REACCIONES ACIDO-BASEMarianella Tellez, Tatiana Suarez, Arianna Barrios.Universidad del Atlntico19/03/2015 RESUMENLa titulacin de cido clorhdrico (HCL) y cido actico (CH3COOH), con concentracin conocida y otras sustancias con concentraciones desconocidas (vinagre, leche, jugo de naranja), por medio del hidrxido de sodio (NaOH) como titulante, y de fenolftalena como indicador, se llev a cabo para la determinacin del punto final de una reaccin utilizando indicadores y el punto de equivalencia de una reaccin acido-base. La constante observacin del proceso fue clave para identificar la llegada al punto de equilibrio qumico por medio de un cambio de coloracin. Por otra parte, las concentraciones conocidas permitieron la comparacin entre los resultados de la prctica y la teora. Finalmente se lleg a conocer las concentraciones desconocidas de las sustancias previamente dichas.Palabras claves: Acido, base, titulacin, punto de equivalencia, punto final, indicadores, pH.

ABSTRACTTitration of hydrochloric acid (HCL) and acetic acid (CH3COOH) with known concentration and other substances with unknown concentrations (vinegar, milk, orange juice), by means of sodium hydroxide (NaOH) as titrant and phenolphthalein as indicator is conducted for determining the end point of a reaction using indicators and the equivalence point of acid-base reaction. Constant observation of the process was to identify key arrival at chemical equilibrium by a color change. Moreover, the known concentrations allowed the comparison between the results of the practice and theory. Finally he came to know the unknown concentrations of substances previously said.

Keywords: acid, base, titration, equivalence point, end point, indicators, pH.

INTRODUCCIN El anlisis de los equilibrios cido-base en solucin acuosa ofrece mucha informacin sobre el comportamiento de los iones que conforman las sustancias cuando se hacen reaccionar dos o ms especies qumicas, lo que hace de sta una lnea de investigacin verstil, y de inters para la qumica analtica y la qumica en general. Debido a que existe una gran de sustancias que pueden participar en una reaccin como cidos y/o bases, formando as sus respectivos pares conjugados, se puede hacer un seguimiento profundo de los sucesos que ocurren durante las reacciones en las cuales se alcanza el equilibrio qumico mediante la cesin y recepcin de iones, as como de los productos resultantes de dichas reacciones, adems de aquellas donde reaccionan propiamente una sustancia cida y una bsica; en especial, stas ltimas representan una aplicacin interesante del anlisis qumico cualitativo y cuantitativo, y se conocen como reacciones de neutralizacin.Esta clase de reacciones, como se mencion anteriormente, involucra un cido y una base, las cuales producen una sal determinada y agua. La caracterstica primordial de estas reacciones es que en stas se puede apreciar una propiedad notable de las sustancias cidas y bsicas: la capacidad de una para alterar las propiedades qumicas de la otra cuando ambas se encuentran en solucin [1], sobre todo cuando se agrega una cantidad especfica de alguna de las especies. La manera ms prctica de documentar estas alteraciones es a travs de la medida del pH de la disolucin con la ayuda de los indicadores, la cual se lleva a cabo siguiendo un mtodo denominado anlisis volumtrico o titulacin cido-base, utilizado para determinar concentraciones de cidos o bases, adems de realizar un seguimiento de reacciones donde se produzca o consuman hidrogeniones [3].Este procedimiento consiste en tomar, por ejemplo, una disolucin de un cido, agregarle algunas gotas de un indicador adecuado para realizar la experiencia [1] y mediante una bureta ir adicionando una base, tomando los datos del volumen agregado de la sustancia bsica para el posterior clculo del pH de la solucin, hasta observar un viraje de color permanente del indicador presente en la misma, lo que implica que, en este caso, la base ha neutralizado completamente al cido y, por consiguiente, la reaccin estudiada ha finalizado. Para la realizacin de una valoracin cido-base se pueden utilizar varias combinaciones de cidos y bases como analitos (sustancias cuya concentracin se desconoce) y como titulantes (sustancias de concentracin conocida). Cualquiera de estas sustancias puede hacer el papel de analito, independientemente de su fuerza, pero slo los cidos y bases fuertes pueden utilizarse como titulantes o valorantes ya que los dbiles no reaccionan completamente con los analitos [3]. Adems de la titulacin cido-base existen otros mtodos volumtricos de anlisis qumico, sin embargo, ste es quiz el ms utilizado debido a la relativa dificultad presentada para determinar el punto en el cual la reaccin se ha llevado a cabo en su totalidad [4], el cual es el objetivo general que se busca alcanzar con este procedimiento. ste se denomina punto de equivalencia, el cual puede variar segn las propiedades del analito y titulante escogidos, e indica que el nmero de moles del cido es igual al de la base, de ah su nombre. No necesariamente cuando se alcanza el punto de equivalencia se obtiene una disolucin neutra (pH = 7) [4]. De hecho, esto slo ocurre en las valoraciones que involucran cidos y bases fuertes, como el cido clorhdrico (HCl) o hidrxido de sodio (NaOH). En caso de que se utilicen sustancias de diferente fuerza, cuando se alcance el punto de equivalencia se formar la sal correspondiente a estos reactivos, la cual, debido a la hidrlisis puede generar un medio cido o bsico para la disolucin, por lo que si se intenta titular hasta llegar a un pH igual a 7 se podra obtener resultados incorrectos de la valoracin [4].A pesar de que existen mtodos precisos para determinar los pH de las disolciones en un anlisis de volumetra, hoy da se siguen utilizando los indicadores cido-base, los cuales presentan una gran variedad de coloraciones para una disolucin segn la acidez o basicidad del medio donde se encuentren.

