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UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS

Universidad del Per, DECANA DE AMRICA

FACULTAD DE FARMACIA Y BIOQUMICA ESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE FARMACIA Y BIOQUIMICA

Departamento Acadmico de Qumica Bsica y Aplicada

QUMICA ANALITICA INSTRUMENTAL

Desplazamiento de bandas y determinacin

espectrofotomtrica del pKa de un indicador

APELLIDOS NOMBRES GRUPO PROFESOR

Cueva Flores Leonardo Gabriel

Viernes de 2 pm a 6 pm

Quispe Jacobo Fredy Julca Alcntara Katerin Milagros

Villar Calero Kaysser Alberto

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INTRODUCCIN

En esta experiencia, la espectrofotometra se utilizara para medir el

pKa de un indicador cido-base conocido como anaranjado de metilo.

Este indicador (HIn) es un cido monoplico y podemos representar su

disociacin como sigue:

HIn H+ + In-

La expresin de equilibrio para esta disociacin se puede escribir como

pH = pKa - log (HIn)/(In)

Un indicador es una sustancia que permite medir el pH de un medio, es

ordinariamente un cido o una base dbil que presenta color diferente

dependiendo del estado de protonacion; capaz de captar o donar

protones generando un cambio de color al producirse esta donacin o

captacin de protones. Su uso y aplicacin principal es la

determinacin del punto final de una neutralizacin, tambin puede

servir para comprobar si un pH es acido o bsico.

El pH es una medida de acidez o alcalinidad de una solucin; y el pK

es la fuerza que tienen las molculas para disociarse.

Los espectros de absorcin de la luz del indicador a diferentes valores

de pH constituyen un mtodo excelente para el estudio de los cambios

de color que se producen en los indicadores acido-base. Al representar

un indicador, el espectro de absorcin a diferentes valores de pH en las

proximidades del pK, se obtienen diferentes curvas con dos mximos

cada uno de ellos se cortan en un punto isosbestico.

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1. OBJETIVOS

o Determinar el pK de un indicador (anaranjado de metilo) acido-base

utilizando la espectrofotometra basndonos en la ley de Lamber-Beer.

o Obtener el espectro de absorcin del naranjado de metilo en disoluciones

de diferente pH.

2. PARTE EXPERIMENTAL

2.1. Materiales y Reactivos

o Anaranjado de metilo

o Celdas de vidrio y cuarzo

o Espectrofotmetro UV-visible:

- Thermo scientific genesys 10s uv-vis

- Unic soo uv-2100 spect

o Agua

o cido clorhdrico

o Hidrxido de sodio

2.2. Metodologa

Se prepararon tres soluciones de anaranjado de metilo; una solucin

en donde se observe la forma bsica del indicador, otra en donde la

forma cida del indicador predomine y por ultimo una en medio donde

estn presentes ambas formas del indicador.

Espectro de absorcin de la forma cida del indicador: La

forma cida del indicador se prepar en simultneo con su muestra en

blanco. En el cual el blanco se prepar pipeteando 10 mL de agua

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destilada, se aadi 4 gotas de HCl concentrado y se aforo a 25 mL. La

disolucin se pas a una celda de cuarzo, luego al espectrofotmetro.

La disolucin de naranja de metilo se prepar pipeteando 10 mL de

disolucin 0.002 % de naranja de metilo, se aadio 4 gotas de HCl

concentrado y se aforo a 25 mL. El pH de esta disolucin fue

aproximadamente de 1 y el indicador se encuentro completamente en

su forma cida. La disolucin se pas a una celda de cuarzo del

espectrofotmetro.

En el espectrofotmetro para cada longitud de onda a la que se vaya a

trabajar, se ajust el espectrofotmetro al 100% de transmitancia, con el

blanco, y se medi a continuacin la absorbancia de la disolucin

problema. Se registr la absorbancia de la disolucin en un rango de

longitudes de onda de 390 nm a 560 nm cada 5 nm.

Espectro de absorcin de la forma bsica del indicador:

Se preparar sucesivamente las disoluciones de la forma bsica del

indicador y el blanco.

El blanco se prepar pipeteando 10 mL de agua, aadiendo 24 gotas de

NaOH 2 M y aforando a 25 mL. La disolucin se pas a una celda de

cuarzo, luego al espectrofotmetro.

La disolucin de naranja de metilo se prepar pipeteando 10 mL de

disolucin 0.002% de naranja de metilo, se aadi 24 gotas de NaOH

2 M y se aforo a 25 mL. El pH de esta disolucin fue aproximadamente

de 13 y el indicador se encuentro completamente en su forma bsica.

La disolucin se pas a una celda de cuarzo, luego al

espectrofotmetro para su lectura correspondiente, procediendo como

en el registro del espectro de absorcin de la forma cida del indicador.

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Espectro de absorcin de una disolucin donde estn

presentes ambas formas del indicador:

Se procedi a registrar el espectro de una disolucin tampn mediante

el siguiente procedimiento:

Se prepar las disoluciones tampn de disolucin 0.1 M de cido

frmico y de NaOH 0.1 M cuyo pH fue 3.8.

