MEDICIONES POTENCIOMETRICAS DE PH

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I. INTRODUCCION

En la siguiente experiencia se midi el nivel de pH en diferentes soluciones diluidas en el pehachimetro. Dichas mediciones fueron comparadas con los resultados de pH obtenidos de los clculos numricos hechos en el presente informe para ver las diferencias de estos dos tipos de mtodos de obtener el valor del pH

El pH es el trmino que indica la concentracin de iones hidrgeno en una disolucin. Se trata de una medida de la acidez de la disolucin. Se define como el menos logaritmo de la concentracin de iones hidrgeno.

Usualmente la qumica fisiolgica de los organismos vivos tiene lmites muy especficos de pH. En nuestras vidas modernas, prcticamente se ha probado en algn momento el pH de todo lo que usamos, es decir, en algn punto se efecta una medicin del pH del agua del grifo con la que nos cepillamos los dientes, el papel sobre el que escribimos, los alimentos que comemos o las medicinas que tomamos, la ropa que nos ponemos por citar los ejemplos ms evidentes.

La importancia del pH radica en que la acidez y la basicidad desempean un papel fundamental en el comportamiento de ciertos sistemas qumicos, biolgicos, geolgicos; ya sea para el funcionamiento adecuado de las enzimas en el sistema digestivo o los glbulos blancos en el torrente sanguneo.

Existen varias maneras de medir el pH. La ms simple consiste en emplear un indicador cido-base, una sustancia que presenta coloraciones bien definidas dependiendo de la acidez de la solucin. Otro mtodo es utilizando un aparato llamado pehachmetro. ste no hace otra cosa que medir una corriente elctrica en una solucin; ya que la acidez (o la basicidad) de una sustancia est estrechamente ligada con la concentracin de cierto in, tambin estar relacionada con la corriente elctrica que se puede generar en dicha sustancia, dado algn voltaje.

Como vemos la determinacin de pH es de mucha importancia no solo en el laboratorio si no en la vida comn, es por eso que presentamos este informe esperando que sea de utilidad y agrado para el lector.

II. RESUMEN

El objetivo del siguiente informe es comprender de lo que se trata una medicin potencio mtrica de pH analizando las obtenciones de pH por medio de titulaciones y clculos en el equilibrio qumico de las distintas soluciones, para despus corroborarlas con la medicin del peachimetro. Es de importancia adems sealar que trabajamos a ciertas condiciones de temperatura, presin y humedad, que afectan de manera indirecta a los resultados de nuestra experiencia. Se trabaj a una presin de 756 mmHg, temperatura de 19 C y humedad al 99 %.

El pH es, en trminos qumicos, la concentracin de iones hidrgeno en una disolucin, pero de modo prctico podemos definirlo como la acidez de una disolucin. Matemticamente lo representamos como el menos logaritmo de la concentracin de iones hidrgeno. El pH es una de las mediciones ms comunes de laboratorio porque muchos procesos qumicos dependen del pH. Con frecuencia, la velocidad o el ritmo de las reacciones qumicas pueden ser alterados significativamente por el pH de la solucin. La solubilidad de muchos agentes qumicos en solucin y su disponibilidad biolgica dependen del pH. De la experiencia hecha en el laboratorio nos podemos dar cuenta la importancia de la medicin del pH. As como tambin lo primordial que es obtener las soluciones buffer ya que estas son las que marcan los parmetros para poder obtener una buena lectura del instrumento (como lo es un peachimetro) en el rango que nosotros deseamos, adems de la precisin que le queramos dar.

De los datos y clculos obtenidos de la experiencia tambin podemos concluir la confiabilidad del instrumento ya que el porcentaje de error entre el instrumento y la medicin por anlisis qumico, (y sus clculos posteriores), flucta entre 1-10%.Se recomienda tener mucho cuidado al hacer las titulaciones ya que estas determinan las concentraciones, as como tambin tomar un rango apropiado de calibracin para cada solucin analizada. Despus del anlisis respectivo de la experiencia se puede concluir que el pH es una funcin de la actividad de los iones hidronio en una solucin ms que de la concentracin de la solucin, esto nos indica que los clculos realizados son meras aproximaciones de los resultados reales, no pueden dejar de tener ambigedad.

