Universidad de San Carlos de GuatemalaFacultad de IngenieraEscuela de QumicaLaboratorio de Anlisis Cualitativo Impartido por: Inga. Qca. Adela Marroqun

Practica No.1Determinacin de la Constante de Equilibrio de un cido Dbil

SeccinPuntuacin

1. Resumen

2. Objetivos

3. Marco Terico

4. Marco Metodolgico

5. Resultados

6. Interpretacin Resultados

7. Conclusiones

8. Bibliografa

9. Apndice

9.1 Datos Originales

9.2 Muestra de Calculo

9.3 Datos Calculados

Miguel Angel de Len ObandoCarn: 201314103Guatemala 19 de febrero del 2015

ndice1.0Resumen42.0 Objetivos52.1 General:52.2 Especficos:53.0 Marco Terico63.1 Teora cido-Base de Browsted-Lowry63.2 Definicin Acido-Base Fuerte o Dbil163.3 Punto de Equivalencia73.4 Curva de Titulacin73.5 Mtodos para Hallar Punto de Equivalencia83.5.1 Mtodo Directo:83.5.2 Mtodo de la Primera Derivada83.5.3 Mtodo de la Segunda Derivada83.5.4 Mtodo de Crculos Concntricos84.0 Marco Metodolgico94.1 Algoritmo Experimental94.2 Diagrama de Flujo10115.0 Resultados1206.0 Interpretacin de Resultados157.0 Conclusiones178.0 Bibliografa189.0 Apndice199.2 Muestra de Clculo209.3 Datos Calculados25

1.0 Resumen

Se calcul el punto de equivalencia, constante de acides Ka y potencial de la constante de acedes pKa del cido actico, de una neutralizacin entre un cido dbil, cido actico (CH3COOH) 0.1M, y una base fuerte, hidrxido de sodio (NaOH) 0.1M.

El punto de equivalencia se hall mediante el punto de viraje de un indicador pH, fenolftalena, y el uso de mtodos grficos (primera , segunda derivada y crculos concntricos), graficndolos en un plano x,y; la constante de acides Ka se hall mediante la ecuacin 3 y el potencial de la constante de acides pKa se hall mediante el uso de la ecuacin 4.

La media de mililitros de base agregada es de 9.52mL, el valor medio de la constante de equilibrio es de 2.6363e-5 y la media de potencial de la constante de equilibrio es de 4.579. La prctica se realiz el dia 12 de febrero del 2015 a temperatura de 22C y presin atmosfrica de 0.8421atm. Se realiz en los laboratorios del rea de qumica de la Facultad de Ingeniera, de la Universidad de San Carlos de Guatemala, Ciudad Universitaria Zona 12.

2.0 Objetivos2.1 General:Determinar la constante de equilibrio Ka y el pKa de un cido dbil (cido Actico CH3COOH), a partir de valores de pH de la neutralizacin del mismo con una base fuerte (Hidrxido de Sodio NaOH) y aplicando mtodos grficos para hallar el punto de equivalencia.

2.2 Especficos: Determinar la constate de acidez y punto de equivalencia de la titulacin mediante mtodos grficos.

Calcular la constante de equilibrio del cido ka y el potencial de la constante de equilibrio pKa, mediante el punto de equivalencia.

Determinar que mtodo para hallar el punto de equivalencia es el ms cercano al valor terico.

3.0 Marco Terico

3.1 Teora cido-Base de Browsted-Lowry[footnoteRef:1] [1: Qumica Analtica, Gary D. Chistian, Sexta Edicin ]

En 1923, Brnsted y Lowry describieron por separado lo que ahora se conoce como teora de Brnsted-Lowry. Esta teora sostiene que un cido es cualquier sustancia que puede donar un protn, y una base es cualquier sustancia que puede aceptar un protn. As, se puede escribir una media reaccincido = H+ + baseEl cido y la base de una media reaccin se llaman pares conjugados. Los protones libres no existen en solucin, y debe haber un aceptor de protones (base) antes de que un donador de protones (cido) libere su protn. Es decir, debe haber una combinacin de dos medias. Segn la definicin anterior, es evidente que una sustancia no puede actuar como cido a menos de que est presente una base para aceptar protones. As, los cidos sufrirn ionizacin completa o parcial en disolventes bsicos, como el agua, el amoniaco lquido o el etanol, dependiendo de la basicidad del disolvente y de la fortaleza del cido, aunque, en disolventes neutros o inertes, la ionizacin ser insignificante. Por otro lado, la ionizacin en el disolvente no es un requisito previo para una reaccin cido-base.

