DETERMINACIÓN DEL pka DE UN INDICADOR ÁCIDO-BASE POR ESPECTROFOTOMETRÍA

7/24/2019 DETERMINACIN DEL pka DE UN INDICADOR CIDO-BASE POR ESPECTROFOTOMETRA

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN CRISTBAL DE HUAMANGA

FACULTAD DE INGENIERA QUMICA Y METALURGIA

Departamento Acadmico de Ingeniera Qumica

ESCUELA DE FORMACIN PROFESIONAL DE INGENIERA QUMICA

Asignatura QU_342

ANLISIS INSTRUMENTAL

PRCTINA N 04

DETERMINACIN DEL pka DE UN INDICADOR CIDO-BASE POR ESPECTROFOTOMETRA

PROFESOR DE PRCTICA : M. Sc. GARCIA BLQUEZ MOROTE, Jorge S.

ALUMNO :SULCA SUCA, Juan Antonio

DA DE PRCTICA :mircoles

HORA :8.00 Am 11.00 AM

FECHA DE EJECUCIN : 12 / 11 / 2015

AYACUCHOPER

2015


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PRCTICA N 04

DETERMINACIN DEL pka DE UN INDICADOR CIDO-BASE POR ESPECTROFOTOMETRA

I. OBJETIVOS

Observar La secuencia de operaciones que se sigue en la determinacin de una constante

de equilibrio.

Elaborar los espectros de absorcin del indicador a pH bajo y alto y determinar la longitud

de onda adecuada para las lecturas de absorbancia a diferentes pH del indicador.

Determinar la constante de ionizacin de azul de bromotimol.

II. REVISIN BIBLIOGRFICA

El indicador representado por HIn es un cido monoprtico que se puede representar como sigue:

HIn H+ In

Siendo su pKa: log = pH pKa

La razn ()se puede determinar por espectrofotometra a longitudes de onda de mxima

absorcin de una solucin acida (pH baja) en la cual el indicador se encuentra en forma de HIn y de

una solucin alcalina de (pH alto), donde en indicador se encuentra en forma de In. Luego sepreparan solucin buffer de pH alrededor del pKa del indicador y se miden las absorbancias. Estas

soluciones contienen las mismas concentracin total del indicador (H+ In), pero lasproporciones varan con el Ph. Graficar A Vs pH se determina la relacin (In/HIn).

Determinacin Espectrofotomtrica de pKa Mediante medidas espectrofotomtricas sedeterminan las concentraciones de la forma asociada y de la disociada de una sustancia sobre la

base de que -1- ambas formas obedecen la ley de Lambert-Beer y -2- que las concentraciones de

las mismas son determinables, ya sea porque absorben a diferentes longitudes de onda o bien

porque se cumple la condicin de aditividad. La determinacin se realiza a un pH tal que ambasformas se encuentren en concentraciones apreciables, esto es, a un pH prximo al pKa de la

sustancia o, lo que es lo mismo, grado de disociacin cercano al 50%. Para un indicador cidomonoprtico:

Para ilustrar un aspecto del concepto de equilibrio qumico, idealmente un experimento de

laboratorio debera:

1.

resultar en un valor razonablemente exacto de la constante de equilibrio.2. usar un nmero pequeo de soluciones que sean seguras de manipular, o al3. menos ser familiar a los alumnos, y simple de desechar.4. usar equipo usado comnmente en un laboratorio de qumica inorgnica, y

no exceder las habilidades de un alumno de qumica inorgnica tpico.

