Determinación De Hidrógeno Sustituible En Un ácido 2f5m3d

“DETERMINACIÓN DE HIDRÓGENO SUSTITUIBLE EN UN ÁCIDO, (ACIDEZ TOTAL) CON DISOLUCIÓN PATRÓN DE NaOH PRÁCTICA 11: JAVIER ANDRÉS MERCADO DÍAZ, RAFAEL MARTÍNEZ FONSECA, FÉLIX FELLERT RICARDO PADILLA. 31 de octubre de 2015, IV semestre. GRUPO: 19 Estudiantes del programa Lic. En Biología y Química. Facultad de educación. Universidad del Atlántico. _____________________________________

RESUMEN Los ácidos orgánicos presentes en los alimentos influyen en el sabor, color y la estabilidad de los mismos. Los valores de acidez son muy variables en diferentes alimentos, por ejemplo en el caso de las frutas como el limón (al ácido cítrico puede constituir hasta 60 % de los sólidos solubles totales de la porción comestible). Los ácidos predominantes en frutas son: el cítrico (en la mayoría de las frutas tropicales), el málico (Ej. manzana), el tartárico (Ej. uvas y tamarindo). En esta práctica de laboratorio determinamos la acidez total del limón, leche, vinagre y vino. INTRODUCCIÓN A lo largo de la historia han surgido varias teorías para definir las características de las sustancias ácidas y básicas. Dichas teorías han sido propuestas por Arrhenius, Bronsted-Lowry y Lewis. Las reacciones ácido-base son reacciones de equilibrio homogéneo o de neutralización entre los iones (H+ y OH-), que se producen al estar en o un ácido y con una base obteniendo una sal más agua. La titulación es un método para determinar la cantidad de una sustancia presente en solución. La acidez y la basicidad constituyen el conjunto de propiedades características de dos importantes grupos de sustancias químicas: los ácidos y las bases. Las ideas actuales sobre tales conceptos químicos consideran los ácidos como dadores de protones y las bases como aceptadoras. Los procesos en que interviene un ácido también participan su base conjugada, que es la sustancia que recibe el protón cedido por el ácido. Tales procesos se denominan reacciones ácido-base. Durante las operaciones rutinarias en el laboratorio así como en la de los análisis volumétricos son prácticamente mayor los problemas relacionados con la 1

estequiometria, una de ellas es la normalidad que se define como el número de equivalentes de soluto por litro de solución o la molaridad que define el número de moles de soluto por litro de solución. La normalidad o molaridad es útil porque el equivalente o las moles se obtienen de manera, que un equivalente o moles de un agente oxidante reaccionen con un equivalente o moles de un agente reductor, un mol de electrones adquiridos y un mol de electrones perdidos. De manera semejante; un equivalente de un ácido neutraliza completamente con precisamente un equivalente o mol de una base, puesto que un mol H+ reaccionará con un mol de OH-. Esto significa que al mezclar los volúmenes de las soluciones que tienen la misma normalidad llevara a una reacción completa entre sus solutos. Esta reacción se utiliza para averiguar la cantidad de ácido que posee una disolución a partir de una cantidad de base conocida, o viceversa. Dicha técnica recibe el nombre de titilación o reacción de neutralización; este método se realiza en el laboratorio con una bureta que contiene una disolución básica y un Erlenmeyer con la disolución acida, se vierte cuidadosamente el contenido de la bureta en el Erlenmeyer hasta la neutralización de dicha solución. El final de la titulación se nos advierte con un indicador suele cambiar de color, según exista un exceso de ácido o de base. Cabe resaltar que en esta práctica se utilizará fenolftaleína (C20H14O4) como indicador. Por lo cual los químicos hacen uso de este método para así dentro de la experiencia lograr determinar el punto de equivalencia en una reacción por medio de un indicador, observando el cambio de color, y con esto saber el pH de la solución antes y después de la reacción, utilizando distintas sustancias como muestras problemas, con este método se puede determinar las concentraciones desconocidas de sustancias que participan en la neutralización, Observando así como varia el pH dependiendo que clases de ácido o bases se utilice, acido fuerte con base fuerte y viceversa.