3.2 Definicin Acido-Base Fuerte o Dbil1Los cidos dbiles (o las bases dbiles) se ionizan slo parcialmente. Aunque los cidos minerales (inorgnicos) y las bases minerales (inorgnicas), como HCl, HClO4, HNO3 y NaOH, son electrlitos fuertes que se ionizan totalmente en agua, la mayora de los cidos orgnicos y las bases orgnicas, como se encuentran en las aplicaciones clnicas, son dbiles.

3.3 Punto de Equivalencia[footnoteRef:2] [2: Determinacin del punto de equivalencia. http://campodocs.com/articulos-enciclopedicos/article_86273.html ]

El punto de equivalencia, o punto estequiomtrico, de una reaccin qumica es el punto en el que un valorante aadido es estequiomtricamente igual al nmero de moles de sustancia presente en la muestra: la menor cantidad de reactivo de valoracin que es suficiente para neutralizar totalmente o reaccionar con el analito. En algunos casos hay mltiples puntos de equivalencia que son mltiplos del primer punto equivalente, como en la valoracin de un cido diprtico.Un grfico de la curva de valoracin presenta un punto de inflexin en el punto de equivalencia-donde la grfica es ms empinada. Un hecho sorprendente de equivalencia es que en una reaccin de la equivalencia de los reactivos, as como productos se conserva.El punto final se refiere al punto en el que el indicador cambia de color en una titulacin colorimtrica.3.4 Curva de Titulacin[footnoteRef:3] [3: Anlisis volumtrico, www.wikipedia.com]

Las valoraciones se representan mediante curvas de valoracin, en las que suele representarse comovariable independienteel volumen aadido de disolucin estndar, titulante o patrn, mientras la variable dependientees la concentracin del analito en la etapa correspondiente de valoracin (en una valoracin cido-base es generalmente el pH de la disolucin, que cambia segn la composicin de las dos disoluciones). En el caso de las valoraciones cido-base, las curvas de valoracin reflejan la fuerza del cido y de la base correspondiente. Por ejemplo, en una valoracin de cido fuerte con una base dbil, la curva de valoracin ser relativamente lisa, aunque muy escarpado para puntos cerca el punto de equivalencia de la valoracin. En este caso, pequeos cambios en el volumen del valorante producen cambios grandes del pH cerca del punto de equivalencia.

3.5 Mtodos para Hallar Punto de Equivalencia[footnoteRef:4] [4: Titulacin Potenciomtrica de un cido Dbil con una Base Fuerte, http://es.slideshare.net/CvH94/titulacin-potenciomtrica-de-un-cido-dbil-con-una-base-fuerte. ]

3.5.1 Mtodo Directo: Consiste en graficar la variacin del potencial en funcin del volumen titulante aadido. El punto de inflexin en la parte ascendente de la curva se estima visualmente y se toma como punto final.

3.5.2 Mtodo de la Primera DerivadaImplica calcular y graficar el cambio de potencial (pH/mL), en funcin del volumen aadido de titulante, para obtener una curva con un mximo que corresponde al punto de inflexin. El mximo obtenido en la curva representa el punto de equivalencia, ya que este valor es justamente la pendiente de la curva pH y mL.

3.5.3 Mtodo de la Segunda DerivadaConsiste en graficar ((pH/mL)/mL), contra el volumen de titulante. El punto de equivalencia es el valor de mL donde la curva cruza la abscisa, o sea el punto de interseccin de la segunda derivada con cero. En este punto de la graficar ((pH/mL)/mL) pasa de un valor positivo a uno negativo.

