DETERMINACION POTENCIOMETRICA DE CONSTANTES DE IONIZACION (2)

MICHAEL GONZALEZ, ALEJANDRA PAI , VIVIAN PINEDA, LUIS WALTEROS.

662078Qumica Aplicada a la Industria, SENA- CTBBogot D.C

RESUMENEl principal objetivo de esta prctica es hallar potenciometricamente los valores de constantes de disociacin para cidos poliproticos. Se busca determinar la constante de disociacin de (2) dos cidos en especial; como lo son el C4H6O6 (Acido tartrico) en una concentracin de 0,1 M y el H3PO4 (Acido fosfrico) en una concentracin igual al 0,1M; mediante una valoracin y sus datos obtenidos en mililitros (ml). Para esto se lleva a cabo una titulacin potenciometrica acido-base en donde su titulante es el NaOH (Hidrxido de sodio) al 0,1M y su equipo de ayuda es un potencimetro que cuenta con un electrodo de vidrio que tiene la capacidad de medir el pH de una solucin determinando as su capacidad de disociacin y concentracin total.En la prueba de laboratorio se prepararon 2 disoluciones de 100ml, en donde 20ml fueron vertidos en un vaso de 100ml, luego se aaden 30 ml de agua destilada. Se comienza a titular de a 1ml y al haber un cambio de pH favorable se comienza a titular de a 0,2ml. Se sumerge el electrodo en la disolucin y se ajusta con un agitador magntico. El pH se debe medir luego de cada adicin de hidrxido de sodio y por consiguiente anotar los resultados arrojados.Se retira el electrodo, se lava con agua destilada, y se contina el procedimiento. Al final con los datos obtenidos se procede a elaborar la grafica correspondiente y con esto hallar los valores de pH en cada punto de equivalencia y as calcular Ka1 y Ka2 para el acido y comparar con valores encontrados en textos de qumica analtica especializados.

ABSTRACTThe main objective of this practice is potentiometrically find the values of dissociation constants for polyprotic acids. It seeks to determine the dissociation constant of (2) two acids in particular; as are the C4H6O6 (tartaric acid) in a concentration of 0.1 M and H3PO4 (phosphoric acid) in a concentration equal to 0.1 M; by titration and data in milliliters (ml).For this performs a potentiometric acid-base titration where his titrant is NaOH (sodium hydroxide) to 0.1M and support team is a potentiometer which has a glass electrode having the ability to measure pH of such a solution by determining their ability total concentration and dissociation.In laboratory testing 100ml two solutions, where 20ml were poured into a glass of 100ml, then 30 ml of distilled water was added were prepared. It starts to 1ml holder and having a change of favorable pH begins to holder to 0.2ml. The electrode is immersed in the solution and is fitted with a magnetic stirrer. The pH should then measure each addition of sodium hydroxide and record the results thus thrown.The electrode is removed, washed with distilled water, and the procedure is continued. End with data obtained proceeds to develop the graph corresponding with this pH values found in each equivalence point and to calculate Ka1 and Ka2 for acid and compared to values found in specialized analytical chemistry texts.PALABRAS CLAVES: Potencimetro , concentracin, titulacin, electrodo de vidrio , constante de disociacin, potencial, acidos poliproticos, soluciones amortiguadoras (buffer)KEY WORDS: Potentiometer, concentration, degree, glass electrode dissociation constant potential, polyprotic acids, buffers.IntroduccinEsta prctica se realizo para aprender a utilizar correctamente el potencimetro cuando realizamos una titulacin acido-base, para leer los datos correctamente, ya que con estos datos podemos construir una curva de calibracin, esta nos ayuda a hallar las constantes de disociacin de cidos poliproticos que en esta prctica fueron cido fosfrico y cido brico, y as aplicar mtodos estadsticos para la correccin de datos.Entre las aplicaciones ms comunes de la potenciomtria estn los estudios de contaminantes en las aguas urbanas, la caracterizacin fsico qumica de productos de consumo humano, titulaciones potenciomtricas, etc. entre ellas sus usos generales: Determinacin cuantitativa selectiva de muchos iones inorgnicos y orgnicos en solucin Determinacin de iones en un estado de oxidacin especfico dentro de una muestra Determinacin de constantes de estabilidad de complejos Determinacin de velocidades y mecanismos de reaccin Determinacin cuantitativa de gases cidos y bsicos Determinacin cuantitativa de productos de reaccin enzimtico

