Análisis del Contenido de Ácido Fosfórico en los Refrescos de Cola (Coca Cola,Pepsi Cola y Big Cola)Andradez Adagnires,Carrascal Gabriela,Diaz Francismar Mattheus Ysbelia, Mirena Josimar

Resumen Con el objeto de establecer valores de referencia para determinar la cantidad de acido fosforico en refresco de cola de venta en Venezuela se tomaron 40 ml de este y procedio a determinarlo a traves del metodo analitico de Potenciometria a diferentes marcas de este tipo de refresco como lo es Coca Cola, Pepsi Cola y Big Cola. Se analizaron por cpotenciometria directa la concentración de Acido Fosforico en estos refrescos. Los resultados fueron analizados mediante la variacion del pH a medida que se le agregaba al refresco ml por ml un volumen determinado de hidroxido de sodio de concentracion 0,05N Los valores obtenidos fueron reportados en una tabla de datos y se procedio atabularlo y graficarlos dependiendo de los valores que generaba la curva de titulacion, la primera y segunda derivada.

Introducción Los métodos potenciométricos de análisis se basan en las medidas del potencial de celdas electroquímicas en ausencia de corrientes apreciables. Dicho de otra manera, los métodos potenciométricos son aquellos que miden la diferencia de potencial entre dos electrodos de una célula galvánica en condiciones de intensidad de corriente cero, siendo su objetivo determinar la concentración de los analitos a partir de los datos de potenciales de electrodo.Desde el comienzo del siglo XX, las técnicas potenciométricas se han utilizado para la detección de los puntos finales en los métodos

volumétricos de análisis. Más reciente son los métodos en los que las concentraciones de los iones se obtienen directamente del potencial de un electrodo de membrana selectiva de iones. Tales electrodos están relativamente libres de interferencias y proporcionan un método rápido y conveniente para estimaciones cuantitativas de numerosos aniones y cationes importantes.El fósforo se encuentra en la naturaleza Y es un nutrimento esencial en la dieta de todos los organismos vivos. Desempeña una función importante en el metabolismo de la energía en el cuerpo y es un componente principal de los

huesos y los dientes. En los Estados Unidos, la Ingestión Diaria Recomendada (RDA) para le fósforo es de 700 miligramos de fósforo por día por adulto, incluyendo a las mujeres embarazadas y las lactantes.Cuando consume ácido fosfórico proveniente de una bebida de cola o de cualquier otra bebida carbonatada, éste se digiere en el estómago y se absorbe en el organismo como un fosfato. Ocurre lo mismo con el fósforo contenido en el resto de los alimentos. El fósforo de la carne, el queso, las frutas secas o los cereales también ingresa al organismo como fosfato después de la digestión.Comparado con otras fuentes alimenticias de fósforo, las bebidas carbonatadas aportan alrededor del dos por ciento del total de fósforo en la dieta de los EE. UU. La cantidad de fósforo en 8 onzas líquidas (240 mililitros) de Coca-Cola es de aproximadamente 41 mg., la cual proviene de una pequeña cantidad de ácido fosfórico agregado a las bebidas de cola para lograr su sabor ácido. Para comparar, 8 onzas líquidas (240 mililitros) de leche contienen 200 mg. de fósforo. Los alimentos ricos en proteínas como las carnes, los quesos, las frutas secas y los cereales proporcionan la mayor parte fósforo de la dieta.El contenido de cafeína de la Coca-Cola es 23 mg./8 onzas líquidas

(240 mililitros), generalmente, menos de un tercio de lo que contiene la misma cantidad de café.

El ácido fosfórico es un compuesto químico de fórmula H3PO4. En la industria alimenticia es un ingrediente de las bebidas carbonatadas, particularmente en las de cola, donde su principal aplicación es como regulador de la acidez. También tiene la propiedad agregarle un sabor amargo agradable a las bebidas.El ácido fosfórico contiene fósforo, que es un mineral esencial en la dieta ya que contribuye al crecimiento y mantenimiento de los huesos y dientes.

Estudios en humanos han demostrado que la ingesta de 1-2 g diarios de acido fosfórico es necesaria para suplir los requerimientos metabólicos de este micronutriente.

En general todos los fosfatos tienen un efecto antioxidante. Son en general substancias muy poco tóxicas, con una toxicidad aguda comparable a la de la sal común. En la práctica médica se administran a veces grandes cantidades de ácido fosfórico (hasta 20 g/día) en pacientes con problemas de acidez, sin que se produzcan efectos secundarios.