3.5.4 Mtodo de Crculos ConcntricosEste mtodo consiste en graficar dos crculos, sobre la grfica de volumetra. Estos se grafican de forma que encajen en los punto de inflexin, luego se dibuja una lnea que una los centros de los crculos dibujado. La intercepcin de esta lnea con la curva volumtrica es el punto de equivalencia de la solucin.

4.0 Marco Metodolgico4.1 Algoritmo Experimental

1. Se prepar el equipo a utilizar.2. Se coloc el potencimetro por 20 minutos en un beacker conteniendo agua desmineralizada, para hallar el pH neutro del agua.3. Se prepar una solucin a 0.1M de Hidrxido de Sodio NaOH.4. Se procedi a aadir una solucin de cido clorhdrico a 0.1M en una bureta de 25mL.5. Se tom una alcuota de 10mL de solucin de hidrxido de sodio 0.1M y se le agregaron tres gotas de indicador acido-base, fenolftalena.6. Se procedi a estandarizar la alcuota de hidrxido de sodio con la solucin de cido clorhdrico.7. Se tom una alcuota de 10mL de cido actico 0.1M, se coloraron en un Becker y se aadieron tres gotas de fenolftalena.8. Se procedi a tomar la medicin de pH de la alcuota de cido actico.9. Se procedi a realizar la estandarizacin de la alcuota de cido actico, midiendo el pH de la solucin en cada mL de NaOH agregado.10. Se observ y anoto el mL de solucin de NaOH agregado en el que la fenolftalena cambio de un color traslucido a magenta.11. Se sigui la estandarizacin del cido actico hasta que la medicin de pH llego a 13.12. Se procedi a neutralizar la solucin residual de cido actico con la solucin de hidrxido de sodio.13. Se procedi a neutralizar los restantes remanentes en la cristalera, luego se lav y guardo.

4.2 Diagrama de Flujo A

CBSe midi el pH en cada mLSe observ el punto en el cual el indicador cambio de color.Se agreg 1mL de solucin de NaOHSe realiz la estandarizacin del cido actico con la solucin de NaOH preparadaSe agregaron 3 gotas de fenolftalena a la alcuota de cido acticoSe tom la lectura de pH del cido actico.ASe verti 10mL de cido actico a 0.1M en un becker.Se verti la solucin de NaOH en la bureta.Se dej reposar por 20 minutos el potencimetro en agua desalinizada.Se estandarizo la solucin de NaOH con una solucin de HCL a 0.1 M.Se prepar 100mL de solucin de NaOH a 0.1MInicio

B

FinCSe continu la estandarizacin hasta obtener un pH aproximado a 13SiNoHay Cambio de coloracin

5.0 ResultadosGrafica 1Punto de Equivalencia

Fuente: Hoja de datos originales.Grafica 2Punto de Equivalencia

Fuente: Tabla 1

Grafica 3Punto de Equivalencia

Fuente: Tabla2Grafica 4 circulos concentricosgPunto de Equivalencia

Fuente: Tabla1

Tabla No. 6

Fuente: Graficas 2,3,4; hoja de datos originales y tabla no. 4 y 5.

06.0 Interpretacin de Resultados

Durante la prctica se dej reposar el potencimetro en un Becker conteniendo agua desmineralizada, para obtener el pH neutro del agua, el cual fue de 6.84. Se realiz la estandarizacin del cido clorhdrico, HCL 0.1M, con la solucin de hidrxido de sodio; para conocer la concentracin a la cual la solucin de hidrxido de sodio se hallaba, esta fue de 0.116M.El punto de equivalencia se hall mediante el uso de los mtodos grficos, realizados en un plano x,y; para el mtodo de la primera derivada se graficaron los datos de la tabla 2, se busc el punto ms alto de la grfica, se realiz una lnea vertical hacia el eje de la x y la intercepcin indico el mL de solucin de NaOH en el cual se halla el punto de equivalencia, siendo esta de 9.1mL de NaOH .Para el mtodo de la segunda derivada se graficaron los datos de la tabla 3, se busc el punto ms bajo, se grafic una lnea vertical hacia el eje de la x, y la intercepcin con el eje mostro el punto de equivalencia, siendo este de 9.01mL de NaOH. Para el mtodo de crculos concntricos se graficaron dos crculos que encajaran en la curva sigmoidal de la curva volumtrica, luego se realiz una lnea que uni los centros de los crculos. La intercepcin de esta lnea con la curva volumtrica indico el punto de equivalencia, se grafic una lnea vertical hacia el eje de la x dado como resultado el punto de equivalencia siendo este de 9.5mL de NaOH.