Marco tericoLos cidos poliprticos son cidos que pueden perder ms de un protn. Tambin son aquellos que contienen ms de un tomo de hidrgeno ionizable por molcula; su constante de ionizacin es diferente para cada paso de disociacin, Y cada protn se libera con mayor dificultad y queda ms fuertemente atrado por el anin formado. Por ejemplo, para el cido carbnico en agua:H2CO3 + H2O HCO3 - + H3O+ Ka1 = 4,5 10-7HCO3 - + H2O CO3 2- + H3O+ Ka2 = 4,8 10-11Los clculos de equilibrio para estos cidos poliprticos son parcialmente difciles ya que sus concentraciones de las diferentes especies estn determinadas por los equilibrios sucesivos. Su determinacin de valores de pKa se realiza normalmente por medio de titulaciones en medio de alta fuerza inica y a una temperatura constante.En estas titulaciones se requiere de un pH-metro que mide el pH utilizando un electrodo de vidrio. Las constantes de equilibrio se encuentran ajustando los valores calculados de pH a los valores observados, utilizando el mtodo de mnimos cuadrados.ACIDO FOSFORICOEl cido fosfrico (H3PO4), es un cido poliprtico, adems de formar parte de numerosos compuestos orgnicos, tambin se encuentra en forma libre, aunque en pequea proporcin. La concentracin de iones fosfato en el plasma sanguneo es de unos 2 mEq/litro. Este acido tiene tres protones disociables segn las siguientes reacciones:

Como mencionamos anteriormente este acido tiene tres equilibrios de disociacin, cada uno con una constante caracterstica a 25C y sus constantes son: K1= 5,7 x 10-3 (pK1= 2,2) K2= 6,2 x 10-8 (pK2= 7,2) K3=2,2 x 10-13 (pK3=12,7)

ACIDO TARTARICOAcido tartrico C4H6O6 es un compuesto orgnico polifuncional, cuyo grupo funcional principal es el carboxilo

Se usa como acidificante para corregir la acidez en mostos y vinos durante el proceso de su elaboracin.HIDORXIDO DE SODIOHidrxido de Sodio (NaOH), tambin conocido como sosa custica es un slido blanco cristalino sin olor que absorbe humedad del aire.Solucin AmortiguadoraUn sistema amortiguador es una solucin que puede absorber grandes cantidades moderadas de cidos o bases, sin un cambio significativo en su pH, es decir, es una disolucin que contiene unas sustancias que inhiben los cambios de concentracin de ion hidrgeno de la disolucin.Los amortiguadores son aquellas disoluciones cuya concentracin de protones apenas vara al aadir cidos o bases fuertes Los amortiguadores ms sencillos estn formados por mezclas binarias: Un cido dbil y una sal del mismo cido con una base fuerte (por ejemplo, cido actico y acetato sdico) Una base dbil y la sal de esta base con un cido fuerte (por ejemplo, amonaco y cloruro amnico)

Metodologa 1. Preparar una solucin de 100 ml de cido tartrico en un baln aforado de concentracin 0,1 M

2. Preparar una solucin de 100 ml hidrxido de sodio baln aforado de concentracin 0,1 M

3. Tomar una alcuota de 20 ml, agregarle 30 ml de agua y titular con NaOH

4. Introducir el electrodo en un Erlenmeyer con la alcuota del cido a medir.

5. Lavar con agua destilada el electrodo para la siguiente medicin

6. Agregar volmenes de 1 ml de NaOH hasta que llego a un pH de 2,77

7. Luego se agreg de a 0,2 hasta que se lleg a un pH de 3,48

8. Volvimos a agregar de 1 ml hasta pH 3,95, se volvi a agregar de a 0,2 hasta un pH de 11,37

9. Con los datos obtenidos construir la grfica y hallar los puntos de equivalencia para el cido tartrico y cido fosfrico.