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MATERIALES:  Vaso de precipitados  Embudo  Probeta  Matraz aforado  Matraz Erlenmeyer  Base  Leche  Jugo cítrico  Vino  Vinagre  Pinzas  Fenolftaleína PROCEDIMIENTO Aplicaciones analíticas de la protometría, (alcalimetría). 1 Determinación de la acidez total de un vinagre. El vinagre es una solución acuosa de ácido acético y otras sustancias producidas por fermentación de varios frutos o vegetales. Para que se pueda considerar como vinagre, dicha solución debe contener entre 4% a 5% de ácido acético. El contenido de ácido total de la sustancia problema es obtenido fácilmente por valoración con la disolución patrón de NaOH 0,1000 M. Procedimiento. Medir con una pipeta volumétrica, 5 ml de la muestra de vinagre, (sí el profesor lo indica, debe pesar en balanza analítica éste volumen de la muestra en el caso que el resultado sea en % p/p) y depositar en matraz Erlenmeyer de 250 ml. que contiene previamente unos 50 ml de agua destilada. 3

Agregar más agua destilada al matraz Erlenmeyer, hasta un volumen aproximado de 100 mL Agregar de 2 a 3 gotas del indicador fenolftaleína y valorar con la disolución patrón de NaOH 0,1000 M, hasta el primer color rosa pálido permanente. Anotar el volumen consumido del NaOH 0.1000 M en la valoración. En lo posible, este procedimiento se realiza por duplicado o mejor por triplicado. Cálculos. Calcular el contenido de ácido acético en la muestra de vinagre, expresando el resultado en % p/v o % P/p de CH 3COOH, (60 g/mol), con su incertidumbre absoluta y relativa en porcentaje. 2 Determinación del contenido de ácido de un vino. La acidez en los vinos es debida a ácidos orgánicos corno el ácido tartárico, mélico, succínico y otros. El contenido de ácido de un vino se expresa como porcentaje de ácido tartárico en aproximadamente 1 % de ácido tartárico. Procedimiento. Medir y transferir con una pipeta volumétrica, una alícuota de 50 ml. de la muestra de vino a un matraz Erlenmeyer de 250 mL que contiene previamente unos 50 mL de agua destilada. Diluir con agua destilada hasta un volumen aproximado de 100 mL y agregar unas 2 a 3 gotas del indicador fenolftaleína. Valorar con la disolución patrón de NaOH 0,1000 M, hasta que aparezca el primer color rosa pálido permanente. Anotar el volumen gastado de la disolución patrón de NaOH 0,1000 M en la valoración. En lo posible este procedimiento se realiza por duplicado o mejor por triplicado. Cálculos. Expresar la acidez de la muestra cómo % p/v en ácido tartárico, C 2H4O2(COOH)2, 150,09 g/mol ) con su respectiva incertidumbre absoluta y relativa en porcentaje. 3 Determinación del contenido de ácido en Jugos cítricos. Procedimiento. Medir y transferir con una pipeta volumétrica de 10 mL una alícuota del zumo o jugo de naranja o mandarina, (o una alícuota de 1 ml de jugo de limón), a un matraz Erlenmeyer de 250 ml..., que contiene previamente unos 50 ml de agua destilada.

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Diluir con agua destilada hasta un volumen aproximado de 100 ml y agregar unas 2 a 3 gotas del indicador fenolftaleína. Valorar con la disolución patrón de NaOH 0,1000 M, hasta que aparezca el primer color rosa pálido permanente. Anotar el volumen gastado del valorante NaOH 0.1000 M. En lo posible este procedimiento se realiza por duplicado o mejor por triplicado. Cálculos. . Expresar la acidez de la muestra como porcentaje peso-volumen de ácido cítrico, C3H5O (COOH)3, (192 g/mol), con La incertidumbre absoluta y relativa en porcentaje. 4 Determinación del contenido de ácido en la leche. La leche es un líquido acuoso constituido por sustancias cristaloides que se hallan en disolución, (lactosa y sales minerales y orgánicas), sustancias coloidales, (proteínas) y sustancias sólidas en suspensión que se encuentran emulsionadas, (grasas, parte de caseína, etc...). Procedimiento. Medir y transferir una alícuota de 50 ml de la muestra de leche a un matraz Erlenmeyer de 250 ml. Agregar unos 50 mL de agua destilada y unas 3 o más gotas de fenolftaleína. Valorar con la disolución patrón de NaOH 0,1000 M hasta que aparezca el primer color rosa permanente. Anotar el volumen de NaOH 0,1000 M consumido en la valoración. Este procedimiento se realiza por duplicado o mejor aún por triplicado. Cálculos. Expresar la acidez de la leche como porcentaje (p/v) de ácido láctico, CH3CHOHCOOH, (90 g/mol), con la incertidumbre absoluta y relativa porcentual.

