Determinación de ácido fosfórico en una bebida gaseosa coca – cola mediante valoración potenciométrica potenciométrica . Diego Arnoldo Joven1 - Oscar Días1 - carolina calderón rieto 1 – !erc" Artunduaga 1- #rian $astro %. &studiante 1 – docente% 'niversidad de la ama(onia) *acultad de ciencias básicas) rograma de +uímica) Asignatura !étodos &lectro,uímicos. /0OD'$$ 2as #ebidas gaseosas son lí,uidos carbonatados) no alco alco3ó 3óli lica cass ,ue ,ue pres presen enta tan n gran gran vari varied edad ad de a(uc a(ucar ares es " aditivos tales como sabori(antes) colorantes " conservantes) entre los cuales se encuentra el ácido fosfórico " cafeína4 altas conc co ncen entr trac acio ione ness de es esto toss gene genera ran n efec efecto toss da5i da5ino noss en el cuerpo 3umano.1 2a potenciometría es una técnica analítica sencilla " económica para determinar concentración en una sustancia determinada en solución %. &n el presente traba6o se determinó la concentración de ácido fosfórico en una bebida gaseosa $oca $ola a partir de una valo valora raci ción ón pote potenc ncio iomé métr tric ica a em empl plea eand ndo o una una base base fue fuerte rte estandari(ada aO7 8)8%!. ara ello) se utili(ó un p7 metro) el cual contiene en su interior un par de electrodos electrodos)) uno uno de refe refere renci ncia a ca calom lomel el 9mercurio 9mercurio)) clor cloru uro de mercuri curio: o: " otr otro de vid vidrio rio sume umergido gido en la disolución de bebida gaseosa $oca $ola para la determinación de 7;4 por tanto no se emplea un electrodo au
DA/O> DA/O> O#/&DO> O#/ &DO> & &2 2A#O0A 2 A#O0A/O0O /O0O
$oncentración e
#ase fuerte aO7 8)81?@ ! /abla 1. Datos obtenidos en la titulación potenciometríca para la determinación de la concentración de ácido fosfórico en la bebida gaseosa $oca $ola tomando valores de p7 vs volumen gastado de base fuerte estandari(ada aO7 8)81?@ !.
olumen aO7 8)88 8)B8 1)88 1)B8 %)88 %)B8 =)88 =)B8 E)88 E)B8 B)88 B)B8 ?)88 ?)B8 @)88 @)B8 C)88 C)B8 )88 )B8 18)88 18)B8 11)88 11)B8
pH
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primera derivada V. prom dpH dV dpH/dV
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8)188 8)8B8 8)8B8 8)8B8 8)8B8 8)188 8)188 8)188 8)188 8)8%8 8)8=8 8)8B8 8)188 8)188 8)188 8)188 8)188 8)E88 8)=88 8)E88 8)=88 8)B88 8)=88
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8)%88 8)188 8)188 8)188 8)188 8)%88 8)%88 8)%88 8)%88 8)8E8 8)8?8 8)188 8)%88 8)%88 8)%88 8)%88 8)%88 8)C88 8)?88 8)C88 8)?88 1)888 8)?88
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8)B88 8)B88 8)B88 8)B88 8)B88 8)B88 8)B88 8)B88 8)B88 8)B88 8)B88 8)B88 8)B88 8)B88 8)B88 8)B88 8)B88 8)B88 8)B88 8)B88 8)B88 8)B88 8)B88 8)B88 8)B88 8)B88 8)B88 8)B88 1)888 1)888 1)888 1)888 1)888 1)888 1)888 1)888 1)888 1)888
8)E88 8)%88 8)%88 8)=88 8)%88 8)%88 8)=88 8)%88 8)%88 8)%88 8)%88 8)E88 8)%88 8)%88 8)888 8)%88 8)%88 8)%88 8)%88 8)188 8)188 8)E88 8)%88 8)%88 8)%88 8)?88 8)%88 8)%88 8)E88 8)%88 8)%88 8)1B8 8)1B8 8)188 8)1B8 8)1=B 8)1=B 8)1=B
/abla %. >egunda derivada correspondiente a los datos de p7 medidos en el laboratorio. Segunda derivada
V prom
d(dpH/dV
dV
d2pH/dV2
8)B88 1)888 1)B88 %)888 %)B88 =)888 =)B88 E)888 E)B88 B)888 B)B88 ?)888 ?)B88 @)888 @)B88 C)888 C)B88 )888 )B88 18)888 18)B88 11)888 11)B88 1%)888 1%)B88 1=)888 1=)B88 1E)888 1E)B88 1B)888 1B)B88 1?)888 1?)B88 1@)888 1@)B88 1C)888 1C)B88 1)888 1)B88 %8)888
-8)188 8)888 8)888 8)888 8)188 8)888 8)888 8)888 -8)1?8 8)8%8 8)8E8 8)188 8)888 8)888 8)888 8)888 8)?88 -8)%88 8)%88 -8)%88 8)E88 -8)E88 -8)%88 -8)%88 8)888 8)188 -8)188 8)888 8)188 -8)188 8)888 8)888 8)888 8)%88 -8)%88 8)888 -8)%88 8)%88 8)888 8)888
8)B88 8)B88 8)B88 8)B88 8)B88 8)B88 8)B88 8)B88 8)B88 8)B88 8)B88 8)B88 8)B88 8)B88 8)B88 8)B88 8)B88 8)B88 8)B88 8)B88 8)B88 8)B88 8)B88 8)B88 8)B88 8)B88 8)B88 8)B88 8)B88 8)B88 8)B88 8)B88 8)B88 8)B88 8)B88 8)B88 8)B88 8)B88 8)B88 8)B88
