Universidad de San Carlos de Guatemala Facultad de Ingeniería Escuela de Química Área de Química Laboratorio de Análisis Cualitativo Inga. Ester !o"uel
DILUCIONES Y DIAGRAMA DE SILLEN
Irene Urrutia Lemus Carn#$ %&'(&)*&+ Secci,n -/ Guatemala '& de mar0o de %&'1 ÍNDICE GENERAL
1. RESUM ESUME EN 2. OBJE OBJETI TIV VOS 3. CAPÍ CAPÍTU TULLOS a. MAR MARCO TEÓR TEÓRIC ICO O b. MAR MARCO METODO METODOLLÓGICO ÓGICO c. RESU RESULLTADOS ADOS !. 5. ". 7.
INTERPRETACIÓN INTERPRETACIÓN DE RESULT RESULTADOS RECOME RECOMEND NDAC ACION IONES ES BIBLIOGRA#ÍA AP$NDI $NDICE CE %. &' &'(a (a )* )a+' )a+',, '-% '-%%/ %/a0 a0*, *, %%. %%. M*, M*,++-a a )* c c0c 0c0 0' ' %%%. %%%. Da+', Da+', ca0c ca0c0a 0a)' )',, %. %. A/0 A/0%, %,%, %, )* *--' *--'--
1
3 5 7 8
1
13 17
21 21 22 23
3
1. RESUMEN
En esta 2ráctica de laboratorio se estudi, el com2ortamiento de una soluci,n madre des2u#s de diluirla varias veces con agua observando un com2ortamiento de disociaci,n o de idr,lisis. Se observaron los cambios en tres di3erentes soluciones4 ácido ac#tico 5C6 )C7768 e idr,9ido de amonio 5:6+768 ; Cloruro de Amonio 5:6 +Cl8.
e de disociaci,n altamente 2arecidos con las ecuaciones4 la grá3ica ; lo e92erimental. Los errores 3ueron relativamente ba>os a e9ce2ci,n de la sal4 Cloruro de Amonio. Las concentraciones en la grá3ica e92erimental ; te,rica tuvieron una leve variaci,n4 la cual a3ect, el 2orcenta>e de disociaci,n de la soluci,n al momento de calcularlo. La 2ráctica se reali0, a una tem2eratura de %)?C ; a &.@+ atm de 2resi,n.
5
7
2. OBJETIVOS
Objetivo Gener! oder utili0ar el diagrama de Sillen como erramienta 2ara encontrar el 26 de disociaci,n o de idr,lisis.
Objetivo" e"#e$%&i$o"
1. Anali0ar el cambio de 26 al diluir una sal 5ácida o básica84 un ácido o una base en agua.
2. Com2arar los datos de 26 ; 2orcenta>e de disociaci,n de la 2ráctica con los obtenidos con el diagrama de Sillen ; 2or ecuaciones.
3. MARCO TEÓRICO
Biluciones$ Se le conoce como diluci,n a una disoluci,n de menor concentraci,n la cual se obtiene agregando agua a una soluci,n asta "ue la concentraci,n de #sta sea insigni3icante. Cuando se reali0a el 2rocedimiento de diluci,n a una 11
soluci,n #sta cambia algunas de sus 2ro2iedades "uímicas ; 3ísicas como son$ cambio de 2unto de ebullici,n4 concentraci,n4 264 entre otras. Cuando se "uiere acer una diluci,n a un ácido o una base el 2otencial de idrogeno 5268 con3orme su concentraci,n va;a variando. En las diluciones se re2resenta la concentraci,n de las soluciones dilucidas como molaridad 5=84 la cual se de3ine como moles de soluto 2or litro de disoluci,n. El 26 de una soluci,n se conoce como el logaritmo negativo de la cantidad de iones idronio "ue la sustancia 2osee. Una sustancia acida tiene un 26 desde ' 5más ácido8 asta 5menos acido8D ; en el caso de una base tiene 26 de menor alcalinidad ; '+ como más alcalino. Cuando una soluci,n tiene 26 de se dice "ue esta está en neutralidad4 eso "uiere decir "ue no es una sustancia ácida ni básica. La tendencia del 26 de un ácido o una base al ser estas diluidas es la neutralidad4 ;a "ue mientras menor sea la concentraci,n esta estará más cerca de la neutralidad4 esto se debe a "ue la cantidad de ácido o base llega a ser en un 2unto insigni3icante ; solo "uedara 2resente el solvente ; al ser esta agua 526 de a %(?C8 la diluci,n "uedara neutrali0ada.'
