expresión de la constante de acidez se obtiene K a ( b [HO ])[H O ( a b [H O ]) ] con la que podemos obtener valores de K a para diversos puntos a lo largo de la curva de valoración. Esta expresión se puede simplificar en el caso de ácidos muy débiles, ya que [H O ] es despreciable en comparación con (a-b) o con b, y la ecuación se reduce fácilmente a ph pk a b log ( a b) Esta expresión se puede simplicar y, para la valoración del acido acético con, queda ph pka log punto de equivalencia donde y punto de equivalencia son el volumen de disolución valorante de añadido en cada punto y el volumen de disolución de consumido en el punto de equivalencia, respectivamente. - Por tanto, la representación gráfica de los valores de ph frente al log punto de equivalencia - una recta de pendiente unidad y cuya ordenada en el origen coincide con el valor del pk a del ácido. será Presentación de resultados: 1. De acuerdo con todo lo anterior, se deben aportar como resultados las gráficas de las variaciones de ph frente al volumen de añadido y la primera derivada de dicha representación. A partir de estas gráficas se deben determinar los puntos de equivalencia y semiequivalencia.

4 . Una vez conocidos el punto de equivalencia y el punto de semiequivalencia se debe: - Calcular la concentración exacta de la disolución inicial de ácido acético. - Estimar el valor de la constante de acidez del ácido acético.. Finalmente, a partir de la representación de ph frente al logaritmo de la relación entre volúmenes, se debe calcular de forma más precisa la constante de acidez del ácido por medio de una regresión lineal. Los resultados obtenidos deben compararse con los datos disponibles en la bibliografía. PARTE MEDIDAS CONDUCTIMETRICAS FUNDAMENTO TEÓRICO: De acuerdo con la ley de dilución de Ostwald, la constante de acidez para un ácido débil monoprótico obedece a la siguiente expresión Λ Λ c K a ( Λ Λ) donde K a es la constante de acidez, Λ es la conductividad molar a dilución infinita y Λ es la conductividad molar de la disolución cuando c es su concentración molar. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL: Preparar por dilución de la disolución inicial seis disoluciones de ácido acético con concentraciones variables entre 10 - y 10-5 M. Medir la conductividad y calcular la conductividad iónica molar de estas disoluciones. TRATAMIENTO DE DATOS: Operando en la ecuación anterior se obtiene 1 Λc K a Λ K Λ de forma que la representación del producto (Λc) frente al inverso de la conductividad molar es una línea recta. Por tanto, a partir del ajuste de los datos experimentales por mínimos cuadrados se deben obtener los valores de la constante de acidez y de la conductividad molar límite del ácido acético. Los resultados obtenidos deben compararse con los datos disponibles en la bibliografía. a Λ 4

5 SIMULADOR DE UNA ALORACION POTENCIOMETRICA: encontrarás un simulador de una valoración mediante medidas de ph que reproduce el proceso que tienes que realizar en el laboratorio. Además encontrarás un conjunto de cuestiones previas que también debes resolver antes de entrar el laboratorio. El profesor de prácticas comprobará si has empleado el simulador y contestado las cuestiones antes de comenzar el trabajo experimental. Recuerda que los datos obtenidos en el simulador pueden servir para comparar con los obtenidos experimentalmente. SIMULADOR DE UNA ALORACION ACIDO-BASE: encontrarás un simulador de una valoración ácido-base que reproduce el proceso de laboratorio. Además encontrarás un conjunto de cuestiones previas que también debes resolver antes de entrar el laboratorio. El profesor de prácticas comprobará si has empleado el simulador y contestado las cuestiones antes de comenzar el trabajo experimental. SIMULADOR DE UN CONDUCTIIMETRO: encontrarás un simulador de un conductivímetro que permite reproducir el proceso que tienes que realizar en el laboratorio. Además encontrarás un conjunto de concepto teóricos que es necesario conocer y unas cuestiones previas que también debes resolver antes de entrar el laboratorio. El profesor de prácticas comprobará si has empleado el simulador y contestado las cuestiones antes de comenzar el trabajo experimental. Recuerda que los datos obtenidos en el simulador pueden servir para comparar con los obtenidos experimentalmente. 5