El punto de viraje de la fenolftalena se utiliz tambin para determinar el punto de equivalencia, siendo este de 10.5mL de NaOH agregados para la neutralizacin del cido actico. La estandarizacin continua hasta que el potencimetro alcanzo un valor mximo de pH 12.95, esto sirvi para graficarlo y observar en la curva volumtrica la forma sigmoidal que esta adquiere.Luego de encontrar el punto de equivalencia de los mtodos grficos, se procedi a calcular en nmero de moles de hidrxido de sodio, ya que el nmero de moles de ion OH- es estequiometricamente igual al nmero de moles de iones H+ procedentes del cido actico, es decir que reaccionan en igual proporcin.As se hall la concentracin de iones H+ presentes, luego esta concentracin se opera con la ecuacin nmero tres para hallas la constante de equilibrio Ka del cido actico. Luego utilizando la ecuacin 4 se hall el valor del potencial de la constante de equilibrio pKa del cido actico. La media obtenida de los cuatro mtodos en la constante de equilibrio Ka es de 2.6363e-5 y la media de potencial de la constante de equilibrio pKa es 4.74.Al buscar el punto de equivalencia en las grficas, se observ que los mtodos de primera y segunda derivada mantienen un valor estable de mililitros de base agregada, siendo este de 9, pero en los mtodos de curva volumtrica, crculos concntricos y punto de viraje de la fenolftalena, varan.Por lo que hace que los mtodos de primera y segunda derivada sean ms confiables que los obtenidos por los mtodos anteriores.

7.0 Conclusiones

1. Entre los mtodos utilizados para encontrar el punto de equivalencia, los mtodos de primera y segunda derivada son los ms confiables y exactos para la determinacin del punto de equivalencia.

2. El valor medio de la constante de equilibrio Ka encontrada es de 2.6363e-5.

3. El valor medio del potencial de la constante de equilibrio pKa es de 4.5792.0

8.0 Bibliografa

1. Gary D. Chistian, titulaciones acido-base, sexta edicin, Mexico, McGrahill; pag 219, 220, 266, 272.

2. Punto de Equivalencia [en lnea]. [Fecha de consulta: 15 de febrero del 2015]. Disponible en : [ http://campodocs.com/articulos-enciclopedicos/article_86273.html, ].

3. Titulacin Potenciometrica de un Acido Dbil con una Base Fuerte [en lnea]. [Fecha de consulta: 16 de febrero del 2015]. Disponible en : [.http://es.slideshare.net/CvH94/titulacin-potenciomtrica-de-un-cido-dbil-con-una-base-fuerte],

4. Determinacin del punto de equivalencia [en linea]. [Fecha de consulta: 16 de febrero del 2015]. Disponible en [http://campodocs.com/articulos-enciclopedicos/article_86273.html

5. Anlisis Volumtrico [en lnea]. [Fecha de consulta: 12 de febrero del 2015]. Disponible en :[ http://es.wikipedia.org/wiki/An%C3%A1lisis_volum%C3%A9trico ]

9.0 Apndice

9.2 Muestra de Clculo

Mtodo Primera Derivada Ecuacin No. 1Dnde:: Representa una diferencia entre dos puntos de pH divididos entre dos puntos de volumen de solucin agregada, dando como resultado una pendiente.pH1:pH de un primer punto.pH2:pH de un segundo punto.mL1:Volumen de solucin agregada en el punto 1, (mL).mL2:Volumen de solucin agregada en el punto 2, (mL).Ejemplo:Con los datos de la tabla no. 1, realizar una grfica que represente el mtodo de la primera derivada. Realizando el primer calculo

Mtodo Segunda Derivada Ecuacin No. 2Dnde::Representa una diferencia entre dos puntos de, divididos entre dos punto de volumen de solucin, dando como resultado la pendiente de los puntos., :, de un primer punto. :, de un segundo punto.mL1:Volumen de solucin aadido en un punto 1.mL2:Volumen de solucin aadido en un punto 2.Ejemplo:Con los datos de la tabla 2, realizar en mtodo de la segunda derivada, graficar los puntos en una grfica x,y; y realizar el clculo del primer dato.