A2licaciones de las diluciones en la industria$ Se utili0a diluciones 2ara reali0ar un 2rocedimiento llamado 6omeo2atía el cual es un ti2o de medicina alternativa la cual consiste en 2re2arados altamente diluidos "ue 2retende crear los mismos síntomas "ue el 2aciente.
13
Esta consiste en un 3rasco Hnico "ue se vacía en cada diluci,n ; luego se le aade el e"uivalente de ** 2artes de disolvente. % Biagrama de Sillen$ El diagrama de Sillen es una gra3ica del logaritmo de la concentraci,n 3rente a una variable maestra como el 2otencial de idrogeno 5268. Este diagrama es de muca utilidad 2ara identi3icar visualmente las es2ecies im2ortantes a un valor 2articular sea de 2C o 26. ara 2oder obtener los datos correctamente es necesario conocer la constante de ioni0aci,n de la soluci,n con la "ue se está tratando ; su 26 inicial. 6idr,lisis Se conoce como idrolisis al 3en,meno en el cual se disuelve una sal neutra en agua. Las sales son electrolitos 3uertes "ue se disocian 2or com2leto 2ara 3ormar iones en agua4 esta soluci,n 2uede ad"uirir 2ro2iedades ácidas o básicas. La idrolisis es el 2roceso inverso de la disociaci,n ;a "ue al agregar agua a la sal4 el acido o base de la cual 2roviene la sal se disocia ; "ueda como ion al terminar la reacci,n. E9isten varios ti2os de sales las cuales se dividen así$ Sal neutra$ Sal 2roviene de la uni,n de dos solutos 3uerte 5ácido ; base84 ; es 2or eso "ue esta al agregarle agua no genera una idr,lisis. A estas sales tambi#n se les conoce como sales inertes. Sal de un ácido$ Sal 2roviene del con>ugado de un ácido d#bil ; un i,n de una base 3uerte. Sal de una base$ Sal 2roviene del con>ugado de una base d#bil ; un i,n de un ácido 3uerte. Sal mi9ta$ Sal "ue 2roviene del con>ugado de una base d#bil ; del con>ugado de un ácido d#bil.
2 BILUCI7:ES4 ÁCIB7SJASES. Feca de consulta$ &(K&)K'1 Bis2onible en$
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tt2$KKdiluciones.blogs2ot.comK
Be2endiendo con "u# ti2o de sal se est# traba>ando será la idrolisis "ue se 2rodu0caD si se traba>a con una sal de un ácido la idrolisis será alcalina ; si se traba>a con una sal de una base la idrolisis será ácida. Cuando se traba>e con un soluto d#bil la idrolisis "ue esta 2roducirá será mu; d#bil ; si es un soluto mu; d#bil la idrolisis será d#bil. El 26 de una idrolisis de2ende de con "ue sal se est# traba>ando como se menciono anteriormente4 sin embargo4 cuando se dilu;e una sal esta comien0a teniendo el 26 "ue le corres2onda segHn sea esta ácida o básica ; al ser mu; diluida la concentraci,n de sal llega a ser tan insigni3icante "ue esta llega a la neutralidad. Se 2uede obtener el 26 de una idrolisis de di3erentes maneras entre estas esta el diagrama de 3lood4 el diagrama de sillen ; las ecuaciones de idrolisis. )
3 6IB!LISIS M S7LUCI7:ES UFFE!. Feca de consulta$ &(K&)K'1. Bis2onible en$ tt2$KKNNN."ui.ut3sm.clKO"ui&'&KdocsKAcidosP;PasesPIIIP6idrolisisP;PSolucionesPu33er.2d3
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'. Mr$o (eto)o!*+i$o '.1. Mteri! , E-i#o eacer %(& mL otenci,metro INICIO al,n A3orado (& mL al,n A3orado '&& mL robeta %( mL
'.2.
