Universidad Nacional de La Plata Licenciatura en Química Química Analítica III
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Determinación Espectrofotométrica de pK a Median Mediante te medidas medidas espect espectrof rofoto otomé métric tricas as se determ determinan inan las concen concentra tracio ciones nes de la forma 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 condición de aditividad. La determinación se realiza a un pH tal que ambas formas se encuentren en concentraciones apreciables, esto es, a un pH próximo al pKa de la sustancia o, lo que es lo mismo, grado de disociación cercano al 50%. Para un indicador ácido monoprótico: +
-
HIn ⇆H + In
[ H ][ In− ] K a= [ HIn ]
Aplicando logaritmo negativo:
[ In- ] −logK a=−log [ H ]− log [ HIn ] +
[ In- ] pK a= pH−log [ HIn ] Determinando las concentraciones de la forma asociada y disociada (de la misma manera que en el práctico de Cr-Co) y midiendo el pH se puede calcular el pK a. Necesitamos primeramente obtener los espectros de soluciones que contengan el indicador a diferentes valores de pH: una cuyo pH sea tal que la forma disociada del indicador sea la especie predominante, otra en que la especie predominante sea la no disociada y la tercera a un pH intermedio de manera tal que ambas formas se encuentren presentes y en equilibrio. Graficando la absorbancia en función de la longitud de onda para las tres soluciones se obtendrá un gráfico análogo a lo que se obtuvo para mezclas Cr-Co. En la figura se muestra un ejemplo correspondiente al indicador verde de bromocresol. Allí puede observarse que hay una longitud de onda en que los tres espectros se cortan. En ese punto se llama punto isosbéstico y corresponde a la longitud de onda en que las dos formas tienen la misma absortividad. La presencia de un punto isosbéstico isosbéstico (y constancia constancia para distintas distintas distribuci distribuciones ones a concentraci concentración ón total constante) significa que la concentración analítica total se distribuye entre solamente dos especies (HIn e In -). Si la absorbancia y longitud de onda de un presunto punto isosbéstico varía será porque existe una tercera o más especies para la sustancia (o indicador) y que no se observa en los espectros.
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Verde de bromocresol 0.6 pH alcalino
0.5 a 0.4 i c n a 0.3 b r o s b 0.2 A
punto isosbéstico pH ácido
pH medio
0.1 0.0 350
400
450
λ1
500
550
600
λ [nm]
650
700
λ2
Selección de la longitud de onda de trabajo:
Luego de obtenidos los espectros para las tres soluciones, se seleccionará para el análisis una longitud de onda tal que los valores de absorbancia de la forma no disociada [HIn] y el de la forma disociada [In-] tengan la mayor diferencia relativa, por ejemplo 1 o 2 en el gráfico anterior. Cálculos
Si en el gráfico anterior seleccionamos por ejemplo la longitud de onda 1, llamamos 1 al espectro de la forma alcalina (totalmente disociada), 2 al espectro de la forma ácida (sin disociar) y 3 al espectro de la solución de pH intermedio y aplicamos la ley de Lambert-Beer: −
A 1=ε In [ In
]=εIn C T1
y −
A 2= ε HIn [ HIn
]=ε HIn CT2
luego −
A 3=ε In [ In
]εHIn [ HIn ]
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y reemplazando A 3=
A 1 C T1
[ In- ]
A 2 CT2
[ HIn ]
Si en la solución de pH intermedio la concentración total es C T entonces:
X=
[ HIn ] [ In− ] y 1 − X = CT CT
donde X es la fracción de sustancia protonada. Reemplazando en la ecuación anterior A 3= A 2 X A 1 1− X
y despejando X se puede llegar a:
X=
A 3 − A 1 A 2 − A 1
Para reemplazar en la expresión del pKa podemos ver que
[ HIn ] X = [ In- ] 1 −X entonces
pK a =pH log
X 1− X
sustituyendo se llega a que:
pK a =pH log
A 3− A 1 A 2− A 3
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Objetivo:
Determinar el pK a del indicador Verde de bromocresol (VBC), que en solución se comporta como un ácido débil. Material necesario:
5 matraces de 500 ml, 3 matraces de 100 ml, pipetas aforadas de 2 ml y 5 ml, pipetas graduadas de 5 ml y 10 ml, varillas de vidrio, vidrio de reloj, vaso de precipitado, cubetas. Preparar las siguientes soluciones: a) Solución 5.0e-4 M de VBC: disolver 0.105 g de VBC en 5 ml de etanol, agregar 1.5 ml de NaOH 0.1 M y diluir a 500 ml con agua destilada (AD) b) Solución 0.2 M de acetato de sodio (AcNa): disolver 13.6 g de CH 3COONa.3H2O en 500 ml de AD. c) Solución 0.1 M de ácido acético (AcH): tomar 2.9 ml de CH 3COOH glacial y llevar a 500 ml con AD. d) Solución 2.5e-5 M de VBC a pH ácido: tomar 5.0 ml de la solución madre de VBC y colocar en un matraz de 100,0 ml, agregar 3 gotas de HCl 12 M y llevar a volumen con AD. e) Solución 2.5e-5 M de VBC a pH intermedio: tomar 5.0 ml de la solución madre de VBC y colocar en un matraz de 100,0 ml, agregar 5.0 ml de AcNa 0.2 M y 10.0 ml de AcH 0.1 M y llevar a volumen con AD. f) Solución 2.5e-5 M de VBC a pH alcalino: tomar 5.0 ml de la solución madre de VBC y colocar en un matraz de 100,0 ml, agregar 5.0 ml de AcNa 0.2 M y llevar a volumen con AD.
- Obtener los espectros de las tres soluciones de VBC a diferentes pH (4 a 6) midiendo la transmitancia cada 20nm usando agua destilada co mo blanco desde 400 a 700nm. - Medir el pH de la solución de pH intermedio. - Calcular las respectivas absorbancias y graficar A vs . - Seleccionar la longitud de onda de análisis y medir la absorbancia de las tres soluciones a la longitud de onda seleccionada - Calcular el pK a del indicador. Bibliografía Reilly y Sawyer : Experimental for Instrumental Methods. Skoog y West: Análisis Instrumental. Willard, Merrit and Dean: Instrumental Methods of Analysis. Ewing: Métodos Instrumentales de Análisis.
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