Fig. 1. Intervalos de viraje de color de varios indicadores de uso comn [2].Para una valoracin cido-base, segn el tipo de sustancias que se utilicen, se debe escoger un indicador adecuado para marcar el punto de equivalencia, sin embargo, el punto de cambio de coloracin del mismo, conocido como punto final, el cual es similar pero no exactamente igual al punto de equivalencia [2] generando un error denominado error de valoracin. As pues, ste ltimo debe estar dentro del intervalo de viraje de color [1], por lo que antes de comenzar un experimento de este tipo se requiere calcular, adems del volumen agregado del titulante correspondiente al punto de equivalencia, el pH correspondiente al mismo, con el cual se hace la eleccin del indicador apropiado para realizar la valoracin.Cuando se est agregando el valorante a la disolucin de analito, cerca al punto de equivalencia, o punto final, empieza el viraje de coloracin del indicador a medida que se le van agregando gotas del valorante, lo que indica que la reaccin est prxima a terminar. Para controlar la cantidad de volumen agregado de base o cido utilizado a la disolucin es recomendable agitar el matraz que contenga dicha solucin luego de agregar gotas del titulante y observar una pequea variacin de color; entonces, si al agitar desaparece la coloracin todava no se ha llegado al punto de equivalencia y se debe seguir agregando el valorante gota a gota hasta que al agitar el matraz en la disolucin se presente un cambio de color permanente, con lo cual se ha llegado al punto final. Este mtodo utiliza comnmente la fenolftalena como indicador debido al viraje de coloracin, de incoloro a fucsia, que presenta [2], siendo el color del punto final rosa plido, pero se puede utilizar cualquiera de los indicadores indistintamente siempre y cuando en el intervalo de viraje del mismo est el punto de equivalencia. Con los datos recogidos del volumen consumido del titulante se puede construir una grfica de pH contra volumen agregado, denominada curva de valoracin. El trazado de las mismas depende de las propiedades de los cidos y bases utilizados, ya que la curva de valoracin de un cido fuerte con base fuerte, por ejemplo, y como es natural, es diferente de la de una base fuerte con un cido dbil. Ms an, si el cido es poliprtico, presentar ms de un punto de equivalencia, los cuales son los correspondientes a los puntos donde cada uno de los hidrgenos cidos es completamente neutralizado [1].Fig. 2. Curva de valoracin de HCl (cido fuerte) 0.1 M con NaOH (base fuerte) 0.1 M. [4]

