CALCULO DEL GRADO DE D E DESACETILACIÓN POR TITULACIÓN POTENCIOMÉTRICA POTENCIOMÉTRICA Por: Juan David Giraldo Pedraza Procedimiento:
1. Pesar entre 0.2 y 0.23 g de quitosano en un balón volumétrico de 100 ml. Anotar el valor exacto. 2.
Preparar 25 ml de una solución estandarizada de HCl con una concentración que se encuentre alrededor de 0.1 M. Registrar el valor exacto de la concentración. co ncentración.
3. Calcular la cantidad de KCl o NaCl necesario para que la solución tenga una fuerza iónica de 0.1, adicionarlo a la solución. Registrar el valor exacto de pH de la solución. (Ver ejemplo). 4. Adicionar el quitosano a la solución. 5. Agitar a 250 rpm durante mínimo 2 horas hasta que el quitosano esté totalmente disuelto. 6. Aforar a 100 ml con agua dest ilada. 7. Transferir esta solución solución a un Beaker de 250 2 50 ml. 8. Titular con una solución de NaOH estandarizada que tenga una concentración alrededor de 0.1 M (registrar el valor exacto de la concentración) hasta alcanzar un pH cercano a 2, anotar el volumen adicionado y el pH exacto. 9. Continuar la titulación cada 0.5 ml y registrar los valores de pH y volumen adicionado hasta alcanzar un pH cercano a 6. 10. Calcular el grado de desacetilación (GD) usando la ecuación propuesta por Jiang et al. (Ver ejemplo)
Ejemplo: Calculo de la adición de KCl o NaCl: Se pesaron 0.2255 g de quitosano y se solubilizaron en una solución de 25 ml de HCl con una concentración de 0.1042 M, luego se aforo a 100 ml con agua destilada, se calculo la cantidad necesaria de KCl para que la solución tenga una fuerza iónica de 0.1, luego se titulo con una solución de NaOH con una concentración de 0.1025 M hasta alcanzar un pH de 2.04 y luego se continuo titulando cada 0.5 ml hasta un pH de 6.04, se obtuvieron los siguientes datos.
pH
V(l)
2.04
0.00381098
2.06
0.00427353
2.08
0.00474042
2.1
0.00521053
2.12
0.00568271
2.14
0.00615849
2.16
0.00663668
2.19
0.00712618
2.22
0.00761886
2.26
0.0081217
2.29
0.00861896
2.33
0.00912701
2.38
0.00964477
2.43
0.01016321
2.47
0.01067431
2.53
0.01119972
2.6
0.01173107
2.69
0.01227031
2.79
0.01280905
2.92
0.01335252
3.1
0.0138998
3.4
0.01444858
4.4
0.0149953
5.15
0.01549941
5.47
0.01599939
5.68
0.01650015
5.88
0.0170002
6.04
0.01749975
La adición de KCl se realiza para establecer exactamente la actividad de los iones hidronio en la solución, dado que el pH está en función de su actividad y es clave para poder obtener + resultados exactos de la concentración de H3O .
pH log 10 a H O
(50)
3
Donde a, es la actividad de los iones hidronio. La fuerza iónica se define como un medio por la sumatoria de las concentraciones de los iones por su carga al cuadrado, y se simboliza como o I. I
1
m z 2 i
2 i
(51)
Donde mi (mol/l) es la concentración de él ion i y zi es la carga del ion i. Si se quiere llevar la fuerza iónica de la solución a 0.1, es necesario saber cuánto KCl se debe adicionar, a continuación se muestra como se determina está cantidad. La concentración de HCl, C1, en la solución es la siguiente. C 1
25 ml 0.1042 mol 100 ml
l
0.02605 M
Al ser un ácido fuerte disocia completamente y su relación molar es 1 a 1 respecto a los + iones H3O y Cl , como se puede observar en la reacción 1, por lo que se puede decir lo siguiente. C 1 C H O C Cl
(52)
3
El KCl es una sal totalmente soluble en medios acuosos, por lo tal, se encuentra totalmente + disociada en iones K y Cl , su relación molar también es 1 a 1como se muestra en la siguiente reacción. KCl H 2 O K Cl
(53)
Por lo tanto se puede decir lo siguiente. C KCl C K C Cl
(54)
Conociendo la concentración C1 se puede calcular la cantidad de KCl. La carga de los iones + + H3O , K es +1 y la de Cl es -1.