Para que el mtodo descrito aqu funcione, slo debe haber una forma

cida del indicador (HIn) y una forma bsica (In-) en el equilibrio:

Si usamos concentraciones en lugar de actividades, la expresin para la constante de equilibrio

para la reaccin esLa forma logartmica para la ecuacin es

La forma logartmica para la ecuacin es


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La forma cida del indicador tiene un color, tal como el amarillo, con su correspondiente lmax a

una longitud de onda, y la forma bsica tiene otro color, tal como el azul, con su correspondiente

a una longitud de onda diferente. Si la longitud de la trayectoria de la celda se mantiene

constante y todas las soluciones contienen la misma molaridad total del indicador, el cocientecido-base a la de ya sea la forma cida o bsica viene dado por:

Donde A es la absorbencia de la solucin conteniendo una cierta concentracin total de la mezcla

cido-base, AIn- es la absorbencia de la forma bsica a la misma concentracin, y AHIn es laabsorbencia de la forma cida a la misma concentracin.

Sustituyendo la expresin para el cociente HIn-In-de la ec. 2 en la ec. 1,

El pKa de un indicador se puede determinar por dos mtodos equivalentes, un mtodo algebraico

o un mtodo grfico. En el mtodo algebraico, conjuntos de pH y valores de absorbencias sesustituyen en la ec. 3 y se calcula el pKa para cada conjunto. El pKa reportado es el promedio de

los pKas calculados. En el mtodo grfico, se grafica el

Graficando absorbancia versus longitud de onda para las tres soluciones se obtendrn espectros de

la forma siguiente.

A los tres espectros se cortan en un punto llamado punto isosbstico.Eligiendo una longitud de onda que en los espectros de las formas cidas y bsicas estn lo ms

alejadas posibles, se determinan las respectivas absorbancias.

III. MATERIALES, EQUIPOS E INSTRUMENTOS DE LABORATORIO Y REACTIVOS QUMICOSUTILIZADOS


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Materiales, instrumentos y equipos:

Espectrofotmetro

Celdas o cubetas

Balanza analtica

Lunas de reloj

Esptulas

Estufa elctrica

Varillas de vidrio

Vasos precipitados de 100 mL y 50

mL

Fiolas de 50 mL

Pipetas volumtricas de 10 mL

pHmetro

Pisetas

Reactivos qumicos:

Solucin de azul de bromotimol

Solucin de fosfato dihidrgeno de sodio (NaH2PO4)

Solucin de fosfato hidrgeno disdico (Na2HPO4)

Solucin de hidrxido de sodio (NaOH)

Etanol al 40 %IV. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

a) Reactivos:

Azul de bromotimol:Disolver 0.0250 g de reactivo en 50 mL de etanol al 40%. Fosfato dihidrgeno de sodio:Disolver 1.1204 g de NaH2PO4en agua destilada y diluir a

50 mL. Fosfato hidrgeno disdico:Disolver 1.3790 g de Na2HPO4en agua y diluir a 50 mL. Hidrxido de sodio:Disolver 1.2041 g de NaOH en agua diluir a 10 mL.

b) Preparacin de soluciones amortiguadoras:

Disponer siete fiolas limpias de 50 mL y colocar en cada una 1 mL de solucin de azul debromotimol y luego agregar los siguientes volmenes de soluciones de fosfato:

Fiola N NaH2PO4

(mL)

Na2HPO4

(mL)

1 5 0

2 5 1

3 10 5

4 5 10

5 1 56 1 107 0 5

A la fiola 7, adicionar 2 gotas de NaOH.Diluya cada solucin hasta la marca y homogenice bien y registre el pH de cada solucin.

c) Determinacin de las longitudes de onda de mxima absorcin:

Elaborar los espectros de absorcin de azul de bromotimol, de preferencia en el rango de431 a 611 nm de las soluciones 1 y 7.

d) Lectura de absorbancias a diferentes pH:


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Seleccionar dos longitudes de onda de manera que HIn e In-presenten absorbancias muy

diferentes.Medir a estas longitudes de onda las absorbancias de las siete soluciones.

V. EVALUACIN:

1. Reportar los espectros de absorcin de las soluciones cida y alcalina de azul debromotimol.

Fig. 01: Espectro de absorcin de la solucin cida de azul de bromotimol

Donde la absorbancia mxima es a la longitud de onda de 429 nm que corresponde a laabsorbancia de 0.292.

