PREPARACION PREPARACION DE SOLUCIONES REGULADORAS Y DETERMINACION DE LA CAPACIDAD AMORTIGUADORA a Lyanne Andrea Andrea Delgado 14119000 y bAna Mara Real!e 141"00"# a
[email protected] y b ana_maria
[email protected] a Facultad de Ciencias Naturales Universidad ICEI. Estudiante de !u"mica b Facultad de Ciencias Naturales Universidad ICEI. Estudiante de !u"mica Farmac#utica $aboratorio de %n&lisis !u"mico antiago de Cali' Colombia
RESUMEN (urante la )r&ctica de laboratorio se )re)araron tres soluciones amortiguadoras com)uestas )or di*erentes vol+menes de &cido ac#tico ,'- /C01C03 y acetato ,'- /C01C43 y mediante titulaci5n con &cido clorh"drico /0Cl3 e hidr56ido de sodio /Na03 se determin5 la ca)acidad amortiguadora de estas soluciones7..
Palabra$ %la&e' u**er' ca)acidad amortiguadora' titulaci5n' soluci5n reguladora 1( INTR INTRO ODUCC DUCCI) I)N N $as soluciones soluciones reguladoras reguladoras son meclas meclas de &cidos d#biles d#biles y sus bases con:ugadas. con:ugadas. El ob:eto de su em)leo tanto a nivel industrial como biol5gicamente es mantener el )0 constante. constante. En la naturalea naturalea los organis organismos mos em)lean em)lean soluciones soluciones bu**er bu**er o amortiguad amortiguadoras oras )ara controlar y regular su metabolismo. En la industria y la academia acad emia se em)lean este ti)o de solu soluci cione oness )ara' )ara' cont contro rola larr reacc reaccio iones nes ;u"m ;u"mic icas as'' cons conser erva varr sust sustra rato toss y )rev )reveni enir r alteraciones bruscas en el )0. $a ca)acidad reguladora se debe a las )ro)iedades del e;uil e;uilib ibri rio o de un &cido &cido d#bi d#bill y su base con:uga con:ugada da *1+. $a e*ect e*ectivi ivida dad d de la solu soluci ci5n 5n amorti amortigua guador doraa est& est& determ determina inada da )or la )ro)or )ro)orci5 ci5n n )ar &cido
"( RESU RESUL LTADO DOS S Tabla 1( Da-o$ ob-en.do$ en la$ $ol/%.one$ aor-.g/adora$ de %.do a%2-.%o3 a%e-a-o y ag/a %on Cl(
"O 5a$o 1 5a$o 18 5a$o " 5a$o "8 5a$o , 5a$o ,8
5ol/en ! ar a ! %ab.o 1 /n.dad 2.2 ml "(74 1.2m$ "("7 1.2 ml "("9 ,(49 9.1 9.1 ,(49 2,.= 4(#, 2,.= 4(#"
Proed.o de !6 "("# ,(49 4(#"
Tabla "( Da-o$ ob-en.do$ en la$ $ol/%.one$ aor-.g/adora$ de %.do a%2-.%o3a%e-a-o y ag/a %on Cl en d.eren-e$ %an-.dade$(
" O 5a$o 1 5a$o 18 5a$o " 5a$o "8 5a$o , 5a$o ,8
0 go-a$ :(;" 1.12 1.11 >.=, >.=, =.?= =.??
1 go - a
" go-a$
,go-a$
>.-1 1.29 1.12 >.>9 >.=, =.?> =.?
1.?> 1.2? 1.1, >.>9 >.=, =.?1 =.?1
1 .= > 1 .2 = 1 .2 9 > .> 9 > .> 9 = .? 1 = .? 2
Aabla 1. (atos obtenidos en las soluciones amortiguadoras de &cido ac#tico4 acetato y agua Na0.