III. PRINCIPIOS TEORICOLa naturaleza de las sustancias es uno de los temas ms estudiados por la qumica, ya que de acuerdo a sta, los tipos de reacciones se determinan de acuerdo a la forma en que se presentan los reactivos en un proceso.La titulacin es un mtodo para determinar la cantidad de una sustancia presente en solucin. Una solucin de concentracin conocida, llamada solucin valorada, se agrega con una bureta a la solucin que se analiza. En el caso ideal, la adicin se detiene cuando se agrega la cantidad de reactivo determinada y especificada por la siguiente ecuacin. NA VA = NB VBA esta condicin se le llama punto de equivalencia En trminos generales la reaccin entre cantidades equivalentes de cidos y bases se llama neutralizacin o reaccin de neutralizacin, la caracterstica de una reaccin de neutralizacin es siempre la combinacin de hidrogeniones que proceden del cido, con hidroxiliones procedentes de la base para dar molculas de agua sin disociar, con liberacin de energa calorfica como calor de neutralizacin y formacin de una sal, generalmente de acuerdo a la expresin general siguiente:cido + Base Sal + AguaUn caso particular de reaccin cido - base, es la siguiente. HNO3(ac) + NaOH (ac) NaNO3(ac) + H2O(l)As pues, la titulacin es un proceso en el cual la solucin estndar (del patrn primario) se combina con una solucin de concentracin desconocida para determinar dicha concentracin, la curva de titulacin es la grfica que indica cmo el pH de la solucin cambia durante el transcurso de la misma.Para realizar un esbozo de las principales tcnicas electroanalticas, es preciso tener en cuenta las propiedades que se estn midiendo. Por ello, los mtodos bsicos que deben listarse son: las tcnicas voltamtricas, la conductrimetra, la electrogravimetra y la culombimetra. Estas dos ltimas opciones, adems, son conocidas como tcnicas crono, justamente porque tienen la capacidad de medir la magnitud electroqumica en funcin directa con el tiempo. En general, es importante destacar que todas estas tcnicas tienen en comn su gran selectividad, as como tambin una adecuada sensibilidad. Como si todo esto fuera poco, el costo a la hora de ser aplicadas es infinitamente inferior al de otros mtodos disponibles.La potenciometra es una de las tantas tcnicas abarcadas por la electroanaltica para la determinacin de la cantidad de esa sustancia presente en una solucin. Antes de referirnos a ella en detalle, es importante conocer en qu consiste efectivamente un mtodo electroanaltico, que por otra parte, no presenta caractersticas unvocas sino que pueden subdividirse en diferentes sistemas o procedimientos.Los mtodos de rasgos electroanalticos son procesos instrumentales empleados para distintos anlisis. Asimismo, utilizan todas las propiedades electroqumicas con las que cuenta una determinada solucin para precisar debidamente la concertacin que sta posee de un analito. Por otra parte, las tcnicas que se emplean son vastas y comprenden las siguientes: electrogravimetra, polarografa, conductimetra, amperometra, voltametra, cronoamperometra, culombimetra, cronoculombimetra y la potenciometra. Adems de esto, toda la amplia gama de magnitudes electroqumicas que pueden ser empleadas o que pueden relacionarse con los mtodos electroanalticos tambin son muchas, de los cuales podemos destacar el grado de intensidad de la corriente elctrica, el potencial de electricidad con el que se cuenta, la carga elctrica, la resistencia elctrica, la masa que se puede acumular en un determinado electrodo y, asimismo, el tiempo, que es un factor que hay que tener siempre en cuenta.