RESULTADOS Sustancia

Acido que contiene

1ra titulación

2da titulación

3ra titulación

Vino

Tartárico C2H4O2(COOH)2 Láctico CH3CHOHCOO

24.2ml

24.3ml

24.2ml

9.8ml

9.7ml

9.9ml

Leche

5

Limón Vinagre

H Cítrico C3H5O (COOH)3 Acético CH3COOH

12ml

11.5ml

11.5ml

20.8ml

20ml

22.5ml

DETERMINACIÓN DE ACIDEZ: %Acidez expresada cómo % Acido Tartárico 24,23 ml NaOH *0.0953mmolNaOH* 1 mmolH2Tar * 1 ml NaOH

2 mmol NaOH

150 g H2Tar*

1000mmol H2Tar

*100

60 mL vino

= %P/v H2Tar en el vino= 0,28 % p/v % Acidez expresada como % ácido láctico: H3C-CH (OH)-COOH + NaOH

H3C-CH(OH)-COONa + H2O.

9,8ml NaOH x 0,0953mmolNaOH x 1mmolHlac x 1ml NaOH 1mmolNaOH 1000mmolHlac

90gHlac 60ml leche

x 100

=% p/v Hlac en la leche:0,14 % p/v %Acidez expresada como % ácido cítrico (Jugo de limón) 11,7 ml NaOH *0.0953mmolNaOH* 1 mmolHcit *

192 g Hcit*

1 ml NaOH

60 mL sln de limón

3 mmol NaOH

1000mmol Hcit

*100

=%p/v Hcit en el jugo de mandarina= 0,11% p/v

% Acidez expresada como % ácido acético +¿+ H 2 O −¿ Na ¿ CH 3 COOH + NaOH → CH 3 CO O¿ 6

21ml NaOH x 0,0953mmolNaOH x 1mmolHac x 60gHac 1ml NaOH 1mmolNaOH 1000mmolHac 5ml

x 100 vinagre

=%p/v Hac en el vinagre: 2,4% p/v

CALCULOS Masa Del Ácido Acético.  Exp 1 mCH 3 COOH ( g )=60

g mol ×0,0208 L× 0,0953 =0,118 g mol L

 Exp 2 mCH 3 COOH ( g )=60

g mol ×0,020 L× 0,0953 =0,114 g mol L

 Exp 3 mCH 3 COOH ( g )=60

g mol ×0,0225 L× 0,0953 =0,128 g mol L

% Ácido Acético Masa Acido Calculada Media = %Hac=

0,118 +0,114 +0.128 =0,12 g 3

0,12 g 100 × 100× =4,8 24,99 g 10

Masa de la leche: 7

C3H6O3 + NaOH = C3H5O3Na + H2O m(g) Ac láctico = VNaoH x NNaOH x

VMedio =

Pm Ac lactico 1

20.8 mL+20 mL+22.5 mL 3

; PMac lactico = 90 ; αac lactico= 1

= 21.1mL = 0.0211L 90 1

m(g) Ac láctico = 0.0211 x 0.0953 x

= 0.18g/10mL

% Ac láctico = 0.0211 x 10 = 0.211g/100mL % Ac láctico = 0.211%

Masa de Acido tartárico Cálculos

VMedio=

24.2 mL+ 24.3 mL+24.2 mL =24.2ml = 0.0242L 3

m(g) Ac tartárico = VNaoH x NNaOH x

Pm Ac tartárico 2

m(g) Ac tartárico = 0.0242 x 0.0953 x

150 2

; PMac tartárico = 150 ; αac tartárico= 2

= 0.17g/10mL

% Ac tartárico = 0.0242 x 10 = 0.242g/100mL % Ac tartárico = 0.242%

Masa de ácido cítrico

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Nº Eq-g Ac cítrico = Nº Eq-g NaOH m(g) Ac cítrico eq−g