I
1
m z 2 i
2 i
H O z 2
0.1
1
0.1
1
2
H 3O
3
H O (1) 2
z Cl 2 Cl KCl z Cl 2 K z K 2 Cl HCl
2
H 3O
3
2 2 2 K (1) K Cl HCl ( 1) Cl Cl KCl ( 1) Cl
1
2 H O 2 K 2 0.1 H O K K 0.1 H O K 0.1 0.02605 M 0.07395 M 0.1
3
3
3
Si el KCl está en estado sólido y su pureza es del 100%, la cantidad necesaria seria: 1l 0.07395 mol 74.55 g 0.5512 g KCl 100 ml 1000 ml l mol
Donde 100 ml es el volumen de la solución de quitosano y 74.55 g/mol es el peso molecular del KCl. A continuación se calculara el grado de desacetilación utilizando la función lineal. Función lineal: Con los datos reportados se calculan X y Y.
X
C 1V 1
C B [ H 3O ]
Y V
K w V o V C B [ H 3O ]2
V o V C B
V o V C B
[ H 3O ] V
[ H O ] [OH ] 3
Con X y Y se construye la gráfica teniendo en cuenta que la región universal de pH para calcular un GD con un error relativo de ±1% es de 2.5 a 5.8 pH, para muestras de quitosano menores a 0.23 g. Se le asigna una línea de tendencia a la recta y se determina el intercepto con el eje y, que es el volumen de equivalencia necesario para calcular el GD.
X
Y(l)
0.95748681 1.00165678 1.04556341 1.08918481 1.13251221 1.17520804 1.21724875 1.31087561 1.40656106 1.56254526 1.66424219 1.83174056 2.07679555 2.33960556 2.53857015 2.92143264 3.44099347 4.25941914 5.36434244 7.23906617 10.9462987 21.7947729 216.568794 1163.81057 2310.03689 3547.78582 5308.01422 7217.32205
0.014916 0.014926 0.014959 0.015013 0.015086 0.015179 0.01529 0.015239 0.015225 0.015091 0.015153 0.015114 0.015006 0.014964 0.015073 0.015049 0.015023 0.014959 0.014955 0.014951 0.014961 0.014983 0.015049 0.015509 0.016004 0.016503 0.017002 0.017501
FUNCIÓN LINEAL
Y
0,018 0,0175
pH 2.43-5.88
0,017
pH 2.04-6.04
0,0165 0,016
Lineal (pH 2.43-5.88) Lineal (pH 2.04-6.04)
0,0155 0,015
y = 4E-07x + 0,015 R² = 0,9914
0,0145 0
2000
4000
X
6000
8000
y = 4E-07x + 0,0151 R² = 0,971
2
Al graficar Y vs X se obtienen unos coeficientes de determinación (R ) de 0.9914 y 0.9710 para el rango de 2.43 a 5.88 pH y de 2.04-6.04 pH, los volúmenes de equivalencia para cada rango de pH son 0.014997 L y 0.015055 L respectivamente. Con las ecuaciones propuestas por Jiang et al se calcula el grado de desacetilación. Para un rango de pH de 2.43-5.88:
d (0.02605 x0.1 0.1025 x0.014997) 0.001067 mol GD(%)
0.001067
0.2255 161 x0.001067 0.001067 204
x100 80.2543%
Para un rango de pH de 2.04-6.04:
d (0.02605 x0.1 0.1025 x0.015055) 0.001061mol GD(%)
0.001061
0.2255 161 x0.001061 0.001061 204
x100 79.8857%
