Constante de Ionización Ácida de un Tinte

Agenda

• Objetivos del experimento• Introducción• Teoria• Procedimiento• Data Experimental• Ejemplos de Cálculos• Resultados• Conclusiones

Objetivos

Determinar la constante de ionización ácida del tinte rojo de metilo, por medio de

médidas realizadas por un espectrofotómetro.

Introducción

Algunos ácidos orgánicos débiles tienen un color diferente al de su base conjugada en solución, por lo que son utilizados como indicadores en reacciones ácido-base.

La constante de ionización del tinte rojo de metilo fue determinada a través de espectrofotometría y comparada con valores encontrados en la literatura.

Teoria

Algunos ácidos orgánicos débiles, como el rojo de metilo, tienen un color diferente al de su base conjugada al disociarse, debido a esto son utlizados como indicadores en titulaciones ácido-base.

El rojo de metilo exhibe un color rojo en soluciones ácidas y amarillo en soluciones básicas.

 

Teoria (Cont.)

El grado de ionización o disociación en solución se expresa en términos de la constante de equilibrio. Si disolvemos en medio ácido, el grado de disociación del ácido será mínimo.

Cuando se disuelve en medio básico o alcalino, la ionización es prácticamente completa.

Este comportamiento nos ayuda a calcular la constante de ionización ácida utilizando espectroscopia visible. Esto, siempre y cuando, la forma ácida y su base conjugada absorban luz a distintos largos de onda en el espectro visible. 

Teoria (Cont.)

La expresión para la constante de equilibrio de la reacción puede ser expresada como

 Ka = [A-][H+]/[HA]

Teoria (Cont.)

El valor del pKa se obtiene de:

pH = pKa + log [A-]/[HA] (Henderson-Hasselbalch)

Utilizando esta ecuación se determina la constante de equilibrio de un

tinte ya que [A-] y [HA] se pueden determinar por medio del uso del

espectrofotómetro a distintos valores de pH.

Teoria (Cont.)

La intensidad de luz absorbida por una especie en solución a un largo de onda dado es directamente proporcional a su concentración :

A = log10 (I/Io) = abc (Ley de Beer-Lambert)

Io es la intensidad de la luz incidente sobre la muestra, I es la intensidad de la luz transmitida, b es el largo de la celda, c es la concentración de la especie que absorbe, y a es la constante de proporcionalidad llamada coeficiente de extinción molar.

Teoria (Cont.)

Cuando hay dos especies presentes en una solución la absorbancia total a un largo de onda especifico será la suma de las absorbancias de cada especie:

ATotal,= aHA,b[HA] + aA-, b[A-]

Para determinar las concentraciones de las especies HA y A- primero se determinan los largos de onda a los cuales cada una de ellas presenta un máximo en la curva de absorbancia vs. largo de onda.

Teoria (Cont.)

Luego se determinan los coeficientes de absortividad molar a ambos largos de onda para ambas especies.

Se construye una gráfica de absorbancia vs. concentración cuya pendiente será igual al coeficiente de absortividad molar.

Se preparan una serie de soluciones amortiguadoras con diferente pH. A cada una de ellas es se le mide la absorbancia a ambos largos de onda y estos valores serán utilizados en la ecuacion ATotal,= aHA,b[HA] + aA-, b[A-]

para obtener [HA] y [A-] y calcular los valores de pKa y Ka utilizando la ecuación de Henderson-Hasselbalch.

Procedimiento

Materiales• Reactivos

– HCl– Acetato de Sodio– Agua– Tinte– Etanol– Ácido Acético

• Instrumentos– Matraz Volumétrico– Beaker– Pipeta– Bulbo de Succión

Procedimiento (Cont.)

Preparación Solución Stock

• Se añadió un gramo de tinte y 300 mL etanol al 95%.Se diluyó con agua hasta completar hasta los 500 mL.

 Preparacion Solución Estándar

• Se tomaron 5 mL de la Solución Stock, se añadieron 50 mL de etanol al 95% y se diluyó hasta completar 100 mL.

Procedimiento (Cont.)

Preparación de Soluciones Ácidas

• Se tomaron 10 mL de la solución estándar y se le añadieron 10 mL de HCl 0.1M , se diluyó con agua destilada hasta completar los 100 mL.

• Se tomaron 75 mL de esta última solución y se diluyeron con HCl 0.01M hasta completar 100 mL. Se repitió este procedimiento hasta obtener 4 soluciones totales.

Procedimiento (Cont.)

Preparación de Soluciones Alcalinas • Se tomaron 10 mL de la solución estándar, se le

añadieron 25 mL de acetato de sodio 0.04M, se diluyó hasta 100 mL.

• Se tomaron 75 mL de esta última solución y se diluyó con acetato de sodio 0.01M hasta 100 mL. Se repitió este procedimiento hasta tener 4 soluciones totales.

Procedimiento (Cont.)

Preparación de Soluciones Amortiguadoras (Buffers)

• Se diluyeron 10 mL de solución estándar en 25 mL acetato de sodio 0.04M, se agregó 1 ml de ácido acético 0.1M y se diluyó con agua destilada hasta 100 mL. Se repitió este procedimiento con 2,5 y 10 mL ácido acético 0.1M.