Re$tivo" Cloruro de Amonio 5:6 +Cl8 P-*4a-aMa)-*. Ácido Ac#ticoS'0c%/ 5C6)C7768 6idr,9ido de Amonio 5:6+768
'./.
0ro$e)i(iento
i)r*!i"i"
M*)%- 4&.
1. Se 2re2ar, (& mL de una soluci,n &.' = de :6 +Cl4 C6)C776 ; :6+76 ; se midi, el 26 de cada una. 2. Luego se tomaron ( mL de la muestra madre de cada soluci,n. T'6acada A0%c'+a. soluci,n en un bal,n a3orado de (& mL ; /. Se coloc, el volumen de se a3or, con agua 2ara luego medir el 26. '. Con la alicuota anterior de cada soluci,n se tom, una nueva muestra de ( mL ; se reali0, lo mismo sucesivamente asta llegar a una diluci,n de 4&.soluci,n diluida. 'K'4&&&4&&&. Se midi, el 26M*)%en cada
S 4& *, a0+a6*/+* c*-ca/' a 7
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Di+r( )e 3!jo
FIN
1
NO
SI
4. Re"!t)o"
5.1. V*- 9'(a, a)(/+a, Tab0a 5.1 E--'- 4'-c*/+a0 )* 4C c%)' ac:+%c' Biluci,n 2C te,rico 2C e92erimental 'K'& ' '.' 'K'&& % %.' 'K'&&& ) ).' 'K'&&&& + +.'
21
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Tab0a 5.3 E--'- 4'-c*/+a0 )* 4C )*0 C0'--' )* A6'/%' Biluci,n 2C te,rico 2C e92erimental 'K'& ' '.( 'K'&& % %.@ 'K'&&& ) ).) 'K'&&&& + ). 'K'&&&&& ( +.+ 'K'&&&&&& 1 .'
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Tab0a 5." 4& )*0 &%)->%)' )* A6'/%' 4& +*-%c' Ecc. 4C 4& +*-%c' 1 2 3 ! 5 " 7 8
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25
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Tab0a 5. E--'- 4'-c*/+a0 )* 4& )*0 C0'--' )* A6'/%'
#*/+*; E0ab'-ac%/ 4-'4%a< Ecc 8 Tab0a 3.8.
Tab0a 5.1 4F 1 )*0 c%)' Ac:+%c'
27
Fuente$ Grá3ica '4 Grá3ica +4 Ecc. +4(
Tab0a 5.11 F 1 )*0 c%)' Ac:+%c' F1 T*-%c' G-=ca 1.58EH2 3.8EH2 1.58EH1 5.1EH1
F1 T*-%c' Ecc. 1.35EH2 !.27EH2 1.35EH1 !.27EH1 7.2EH1 .5EH1 .EH1 .EH1 .EH1
F1 E>4*-%6*/+a0 1.2EH2 3.8EH2 1.25EH2 3.8EH1 ".78EH1 8.8EH1 .EH1 ."7EH1 .8"EH1 Fuente$
Tab0a 5.12 ?F 1 )*0 c%)' Ac:+%c' ?F1 T*-%c' G-=ca 1.58?
?F1 T*-%c' Ecc. 1.35?
?F1 E>4*-%6*/+a0 1.2"? 2
3.8? 15.85? 5.12?
!.27? 13.!? !2.""? 72.? 5.? .? .? .?
3.8? 12.5? 3.81? "7.8? 88.? .? ".7? 8."?