Funcin primordial de la potenciometraEsta tcnica es utilizada para determinar la concentracin de una especie electroactiva o de una disolucin, empleando dos elementos fundamentales. Por un lado, utiliza un electrodo de referencia. Con este nombre se indica al electrodo que posee de manera inherente un potencial constante y conocido en relacin con el tiempo. As mismo se requiere de la presencia de un electrodo de trabajo. Este tipo de electrodo se caracteriza por contar con una gran sensibilidad en relacin con la especie electroactiva. Estos electrodos de trabajo presentan una amplia gama de variedades, los podemos encontrar con distintos modelos y clases. Existen dos mtodos principalmente para realizar mediciones potenciomtricas. El primero es hacer una sola medicin de potencial de la celda, se llama potenciometra directa y se utiliza principalmente para calcular el pH de solucin acuosa. En el segundo, el in se puede titular y el potencial se mide en funcin del volumen del titulante y se le llama titulacin potenciomtrica la cual utiliza la medicin de un potencial para detectar el punto de equivalencia de una titulacin. El nico requisito es que la reaccin incluya un aumento o disminucin de un in sensible el electrodo. En una titulacin potenciomtrica directa el punto final de la reaccin se detecta determinando el volumen en el cual ocurre un cambio de potencial relativamente grande cuando se adiciona el titulante.Para determinar el punto de equivalencia, podemos utilizar el potencimetro, el cual nos permite generar la curva de titulacin potenciomtrica de la reaccin cuya grfica resulta de la medicin del pH del sistema contra el volumen de cido o de base agregados en la titulacin (Umland, 2000, p.602).Entonces podra entenderse como final de la titulacin al momento en que el pH llegase a 7, sin embargo esto NO siempre es ciento, esto ms bien, est en funcin de la fuerza del cido o la base que se est titulando. As cuando la neutralizacin se produce entre un cido fuerte y una base fuerte. El pH en el punto de equivalencia es 7 ya que todos los iones han sido neutralizados.Por otra parte, cuando la reaccin ocurre entre una base fuerte y un cido dbil, el anin del cido sufre una hidrlisis, por lo que el pH al que ocurre la neutralizacin es mayor que 7. Y en la situacin contraria, entre cido fuerte y una base dbil, el catin de la base sufre una hidrlisis producindose iones hidrnio, por lo que el pH es menor que 7. ste ltimo caso es el estudiado experimentalmente con el HCl y Na2CO3[1], y presentar una posible curva de titulacin con una grfica como la siguiente:Como se observa, la concentracin de los iones hidrnio, antes de agregar el cido y comenzar la titulacin corresponde a la concentracin de iones hidrnio de la solucin de la base dbil. A medida que se agrega el cido, la base dbil se transforma en su sal, la solucin contiene la base dbil y la sal del cido fuerte, y por consiguiente est amortiguada.El primer punto de equivalencia corresponde a un volumen agregado de cido, el cual ha neutralizado nicamente una parte de todo el carbonato, y es hasta el segundo punto, donde el carbonato de sodio pierde sus propiedades. Est totalmente! neutralizado. Aqu existe una vertical que contiene el punto de equivalencia, correspondiente al equilibrio. Determinacin que se realiza mediante la utilizacin de la primera derivada. La valoracin del carbonato sdico no puede realizarse con la exactitud que exige una normalizacin; por ello se valora siempre el segundo equivalente de hidrgeno (Ayres, 1970, p 334)Para llevar a cabo sta reaccin, es indispensable comprender que las normalidades de los reactivos y el volumen de stos son proporcionales entre un cido y una base. Hblese as de la frmula:NA VA = NB VBY si en ste proyecto experimental, se utilizara una base 0.1N, en un volumen de 50 mL, y sta fuese neutralizada con 25 mL de cido. Por lo tanto, a manera de hiptesis, se establece que la normalidad del cido es 0.2 N al reaccionar en ste sistema.