• Se tomó el pH de estas soluciones.

Soluciones

Procedimiento (Cont.)

Determinación de Longitudes de Onda

• Se hizo un rastreo de onda en el espectrofotómetro entre 300-600 nm. Se midieron las absorbancias de todas las soluciones (acidas, básicas y buffers) a los 2 largos de onda óptimos.

 

Espectrofotómetro

Data Experimental

Tabla 1: Absorbancia de soluciones ácidas y básicas

SOLUCIÓN ÁCIDA

1 1.4572 0.1409

2 1.0863 0.0987

3 0.8205 0.0698

4 0.6135 0.0485

SOLUCIÓN BÁSICA

1 0.0503 0.5821

2 0.0342 0.4275

3 0.0224 0.3131

4 0.0140 0.2298

A1A2

Data Experimental

Tabla 2: Absorbancia y pH de soluciones amortiguadoras

SOLUCIÓN AMORTIGUADORA

pH

1 0.2599 0.4902 5.27

2 0.4021 0.4685 4.91

3 0.6921 0.3899 4.49

4 0.9902 0.2872 4.13

A1A2

Manejo de Data

1. Calcular la molaridad de las soluciones ácidas y básicas, se presume que la primera solución tiene una concentración de 1M

𝑀 1𝑉 1=𝑀 2𝑉 2

Manejo de Data

• Utilizando la ecuación de Beer-Lambert y el coeficiente de extinción molar.Se obtiene:

0.2599 = (1.456 M-1cm-1)(1 cm)[HA] + (0.0690 M-1cm-1 )(1 cm)[A-]

0.4902 = (0.159 M-1cm-1)(1 cm)[HA] + (0.6100 M-1cm-1 )(1 cm)[A-]

[HA]=0.1422 M [A-]=0.7665 M

Manejo de Data

• Calculos de pKa

Manejo de Data

• Determinación del Ka

𝐾𝑎 = 10−𝑝𝐾𝑎 = 10−4.53 = 2.89× 10−5

Manejo de Data

• Determinación de pKa utilizando la ecuación de la gráfica de pH vs :

Manejo de Data

• Porcentaje de error de pKa experimental:

Resultados

Tabla 3: Resultados de pKa y Ka para soluciones amortiguadoras

Solución pH [HA] [A-] PKA KA

1 5.27 0.142175973 0.766547574 4.538287097 2.89543E-05

2 4.91 0.242769232 0.704753594 4.447156346 3.57144E-05

3 4.49 0.450618852 0.521723939 4.426368592 3.74655E-05

4 4.13 0.665996952 0.297223745 4.480388739 3.30835E-05

Resultados

pka Promedio = 4.4731 pKa LITERATURA = 5 .05

% ERROR = 11.43%

 

Ka PROMEDIO = 3.38044E-05 Ka LITERATURA = 1.05 X 10-5

% ERROR = 238.04 %

Resultados

0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.10.000

0.200

0.400

0.600

0.800

1.000

1.200

1.400

1.600

f(x) = 0.159797553173384 x − 0.0197626073493252R² = 0.999273280338382

f(x) = 1.45613508220439 x − 0.00103894219492284R² = 0.999916546455623

Gráfica de Concentración vs. Absorbancia para Soluciones de Rojo de Metilo en Medio Ácido

520.5nmLinear (520.5nm)Linear (520.5nm)Linear (520.5nm)434.5nmLinear (434.5nm)

Concentración (mol/L)

Abso

rban

cia

Resultados

3.00E-01 4.00E-01 5.00E-01 6.00E-01 7.00E-01 8.00E-01 9.00E-01 1.00E+00 1.10E+000

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

f(x) = 0.610152703132871 x − 0.0289753878616308R² = 0.999924631508896

f(x) = 0.0696699451516017 x − 0.0164013745056349R² = 0.994589123729046

Gráfica de Concentración vs. Absorbancia para Soluciones de Rojo de Metilo en Medio Alcalino

520.5nmLinear (520.5nm)434.5nmLinear (434.5nm)

Concentración (mol/L)

Abso

rban

cia

Resultados

-0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.80

1

2

3

4

5

6

f(x) = 1.04505820776161 x + 4.46282424193841R² = 0.992143296409964

Grafica de pH vs log([A-]/HA]) para Soluciones Amortiguadoras

Solucion AmortiguadorasLinear (Solucion Amortiguadoras)

log([MR-]/[HMR])

pH

Conclusiones

• Al comparar los resultados obtenidos con valores de la literatura, para los valores de pKa se obtienen porcientos de error parecidos entre ambos métodos (gráfico y analítico) estos porcientos de error fueron tolerables. Por otra parte al comparar los valores obtenidos para el Ka, tanto de manera gráfica como analítica, estos valores presentan un porcentaje de error alto. La causa para obtener un porcentaje de error alto para los valores de Ka se debe a que al utilizar la función logarítmica la propagación de errores es significativamente mayor.

 

Agradecimientos

• Prof. Astrid Cruz por guiarnos en esta experiencia.

• A todos nuestros colegas.