El banco se prepar pipeteando 10 mL de agua y se enraso a 25 mL

con la disolucin amortiguadora (pH=3.8). La disolucin se pasa a una

celda de cuarzo, luego al espectrofotmetro.

Disolucin de indicador se prepar pipeteando 10 mL de naranja de

metilo 0.002% y se enraso a 25 mL con la disolucin amortiguadora. La

disolucin se pasa a una celda de cuarzo, luego al espectrofotmetro,

procediendo como en el registro del espectro de absorcin de la forma

cida del indicador.

3. RESULTADOS

En las siguientes tablas se reportan tanto las concentraciones del cido

y base utilizados en la prctica, as como los pH de cada solucin;

adems las lecturas de absorbancia para el espectro de absorcin y

para la determinacin del pK del indicador. Tambin incluimos grficas

de los resultados en donde se observa el punto donde pH=pK (los

clculos se reportan en los anexos)

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Tabla 1: Lecturas de absorbancia de soluciones con indicador anaranjado de

metilo a diferentes pH para la determinacin de los espectros de absorcin

correspondientes

Longitud de onda (nm)

A solucin a

pH 1

A solucin a

pH 3.8

A solucin a pH 13

390 0.0084 0.2158 0.2184

395 0.012 0.2413 0.2444

400 0.0175 0.2663 0.2704

405 0.0253 0.2905 0.2946

410 0.0354 0.3133 0.3167

415 0.0487 0.3333 0.3364

420 0.0662 0.3539 0.3564

425 0.0876 0.3727 0.3741

430 0.1146 0.3915 0.3919

435 0.1472 0.4107 0.4089

440 0.1876 0.4292 0.4255

445 0.2342 0.4477 0.4408

450 0.2867 0.4647 0.4548

455 0.3431 0.4787 0.4655

460 0.4108 0.4918 0.4735

465 0.4804 0.4984 0.4752

470 0.5543 0.4992 0.4708

475 0.6292 0.4938 0.4597

480 0.7013 0.4804 0.4405

485 0.7694 0.4613 0.4168

490 0.8375 0.4363 0.3856

495 0.8996 0.4057 0.3493

500 0.9478 0.3717 0.3114

505 0.9758 0.3342 0.2705

510 0.9783 0.2937 0.2292

515 0.9608 0.2533 0.1891

520 0.9357 0.2154 0.152

525 0.9078 0.1787 0.1168

530 0.8806 0.1508 0.09

535 0.8357 0.1243 0.0661

540 0.7604 0.0998 0.0467

545 0.6589 0.0788 0.0326

550 0.5277 0.0578 0.0215

555 0.3889 0.0393 0.0123

560 0.2652 0.0245 0.0066

7

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

0 100 200 300 400 500 600

Ab

sorb

anci

a

Longitud de onda (nm)

A

B

C

Tabla 2: Grafica de los espectros de absorcin de las soluciones de pH = (1; 3.8 y 13)

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DETERMINACION DEL pK

LONGITUDES DE ONDA PTIMA (max)

4.1.1. Para el CIDO (max A)

max A = 510 nm

4.1.2. Para la BASE (max B)

max B = 465 nm

ABSORBANCIAS (A)

4.1.3. Para el CIDO (AA)

AA ( = 510 nm) = 0.968

AA ( = 465 nm) = 0.4804

4.1.4. Para la BASE (AB)

AB ( = 510 nm) = 0.2292

AB ( = 465 nm) = 0.4752

4.1.5. Para la MEZCLA (AM)

AM ( = 510 nm) = 0.2937

AM ( = 465 nm) = 0.4984

ABSORTIVIDAD ()

Donde: A: absorbancia

b: longitud de la celda

C: concentracin

Se sabe que las concentraciones de los estndares son 6x10-5 M y la

longitud de la celda es 1 cm

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Para el CIDO (A)

( )

( )( )

( )

( )( )

Para la BASE (B)

( )

( )( )

( )

( )( )

Ahora desarrollamos las ecuaciones:

Para cada max

( ) ( ) ( ) (1)

( )( ) ( )( )

( ) ( ) (3)

( ) ( ) ( ) (2)

( )( ) ( )( )

( ) ( ) (4)

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Multiplicando a (3) por y a (4) por

( ) ( ) (5)

( ) ( ) (6)

Luego (5) (6)

( )

Reemplazando en (3)

( ) ( ) ( )

Luego, la ecuacin de Henderson-Hasselbalch para un buffer es:

Se sabe que el buffer tiene un pH = 3.8, entonces:

(

)

( )

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Usando la ecuacin deducida de la ley de Beer

pH = pK + lg

3.8= pK + lg

3.8= pK + lg10.45426357

3.8= pK + 1.019293445

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4. DISCUSION

1. El pKa es la fuerza que tienen los compuestos para disociarse. Para

el anaranjado de metilo el valor de pKa es 3.7 Al igual que otras

constantes de equilibrio, el pKa depende de la temperatura.