"O 5a$o 1 5a$o 18 5a$o " 5a$o "8 5a$o , 5a$o ,8
5ol/en ! ar a ! %ab.o 1 /n.dad ;(7 2 ml -1.> ml 4(44 -1.> ml 4(,9 -9.- ml 7(77 -9.- ml 7(74 2.2 ml 4(#, 2.2 ml 4(#"
Proed.o de P6 4(41 7(74 4(#,
Tabla 4( Da-o$ ob-en.do$ en la$ $ol/%.one$ aor-.g/adora$ de %.do a%2-.%o3 a%e-a-o y ag/a NaO en d.eren-e$ %an-.dade$(
" O 5a$o 1 5a$o 18 5a$o " 5a$o "8 5a$o , 5a$o ,8
0 go-a$ :(;1 1.19 1.11 >.=> >.=> =.?> =.?>
1 go - a
" go-a$
,go-a$
?.-8 1 .> 1 .> >.=1 >.=> =.?= =.?=
? .1 1.> 1.19 >.=1 >.=> =.?? =.?
? .= 1. > > 1.1 9 > .= = > .= > = .? ? = .? ?
CALCULOS De-er.na%.
ad.r %.do %lor6dr.%o a la $ol/%.
¿ ¿
pH = pKa+ log ¿ Bh te5rico de la soluci5n -. Bara la soluci5n - se ten"a >?.= >? .= m$ de &cido ac#tico y 2.= m$ de acetato de sodio Entonces
−5
pH =− 1,75 x 1 0 =−log ( 1,75 x
) + log
( (
5 mlx 0,1 100
) )
95 mlx 0,1 100
D>.8
Bh te5rico te5rico Bara la segunda soluci5n 2
−5
pH =− 1,75 x 1 0 =−log ( 1,75 x
) +log
( (
50 x 50 x 0,1 100 50 x 50 x 0,1 100
)= )
4.76
Bh te5rico )ara la soluci5n 1
−5
pH =− 1,75 x 1 0 =−log ( 1,75 x
) +log
( (
) = )
95 x 95 x 0,1 100 5 x 0,1 100
6.02
Una ve calculado el Bh te5rico de las res)ectivas muestras se )rocede a com)arar con los valores e6)erimentales de cada una de las soluciones
E%/a%.
( pH E − pH T ) pH T
× 100
Bara la soluci5n - se tiene ;ue
(2.27 −3,48) 3,48
× 100= 34.7
Bara la soluci5n 2
(3.49− 4.76 ) 4.76
× 100 =26.6
Bara la soluci5n 1
(4.72 −6.04 ) 6.04
× 100 =21.8
Bara determinar el volumen necesario de 0cl )ara el cambio en una unidad de )0 se hace uso de la ecuaci5n pH = pKa+ log
[C NaA ]
[C ] HA
p H = pKa+ log
/-3
x base −( M HCl HCl x Vol HCl ) Vol t x á cido +( M HCl x Vol HCl ) Vol t
(es)e:ando olumen olumen se tiene ;ue
E%/a%.
pH − pKa
nbase −10
x nácido Vol HCl = pH − pKa M HCl x + 10 x M HCl
2.48 −4.76
0,1 + 10
0,1 x 5 )−10 (0,1 x
x 0,1= ¿
¿
3.8 −4.76
x ( 0,1 x 0,1 x 95 )
¿ Bara la tercera soluci5n 3.76− 4.76 3.76− 4.76 ¿ Vol HCl =( 0,1 x 0,1 x 95 )−10 x ( 0,1 x 0,1 x 50 ) Bara la segunda soluci5n
¿ ¿ x 0,1 ¿ =¿ 0,1 x 0,1 x + 10
5.04 −4.76 5.02−4.76
Vol HCl =
( 0,1 x 50 )−10
0,1 x + 10
x ( 0,1 x 50 )
¿
x 0,1 ¿=14 , 63 mL
Finalmente con los vol+menes te5ricos de 0C$ ;ue han sido calculados )reviamente se )asa a hacer una com)araci5n con los valores e6)erimentales obtenidos )ara el cambio en una unidad de )0 haciendo entonces el c&lculo del error e6)erimental
(3.2−2.24 ) Bara la soluci5n -
2.24
× 100= 42
Bara la soluci5n 2
(9.3 −20.43) 20.43
× 100=54
Bara la soluci5n 1 20.5 −14.63
¿
¿ × 100= 40
14.63
C&lculos del )orcenta:e de error al adicionar N%0 a las soluciones -'2 y 1 Utiliando la ecuaci5n - se tiene
p H = pKa+ log
n base +( M NaOH x Vol NaOH ) Volt nácido −( M NaOH x Vol NaOH ) Volt
En donde al des)e:ar obtenemos )ara la soluci5n -
3.8− 4.76 ¿
Vol NaOH =( 0,1 x 0,1 x 5 )−10 x ( 0,1 x 0,1 x 95)
Bara la
$ol/%.