ResultadosAcido tartrico X 0,1L X = 1.5009 g

Ka1= 9,20x10-4 = / 0.1 ( 9,20x10-4 ) (0,1) = X2X2 + 9,20x10-4 x 9,2x10-5 = 0X = -(9,20x10-4) 4 (1) (-9,2x10-5) / 2 X = -9,20x10-4 4 + 3,68x10-4 / 2X = -9,20x10-4 + 1,99 / 2X = 0,1

Ka2 =4,31x10-5 = = 4,30x10-5

Pka= Ph+Log [A]/[B]

Pka1 = 3,08 + log = 2.8

Pka2 = 11.50 + log (4.30x10-5 ) / ( 0,2 ) = 8.03

Ph 3,08 se consumi 13,80 ml de NaOH liberacin del primer protnPh 11,50 se consumi 32,70 ml de NaOH liberacin del segundo protn

ml de NaOHphml de NaOHphml de NaOHphml de NaOHph

02,2914,63,427,44,4435,411,2

12,3514,83,427,64,4735,611,22

22,42153,4227,84,4935,811,25

32,4615,23,4328,054,533611,27

42,5315,43,4528,254,5636,211,3

52,615,63,4728,44,5636,411,32

62,6615,83,4828,64,636,611,34

72,71163,528,84,6236,811,35

82,77173,57294,653711,37

8,202,83183,6529,24,71

8,42,86193,7229,44,73

8,62,86203,829,64,76

8,82,88213,8929,84,8

92,88223,95304,85

9,22,9122,23,9730,24,89

9,452,9222,453,9730,44,93

9,752,9422,63,9830,64,99

102,9722,84,0130,85,04

10,22,98234,03315,11

10,42,9923,24,0531,25,2

10,63,0123,44,0631,45,33

10,83,0323,64,0731,65,47

113,0423,84,0931,85,64

11,23,05244,11325,87

11,43,0624,24,1232,28,03

11,63,0924,44,1432,49,67

11,83,124,64,1632,610,18

123,1224,84,1732,810,42

12,23,13254,23310,55

12,43,1425,24,2433,210,68

12,653,1625,44,2433,410,76

12,83,1725,64,2733,610,84

133,1925,84,2833,810,89

13,23,21264,33410,94

13,43,2226,24,3134,211,01

13,63,2426,44,3534,411,02

13,83,2526,64,3634,611,04

143,3426,84,3734,811,1

14,23,36274,43511,14

14,43,3827,24,4235,211,18

Resultados cido fosfrico Tabla de datos NaOh PHNaOHPHNaOHPHNaOHPHNaOHPH

02,345,56,599,210,525,311,6810612,77

0,22,395,76,679,410,627,311,6910912,77

0,42,395,96,749,610,6328,811,7111212,7

0,62,426,16,779,810,6530,811,7511512,74

0,82,456,36,871010,713111,7511812,76

12,456,56,9310,210,743311,7612112,77

1,22,476,77,0110,410,763511,7712512,77

1,42,526,97,0710,610,793711,7812812,79

1,62,537,17,1510,810,834011,79

1,82,567,37,4311,310,864311,81

22,587,57,6311,810,934711,83

2,22,647,77,8412,310,995011,85

2,42,657,98,5312,811,065511,87

2,62,78,19,6413,311,176011,88

2,82,758,29,7713,811,186511,89

32,798,39,914,311,327011,9

3,22,858,410,0815,311,377511,91

3,42,928,510,1416,311,438011,91

3,638,610,217,311,4489,511,92

4,66,098,710,2219,311,569411,95

5,16,478,810,321,511,6

5,36,53910,4223,311,6410412,03

Los datos subrayados en azul fueron los que se descartaron para obtener una grfica ms precisa.