= 0.292

Fig. 02: Espectro de absorcin de la solucin alcalina de azul de bromotimol

Donde la absorbancia mxima es a la longitud de onda de 616 nm que corresponde a la

absorbancia de 0.619.

= 0.612. Elaborar la grfica de A vs pH para cada longitud de onda seleccionada.


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Datos experimentales:

n de pH Absorbancia

Fiolas 1 4.79 0.227 0.009

2 5.83 0.247 0.030

3 6.83 0.202 0.123

4 7.51 0.159 0.302

5 7.85 0.100 0.417

6 8.30 0.084 0.504

7 11.65 0.040 0.590

3. Determinar las razones de (In-/HIn) para las soluciones 2 al 6.

Para ello se utiliza la siguiente relacin:[]

[]=[ ]

[ ]

Donde: =Absorbancia de la mezcla


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=Absorbancia de = Absorbancia de

a. Considerando datos experimentales a la longitud de onda de 431 nm:

Aplicando la ecuacin antes mencionada:

[][]=

[ ][ ]

Donde: =Absorbancia de la mezcla a 431 nm=Absorbancia de = 0.227= Absorbancia de = 0.040

Seguidamente se calculan reemplazando los valores segn las relaciones de cada columna; ya continuacin se presentan los resultados en la siguiente tabla:

n de [ ] [ ] []/[] ([]/[]) pHFiolas [] []

1 4.79

2 0.0200 -0.2070 -0.0966 #NUM! 5.83

3 -0.0250 -0.1620 0.1543 -0.8116 6.83

4 -0.0680 -0.1190 0.5714 -0.2430 7.51

5 -0.1270 -0.0600 2.1167 0.3257 7.85

6 -0.1430 -0.0440 3.2500 0.5119 8.30

7 11.65

Luego graficando log(In-/HIn) vs pH:

Finalmente, calculando Ka: = = 7.7


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= 7.7

= 10.

= 1.9953 10 2 1 0

b.

Considerando datos experimentales a la longitud de onda de 611 nm:

Aplicando la ecuacin:

[][]=

[ ][ ]

Donde: =Absorbancia de la mezcla a 611 nm=Absorbancia de = 0.009= Absorbancia de = 0.590

Seguidamente se calculan reemplazando los valores segn las relaciones de cada columna; y

a continuacin se presentan los resultados en la siguiente tabla:

n de [ ] [ ] []/[] ([]/[]) pHFiolas [] []

1 4.79

2 0.0210 0.5600 0.0375 -1.4260 5.83

3 0.1140 0.4670 0.2441 -0.6124 6.834 0.2930 0.2880 1.0174 0.0075 7.51

5 0.4080 0.1730 2.3584 0.3726 7.85

6 0.4950 0.0860 5.7558 0.7601 8.30

7 11.65

Luego graficando log(In-/HIn) vs pH:

Finalmente, calculando Ka:


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= = 7.5

= 7.5

= 10.

= 3.1623 10

3.210

4.

Calcular la molaridad de las soluciones preparadas.

Para ello se utiliza la siguiente relacin:

= .

= .

Para la solucin de azul de bromotimol:

Este es un indicador, por lo tanto no posee concentracin.

Para la solucin de fosfato dihidrgeno de sodio (NaH2PO4):

= .

= 1.1204 g119.9760 gmol 0.05 L

= 0.1868

Para la solucin de fosfato hidrgeno disdico (Na2HPO4):

= .

= 1.3790 g141.9580 gmol 0.05 L

= 0.1943

Para la solucin de hidrxido de sodio (NaOH):

= .

