DETERMINACIÓN DE pH Y SOLUCIONES AMORTIGUADORAS OBJETIVOS: Que los estudiantes estén en capacidad de preparar soluciones acuosas de ácidos y bases, de preparar soluciones patrones amortiguadoras y que adquieran destrezas en el manejo del potenciómetro. FUNDAMENTO La concentración de iones hidrógeno tiene gran importancia para todos los organismos vivos. Cambios pequeños en la concentración del ión hidrógeno hi drógeno en la sangre producen cambios notables en procesos fisiológicos como la respiración r espiración en plantas y animales y también cambios subjetivos desagradables en la conducta del individuo. Cambios pequeños en la concentración de iones hidrógeno pueden alterar la eficacia de las enzimas como catalizadores. Otro ejemplo, de los tantos que hay, es que la mayor parte de microbios requieren una regulación estrecha de la concentración de iones hidrógeno para mostrar rapidez óptima de división y crecimiento celular. Todos los organismos vivos requieren regular la concentración de iones i ones hidrógeno, en un margen estrecho de pH. Para ello utilizan unas soluciones amortiguadoras, también llamadas tampón o buffer. Una solución amortiguadora es una solución acuosa de un ácido débil y su sal o una base débil y su sal (Por ejemplo, ácido acético y acetato de sodio; hidróxido de amonio y cloruro cloruro de amonio), de tal forma que la adición de un ácido o una base produce cambios pequeños de pH. La máxima eficacia de amortiguamiento ocurre cuando la proporción base / ácido es de 1/1. Esta Esta composición 50:50 (equimolar) se la puede calcular para fines prácticos y el problema está en decidir las cantidades que se necesitan del ácido y de su base conjugada, para amortiguar la solución a un pH predeterminado y es la misma relación de los constituyentes la que fija el pH. A partir de la ecuación
pH = pKa + log [base] [ácido]
Conociendo el pKa y el pH al que se quiere una solución amortiguadora, podemos determinar la relación base/ácido. El pKa de una solución se lo determina d etermina experimentalmente y es el logaritmo negativo de Ka. El mismo análisis se hace ha ce para pKb. REACTIVOS Y MATERIALES HCl 0.1 M; 0.01 M y 0.5 M NaOH 0.5M Ácido acético 0.5M Acetato de Sódio 0.5 M NH4OH 0.1M Amortiguador Fosfato pH 7. 0.5M Leche Sangre NaCl 0.5% Albúmina de huevo en agua. Peachímetro Papel indicador universal probeta graduada de 100 ml. 6 erlenmeyers de 25 ml. 6 beakers de 50 ml. pipetas graduadas de 1ml, 5 ml y 10 ml
PROCEDIMIENTO: 1. MEDICIÓN DE PH. Para todo el procedimiento, primero debe realizar los cálculos y posteriormente preparar las soluciones. Tome de 6 erlenmeyers de 25 ml y márquelos de acuerdo a las soluciones de la tabla 1.Agregue a cada uno 10 ml de la sustancia indicada. En esta parte de la práctica se utiliza el potenciómetro o peachímetro o medidor de pH (debe pedir instrucciones de uso al profesor o técnico de laboratorio). Se lavan los electrodos de vidrio cuidadosamente, con agua destilada y se mide el pH de las soluciones que aparecen en la tabla 1 y se anota dicho valor en la columna pH medido: potenciómetro”. También debe tomar el pH mediante papel indicador. Previamente debe haber calculado teóricamente el pH de cada una de las soluciones (excepto agua de llave) y se anota dicho valor en la columna “pH calculado”. Tabla 1 Medida del pH. Tubo Nº
25 ml de:
1 2 3
Agua destilada HCl 0.5 M HCl 0.1M
4
NaOH 0.5 M
5
Ácido acético 0.5M
6
NH4OH 0.1 M
pH medido papel indicador
pH medido: potenciómetro
pH calculado (teórico)
2. PREPARACIÓN DE UNA SOLUCIÓN AMORTIGUADORA. A partir de las soluciones que aparecen en la mesa de reactivos, cada grupo debe preparar 100 ml de dos de las siguientes soluciones amortiguadoras (asignada por el profesor): • • • • •
•
Acetato 0.1 M, pH 4.5. Acetato 0.5 M, pH 5.0 Fosfato 0.1 M, pH 7.0 Fosfato 0.5 M, pH 7.5 Amonio 0.1 M, pH 9.0 de amonio Amonio 0.5 M, pH 9.5
pKa = 4.76 para el ácido acético y acetato pKa = 2.14 para H3PO4 pKa = 7.20 para H2PO4pKa = 12.4 para HPO4-2 Kb = 1.8 x 10-5 para el hidróxido y cloruro
Mida el pH de la solución amortiguadora preparada por usted y compruebe si coincide con el valor que se intentaba obtener de acuerdo a los cálculos. Compruebe la eficacia de su solución colocando en dos vasos de precipitados de 50 ml de la solución preparada. Adicione 1 ml de HCl 0.5 M, agite y mida nuevamente el pH. En el otro vaso adiciónele 1 ml de NaOH 0.5 M, agite y determine el valor de pH. Cuál es la diferencia entre el pH teórico y experimental?
3. DETERMINACIÓN DE LA CAPACIDAD AMORTIGUADORA. En diferentes erlenmeyers de 25 mL coloque 10 mL de las siguientes soluciones: Agua destilada Amortiguador Fosfato pH 7. 0.5M Leche Sangre NaCl 0.5% Albúmina de huevo en agua. Mida el pH de las anteriores soluciones y anótelo. Adicione 1 mL HCl 0.5M a cada una de las anteriores soluciones y mida nuevamente su pH y anótelo. RESULTADOS. 1. Antes de entrar al laboratorio debe entregar al profesor los valores de pH calculado de la tabla Nº 1. 2. En el momento de salir del laboratorio, se deben entregar llenas las columnas “pH medido: el “pH medido: con papel y potenciómetro”. Igualmente, debe entregar los valores de todas las soluciones a las cuales se les debe medir su pH. 3. Explicar la causa de la diferencia entre los valores de pH medidos y los calculados, en caso de que esto se presente y la diferencia entre los pH medidos con el potenciómetro y con el papel indicador. 4. Debe explicar las razones por las cuales las solucines amortiguadora elaborada funcionaron o no. 5. Presentar un análisis de la capacidad de amortiguamiento que presentan las soluciones empleadas en el punto 3.