¿ =14.79 ml 0,1 x −10 x 10 x 0,1 −0,1 x
−5
5,76−(−log1,75 x log1,75 x 1 0 ) 0,1 x 50)− 10 x ( 0,1 x 0,1 x 50) ( 0,1 x Vol NaOH = 48 mL =20 , 48mL 5,76−(−log1,75 x log1,75 x 10 ) 0,1 x −10 x 0,1 −0,1 x −5
Bara la $ol/%.
7,04−(− log1,75 x log1,75 x 1 0 ) 0,1 x 95 )−10 x (0,1 x 0,1 x 5 ) ( 0,1 x Vol NaOH = =2 , 24 mL 7,04−(−log1,75 x log1,75 x 10 ) 0,1 x −10 x 0,1 −0,1 x −5
Finalmente' una ve se ha calculado el volumen te5rico )ara cambiar el )0 en una unidad' se )ro )rocede a calc alcula ular el error e6)erimenta ntal de cada una una de las soluciones nes
(13.4 −14.79) Bara la soluci5n -
14.79
× 100= 9.39
Bara la soluci5n 2
(19.1−20.48 ) 20.48
× 100 =6.74
Bara la soluci5n 1
(2.2−2.24 ) 2.24
× 100=1.78
ANALISIS DE RESULTADOS El adicionar una base *uerte y un &cido &cido *uerte a una soluci5n tam)5n hace ;ue esta esta +ltima )ueda modi*icar su )0 en el cambio de una unidad' es )or ello ;ue las soluci5n ;ue )resentara una mayor ca)acidad amortiguadora ser& a;uella ;ue consuma mayor cantidad de volumen de &cido o de base esto debido a ;ue la soluci5n )ermite regular la actividad del )0. Inicialmente se aGade 0cl a la soluci5n -' 2' 1 en donde se )uede observar ;ue la )rimera soluci5n soluci5n necesito necesito un cambio de 1.2m$' 1.2m$' )ara la soluci5n soluci5n 2' 9.1m$ y *inalmente *inalmente )ara la soluci5n soluci5n 1' 2,.= m$' se sabe ;ue la soluci5n soluci5n uno es 9= &cido ac#tico = acetato acetato y re;uiri5 re;uiri5 un volumen )e;ueGo )e;ueGo de &cido )ara cambiar cambiar el )h en una unidad' esto se debe a ;ue e6iste e6iste muy )oca concentraci5n de base ;ue )ueda amortiguar grandes cantidades de &cido. Bor otro lado en la segunda soluci5n se tiene una relaci5n =,=, de &cido ac#tico y acetato de
sodio' de lo anterior se )uede analiar ;ue al haber una mayor concentraci5n de acetato )uede amortiguar un mayor volumen de &cido esto sucede )or;ue la concentraci5n de d e iones hidronio van a reaccionar con el acetato debido a ;ue como es una soluci5n bu**er esta busca estabiliarse dando como resultado agua H
+
+
−
OAC
→ H 2 O + HOAC HOAC
(3) HO
−
−
+ HOAC HOAC → H 2 O + OAC
(4)
Finalmente se tiene ;ue )ara la soluci5n 1 se necesit5 un cambio de 2,.= m$' dicha soluci5n se encontraba 9=m$ de acetato y =m$ = m$ de &cido ac#tico
(e lo anterior se )uede analiar ;ue la soluci5n soluci5n ;ue ten"a 9=m$ de &cido ac#tico y = m$ de acetato tiene mayor ca)acidad amortiguadora con res)ecto a la base debido a ;ue a mayor concentraci5n de &cido se re;uiere un mayor volumen )ara cambiar el )0 en una unidad' y esto se evidencia )or;ue al aGadir a Gadir el Na0 se consumi5 -1.> m$