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8)B88 8)B88 8)B88 8)B88 8)B88 8)B88 8)B88 8)B88 8)B88 8)B88 8)@B8 1)888 1)888 1)888 1)888 1)888 1)888 1)888 1)888 1)888
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Análisis " resultados 2a valoración potenciometria efectuada en el laboratorio para la cuantiFcación de ácido fosfórico contenido en %B m2 de gaseosa $oca $ola fue reali(ada gracias al p7metro como 3erramienta principal en dic3a titulación) a pesar de los errores presentes comGnmente en el electrodo de traba6o 9membrana de vidrio: para p7 mu" altos o ba6os donde las medidas se ven afectadas en un factor mínimo. 2os datos obtenidos de p7 fueron graFcados en función del volumen gastado de la base fuerte aO7 previamente estandari(ada 98)81?@ !:. &l ácido poliprótico presente en la muestra de gaseosa contiene más de un 3idrogeno ioni(able) estos tres 3idrógenos 7 = del ácido fosfórico se disocian en más de una etapa " cada etapa presenta su propia constante de e,uilibrioE4 por ello la gráFca obtenida en la titulación
potenciométrica presenta tres regiones diferentes para ciertos volGmenes agregados de la base fuerte) ver graFca 1. 2a graFca 1 nos muestra una curva típica de ácido débil 97=OE: en presencia de una base fuerte 9aO7:) siendo el p7 inicial %)@8 9segGn tabla 1 " graFca 1: producto del ácido fosfórico presente en la gaseosa $oca $ola. A medida ,ue se va adicionando la solución valorante las especies presentes en la disolución de 7 =OE 9ver es,uema 1: reaccionan con los 3idro
&s,uema 1. &species presentes en la disociación de 7 =OE
pH vs volumen gastado de NaOH 1%.88 18.88 C.88 ?.88 E.88 %.88 8.88 8.88
B.88 18.88 1B.88 %8.88 %B.88 =8.88 =B.88 E8.88
*igura 1. IráFco de p7 vs volumen agregado de aO7 8)81?@ !
>egGn la Fgura 1) antes del primer punto de e,uivalencia se tiene me(clas de 7 =OE " 7%OE- ) lo cual es conocido como la (ona tampón. 2uego ,ue ambas concentraciones son iguales) es decir) cuando se 3a neutrali(ado el B8 de los 7; correspondientes a la primera disociación el valor de p7 es igual a =)E apro
egGn la gráFca % de la primera derivada correspondiente a los datos tomados de p7 en función del volumen gastado de base fuerte) el primer punto de equivalencia es apro
7OE-% ; 7=OE
or tanto) el p7 en el primer punto de e,uivalencia es igual aM &cu 1. p7 L 9pKa1 ; pKa%:N%
primera derivada 1.%88 1.888 8.C88 8.?88 8.E88 8.%88 8.888 8.888
B.888 18.888 1B.888 %8.888 %B.888 =8.888 =B.888 E8.888
*igura %. rimera derivada correspondientes a los datos de p7 medidos en laboratorio.
>eguidamente) segGn la Fgura 1 entre el primero " el segundo punto de e,uivalencia de nuevo se obtiene una disolución tampón4 constituida por 7 %OE- " 7OE-%. or tanto el pKa% del ácido poliprótico es dado en este intervalo de (ona tampón a un p7 @)@8 apro
7%OE- ; OE-=
or tanto) el p7 en el segundo punto de e,uivalencia es igual aM
&cu %. p7 L 9pKa1 ; pKa=:N%
Segunda derivada 1.B88 1.888 8.B88 8.888 8.888 B.888 18.888 1B.888 %8.888 %B.888 =8.888 =B.888 E8.888 -8.B88 -1.888
*igura =. >egunda derivada correspondientes a los datos de p7 medidos en laboratorio. 2a disociación del tercer protón del ácido fosfórico en teoría presenta el ma"or valor de pKa=4 sin embargo) dic3o punto medio en la tercera (ona tampón de la disolución es poco observable en la primera Fgura 1) donde se 3a neutrali(ado el B8 de los 7; correspondientes a la tercera disociación del tercer protón 9p7 L pHa=:. or tanto) el tercer punto de e,uivalencia segGn Fgura = es apro
7OE-% ; O7-
or tanto) 7OE -%P L O7-P 2uego del tercer punto de e,uivalencia el e
de O7 en el medio luego de ,ue todos los protones del ácido poliprótico se 3an disociado completamente para formar agua con los 3idro
Determinación de la concentración de la muestra problema.