La capacidad del acido fosfórico de formar complejos con calcio y ser excretado como fosfatos de calcio sugiere que el exceso de

este micronutriente puede llevar a la perdida/mal-absorción de calcio.

Pero se ha encontrados que la cantidad contenido de acido fosfórico en las bebidas es tan pequeña que no se consideran fuente de fósforo como tal. Por lo tanto el riesgo de llevar a una deficiencia de calcio por esta vía es improbable.

Metodologia

Tratamiento de la Muestra: Se deja salir el gas de la

bebida días anteriores a la practica de laboratorio para dejar salir el dioxido CO2 de la bebida y sea mayor la cantidad de ácido fosfórico H3PO4

Preparación de la bebida en el beacker:

Para evitar la contaminación de la muestra transvasar 40ml de refresco cola en un beacker de 250 ml para la titulación .

Se agregan 40 ml de agua al beacker conla muestra.

Estandarización del Hidroxido de Sodio NaOH:

Se toman 20 ml de NaOH a 0,05 N.

Limpieza y Estandarización del pHmetro:

Se ubica el pHmetro en un sitio firme y limpio,libre de

vibración.Se lava el electrodo,con agua del acueducto seguido de agua destilada.

Se conecta el equipo a una red eléctrica

Se sigue las instrucciones pertinentes para el uso del equipo seleccione el ph y calibre el instrumento con la sustancia patrón del ph

Determinación del contenido de ácido fosfórico:

Se ubica el beacker con la muestra sobre la placa de agitación magnetica

Se introduce en la solución la barra de agitación y el electodo procurando que no entren en contacto

Si la solución no cubre la parte sensible del electrodo se agrega mas agua

Se llena la bureta con previa estandarización del hidroxido de sodio a 0,05N ajustando el menisco a cero.

Se agita la sustancia con velocidad moderada evitando salpicaduras y cuidando de no romper el electrodo.

Luego se procede a adicionar de 1ml en 1ml la solución de NaOH

Calculos Tipicos

1 base NaOH; N=0,05NM=N/n° de equi; M=0,05/1=0,05 mol/L*40g/mol*1L=2,000g de NaOH

Se pesaron 2,0713 g de NaOH*99/100=2,050983 g puros de NaOH

Primera Etapa:H3PO4(ac)<---------->H+ac +H2P04acSegunda Etapa:H2PO4ac<------------>H+ac +H2PO4= acTercera Etapa:H2PO40=ac<------------>H+ac +PO4-3 ac

Volumen del punto de equivalencia en

Coca-Cola: 4,502

Cálculo de la concentración del ácido:

0,004502

Contenido de ácido fosfórico en bebidas gaseosas:

Marca de bebida

gaseosa

Contenido de

H3PO4 (g por

100ml)

Coca-cola 42,5

Pepsi 35

Centro de nutrición Larissa Páez

Por consiguiente:

La concentración experimental de la

coca-cola en relación gramos de ácido

fosfórico por 100 ml es:

58 mg por 100ml de coca-cola.

59,78 mg por 100ml de pepsi.

65, 66 mg por 100ml de big cola.

Error relativo (porcentual):

Para la coca-cola

70,80 % error relativo en la Pepsi

69,44 % error relativo en la Big

cola

Resultados Extraidos del Microsoff Office Excel

Coca Cola:Máx 2 agregando un volumen de NaOH de 5,00 mlMín:-1,61 agregando un volumen de NaOH de 6,00 mlVolumen del Pto de Equivalencia:5,554 mlVA=10 ml ; VB=5,554 ml ; CA=5,55 mol/L ; CB=10,00mol/L

Pepsi Cola:Máx:0,79 agregando un volumen de NaOH de 4,00 mlMín:-0,41 agregando un volumen de NaOH de 5,00,lVolumen del Pto de Equivalencia:4,658mlVA=10,00 ml ; VB=4,658 ml ; CA= 4,66 mol/L ; CB=10,00 mol/L

Big Cola:Máx:0,44 agregando un volumen de NaOH de 7,50 mlMín:-0,24 agregando un volumen de NaOH de 8,00 mlVolumen del Pto de Equivalencia:7,824 mlVA=10,00 ml ; VB=7,824ml ; CA=7,82 mol/L ;CB= 10,00 mol/L

Tablas de Datos y Resultados

Tabla N°1:pH de la Coca-Cola

Gráfico N°1:Curva de Titulación de la Coca Cola

Gráfico N°2:Primera derivada de la Coca Cola

3.50 13.50 23.50 33.500.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50Primera Derivada

Volumen Medio (Vm mL)

dp

H/p

V

0.000 20.000 40.0000.000

5.000

10.000

Curva de Titulación

Vol. NaOH (mL)

pH

Gráfico N°3:Segunda derivada de la Coca Cola

Tabla N°2:pH Pepsi Cola.