,( PREGU PREGUNT NTA AS PARA PARA DESP DESPU@S U@S DE LA PRCTI PRCTICA CA BC/le$ $on lo$ !r.n%.!ale$ aor-.g/adore$ en la $angre Como se ha dicho anteriormente' los organismos em)lean las soluciones amortiguadoras )ara controlar su metabolismo' dado ;ue de otra manera la vida como la conocemos )osiblemente no e6istir"a. En los los orga organi nism smos os mult multic icel elul ulare ares' s' los los *lui *luidos dos intr intraa y e6tr e6trac acel elul ular ares es tien tienen en un )0 caracter"stico y cercano. Estos' tienen como )rimera l"nea de de*ensa )ara los cambios de )0 sistemas o soluciones amortiguadoras. Un e:em)lo de esto' es ;ue en el cito)lasma de la mayor" mayor"aa de la c#lu c#lula lass conti contien enen en )rot )rote" e"na nass ;ue cont contie ienen nen amin amino4 o4&c &cid idos os con gru)o gru)oss *uncionales ;ue son &cidos d#biles o bases d#biles' )or e:em)lo' la histidiana tiene un )Ha de ', las )rote"nas ;ue tienen residuos de este amino4&cido son ca)aces de mantener un bu**er cercano a un )0 neutro' dado ;ue la histidina se encuentra en su *orma )rotonada o des)rotonada a )0 neutro.
, Esta reacci5n muestra lo ;ue ocurre con los residuos de histidina.
Bor otro lado' los nucle5tidos como el %AB contienen gru)os ;ue son ca)aces de ser ioniados ;ue )ueden ayudar a la ca)acidad bu**er en el cito)lasma. %lgunas organelas es)e es)eci cial ali iada adass y com)ar com)arti timi mien ento toss e6tr e6trace acelu lula lare ress tien tienen en alta altass conce concent ntrac racio iones nes de com)onentes ;ue tiene ca)acidad bu**er &cidos org&nicos en las vacuolas de las c#lulas vegetales bu**er de amonio en la orina. E6is E6iste ten n dos dos ti)os ti)os de solu soluci cione oness amor amorti tigua guado dora rass muy muy im)o im)ort rtan ante tess en los los sist sistem emas as biol5gicos' el *os*ato y el bicarbonato. En e l caso del *os*ato' este act+a en el e l cito)lasma de 4 42 todas las c#lulas' consiste de 02B > como donador de )rotones y 0B > como ace)tor
4 (onde el *os*ato tiene una mayor ca)acidad amortiguadora cerca a un )0 ;ue sea el )Ha' es decir' de '89 y as" es ca)a de resistir los cambios de )0 ;ue tiene un rango de ='9 a ?'9' lo cual lo hace una soluci5n amortiguadora e*icientes )ara los *luidos biol5gicos )or e:em)lo' en los mam"*eros' los *luidos e6tracelulares y la mayor"a de los com)onentes cito)lasm&ticos tiene un rango de )0 de '9 a ?'>. En cambio' el )lasma sangu"neo est& bu**erado en )arte )or el bicarbonato' dado ;ue el *os* *os*at ato o tamb tambi# i#n n ayud ayudaa a regu regula larr el )0 en la sang sangre re'' )ero )ero se encu encuen entr traa en meno menor r concentraci5n ;ue el bicarbonato. Este sistema bu**er est& com)uesto )or &cido carb5nico /02C13 como donador de )rotones y bicarbonato como ace)tor /0C413. Como se )uede ver' el &cido carb5nico es un &cido di)r5tico' )or tanto' tiene dos constantes de e;uilibrio' la )rimera se muestra a continuaci5n
7 + ¿¿
H
¿ −¿
¿
HC O3
¿ ¿ K 1=¿
En su segunda disociaci5n el &cido carb5nico *orma di56ido de carbono disuelto /d3 y agua
: −¿
¿
H 2 C O3
¿ ¿ K 2=¿