Fuente$
Tab0a 5.13 4F 1 )*0 &%)->%)' )* A6'/%' 4F1 T*-%c' G-=ca 1. 1.35 .85 .35
4F1 T*-%c' Ecc. 1.87 1.37 .87 .37 .1! .2 .2 .2
4F1 E>4*-%6*/+a 0 1.2 . .! .15 .7 .5 .3 .1
Fuente$ Grá3ica %4 Grá3ica (4 Ecc. +4(
Tab0a 5.1! F 1 )*0 &%)->%)' )* A6'/%' F1 T*-%c' G-=ca 1.2"EH2 !.!7EH2 1.!1EH1 !.!7EH1
F1 T*-%c' Ecc. 1.35EH2 !.27EH2 1.35EH1 !.27EH1 7.15EH1 .!EH1
F1 E>4*-%6*/+a0 ".31EH2 1.EH1 3.8EH1 7.1"EH1 8.!3EH1 8.8EH1
31
.!EH1 .EH1
.38EH1 .83EH1 Fuente$
Tab0a 5.15 ?F 1 )*0 &%)->%)' )* A6'/%' ?F1 T*-%c' G-=ca 1.2"? !.!7? 1!.13? !!."7?
?F1 T*-%c' Ecc. 1.35 !.27 13.! !2."" 71.55 !.8 .!5 .!
?F1 E>4*-%6*/+a0 ".31? 1.? 3.81? 71."? 8!.3? 88.? 3.8? 8.3?
Fuente$
Tab0a 5.1" 4F )*0 C0'--' )* A6'/%' 4F T*-%c' G-=ca !.2 3." 3.2 2.7
4F T*-%c' Ecc. !.13 3."3 3.13 2."3 2.13 1."3
4F E>4*-%6*/+a 0 ! 3.2 3 2.8 2.5 1.
Fuente$ Grá3ica )4 Grá3ica 14 Ecc. +4(
Tab0a 5.17 F )*0 C0'--' )* A6'/%' F T*-%c' G-=ca ".3EH5 2.5EH! ".3EH! 1.EH3
F T*-%c' Ecc. 7.!1EH5 2.3!EH! 7.!1EH! 2.3!EH3 7.38EH3 2.32EH2
F E>4*-%6*/+a0 1.EH! ".3EH! 1.EH3 1.58EH3 3.1"EH3 7.8EH2 33
Fuente$
Tab0a 5.18 ?F )*0 C0'--' )* A6'/%' ?F T*-%c' G-=ca ".3EH5 2.5EH! ".3EH! 1.EH3
?F T*-%c' Ecc. .7? .23? .7!? .23!? .7? .2?
?F E>4*-%6*/+a0 .1? ."? .1? .1"? .32? 7.8?
Fuente$
6. INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS
Los datos te,ricos de 26 obtenidos con la a;uda del diagrama de Sillen 3ueron como los es2erados ;a "ue segHn la de3inici,n de diluciones con ácidos ; bases la concentraci,n de la soluci,n va disminu;endo ; el 26 tiende a la neutralidad. En las grá3icas se observa "ue en la diluci,n el ácido tiene tendencia acia arriba ; la base tiende 2ara aba>o. Los 26 obtenidos con el 2otenci,metro del ácido ac#tico tuvieron la misma tendencia "ue los te,ricos. El 2orcenta>e de error entre los 26 te,rico ; los 26 e92erimentales no 3ue alto e9ce2to en la corrida del ácido ; de la base4 esto se 2udo aber dado 2or aber a3orado mal la alícuota tomada de la muestra anterior4 debido a "ue está más diluida ; da un 26 menor al es2erado. Al tomar la sal básica4 en este caso cloruro de amonio4 se 2rodu>o una idrolisis ácida ; esto se com2rueba ;a "ue el 26 obtenido te,ricamente con la nos da como resultado un 26 acido con tendencia acia aba>o ; el resultado obtenido con el 2otenci,metro tambi#n 3ue ácido. Bebido a "ue reacciona una 35
sal de una base con agua esta reacciona ; se disocia dando como resultado iones 6R ; ClJ. ara cada diluci,n reali0ada se calcul, un 2C e92erimental con la a;uda del diagrama de Sillen4 estos 3ueron com2arados con los 2C te,rico. Los errores obtenidos de esta com2araci,n 3ueron bastante grandes ;a "ue el 2C ; 26 van de la mano ; al estar err,neos los datos de 26 obtenidos los cálculos de 2C estarán err,neos tambi#n.