= VNaOH x NNaOH

Calculos VNaOH 1 = 12mL VNaOH 2 = 11.5mL VNaOH 3= 11.5mL VMedio=

12 mL+ 11.5 mL+11.5 mL = 11.6mL = 0.0116L 3

m(g) Ac citrico = VNaoH x NNaOH x

Pm Ac cítrico 3

m(g) Ac cítrico = 0.0116 x 0.0953 x

192 3

; PMac cítrico = 192 ; αac cítrico= 3

= 0.07g/10mL

% Ac cítrico = 0.0116 x 10 = 0.116 g/100mL = 0.116%Ac cítrico

PREGUNTAS 1. Soluciones estándar. Señalar los factores que se consideran para elegir una base como reactivo para una solución estándar en el laboratorio. Mencionar las sustancias alcalinas que se utilizan en la preparación de las disoluciones patrón básicas. R// Cuando se quiere llevar a cabo lo que es la preparación de soluciones patrón de un ácido y una base o sea volumetría de neutralización, hay varios aspectos que se deben considerar, estos son: 9



Soluciones de reactivos utilizados en acidimetría y alcalimetría idealmente las sustancias utilizadas como reactivos en los métodos de neutralización deben estar altamente ionizados, no será volátiles ni oxidantes, ser estables y no formar sales insolubles durante la valoración.



Ácidos más utilizados en este tipo de titulaciones:

Ácido clorhídrico, ácido sulfúrico, ácido perclórico, ácido oxálico (el cual sólo se utiliza para la valoración de bases fuertes) y otros. 

Bases más utilizadas para valoraciones

Hidróxido de sodio (se debe almacenar la solución en frascos de polietileno, pues aún las soluciones diluidas atacan el vidrio y se contamina con silicatos) hidróxido de potasio y carbonato de sodio, el cual se utiliza en la valoración de ácidos fuertes, únicamente. 

Patrones primarios alcalinos más utilizados

Carbonato de sodio (valoración de ácidos fuertes), Bórax Na 2B4O7 *10 H2O y otros. 

Patrones primarios ácidos mas utilizados

Äcido oxálico, dihidrtado, ácido benzóico, ácido sulfámico y ftalato ácido de potasio. El último es el patrón primario ácido más común; la sal utilizada tiene generalmente una pureza muy elevada (99.95%) y debe secarse a temperaturas inferiores a 125°C para evitar que se componga; el indicador que se utiliza en la reacción es fenolftatelína y la valoración según la reacción: KOOC - C6H4 - COOH+ ß à KOOC - C6H4 - COO- + H2O 2. Reactivos para valoraciones ácido-base. ¿Por qué los reactivos patrón usados en las valoraciones por neutralización generalmente son ácidos y bases fuertes, y no ácidos y bases débiles? R// Las soluciones patrón para valoración ácido base se preparan a partir de ácidos o bases fuertes ya que estos reaccionan completamente con los analitos por lo que dan un punto final bien definido. En general las soluciones patrón ácidas se preparan con las soluciones concentradas de ácido clorhídrico, perclórico, sulfúrico y las soluciones básicas a partir de hidróxido de sodio o de potasio. Las soluciones estándar básicas deben protegerse de la atmósfera o utilizarse poco tiempo después de preparadas ya que el CO 2 del aire se neutraliza con los hidróxidos para producir carbonatos que contaminarían los estándares y disminuirían la concentración de la base, induciendo errores en la valoración. 3. Estándar primario. ¿Qué características debe tener una sustancia para utilizarla como estándar primario de un ácido o una base? Mencionar varios 10

reactivos ácidos utilizados como estándares primarios para las disoluciones patrón de carácter básico. R// En química analítica un estándar es una preparación que contiene una concentración conocida de un elemento o sustancia específica, por su especial estabilidad, se emplea para valorar la concentración de otras soluciones, como las disoluciones valorantes. Un patrón primario también llamado estándar primario es una sustancia utilizada en química como referencia al momento de hacer una valoración o estandarización. Usualmente son sólidos que cumplen con las siguientes características: 1. Tienen composición conocida. Es decir, se ha de conocer la estructura y elementos que lo componen, lo cual servirá para hacer los cálculos estequiométricos respectivos. 2. Deben tener elevada pureza. Para una correcta estandarización se debe utilizar un patrón que tenga la mínima cantidad de impurezas que puedan interferir con la titulación. 3. Debe ser estable a temperatura ambiente. No se pueden utilizar sustancias que cambien su composición o estructura por efectos de temperaturas que difieran ligeramente con la temperatura ambiente ya que ese hecho aumentaría el error en las mediciones. 4. Debe ser posible su secado en estufa. Además de los cambios a temperatura ambiente, también debe soportar temperaturas mayores para que sea posible su secado. Normalmente debe ser estable a temperaturas mayores que la del punto de ebullición del agua. 5. No debe absorber gases. Ya que este hecho generaría posibles errores por interferentes así como también degeneración del patrón. 6. Debe reaccionar rápida y estequiométricamente con el titulante. De esta manera se puede visualizar con mayor exactitud el punto final de las titulaciones por volumetría y entonces se puede realizar los cálculos respectivos también de manera más exacta y con menor incertidumbre. 7. Debe tener un peso equivalente grande. Ya que este hecho reduce considerablemente el error de la pesada del patrón. Ejemplos de Patrones primarios: -Para estandarizar bases: Ftalato ácido de potasio, KHC8H4O4 o KHP (MM=204.221g/mol) El producto comercial se seca primero a 105º C. 11