El di56ido de carbono es un gas en condiciones normales' )or tanto' la concentraci5n de C2 disuelto est& en e;uilibrio con el di56ido de carbono en su *ase gaseosa
K a=
[ C O ( )] [ C O ( )]
#
2 d
2 g
El )0 de la soluci5n amortiguadora de bicarbonato de)ende de la concentraci5n de 02C1 y de 0C41' el donador y el ace)tor de )rotones. $a concentraci5n de 02C1 de)ende de la concentraci5n de di56ido de carbono disuelto' el cual a la ve de)ende de la concentraci5n de di56ido de carbono gaseoso o de la )resi5n )arcial del mismo. %s"' el )0 del bu**er de bicarbonato e6)uesta a una *ase gaseosa est& determinado )or la concentraci5n con centraci5n 0C41 en la *ase acuosa y )or la )C2 en la *ase acuosa. istema bu**er de bicarbonato es una soluci5n amortiguadora *isiol5gicamente e*ectiva cerca de un )0 de ?'>' )or;ue el &cido carb5nico del )lasma sangu"nea est& en e;uilibrio )or la ca)acidad reversible del di56ido de carbono gaseoso en el es)acio a#reo de los )ulmones. Este sistema bu**er est& com)uesto de tres e;uilibrios reversibles' en este caso entre el di56ido de carbono gaseoso en los )ulmones y el bicarbonato en el )lasma sangu"neo.
Jeacci5n Fase acuosa ca)ilares de la sangre
Jeacci5n 2
Jeacci5n 1 Fase gaseosa )ulmones
;
En el sistema bu**er del bicarbonato' C 2 en la cavidad )ulmonar est& en e;uilibro con el bu**er de bicarbonato en el )lasma sangu"neo ;ue )asa a trav#s de los ca)ilares de los )ulmones. (ado ;ue la concentraci5n de di56ido de carbono disuelto )uede ser a:ustada r&)i r&)idam dament entee )or )or medi medio o de camb cambio ioss en la tasa tasa de res) res)ir irac aci5 i5n' n' el sist sistem emaa bu** bu**er er del bicarbonato de la sangre est& cerca al e;uilibro con un gran )otencial de reversibilidad de C2 *:+.
S. el ! de la $angre /era de ;?7? B/2 $/$-an%.a$ !odran reg/lar i el )0 de la sangre aumentara hasta 8'= se estar"a hablando de un )0 ;ue su)era el valor normal. Bor lo tanto se necesita disminuirlo. Bara disminuirlo' el cuer)o em)lea el &cido l&ctico ;ue entra en el torrente sangu"neo' disminuye el )0 y e:erce una *unci5n reguladora.
4( CO CONC NCLU LUS SIONE IONES S E*ec E*ecti tivam vament entee la me:o me:orr soluc soluci5 i5n n amor amorti tigu guado adora ra es a;uel a;uella la en donde donde la rela relaci ci5n 5n &cido
e encontr5 ;ue la ca)acidad amortiguadora de una soluci5n est& dada )or la relaci5n &cido base' dado ;ue aun;ue se realiaron tres soluciones con di*erentes cantidades de &cido y base' siendo el mismo &cido y base )ara cada soluci5n' se vio ;ue al momento de agregar 0Cl y Na0' cada una de estas soluciones necesitaba una cantidad distinta de &cido y base )ara cambiar su )0 en una unidad.
e com)rob5 ;ue el agua destilada es un mal amortiguador' dado ;ue con tan s5lo agregar una gota tanto de &cido como de base' el )0 de este cambia hasta en tres unidades
.bl.ogra.a -. JUINN ' Ludi udith F. y JUINN' Henneth Comtem)or&nea. #6ico Brentice 0all' 2,,,. )&g. -8?.
