Determinación de pH a partir de Repollo morado como indicador natural y Determinación del pH de muestras de suelo para uso en agricultura. Ximena Saavedra Cerquera Ce rquera Juan Fernando Cano Ca no Larrota
CONSIDERACIONES INICIALES Protección Personal y Buenas Prácticas de Laboratorio. El laboratorio de química es uno de los ambientes más seguros tanto en instalaciones académicas como industriales. Cada químico, entrenado para estar al tanto de los potenciales peligros químicos es adicionalmente cuidadoso en el manejo, almacenamiento y disposición de sustancias químicas. La seguridad en el laboratorio debe ser un aspecto y práctica importante para todos. Por ende se le recomienda al maestro realizar una capacitación y enseñar sobre las normas, procedimientos, riesgos y buenas prácticas de laboratorio que se presentan en la presente guía para garantizar un desarrollo excepcional durante la práctica y resultados confiables. A. Protección Personal 1.
Recomendar al estudiante el uso de guantes de nitrilo, gafas de seguridad y bata.
2.
Recomendar al estudiante evitar el uso de chalecos, gabardinas, o cualquier prenda que cuelgue y que no permita la libertad y la ergonomía para realizar cualquier tipo de práctica.
3.
Remover cualquier tipo de joyería antes de iniciar la práctica. Una que otra sustancia puede provocar irritación aún más en zonas donde se esté usando este tipo de elementos, donde se pueden acumular estas sustancias.
4.
Asegurar el cabello largo. Siempre r ecomendar a los estudiantes recoger su cabello para evitar tanto contacto con alguna sustancia como la interrupción visual.
5.
Hacer énfasis en nunca probar, oler o tocar un químico o solución a menos que se especifique el hacerlo. Alergias o respuestas sensitivas por parte de los alumnos ciertas sustancias no puede ser anticipada.
6.
Recordar al estudiante siempre el lavar sus manos con agua y jabón antes de dejar el laboratorio.
B. Reglas del Laboratorio Uno de los aspectos importantes que se debe contemplar con un grupo de estudiantes a la hora de profundizar en las prácticas de laboratorio es seguir las normas que en este se dan, así se educa desde temprana edad a respetar los e spacios: 1.
No comer, no beber, no masticar, no e stá permitido en ningún momento durante la práctica de laboratorio, así como no llevarse ningún implemento (lapiceros, lápices u otros o bjetos) a la boca, estos elementos pueden haber estado en contacto con alguna sustancia.
2.
Nunca dejar el área de trabajo abandonada.
3.
Mantener orden y limpieza es imperativo en el área de trabajo.
4.
Al final del periodo de práctica dejar libre el área de trabajo de cualquier equipo. Limpiar bien el área y disponer de los residuos como se sugiere en la guía.
C. Trabajando en el Laboratorio 1.
Enseñar a los estudiantes a mantener una actitud seria y profesional durante la práctica, a no perder el tiempo y siempre estar pendiente de lo que se hace.
2.
La operación o uso de cualquier aparato electrónico diferente a los provistos para la práctica está estrictamente prohibidos.
3.
Preparar a los estudiantes para las prácticas. En la presente guía se darán los tópicos para el posterior trabajo en el laboratorio.
D. Técnicas de Laboratorio. A continuación se presentarán una serie de convenciones para la presente práctica. Es primordial enseñar al estudiante realizar un buen trabajo siguiendo los lineamientos para cada proceso. La aplicación apropiada de las técnicas de laboratorio mejora la confiabilidad de los resultados. El siguiente índice de íconos identifica las técnicas de laboratorio y asociada con su respectivo proceso:
TÉCNICA 1: Limpieza de los recipientes o cristalería. Enseñar al estudiante sobre los errores que puede provocar contaminantes externos en la información experimental. Los recipientes deben ser bien lavados antes y después de la práctica con un detergente y agua de grifo.
TÉCNICA 2: Manejo de sustancias. Siempre tener de antemano la información sobre las sustancias que se van a emplear y conocer sus riesgos. No manipular grandes cantidades de sustancias o reactivos. Nunca probar, tocar u oler a menos que se indique lo contrario. Disponer correctamente de los residuos de la práctica.