Fig. 3. Curva de valoracin de NH3 (base dbil) 0.1 M con HCl (cido fuerte) 0.1 M. [4]

Fig. 4. Curva de valoracin de 10 ml de H3PO4 (cido poliprtico dbil) 0.1 M con NaOH (base fuerte) 0.1 M. [5]METODOLOGA EXPERIMENTAL: El mtodo experimental utilizado para la realizacin de esta experiencia es la titulacin o tambin conocida neutralizacin un montaje que consiste de una bureta cargada con un neutralizador, y un erlenmeyer colocado abajo, preparado con la solucin a ser neutralizada. Se utiliza un indicador que lance un viraje de color, para conocer el momento en que la neutralizacin se encuentra completada, que es cuando se pasa del medio acido o bsico, al bsico o acido, respectivamente. Aplicando este mtodo, se realiz la neutralizacin de una muestra de 25 ml de cido clorhdrico (HCl) con la base hidrxido de sodio (NaOH), utilizando como indicador la fenoftaleina, la cual en medio acido (HCl) nos marcaba un color transparente, y en medio bsico, nos marca un leve color rosa. [8](b)(a)

Fig.5 Montaje para la realizacin de titulacin. (a)Bureta cargada de NaOH (Neutralizador); (b) Erlenmeyer con cido (Sustancia a neutralizar) e indicador (Fenolftalena).Luego, se aplic la neutralizacin a una muestra de 25 ml de cido actico (CH3COOH) con hidrxido de sodio, para reconocer como varia el mtodo utilizando una base fuerte en un cido dbil como lo es el cido actico. Se repiti este procedimiento para unas sustancias entendidas como acidas, leche, jugo de naranja y vinagre. [8]El montaje de este experimento de una bureta con un matraz es como se muestra en la Fig.1.RESULTADOS Y DISCUSIN.Una titulacin acido-base tiene como objetivo neutralizar estos y formar una sal y agua como productos, estableciendo un equilibrio acido-base conjugado [6].Como no se tiene un pH neutro que nos indique el instante en que se ha llegado al punto de equivalencia entre el cido y la base, se utiliza un indicador que en este caso fue fenolftalena, que con un viraje nos permite obtener el punto de equivalencia cualitativamente. Cabe aclarar que el punto de equivalencia es cuando ha reaccionado completamente las mismas moles de cido y base y que esto ha permitido la formacin completa del cido y la base conjugada. Es decir, cuando tericamente se haya formado el 100% del producto de la reaccin. Es de sealar sin embargo que ste punto de equivalencia es difcil de alcanzar experimentalmente, aunque se considera una referencia terica y de clculo de gran importancia [7]. Tal como se logr experimentar en el laboratorio.Las soluciones cambian de color dado a que cuando se le agrega la solucin de NaOH va aumentando la concentracin del ion OH- y a su vez la concentracin de H3O+ disminuye, lo cual hace que el pH tambin aumente y cuando este se encuentre en el intervalo de viraje de la fenolftalena, esta sustancia cambiar de color. Para mayor detalle en cuanto a cambio de color refirase a las ilustraciones 1, 2, 3, y 4. Presentadas a continuacin.

Ilustracin 1. HCl y NaOH. Punto de equivalencia.

Ilustracin 2. Acido actico y NaOH. Punto de equivalencia.

Ilustracin 3. Punto de equivalencia. mezcla: leche y NaOH.

Ilustracin 4. Vinagre y NaOH. Cambio de coloracin en su punto de equivalencia.