Ecuación estequiométrica: Na+OH- + KHC8H4O4 ↔ KNaC8H4O4 + H2O

En donde la reacción de titulación o valoración puede escribirse también, en forma más realista, sin los iones espectadores. reacción de valoración: HC8H4O-4 + OH-

↔CHO 8

4

4

+ H2O

Otros patrones para estandarizar bases son: ◊ Sal doble de ácido sulfosalicílico, ◊ Ácido benzoico ◊ Ácido sulfanílico, ◊ Ácido sulfámico, ◊ Ácido oxálico 4. Indicador ácido-base. ¿Qué criterio se usa para seleccionar un indicador para una valoración ácido-base? R// Como el indicador va a decir el punto final de la titulación para aproximar el punto de equivalencia, lo que importa es que el rango de viraje del indicador se encuentre dentro del salto brusco de pH que es característico de la zona del punto de equivalencia en una volumetría de neutralización. Entonces, el criterio principal es el pH al cual vira. Además, como actúan como ácidos o bases débiles y tienen un color en su forma disociada y otro en su forma no disociada, deben ser sustancias intensamente coloreadas para que, la cantidad de valorante que consuman sea insignificante. Tienen que ser químicamente estables y tener una solubilidad adecuada.

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Hay que tener en cuenta que el pH en el cual el indicador vira de color depende de la temperatura, la fuerza iónica, presencia de solventes orgánicos, que pueden hacer que el intervalo de transición cambie por una o más unidades de pH. 5. El pH en el punto final de la titulación de un ácido débil será neutro, alcalino o acido? ¿Por qué? R// El cambio de color en una titulación ácido base se da de acuerdo al indicador de pH utilizado. Es por esto que no podría decirte si el punto final de la titulación es ácido o alcalino, pues depende del indicador. Naranja de metilo vira de pH 3.1 a 4.4 lo cual es ácido (es ácido si es menor a 7). Fenolftaleína vira de 8 a 10 (alcalino, pues es superior a 7). El cambio o "vire" se da en un rango de 2 unidades de pH. 6. Señale dos razones por las que se prefiere KH(103)2 al ácido benzoico como patrón primario para una disolución de NaOH 0,0100 M. R// (C6H5COOH – mM. 122,12). Esta sustancia es muy voluminosa y contiene agua higroscópica. Difícil de manipular en la pesada, Se disuelven las porciones pesadas de ácido en 20 mL de alcohol, La solución sirve para valorar soluciones patrones usando el mismo indicador. Mientras que el Biyodato de potasio o yodato ácido (KH(IO3)2 Es estable, anhidro y no higroscópico. Es un ácido fuerte, de peso equivalente alto. Permite usar indicadores entre 4 y 10 de pH. Su inconveniente es su costo elevado. 7. Calcular la concentración molar del reactivo comercial concentrado, NaOH al 50% (p/p), con densidad relativa de 1,525. R//

CONCLUSIONES

Los laboratorios de análisis utilizan cada día más métodos instrumentales. Los métodos instrumentales de análisis cuantitativo se basan en medir una propiedad física o físico-química de la muestra relacionada con la masa de esta mediante una ecuación matemática. No obstante, muchos de estos métodos requieren una 13

instrumentación compleja y normalmente cara, por lo que aún se practican los métodos volumétricos como la alcalimetría utilizando material de laboratorio barato además son precisos, rápidos y cómodos.

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