TÉCNICA 3: Disposición de residuos. La mayoría de sustancias usadas en la presente práctica son “seguras” pero deben ser correctamente dispuestas después de su uso por seguridad y preocupación ambiental. Asumir que nada a excepción de agua y detergentes puede ser dispuesto en el alcantarillado. Se recomienda tener recipientes a parte para el manejo del aceite.
TÉCNICA 4: Preparación de soluciones. Para esta práctica se requiere la preparación de soluciones acuosas acuosas. La preparación empieza con un sólido para los casos contemplados en esta práctica. Siempre tener presente los valores de las sustancias
que se
presentan en la presente guía para asegurar un buen manejo de soluciones y obtener resultados confiables. Medir las cantidades presentadas en la guí y seguir sus lineamientos para disposición y manejo.
TÉCNICA 5: Medir masas. La balanza del laboratorio es quizás la pieza de equipo más usada y maltratada en el Laboratorio de química. Por lo tanto, de bido a su uso extensivo, se debe enseñar al estudiante que debe seguir varias pautas para mantener la longevidad y la precisión del equilibrio:
Manejar con cuidado, las balanzas son costosas.
Si la balanza no está nivelada, el e studiante debe recurrir al maestro (instructor).
No ubicar sustancias o reactivos directamente en la balanza, siempre usar un papel para pesar, o los recipientes que se piden en est a práctica (pesando los recipientes vacíos, luego con las sustancias y posteriormente realizar el c álculo correspondiente)
Si la balanza no está operando correc tamente no dejar al estudiante intentar manipularla.
Retornar la configuración de masa a la posición de cero después de usar.
Estar pendiente de que los estudiantes limpien la balanza en caso de algún derrame.
TÉCNICA 6: Comprobando la acidez y alcalinidad de sustancias. Para el caso del indicador que se va a diseñar en esta práctica se debe definir unos procedimientos al estudiante para la correcta manipulación de estos indicadores:
Contaminación de las tiras de papel ocurre cuando el estudiante por error toca el área de la tira que se va a sumergir en el compuesto a analizar. Por eso se requiere una dimensión considerable para las tiras así como la supervisión del docente a cargo.
No dejar el papel indicador mucho tiempo en contacto con la sustancia. Un máximo de 30 segundos es suficiente para que el papel indicador asimile la sustancia.
No sumergir totalmente el papel indicador en la su stancia.
No dejar el papel indicador sin supervisión en el recipiente mientras está contacto con la sustancia. Siempre sostener el papel indicador mientras este vira o asimila la sustancia.
Después de retirar el papel indicador del contacto con la sustancia, colocarlo sobre una toalla de papel u otro papel, no colocarlo directamente sobre el mesón, puede ensuciar de manera permanente el área de trabajo.
RESUMEN
Los estudiantes, durante esta práctica, deberán indagar sobre el nivel de pH en sustancias de uso común. Las sustancias se prueban con tiras de pH diseñadas de manera manual y con el indicador que se procederá a preparar en e sta práctica. Los estudiantes encontrarán que las sustancias caseras tienen una propiedad específica de pH que es una característica para el funcionamiento efectivo de esta. Después de la práctica se puede, adicionalmente, que los profundicen sus conocimientos probando otras sustancias en sus hogares y que no se hayan contemplado dentro de la guía.
METAS DE APRENDIZAJE
La práctica está diseñada para que los estudiantes analicen que es el pH y para que lo identifiquen en varios compuestos. Al probar sustancias caseras comunes, comprenderán como e l pH determina porque un compuesto reacciona con otras sustancias y con qué propósito. Los estudiantes entenderán la propiedad de ácido y base, como determinar el pH de una sustancia y porque se usa este tipo de indicadores naturales así como sus propiedades. Conceptos: Identificar ácidos y bases usando la escala de pH. Explica diferencias entre ácidos y bases fuertes y ácidos y bases débiles. Identificar usos de sustancias ácidas y alcalinas.