IV. DETALLES EXPERIMENTALES

1. Materiales y reactivosa) MaterialesMedidor de pH con electrodo de combinacin, fiolas, buretas, vasos, erlenmeyer.

b) ReactivosSoluciones reguladoras, cido actico, hidrxido de amonio, cloruro de amonio, acetato de sodio, fenolftalena, rojo de metilo, cido clorhdrico, biftalato de potasio.

2. Procedimiento experimental

a) Medida de pH de muestrasSe prepara cada una de las siguientes soluciones buffer: La acida que contiene 100 mL de una mezcla de CH3COOH 0.1N y CH3COONa 0.1N y la bsica 100 mL de NH4OH 0.1N y NH4Cl 0.1N. Tambien se prepara 250 mL de las siguientes soluciones: NaOH 0.5N, CH3COOH 0.1N, NH4OH 0.1N y HCl 0.5N.

Se valor la solucin de NaOH, usando fenolftalena como indicador, y biftalato de potasio como patrn primario. Asi mismo se valor la solucio de HCl con la solucin de NaOH previamente valorada. Luego se mide el pH respectivo de cada una de las soluciones buffer preparadas, habiendo calibrado previamente el equipo con la solucin buffer estndar correspondiente cubrindose el bulbo con la solucin. Para medir los pH se laba y se seca el bulbo antes de sumergirlo en otra solucin, tambin cuando se concluye la experiencia se laba y se seca el bulbo y se deja sumergir el bulbo en la solucin de almacenamiento.

b) Titulacin potenciometrica acido baseSe mide con la pipeta volumtrica 50 mL de la solucin de CH3COOH y se valora la solucin con NaOH aproximadamente 0.1N. De la misma manera se toma 50 mL de solucin de CH3COONa y se valora con la solucin de HCl aproximadamente 0.5N usando como indicador rojo de metilo, hasta coloracin naranja. Los volmenes gastados en estas soluciones nos servirn como referencia para las valoraciones potenciometricas.

Se mide con una pipeta volumtrica 100 mL de solucin de CH3COOH 0.1N, aproximadamente, en un vaso de 250 mL, se coloca la bagueta dentro de la solucin. Luego se lee el pH de la solucin, habiendo calibrado el equipo con la solucin buffer estndar correspondiente. Sin desconectar el peachmetro, se agrega volmenes adecuados de la solucin de NaOH desde una bureta, se lee el pH despus de cada adicin. Las porciones de NaOH debe de ser mas pequea conforme se acerca al doble de volumen obtenido en la valoracin con el indicador, esto es debido a que se valor con 50 mL. Pasado este volumen se puede agregar cantidades cada vez mayor de NaOH hasta obtener pH constante.

Todo este procedimiento se repetir tomando 100mL de solucin de NH4OH valorando con HCl aproximadamente 0.5N.

V. TABULACION DE DATOS EXPERIMENTALES

Tabla N1

Condiciones experimentales

Presin (mmHg)Temperatura (oC)H.R

7561999

Tabla N2 Datos experimentales para

Valoracin del NaOH con biftalato de potasio

W biftalato (g)W Eq biftalato (g/mol)V NaOH (mL)[ ] NaOH (N)

1.1122204.22811.10.4906

Valoracin del cido actico con NaOH

[ ] NaOH (N)V NaOH (mL)V Hac (mL)[ ] Hac (N)

0.49069.5500.0932

Titulacin de 100 mL de cido actico con NaOH

V NaOH (mL)pHpHVpH/V

02.31.2540.31252

43.550.530.16675.5

74.050.2320.11508

94.280.0710.07009.5

104.350.2720.135011

124.620.2820.140013

144.90.251.50.166714.75

15.55.150.41.50.266716.25

175.550.410.400017.5

185.950.350.50.700018.25

18.56.30.550.31.833318.65

18.86.850.350.13.500018.85

18.97.23.20.132.000018.95

1910.40.820.18.200019.05

19.111.220.930.42.325019.3

19.512.150.350.50.700019.75

2012.50.310.300020.5

2112.80.3540.087523

2513.15

Datos del grupo F

Valoracin de NaOH con biftalato de potasioW biftalato (g)Weq biftalato (g/mol)V NaOH (mL[ ] NaOH (N)