Grfica de todos los datos

Grfica con los datos determinantes de los puntos de equivalencia

Grfica de la primera derivada

Grafica Segunda Derivada

PkaPka= Ph+Log [A]/[B]1. Pka1= 3+Log[0,1]/[0,2]= 2,698972. Pka2 = 8,53+Log[0,1]/[0,2]= 8,228973. Pka3= 11,18+Log[0,1]/[9,2]= 10,87897Ka1, Ka2 y Ka3Primera Ionizacin H3PO4 H+ +H2PO-4

Inicial0,1M 00

Cambio -XXX

Equilibrio 0,1M X XX

Ka1= [X][X] = 7,5*10-3 [0,1-X] [X2] = 7,5*10-3 [0,1-X]X2= 7,5* 10-3 [0,1-X]X2= 7,5* 10-4- 7,5* 10-3XX2+ 7,5* 10-3X -7,5* 10-4= 0a=1 b=7,5* 10-3 c= 7,5* 10-4X= -7,5* 10-3 (7,5* 10-3)2 4(1*7,5* 10-4) 2(1)X= 2,4*10-2Primera Ionizacin H2PO4 H+ +HPO42-

Inicial2,4*10-22,4*10-20

Cambio -YYY

Equilibrio 2,4*10-2-Y 2,4*10-2 +YY

Se desestima el valor de (Y) sea sumando o restando por lo que es tan pequeo, no har diferencia.Ka2= Y [2,4*10-2+ y] [2,4*10-2-Y]Por lo que tambin se podr cancelar los otros dos valoresKa2= Y [2,4*10-2+ y] [2,4*10-2-Y]Quedara que:Ka2= Y

Por lo tanto:

Y= 6,2*10-8Primera Ionizacin HPO4-2 H+ +PO43-

Inicial6,2*10-82,4*10-20

Cambio -ZZZ

Equilibrio 6,2*10-8-Z2,4*10-2+ ZZ

Ka3= [2,4*10-2+ Z][Z] [6,2*10-8-Z]Se desestima el valor de (Z) sumando o restando Ka3= [2,4*10-2+ Z][Z] [6,2*10-8-Z]Ka3= [2,4*10-2][Z] [6,2*10-8]Z= (2,1*10-13)(6,2*10-8) (2,4*10-2)Z= 5,4*10-19

Grfica

Grfica terica de H3PO4ExperimentalPH = PKa - log

PH = 2.8 - log = 2.8 PH = 8,03 - log = 8,03

Anlisis de resultadosCon esta prctica de potencimetro vimos como dos cidos poliproticos son capaces de liberar protones dependiendo de sus puntos de disociacin en los cual los hidrogeniones son liberados al medio y as tener un cambio de pH as mismo vemos como el cido fosfrico tiene la capacidad de liberar 3 H+

Al hacer la titulacin observamos que al ir agregando volmenes pequeos de hidrxido de sodio y al medirle el pH denotamos que comienza a tener cambios en su concentracin al hacer esto varias veces construimos una curva de titulacin y as poder observar en qu puntos de la titulacin se liberaron los protones y qu cantidad de NaOH se gast para esta liberacin.Acido tartricoC4H6O6 + NaOH ----- NaC4H5O6 + H2ONaC4H5O6 + NaOH ---- Na2C4H4O6 + H3O tartrato disodicoAl ver la reaccin del cido tartrico se observ que a medida que se agregaba ms hidrxido era ms demorado la liberacin del protn restante esto se debe a que al llegar a un pH consecutivo se genera una sal acida la cual me va a regular la acidez del medio y ocasiona una solucin amortiguadora o buffer la cual no cambia su PH. Loscidos polproticos soncidosque tienen ms de unhidrgenoionizable. Estos cidos disocian en ms de una etapa y cada etapa presenta su propia constante de equilibrio.Los cidos poliprticos no ceden de una vez y con la misma facilidad todos losprotones, sino que lo hacen de forma escalonada, y cada vez con mayor dificultad. Las correspondientesconstantes de disociacin, disminuyen mucho (aproximadamente un factor de 10-5) para cada una de las sucesivasionizaciones.

Conclusiones

-La potenciometra es una de las tcnicas abarcadas por la electroanaltica para la determinacin de la cantidad de esa sustancia o complejos presente en una solucin para as determinar cundo es su punto de equivalencia cada vez que s que se va rompiendo un complejo.- Se logro hallar la capacidad de disociacin de los cidos por medio de la potenciometria y su respectivo equipo.