INTRODUCCIÓN
La práctica que se desarrollará a continuación tendrá énfasis en la medición del pH, considerando que los ácidos y las bases están pre sentes en muchos de los productos que utilizamos diariamente. La práctica tiene como fin permitir que el estudiante amplié sus conocimientos de forma experimental, sin el limitante de no contar con los materiales y reactivos para realizar este tipo de prácticas. Un indicador de pH es una sustancia que cambia de color dependiendo el medio en que se encuentre, algunos indicadores de pH son de origen natural, los vegetales producen pigmentos que pueden ser indicadores de pH, como por ejemplo, el repollo morado que contiene un pigmento llamado antocianina que es muy fácil de extraer y utilizar como indicador. Los colores producidos por el indicador en presencia de ácidos o de bases son bastante llamativos y exactos para indicar pH. La clave de este experimento está en el hecho que le pigmento de la molécula puede cambiar su forma y estructura cuando entra en contacto con una solución de diferente pH. Este cambio en la forma causa que el pigmento de la molécula refleje una longitud de onda de luz diferente y por eso se percibe un color diferente. Una única propiedad de este pigmento es que puede cambiar su estructura y forma varias veces dependiendo del pH de los compuestos, permitiendo un rango amplio de colores.
1. OBJETIVOS
Entender los conceptos básicos sobre el pH.
Aprender a realizar un indicador de pH natural.
Estudiar de qué forma cambia el indicador dependiendo el medio en el que se encuentre.
Determinar y reportar en una tabla que sustancias son acidas o básicas con su color de cambio respectivo y su pH.
Utilizar la tabla obtenida para analizar unas muestras de tierra suministradas por el docente.
2. ACTIVIDADES PRELABORATORIO
Consulte los siguientes términos: pH, antocianina, teorías de Arrhenius y Broensted-Lowry como definen a los ácidos y base, como actúa un indicador de pH, que tipos de indicadores existen.
¿Existe un patrón entre la aplicación de los productos y su pH?
¿Qué aplicaciones puede encontrar para los indicadores de pH?
Consultar sobre la limpieza y disposición de residuos a usar en la práctica.
3.
MATERIALES DEL ESTUDIANTE
El estudiante debe traer en su cuaderno el pre-laboratorio realizado, bata de laboratorio, guantes de nitrilo, calculadora, gafas de seguridad, cinta de e nmascarar, toallas de papel. 1 Repollo morado 2 Hojas Bond tamaño carta u oficio, blancas 1 Recipiente baño maría. 1 Recipiente plástico mediano. 8 Frascos de compota. Sustancias para medición de pH - Jugo de Naranja 50.0g - Leche
50.0g
- Vinagre 50.0g
- Bicarbonato 50.0g - Agua con sal 50.0g - Leche de magnesia 50.0g
- Detergente en polvo 50.0g
4. MATERIALES SUMINISTRADOS PARA EL LABORATORIO -Balanza -5 diferentes tipos de tierra de diferentes cultivos (para uso común) 50.0g por grupo.
4.1. Preparación:
Rotular cada recipiente con la sustancia cor respondiente a contener.
Proveer toallas de papel.
Asignar a cada estudiante una pareja, se realizará la práctica en gr upos de 2.
Disponer contenedores separados para el manejo de residuos ácidos y básicos.
5. PROCEDIMIENTOS. 5.1.CONSTRUCCIÓN DE LA ESCALA DE PH PARA EL REPOLLO MORADO. I.
Tomar el repollo morado y cortarlo en rodajas, depositarlo en un recipiente con agua para calentar y posteriormente extraer el líquido coloreado (calentar por al menos media hora mientras ebulle)
II.
Separar el líquido coloreado con un
colador, se deja disminuir la temperatura y disponer adecuadamente de las residuos de repollo.
III.
Previamente recortadas las tiras de
papel, se sumergen en el extracto de repollo morado y se dejan por al menos media hora hasta que el papel asimile la sustancia.
Nota: Se puede optar por realizar la preparación del extracto de repollo el día anterior por parte del maestro. IV.
Retirar las tiras de papel y dejarlas
cerca de una fuente de luz solar para acelerar su proceso de secado.
V.
Se procede a sumergir una parte de
las tiras de papel en cada compuesto dispuesto previamente en los envases.
La escala de pH acá mostrada es una guía para comparar los datos obtenidos por los estudiantes. Con los valores pH ya definidos
y referenciado el color obtenido por el papel indicador con su respectivo valor de pH. 5.2.ANÁLISIS DE SUELOS. La obtención de la escala de pH ayudará al estudiante en esta segunda parte de la práctica, la cual tiene como fin analizar 4 muestras de suelo, de preferencia para práctica de agricultura o ganadería.