Las grá3icas reali0adas de 2C versus 26 tanto de los datos te,ricos como de los datos e92erimentales muestran como es el com2ortamiento de un ácido ; una base al ser diluido ; una sal 2roveniente de una base al ser idroli0ada. Las grá3icas e92erimentales no tuvieron los mismos 2untos "ue la grá3ica te,rica4 sin embargo se 2uede observar "ue ambas tienen la misma tendencia de llegar a un 26 cercano a . Los 3actores "ue a3ectaron en la obtenci,n e9acta de datos 3ueron "ue el 2otenci,metro no 3ue calibrado antes de reali0ar la 2ráctica ; la incerte0a de los instrumentos a3ect, en 2re2arar las soluciones a una concentraci,n e9acta. Los 2' en las grá3icas solo 2udieron ser medidos asta la cuarta corrida debido a "ue des2u#s de esta se encuentran 3uera de la regi,n d#bil4 dando así como resultado una disociaci,n com2leta4 es decir a un aumento de concentraci,n 2CT ( en adelante el ácido4 base o sal se considera 3uerte ; su 2orcenta>e de disociaci,n se toma como el '&&. Esto se 2uede com2robar observando las tabla del F ;a "ue estos muestran el incremento llegando asta un **. En el caso de 2 F& se observa "ue esta va aumentando esto se debe a "ue esto se re3iere al 2orcenta>e "ue no se disoci, ; a ma;or
37
concentraci,n ma;or 2robabilidad de "ue no se disocie una ma;or cantidad4 sin embargo siguen siendo valores 2e"ueos los "ue no se disocian. Esto 2uede observarse en el F& ;a "ue el ma;or llega asta el
7. CONCLUSIONES
'. El diagrama de Sillen 3ue una erramienta Htil 2ara la obtenci,n de datos ;a "ue se 2udo observar como los datos tanto te,ricos como e92erimentales del 26 tienen la misma tendencia de llegar a 2NK%. %. Cuando se com2araron los datos te,ricos ; e92erimentales de 26 se not, "ue estos no 3ueron e9actos 2ero su variaci,n no 3ue alta4 sin embargo tuvieron la misma tendencia de "ue su 26 3uera más grande a cada diluci,n reali0ada. ). Cuando se traba>o con una sal de una base la idrolisis de esta es ácida ; el 26 de esta está en el rango de ' a .