Normalmente el pKa de un compuesto corresponde a una temperatura

de 25 C. El pKa obtenido fue 2.67 y con respecto al valor terico (3.7) el

% de error fue 30.00%. El porcentaje de error fue muy alto, esto porque

la temperatura del da estuvo entre los 17-19 C y no a 25 C. Tambin

el error corresponde a los factores de correccin en las preparaciones

de las soluciones de NaOH e HCl que se debieron determinar por

titulacin. Otra probabilidad de error es en el anlisis de la mezcla. Hay

dos casos que se puede presentar en el anlisis de una mezcla: el

primero es que los espectros de absorcin de cada componente se

solapen en la mayor cantidad de regiones y el segundo caso es que los

espectros de absorcin de cada componente casi ni se solapen. El

procedimiento que se tom en la prctica fue para un supuesto segundo

caso, pero si el caso hubiera sido como el primero, se debi haber

tomado las absorbancias para diferentes longitudes de onda y se

procede a tabular valores para encontrar una relacin haciendo el uso

de la regresin lineal por mnimos cuadrados.

2. La presente practica trato sobre como calcular el pKa de un cidos

dbil y como absorber luz con la influencia de un indicador. Se prepar

3 soluciones y se obtuvo sus absorbancias en medio bsico cido y

buffer .El cido y la base fueron los datos y la muestra problema el

buffer, Se hall las concentraciones reales del cido y la base con la ley

de Beer y se sigui el principio que dice: las absorbancias son aditivas

y se sobrelapan para formar una sola banda ancha. La absorbancia se

tom para cada longitud de onda ya que la absortividad molar depende

ella y del tipo de sustancia. Se obtuvo un pKa= 2.67, pero esto no sali

igual al pH=3.8 ya que lo ideal es que la mezcla el pKa sea igual al PH

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para cuando hay amortiguadores varia en lo ms mnimo se puede

decir que hay una mayor %disociado de acido que de base.

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5. CONCLUSION

La cuantificacin de los sistemas multicomponentes se rige bajo el

principio que las absorbancias son aditivas y se sobrelapan para formar

una sola banda. La absorbancia de un indicador en medio cido y

bsico vara en funcin al pH.

Se concluy que la espectrofotometra UV-vis tambin sirve para

determinar las concentraciones de cada componente en una mezcla

partiendo de los espectros de absorcin de cada uno, as como

determinar su pKa a diferentes medidas de pH.

En base al trabajo desarrollado utilizando el punto isosbestico pudimos

concluir que 465nm y 560nm son las longitudes de onda de trabajo que

usaremos para determinar el pKa del anaranjado de metilo

La determinacin del pKa de un indicador es uno de los procedimientos

ms sencillos e ilustrativos de la tcnica espectrofotomtrica. Pero en

general cumplimos nuestros objetivos para esta prctica, determinamos

el pKa del indicador y nos familiarizamos con los principios

aplicaciones, conceptos y ecuaciones que nos permitieron determinar el

valor del pKa

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6. REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS

Daniel C. Harris. Quantitative chemical analysis. Sixth edition. W. H. Freeman

and company, New York and Basintong, 2007, pag 462.

Skoog D, Principios de analtica instrumental ,6 edicin , Saunders College

Pub ,2007

[1] Vogel Arthur Qumica Analtica Cuantitativa: Teora y Prctica 2da edicin,

Vol. II, Cap.V, Editorial Kapelusz, Buenos Aires, 1969.

Universidad de valencia. Determinacin espectrofotomtrica del pK de un

indicador. Revisado el 18 de septiembre del 2014. Disponible en:

http://www.uv.es/qflab/2009_10/descargas/cuadernillos/experi_quimi1/castellan

o/3ING_pKindicadorCas.pdf

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7. ANEXO

7.1. Cuestionario

1. Que es el punto isobestico?

Es el punto en la grfica donde al superponerse la lnea acido con la bsica se cortan en un punto, y siempre las diferentes concentraciones de cido o de base formaran curvas que pasen por ese punto

2. La constante de acidez de un cido dbil se determine preparando tres disoluciones, cada una de las cuales tenan una concentracin de 510^-5 M. La primera se acidifico con HCl y dio una absorbancia de 0.25. La segunda se alcalinizo y dio una absorbancia de 1,4. El pH de la tercera disolucin era 2.91, con una absorbancia de 0.662. Cul es el valor de Ka?

Un cido dbil se disocia de la siguiente manera

Est en equilibrio con esta ecuacin

Si las concentraciones se mantienen constantes tenemos: Donde A es la absorbancia de la solucin cuando tiene acido-base, AIn es la absorbancia en la zona bsica mientras que AHIn es la absorbancia en la zona acida. Obtenindose la siguiente ecuacin:

Reemplazamos los datos:

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3. Qu efecto tiene el solvente en el espectro de absorcin de las molculas orgnicas?

De haber reacciones entre el soluto y el disolvente se puede visualizar desplazamientos

espectrales, ensanchamiento de bandas y otros fenmenos. Por eso se debe elegir el

disolvente adecuado para las sustancias estudiadas.