Nota: Se recomienda al maestro facilitar las muestras de tierra o recomendar a los estudiantes manejar las mismas muestras de tierra, así se considerará un análisis estándar de esta parte de la práctica y los estudiantes podrán comparar sus resultados entre sí. I.
La preparación de suelos se hará de manera que una porción de cada muestra sea disuelta en agua. Se pesarán 50,0 g de cada tipo de suelo por grupo para que el mismo grupo realice el proceso de disolución como se indica en los procedimientos al inicio de la guía.
II.
Revolver las muestras hasta obtener una mezc la bien diluida.
III.
Esperar unos 5 minutos mientras se precipitan la tierra al fondo del vaso.
IV.
Sumergir la punta de las tiras de papel indicador (siguiendo los lineamientos para una buena realización del procedimiento, enlistados al inicio de la guía) y esperar a que el papel asimile la sustancia.
V.
Retirar y disponer sobre toallas de papel hasta que se vea la reacción.
Nota: Para las muestras de suelo sería de mayor valor que se suministrara suelos con comportamientos tanto ácidos como alcalinos para percibir de mejor manera el viraje del papel indicador y profundizar en las actividades post-laboratorio. VI.
Con las tiras de papel indicador ya viradas, se lleva a comparación con la escala de pH anteriormente diseñada y se determina el valor de pH que tomó el color del papel y por ende se referirá a este el valor de pH de los suelos en análisis.
5.3.Disposición final de residuos y limpieza del área del trabajo. Como se planteó al inicio de la guía es primordial el instruir al est udiante en el cuidado, preservación y atención del área de trabajo, así como los procesos de cuidado personal tales como indicar lavarse las manos después de realizada la práctica y antes de dejar el laboratorio.
6. ASPECTOS CONCEPTUALES El pH
se trata de una unidad de medida de alcalinidad o acidez de una solución, más
específicamente el pH mide la cantidad de iones de hidrógeno que contiene una solución determinada, el significado de sus sigla son, potencial de hidrogeniones, el pH se ha convertido en una forma práctica de manejar cifras de alcalinidad, en lugar de otros métodos un poca más complicados. Los ácidos y bases tienen distintas concentraciones de iones de hidrógeno, siendo los más fuertes, aquellos que contengan mayor cantidad de iones y los débiles lo que no posean tanta concentración, siendo el pH el encargado de expresar el valor numérico de las concentraciones de iones de hidrógeno, en algunos casos la carga de iones suele ser bastante baja, lo que se vuelve tedioso al momento de trabajar con dichas cifras, es por ello que se ideó una tabla única, llamada la “escala del pH”, la tabla se encuentra compuesta por 14 unidades numeradas, desde el 0 hasta el 14, siendo el 0 el punto máximo de acidez y el 14 la base máxima, el 7 representa el punto medio de la tabla y es neutro, lo que quiere decir que las soluciones con un valor por debajo del 7 son ácidas y las que están por encima son básicas. Las antocianinas son pigmentos responsables por una variedad de colores atractivos y brillantes de frutas, flores y hojas que varían desde el rojo vivo al violeta o azul. Son obtenidas fácilmente por extracción a frío con metanol o etanol débilmente acidificado. El concepto de ácido-base de Arrhenius clasifica una sustancia como un ácido si produce iones hidrógeno H(+) o iones hidronio H3O(+) en agua. Una sustancia se clasificará como una base si produce iones hidróxido OH(-) en agua. Esta manera de definir los ácidos y las bases funciona bien para las soluciones acuosas Según la teoría de Arrhenius, un ácido es una sustancia química capaz de liberar iones hidrógeno, mientras que una base es aquella sustancia química capaz de aceptar iones hidrógeno. Esta teoría resultó útil para incluir a sustancias que con la teoría previamente existente no se habían incluido, como el amoniaco. Los indicadores ácido-base son químicos que cambian de color al reaccionar con ácidos y bases. Ellos cambian de color dependiendo del pH (nivel de acidez) de una solución.
La mayoría de los indicadores son de hecho ácidos débiles por si mismos, por lo que son capaces de reaccionar tanto con ácidos como bases. Cada reacción produce un color diferente. Esa es la razón por la cual los indicadores son capaces de cambiar e l color de una solución.