3
!1
8. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
'. Bic4 on G. Química Analítica. Editorial manual =oderno. '**. %. roNn4 <eodoreD ursten4 ruce ; otros. -Química4 La ciencia central/. Becimo2rimera edici,n4 =#9ico4 %&&*4 Editorial earson. ). BILUCI7:ES4 ÁCIB7SJASES. Feca de
consulta$ &(K&)K'1
Bis2onible en$ tt2$KKdiluciones.blogs2ot.comK +. 6IB!LISIS M S7LUCI7:ES UFFE!. Feca de consulta$ &(K&)K'1. Bis2onible
en$
tt2$KKNNN."ui.ut3sm.clKO"ui&'&KdocsKAcidosP;PasesPIIIP6idrolisisP;P SolucionesPu33er.2d3
5. A06NDICE
!3
5.1. Dto" ori+in!e" 6o>a ad>unta
5.2. Me"tr )e $7!$!o Ecuaci,n de diluci,n del ácido ac#tico C6)C776 R 6%7 C6 )C77 R6R R 6R R 76J Ecuaci,n de diluci,n del idr,9ido de amonio :6+76 R 6%7 :6)J R 76J R 76J R 6R Ecuaci,n de idr,lisis del cloruro de amonio :6+Cl R 6%7 :6 +76 R 6R R ClJ F,rmula '$ 26 +¿ ¿
H
pH =−log ¿
Bonde$ 26$ es el 2otencial de 6idr,geno V6RW$ es la concentraci,n de idronios E>em2lo$ Encontrar el 26 de la siguiente la diluci,n 'K'&
pH =−log [ 1 / 10 ] =1
F,rmula %. !5
Cálculo de 26 Lineal. pKb pCb p H = + 2
2
Bonde$ 26$ es el 2otencial de idrogeno 2b$ es el 2otencial de la constante de e"uilibrio del ácidoKbase 2Cb$ es el 2otencial de la concentraci,n de la soluci,n E>em2lo$ Encontrar el valor de 26 cuando se tiene un 2C de ) ; un 2a de +.+ pH =
4.74 2
3
+ =3.87 2
F,rmula ). Ecuaci,n cHbica 2ara el cálculo de V6 R W u V76 JW +¿ ¿
H
¿ +¿ ¿
H
¿ +¿ ¿
H ¿ ¿ ¿ ¿
Bonde$
[ H ] $ es la concentraci,n de iones idronio o idro9ilo b$ es la constante de e"uilibrio de la base N$ es la constante de e"uilibrio del agua
!7
Cs$ es la molaridad de la soluci,n
E>em2lo$ Encontrar el valor la concentraci,n de iones idro9ilo en una soluci,n a %(?C cuando se tiene un a de '.@X'& J( ; una concentraci,n de &.&&&&' −¿¿
OH
¿ −¿
¿
OH
¿ − 1.8∗10 − 1 × 10 +(¿)( 0.001 ) 8T ¿ −¿ 5
14
−6 7.6 10
∗
¿
OH
¿ − 1.8∗10 ¿ ¿ ¿
5
F,rmula +. Calculo de 2F Lineal. p α 1=
pKb 2
−
pCb 2
Bonde$ 2F'$ 2otencial de disociaci,n 2$ es el 2otencial de la constante de e"uilibrio del ácidoKbase 2C$ es el 2otencial de la concentraci,n de la soluci,n
!
E>em2lo$ Encontrar el valor de 2 F' cuando se tiene un 2C de % ; un 2a de +.+ pα 1=
4.74 2
2
− =1.37 2
F,rmula (. Cálculo de 2F con ecuaci,n cuadrática. Ecuaci,n 1$ Cálculo de ' derivada de la ecuaci,n Y % 2
Cb ∝1 + Kb ∝1− Kb =0
Bonde$ '$ es la constante de disociaci,n total $ es la constante de e"uilibrio C$ es la molaridad de la soluci,n E>em2lo$ Calcular el valor de ' de una soluci,n básica con una concentraci,n de &.&'= ; una constante de e"uilibrio '& J
( 0.01 )
∝
2 1+
( 10 7 ) −
( 10 7 ) =3.162 × 10
1−
∝
−
−3
F,rmula 1. Cálculo de Al3a. ∝
− p
=10
∝
E>em2lo$ Calcule el F de una soluci,n cu;o 2 F es de &.'+). ∝
=10−0.143 =0.72
F,rmula . Calculo del F
51
∝
= ∗100 ∝
E>em2lo$ Calcule el 2orcenta>e disociado de una soluci,n cu;o F es igual a &.1@. ∝
= 0.678∗100 =67.8
F,rmula @. Cálculo del 2orcenta>e de error. Error =
| Dt − De| Dt
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e e92erimental de Bisociaci,n 6idr,9ido de Amonio.
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Fuente$ o>a de datos originales4 Ecc +4(414. Ecc. @
e e92erimental de Bisociaci,n Cloruro de Amonio.
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Fuente$ o>a de datos originales4 Ecc +4(414. Ecc. @
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