= 1.2041 g39.9980 g

mol 0.01 L

= 3.0104

DATOS:

PM = 119.9760 g/mol

m = 1.1204 g

V = 50 mL = 0.05 L

DATOS:

PM = 141.9580 g/mol

m = 1.3790 g

V = 50 mL = 0.05 L

DATOS:

PM = 39.9980 g/mol

m = 1.2041 g

V = 10 mL = 0.01 L


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5. Determinar analticamente los pH de las soluciones buffer preparadas.

a. Considerando datos experimentales a la longitud de onda de 431 nm:

Para ello se utiliza la siguiente ecuacin:

= [

][]Donde:

=7.7

Ejm: Para la fiola 3:

= []

[]

= 7.7(0.8116)

= 6.89

De forma similar se calculan para el resto de las fiolas, reemplazando en la ecuacin anterior

donde el pka se mantiene constante; y solamente vara la expresin([]/[]) para cada fiola. A continuacin en la siguiente tabla se reportan losresultados de los pH de soluciones buffer preparadas a la longitud de onda de 431 nm:

n de [ ] [ ] []/[] ([]/[]) pHFiolas [] []

1 0.0000 -0.1870 0.0000 #NUM! #NUM!

2 0.0200 -0.2070 -0.0966 #NUM! #NUM!

3 -0.0250 -0.1620 0.1543 -0.8116 6.894 -0.0680 -0.1190 0.5714 -0.2430 7.46

5 -0.1270 -0.0600 2.1167 0.3257 8.03

6 -0.1430 -0.0440 3.2500 0.5119 8.21

7 -0.1870 0.0000 #DIV/0! #DIV/0! #DIV/0!

b.

Considerando datos experimentales a la longitud de onda de 611 nm:

Para ello se utiliza la siguiente ecuacin:

= [][]

Donde: =7.5

Ejm: Para la fiola 3:

= []

[]

= 7.5(0.6124)

= 6.89


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De forma similar se calculan para el resto de las fiolas, reemplazando en la ecuacin anterior

donde el pka se mantiene constante; y solamente vara la expresin([]/[]) para cada fiola. A continuacin en la siguiente tabla se reportan losresultados de los pH de soluciones buffer preparadas a la longitud de onda de 611 nm:

n de [ ] [ ] []/[] ([]/[]) pH

Fiolas [] []1 0.0000 0.5810 0.0000 #NUM! #NUM!2 0.0210 0.5600 0.0375 -1.4260 6.07

3 0.1140 0.4670 0.2441 -0.6124 6.89

4 0.2930 0.2880 1.0174 0.0075 7.51

5 0.4080 0.1730 2.3584 0.3726 7.87

6 0.4950 0.0860 5.7558 0.7601 8.26

7 0.5810 0.0000 #DIV/0! #DIV/0! #DIV/0!

VI. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

CONCLUSIONES:

Se lleg a graficar los espectros de absorcin del indicador a pH bajo y alto es decir en

solucin cida y bsica respectivamente.

Asimismo se determin la longitud de onda adecuada para las lecturas de absorbancia adiferentes pH del indicador.

Y lo ms importante es que se lleg a determinar la constante de ionizacin de azul de

bromotimol.

RECOMENDACIONES:

Pesar adecuadamente los productos a utilizar en los distintos experimentos, para ello se

debe tarar adecuadamente la balanza analtica, del mismo modo se debe utilizarrecipientes y esptulas exentas de cualquier contaminantes.

Para una lectura adecuada de las absorbancias, las celdas deben llenarse adecuadamentey lo ms importante es que no deben presentar burbujas de are una vez llenado con la

muestra problema a analizar.

El pHmetro se debe enjugar con agua destilada despus de cada medida.

VII. BIBLIOGRAFA CONSULTADA

ANALISTS INSTRUMENTAL. By Douglas SKoog and James LEARY. Cuarta edicin Mc GrawHill. 1 994)

www.frlp.utn.edu.ar/grupos/aepeq/Keqfoto.html

catedras.quimica.unlp.edu.ar/.../2008-TP-04-Determinacion_Espectrofot... www.buenastareas.com Pgina principal Ciencia

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