1.1114204.22811.70.4651

Valoracin de HCl con NaOH [ ] NaOH (N)V NaOH (mL)V HCl (mL)[ ] HCl (N)

0.46518.890.4548

Valoracin de NH4OH con HCl[ ] HCl (N)V HCl (mL)V NH4OH (mL)[ ] NH4OH (N)

0.454810.9500.09914

Titulacin de 100mL de NH4OH con HClV NaOH (mL)pHpHVpH/V

011.521.2640.3152

410.260.4940.12256

89.770.4740.117510

129.30.1910.1912.5

139.110.2210.2213.5

148.890.170.50.3414.25

14.58.720.210.50.4214.75

158.510.120.20.615.1

15.28.390.120.20.615.3

15.48.270.270.21.3515.5

15.680.360.21.815.7

15.87.642.970.214.8515.9

164.670.360.13.616.05

16.14.310.140.11.416.15

16.24.170.130.11.316.25

16.34.040.110.11.116.35

16.43.930.070.10.716.45

16.53.860.070.20.3516.6

16.73.790.080.10.816.75

16.83.710.040.10.416.85

16.93.670.050.10.516.95

173.620.050.20.2517.1

17.23.570.040.20.217.3

17.43.530.040.20.217.5

17.63.49

Tabla N 4

Datos tericos

MuestrapH

CH3COOH2.89

NH4OH11.13

Solucin buffer cida4.76

Solucin buffer bsica9.25

VI. EJEMPLOS DE CALCULOS

a) Determinacin de las concentraciones exactas de cada una de las soluciones valoradas

Para el NaOH con el biftalato de potasio

Wbi f = 1.1122gW Eqbi f = 204.228VNaOH = 11.1

Valoracin del cido actico con NaOH

b) Usando las concentraciones exactas se calcul el pH terico de las soluciones de CH3COOH aproximadamente 0.1N y la solucin buffer acida.

c) Solucin buffer acida

d) Porcentje de error del pH del acido acetico

e) Porcentaje de error del pH de la solucion buffer acida

VII. ANALISIS Y DISCUSIN DE RESULTADOS

Por los resultados obtenidos se puede apreciar que en ciertas mediciones hubo mayor precisin, esto se puede ver ya que el porcentaje de error en la medicin de pH del cido actico fue 20.4%, un porcentaje relativamente alto, mientas que en el pH de la solucin buffer fue de 10.7%, valor mucho menor que el anterior.

Al realizar nuestros clculos para hallar las concentraciones, vemos como no se puede proceder de igual manera para todas las sustancias, esto es pues, porque las sustancias a analizar tenan diferentes caractersticas y sus concentraciones variaban de manera distinta por diversos factores, como lo es el in comn o el equilibrio que se da en una titulacin de un cido o una base dbil.

Un factor de error que no se ha considerado, es el de los iones oxhidrilo e hidronio que puede aportar el agua, que pese a ser insignificantes frente a la cantidad que liberan las otras sustancias, produce variaciones en los resultados.

VIII. CONCLUIONES Y RECOMENDACIONES

Los cidos y bases fuertes son electrolitos fuertes que se ionizan completamente en el agua. Los cidos dan iones hidronio (H3O+) y un anin mientras que las bases dan in hidrxido (OH-) y un catin. De otro lado los cidos y bases dbiles son sustancias que se ionizan slo en forma limitada en el agua. En el equilibrio, las disoluciones acuosas de los cidos dbiles contienen una mezcla de molculas del cido sin ionizar, iones H3O+ y la base conjugada. Por tal razn tienen su constante de disociacin, constante de equilibrio para la disociacin de electrolitos dbiles, la cual determina que tanto se ha completado una reaccin en ciertas condiciones.