/eniendo en cuenta los valores de la constante de disociación del ácido poliprótico 7 =OE) el cálculo de la concentración de ácido fosfórico se reali(a teniendo en cuenta el primer punto de e,uivalencia. 2a relación molar entre la base fuerte aO7 " el ácido débil es 1M1. olumen gastado en el primer punto e,uivalencia L 18 &-= $oncentración aO7 estandari(ada L 8)81?@ ! !ol aO7L 918&-= 2: 98)81?@ !: L 1)?@&-E mol
7=OEP L 1)?@&-E mol N %B&-= 2 L ?)?C &-= !
Al reali(ar un análisis comparativo del dato obtenido en el laboratorio para la concentración de ácido fosfórico en gaseosa $oca $ola a partir de titulación potenciométrica4 con respecto a estudios reali(ados por estudiantes de otras universidades en el área de ,uímica analítica ba6o la misma técnica potenciométrica) se encontró similitud en las concentraciones determinadas e
$'&>/OA0O
&lectrodo de referencia
&l electrodo de referencia es un electrodo ,ue tiene un potencial de e,uilibrio estable " conocido. &s utili(ado para medir el potencial contra otros electrodos en una celda electro,uímica. &l potencial de unión lí,uida en estos electrodos es minimi(ado por el uso de altas concentraciones de cloruro de potasio como solución de llenado) debido a ,ue la velocidad de difusión de estos iones son mu" similares.
&lectrodo indicador
&l electrodo de traba6o es el electrodo en un sistema electro,uímico en el ,ue está ocurriendo la reacción de interés. &l electrodo de traba6o se utili(a a menudo en combinación con un electrodo au
2ímite de detección de la potenciometría
7a" muc3os iones para los cuales no ee re,uiere a menudo una muestra regulada para evitar interferentes O7- ) 7;
>e deben tener en cuenta los efectos de la matri(.
$riterios para seleccionar esta técnica.
Análisis de muestras li,uidas " gaseosas. $oncentración de la muestra 18-B a 18-? !) en términos de sensibilidad del analito. !uestras solidas se deben preparar en solución.
&6emplos de e,uivalencia.
curvas
para
determinar
puntos
de
$O$2'>O&>
>e logró reali(ar la valoración potenciometrica efectuada en el laboratorio para la cuantiFcación de ácido fosfórico contenido
en %B m2 de gaseosa $oca $ola a partir de una base fuerte aO7 de concentración conocida 8)81?@ !) gracias al p7metro como 3erramienta principal en dic3a titulación) obteniendo una concentración de ácido poliprótico de ?)?C&-= !. &l ácido débil 7=OEP valorado de la bebida $oca $ola presentó una curva característica a la de un ácido poliprótico) evidenciando la presencia de dic3o ácido en la gaseosa " a su ve( los puntos de e,uivalencia fueron determinados en la gráFca 3aciendo uso de las Fguras % " = de la primera " segunda derivada con respecto a los valores de p7 obtenidos. &l volumen gastado en el primer punto de e,uivalencia 18)8 m2 representa la cantidad de base fuerte aO7 8)81?@ ! necesaria para la neutrali(ación completa del primer protón en el ácido políptico. /eniendo en cuenta la relación molar entre la base fuerte aO7 " el ácido débil 1M1) la concentración de ácido fosfórico fue de ?)?C&-= !) valor mu" parecido a datos obtenidos en otras investigaciones por estudiantes de otras universidades empleando la misma técnica de potenciometria.
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1. >Koog) Qist) 7oller. +uímica Analítica) potenciometria medición de concentración " iones. $apítulo 1. ag EB8 -EB?. %. J. morales) . 0odrígue(. !étodos potenciométricos. 'niversidad Arturo rada de $3ile. =. A. Rarate. Determinación de ácido fosfórico en refrescos " bebidas gaseosas de coca cola " epsi. 'niversidad de $arabobo. +uímica Analítica.
E. . >ánc3e(. +uímica analítica general. !étodos potenciométricos. olumen . ag. %E8 .%EB. B. D. >Koog) D. Sessl. *undamentos de ,uímica analítica. >egunda edición. ag. E8?.