5.50 10.50 15.50 20.50 25.50

-2.00

-1.50

-1.00

-0.50

0.00

0.50

1.00 Segunda Derivada

Vol. NaOH (mL)

dp

H'/p

V'

Gráfico N°4:Curva de Titulación de Pepsi Cola

Gráfico N°5:Primera derivada de Pepsi Cola

Gráfico N°6:Segunda derivada de Pepsi Cola

0.00010.000

20.00030.000

40.00050.000

0.0002.0004.0006.0008.00010.00012.000

Curva de Titulación

Vol. NaOH (mL)

pH

5.50 10.50 15.50 20.50 25.50

-0.50

-0.40

-0.30

-0.20

-0.10

0.00

0.10

0.20

0.30

0.40 Segunda Derivada

Vol. NaOH (mL)

dp

H'/p

V'

3.50 8.50 13.50 18.50 23.50 28.50 33.500.00

0.20

0.40

0.60

0.80

1.00

1.20Primera Derivada

Volumen Medio (Vm mL)

dp

H/p

V

Tabla N°3:pH Big Cola

Gráfico N°7:Curva de Titulación de Big Cola

Gráfico N°8:Primera derivada de Big Cola

Gráfico N°9:Segunda derivada de Big Cola

0.00010.000

20.00030.000

40.00050.000

0.000

5.000

10.000

Curva de Titulación

Vol. NaOH (mL)

pH

5.50 10.50 15.50 20.50 25.50

-0.30

-0.20

-0.10

0.00

0.10

0.20

0.30

0.40

0.50 Segunda Derivada

Vol. NaOH (mL)

dp

H'/p

V'

3.50 8.50 13.50 18.50 23.50 28.50 33.500.00

0.10

0.20

0.30

0.40

0.50Primera Derivada

Volumen Medio (Vm mL)

dp

H/p

V

Analisis y Discusión de los Resultados.

Los métodos potenciometricos de análisis se basan en la medida del potencial de celdas electroquímicas sin paso de corriente.La potenciometria se ha usado en laidentificación de los puntos finales de las valoraciones.Al respecto cabe citar a Skoog (2010) dice que:La valoración potenciometrica consiste en medir el potencial de un electrodo apropiado en función de volumen valorante.La forma que proporciona la valoración potenciometrica no es la misma que la que se obtiene con una medida de potenciometria directa.Las valoraciones potenciometricas aportan datos mas factibles que los obtenidos enlas valoraciones que usan indicadores químicos, además de ser especialmente utiles para las disoluciones coloreadas o turbias y para detectar la presencia de

especies insospechadas (p.632)

En la practica realizada en el laboratorio se utilizo esta técnica con el fin de determinar el nivel de acido fosfórico H3PO4 presentes en refresco de sabor cola de diferentes marcas (Coca Cola, Pepsi Cola y Big Cola)elegida previamente y desgasificada para que de esta manera se libere el dioxido de carbono CO2 y asi el ácido fosforico H3PO4 es mayor para ser detectado con mayor facilidad.Segun Chang R(2010) plantea que:”Existen relativamente pocos acidos triproticos, los cuales producen tres iones H+.El acido triprotico mejor conocido es el ácido fosfórico H3PO4.En este caso, las tres especies (H3PO4, H2PO4- y PO4´-2) son ácidos débiles (p.131)De esta manera se procedió a lavar el electrodo con agua destilada;según Skoog(2010) plantea que:Los electrodos de membranas son

el método mas apropiado para

determinar el ph ha sido la medida del potencial que se genera a

traves de una fina membrana de vidrio, la cual separa dos

disoluciones con concentraciones distintas de iones hidrogeno.