Para saber las concentraciones de las sustancias en la que este es desconocido se utiliza el volumen de la base que se utiliz la cual fue NaOH cuya concentracin se conoce y es 0.1 M, como este reactivo se coloca siempre en la bureta, podemos aadir de forma controlada la cantidad estequiomtrica tericamente necesaria para que se produzca el desplazamiento de la reaccin, adems con ayuda de la bureta se conoca tambin el volumen que fue necesario para que la reaccin se completara. [7]

AnalitoVolumen de Analito (ml)Volumen de Analito requerido para la titulacin (ml)

HCL

2532,1

CH3COOH

2532,3

LECHE

10,3

JUGO DE NARANJA

106,8

VINAGRE 528,4

Tabla.1. Resultados obtenidos de la titulacin.

Ya obtenido el volumen necesario de NaOH para que fuese efectiva la titulacin se procede a calcular la concentracin de hidrogeniones [H3O+] ya que como el NaOH es una base fuerte se disocia completamente en Na+ y OH- y como se mencion antes este va a reaccionar con los iones que hay en el cido respectivo.Las concentraciones del cido clorhdrico y el cido actico se conocen, en cambio las del vinagre, leche y jugo de naranja son desconocidas, por ende, se hall esas concentraciones y se corrobor las concentraciones que suministraban.Para esto se utiliz la frmula [3]:

Dnde:

Las concentraciones para cada solucin segn la frmula anterior se presentaran a continuacin. Los detalles de este clculo se encuentran en el apndice 1, en este tambin hallaremos el pH para cada sustancia tratada.

Analito Concentra-cin de la sustancia (N)Concentra-cin NaOH (N)

HCL

0.12840.1

CH3COOH

0.12920.1

LECHE

0.030.1

JUGO DE NARANJA

0.0680.1

VINAGRE+AGUA

0.560.1

Tabla.1. Resultados de las concentraciones obtenidas.Para el HCl se tiene: NSiendo esta la concentracin total de (H3O+) entonces el pH es el siguiente:

Para el cido actico:

NY el pH ser:

Para la leche se tiene:

NEntonces el pH va a ser:

Ahora para el jugo de naranja:

NY el pH seria:

Por ltimo la concentracin para el vinagre:

Siendo esta la concentracin total de (H3O+) entonces el pH es el siguiente:

PREGUNTAS* Calcule el %(p/p) o %(p/v) de cido Actico en el vinagre, del cido lctico en la leche y del cido ctrico en jugo de naranja. Vinagre:[N] % p/v Vinagre.[Vinagre] = 0.330 N.VCH3COOH = 0.010 L

* Construya la curva de valoracin del cido clorhdrico (cido Fuerte), con el Hidrxido de sodio (Base Fuerte), pH vs mL de NaOH consumidos durante la valoracin.

Fig.6. Curva de valoracin del cido clorhdrico (cido fuerte), con el hidrxido de sodio (base fuerte).* Construya la curva de valoracin del cido actico (cido dbil) con el NaOH (base fuerte), pH vs mL de NaOH.

Fig.7. Curva de valoracin del cido actico (cido dbil), con el hidrxido de sodio (base fuerte).

CONCLUSIONESEn una valoracin acido- base se debe saber cundo hay que dejar de aadir reactivo. En otras palabras, saber en qu momento se ha completado la reaccin. Esto se consigue poniendo en la disolucin un indicador acido-base. El indicador cambiar de color cuando se complete la reaccin, estos es, cuando haya cantidades equivalentes de cido y de base. El punto en el cual se consigue esto se denomina punto de equivalencia. Si el indicador cambia de color antes de este punto, se habr aadido escasa cantidad de reactivo, y la reaccin no habr sido completa. Si cambia de color demasiado tarde, cuando ya se haya pasado el punto de equivalencia, se habr aadido demasiado reactivo.

Se concluye que es de gran utilidad usar la llamada curva de valoracin, al momento de escoger el indicador adecuado a una valoracin particular. Los puntos de esa curva se determinan midiendo el pH de la disolucin en funcin del volumen de valorante aadido.

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