Este estudio se observa gracias a las mediciones potencio mtricas directas, que haciendo uso de electrodos selectivos de iones, son muy tiles para determinar la actividad de una especie en una mezcla que est en equilibrio, ya que el equilibrio no se altera con la medicin; adems mide la actividad en equilibrio de los protones en la solucin en cualquier instante.

Para un mejor estudio se requiere de una buena medicin y un buen calculo ya que son indispensables para preparar las soluciones y valorarlas. Tambin es importante el buen uso del equipo para esto es necesario conocer previamente el funcionamiento y la calibracin del peachimetro.

IX. BIBLIOGRAFIA

SKOOG,WEST,HOLLER,CROUCH. Quimica Analitica, 7a edicin.Ed.Mc Graw Hill, Mexico,2001.

Hamilton, clculos de qumica Analitica. Ed.Mc Graw Hill, Mexico 1981.

CRC, "Handbook of Chemestry and Physics", 847d ed, Ed CRC Press, 2003 2004.

X. APENDINCECUESTIONARIO1. Qu electrodos se utilizan en la medicin de pH?El pH-metro es un sensor utilizado en el mtodo electroqumico para medir el pH de una disolucin.La determinacin de pH consiste en medir el potencial que se desarrolla a travs de una fina membrana de vidrio que separa dos soluciones con diferente concentracin de protones. En consecuencia se conoce muy bien la sensibilidad y la selectividad de las membranas de vidrio delante el pH.Una celda para la medida de pH consiste en un par de electrodos, uno de calomel (mercurio, cloruro de mercurio) y otro de vidrio, sumergidos en la disolucin de la que queremos medir el pH.Como los electrodos de vidrio de pH mesuran la concentracin de H+ relativa a sus referencias, tienen que ser calibrados peridicamente para asegurar la precisin. Por eso se utilizan buffers de calibraje (disoluciones reguladoras de pH conocido).

2. Explique cmo se determina el pH terico de una solucin reguladora.

La solucin reguladora es aquella que resiste al cambio de pH por la adicin de cido o lcali. Usualmente estas soluciones consisten en una mezcla de un cido dbil y su sal (base conjugada), o en una base dbil y su sal (cido conjugado).Las soluciones reguladoras de pH conocido son muy tiles en muchos aspectos de la qumica, y el problema de su preparacin es interesante. La concentracin de iones hidrogeno de una solucin reguladora formada por un cido dbil y su sal, est dada con buena aproximacin en el intervalo de pH desde 4 a 10 por la ecuacin:

En realidad en sentido estricto, debera tomarse Ka en lugar de K pero como no se espera una gran exactitud, es preferible el uso de una constante tabulada. Tomando logaritmos y cambiando el signo a toda la expresin, se obtiene:

Por medio de la ecuacin anterior conocida como ecuacin de Henderson-Hasslbach es posible calcular el pH de una solucin reguladora de concentracin conocida; inversamente, se puede emplear esta expresin para preparar una solucin de pH definido.

3. Explique la funcin de un electrodo de vidrio en las mediciones de pH.

Para realizar las medidas potencimetricas es necesario el uso de un electrodo combinado el cual en contacto con la solucin incognita produce un potencial que est relacionado con el PH de la misma por medio de la ecuacin de Nerst.

E=Eo- lnaH+ = Eo +2.30 PH

Este electrodo normalmente est construido por elementos inertes de plata-cloruro,plata o mercurio y externamente de vidrio extremadamente sensible al PH, y est hecho para un rango determinado de PH y temperatura.El electrodo de vidrio y el de referencia actan como un generador de tensin cuando estn sumergidos en la solucin a medir, la tensin producida por ellos, de 59,16 milivoltios por cada unidad de PH a temperatura ambiente, es aplicada a un amplificador con entrada por FET (Field Effect Transistor) con alta impedancia de entrada, con el fin de no cortocircuitar las bajsimas corrientes producidas.

El electrodo para la medicin de pH es un elemento relativamente caro, la siguiente foto es una versin econmica del mismo con un gel interno en lugar del electrolito.

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