Determinacin de Ka

Ecuacin No, 3Dnde:Ka:Representa la constante de equilibrio del cido en cuestin.HA:Representa la concentracin de especie libre, (mol).H+:Representa la concentracin de iones H+, (mol)Ca:Representa la concentracin del cido, (mol).Ejemplo: Calcular la constante de equilibrio del cido actico, el cual tiene una concentracin de iones H+ de 1.32e-3, el cual est a una concentracin de 0.1M.

Determinacin de pKa Ecuacin No. 4Dnde:pKa:Representa el potencial de Ka.Ka:Representa la constante de equilibrio del cido.Ejemplo:Determinar el potencial de Ka del ejemplo anterior.

Media: Ecuacin No. 4Dnde: X:Representa la Media.Xn:Representa los valores de x. N: Representa el nmero de valores ingresados en x.Ejemplo:Por cuatro mtodos distintos se hall el valor de pKa del cido actico. Obteniendo los valores de 4.6162, 4.6242, 4.5814 y 4.5019. Calcular la media de los valores obtenidos.

Desviacin Estndar: Ecuacin No. 5Dnde:S:Representa la desviacin estndar.Xi:Representa los valores de x.X:Representa la media.N: Representa el nmero de datos ingresados de x.Ejemplo:Hallar la desviacin estndar del ejemplo anterior.

Anlisis de ErrorTabla No.5

Fuente: tabla 4 y ecuaciones 5 y 6.

9.3 Datos Calculados

Tabla 1

Fuente: Hoja de datos originales

Tabla 2

Fuente: Tabla 1 y ecuacin No. 1

Tabla 3

Fuente: Tabla 2 y ecuacin No. 2

Tabla No. 4

Fuente: Hoja de datos originales y ecuaciones 3 y 4.

3

Hoja1

Metodo mLde NaOH para Punto de Equivalencia pHKaPkaPrimera Derivada9.15.482.42E-054.6162Segunda Derivada9.015.982.38E-054.62Circulos Concentricos9.55.482.62E-054.58Punto Final (fenoftaleina)10.512.123.15E-054.5Media0.0000264254.57905

Hoja1KapKaKapKaPromedio2.64E-054.579E+002.42E-054.6162Varianza2.72E-054.567E+002.38E-054.62Desviacion Estandar2.89E-054.540E+002.62E-054.583.15E-054.5

Hoja1pHVolumen NaOH (mL)pHVolumen NaOH (mL)2.82011.96103.53112.27113.95212.45124.2312.55134.43412.61144.63512.67164.83612.73185.1712.81205.49812.85226.48912.9424

Hoja1pH/mLVolumen (mL)pH/mLVolumen (mL)0.71000.31100.42010.18110.2520.1120.23030.06130.20040.03140.20050.03160.27060.04180.39070.02200.99080.045225.48090.53924

Hoja1(pH/mL)/mLVolumen NaOH(mL)(pH/mL)/mLVolumen NaOH (mL)-0.2900-0.1310-0.1701-0.0811-0.022-0.0412-0.0303-0.03130.00040140.07050.005160.1206-0.01180.60070.013204.49080.24722-5.17090.02224

Hoja1Litros NaOH agregadosMoles NaOHMoles H+Volumen de solucionConcentracion H+Especie libreKapKa0.00910.00105560.00105560.20910.00504830220.09495169780.00002419884.61620656810.009010.001045160.001045160.209010.00500052630.09499947370.00002375494.62424737080.00950.0011020.0011020.20950.00526014320.09473985680.00002621374.58147214160.01050.0012180.0012180.21050.00578622330.09421377670.00003154314.5010952102Litros acido0.20.20.20.2