(p.604)

Por lo tanto,luego se sumergió en las soluciones buffer ph 4 y ph 7, para darle de esta forma una lectura y calibrar al pHmetro;para después ser colocado en un vaso de precipitado el cual contenía los refrescos de Cola 40 ml iluida en agua la cual no afecta en términos de concentración, tambien se le agrego un magneto que no es mas que un imanque funciono como agitador, asi se incluye tambien la bureta la cual tiene tiene como valorante Hidroxido de Sodio (NaOH).Segun Chang R.(2010) dice que:”Acido-base:un ácido es un donador de protones y una base esun aceptor de protones”(p.130)

Por consiguiente se procede a realizar la titulación de mililitro en mililitro en donde el ácido fosfórico H3PO4 que contenía la bebida al titular entro los 3ml y 4ml se pudo apreciar un cambio poco significativo en la variación del pH de 3,41 a 3,72 a partir de lo cual se obtuvo el llamado punto máximo o tmbien determinado como primer punto final;Skoog(2010) dice que:

Pueden usarse métodos para determinar el punto final de unavaloracion potenciometrica. Para calcular el cambio de potencial por volumen unitario del valorante, lo cual equivale a estimar la primera derivada en función del volumen medio V produce una curva con un maximo que corresponde al punto de inflexión (p.633)De esta manera se llego a titular hasta gasta 20 ml del hidróxido de sodio NaOH donde su pH alcanzo la basicidad ya que llego a pH 9,52.Segun Skoog 2010 plantea que:En la segunda derivada los datos cambian de signo en el punto de inflexión.El punto en el que la segunda derivada cruza el cero es el punto de inflexión, que se toma como punto final de la valoración y se puede localizar de manera muy precisa (p.634)Conclusiones.

*La Bebida Carbonatada de venta en Venezuela con mayor concentración de ácido fosforico es la Big Cola.*La utilización de métodos potenciométricos en la caracterización de sustancias a pesar de ser uno de los más usados por su rapidez y sencilles en el procedimiento, implica una serie de complejos estudios matemáticos y químicos para describir el comportamiento de los

materiales empleados en la fabricación del intsrumento con respecto a las soluciones de estudio.*esTÁ AMPLIAMENTE DOCUMENTADO QUE LAS BEBIDAS GASEOSAS O REFRESCOS, SOBRE TODO LAS DE COLA, CONTIENEN COMPUESTOS QUE POR SI MISMOS PRODUCEN DAÑOS A LA SALUD, POR LO QUE SE EXPONEN LOS DE MAYOR INFLUENCIA EN LA SALUD DE LOS CONSUMIDORES. *En cuanto al electrodo de membrana utilizado para determinar el pH de la solución de refresco de cola, este posee una concentración constante en el interior de la membrana, esto le permitió la medición de la actividad de los protones en la disolución del analito que se encuentra en el exterior. Ahora tocando el punto concerniente al ácido fosfórico; este es un compuesto químico utilizado en la industria alimenticia, comúnmente en bebidas carbonatadas con sabor a cola o limón, y tiene la finalidad de acidular la solución, es decir, sirve como regulador de la acidez.*Se añaden ácidos a los refrescos para modificar la dulzura del azúcar y como preservativo. Todos los ácidos que se agreguen a los refrescos han de ser "grado para alimentos".*La mayoría de las bebidas gaseosas se conservan bien con el ácido que lleva el refresco y con el

gas carbónico. El gas carbónico ayuda a evitar el desarrollo de hongos

+La potenciometria es utilizada para determinar la concentración de una especie electroactiva o de una disolución, 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 relación con el tiempo. Así mismo se requiere de la presencia de un electrodo de trabajo. Este tipo de electrodo se caracteriza por contar con una gran sensibilidad en relación con la especie electroactiva. Estos electrodos de trabajo presentan una amplia gama de variedades, los podemos encontrar con distintos modelos y clases.

*Para determinar el punto de equivalencia, podemos utilizar el potenciómetro, el cual nos permite generar la curva de titulación potenciométrica de cuya gráfica resulta de la medición del pH del sistema contra el volumen de ácido o de base agregados en la titulación (Umland, 2000, p.602).

Referencias Bibliograficas.

SKOOG, Douglas (2008). Principios de analisis Instrumental. Sexta edición. Cengage Learning Editores.

SKOOG, WEST, HOLLER Y CROUGH (2005). Fundamentos de Química Analítica. Octava Edición. Editorial Thompson. Méjico

Universidad Interamericana De Puerto Rico “Patrón primario”,

rescatado del Web el 13 de octubre de 2005http://ponce.inter.edu/acad/cursos/ciencia/q3120/primario.htm

CHANG,Raymon (2002).Química General.Septima edición.McGraw-Hill Companies Inc