%.
M!u M!u"mica
%nal nal"tica
2. Univer Universid sidad ad Icesi. Icesi. Ou"a Ou"a de laborato laboratorio rio ?. MBre)ar MBre)araci aci5n 5n de soluci soluciones ones regula regulador doras as y determinaci5n de la ca)acidad amortiguadora. antiago de Cali' Colombia. )&g. 2. 1. H HO' O' (oug (ougla lass et al . Op cit . )&g. 22. >. JUINN JUINN ' Ludith Ludith F. F. y JUINN JUINN'' Henneth Henneth %. Op cit . )&g. -89. =.
6--!'FFre$no(!n-.%(e%(e$Fg/-.e:F/..%a"FAr%6.&o$PDHFE=04$ol(!d 6--!'FF.e$dono$o%or-e$(=/n-aeJ-read/ra(ne-FdoKnload$FAl/no$FHC,AD$.%a "0y"0/C,AD.%aFa%.do3ba$e3ne/-ral.a%.on(!d
0allamos el n+mero de moles ;ue hay en la soluci5n de &cido ac#tico y acetato de sodio em)leando la e%/a%.
Concentración Concentración molar inicial (mol ) nmero de litros litros ∗nmero L olmen en ml ∗Volmen E!i"alencia E!i"alencia en ml (es)e:ando se obtiene ;ue
0.1mol 0.1 mol 1l 95 9 5 ml −3 x x 9.5 x 10 mol mol deCH 3 deCH 3 COOH =9.5 x ❑ L 1000 ml
0.1mol 0.1 mol 1l x l 1000 ml
−¿ −4 ¿ x 5 ml =5 x 10 mol mol de CH 3 COO
Finalmente con la e%/a%.
Nmero Nmero de Moles CH 3COO 3 COO Nmero Nmero de molesde moles de CH 3 3 COOH
¿ Jeem)laamos
−3
9.5 x 9.5 x 10 5 x 10
−4
=0.05 ol
1
Bara la segunda soluci5n de =, ml de &cido ac#tico y =, ml de acetato de sodio se tiene
Como )rimer )aso obtenemos el n+mero de moles ;ue hay en la soluci5n em)leando la
E%/a%.
0.1mol 0.1 mol 1l 50 ml −3 x x 5.0 x 10 moldeCH 3 moldeCH 3 COOH =5.0 x ❑ L 1000 ml
0.1mol 0.1 mol 1l x l 1000 ml
−¿ −3 ¿ x 50 ml =5.0 x 5.0 x 10 moldeCH 3 moldeCH 3 COO
Finalmente em)leamos la E%/a%.
−3
5.0 x 5.0 x 10
−3
5.0 x 5.0 x 10
= 1 ol
Bara la tercera soluci5n de = ml de &cido ac#tico y 9= ml de acetato de sodio se tiene ;ue
Como )rimer )aso obtenemos el n+mero de moles ;ue hay en la soluci5n em)leando la
E%/a%.
0.1mol 0.1 mol 1l 5 ml −4 x x 5.0 x 10 mol mol deCH 3 deCH 3 COOH =5.0 x L 1000 ml ❑
−¿ 0.1mol 0.1 mol 1l −3 ¿ x x 95 ml =9.5 x 9.5 x 10 moldeCH 3 3 COO l 1000 ml
Finalmente em)leamos la E%/a%.
−4
5.0 x 5.0 x 10 −3 =0.05 ol 9.5 x 9.5 x 10
e obtiene ;ue la relaci5n de moles entre la soluci5n - y 1 es la misma' )ues aun;ue sus vol+menes de &cido y base di*ieran tienen la misma )ro)orci5n. e encuentra adem&s ;ue la relaci5n molar )ara la soluci5n 2 es de -' )ues se tienen los mismos vol+menes de &cido y base.
