U.N.S.C.H.
F.I.Q.M.
CURSO: Nº DE PRÁCTICA DE LABORATORIO: TITULO: ALUMNOS: GRUPO: MESA: PROFESORA:
ANÁLISIS INSTRUMENTAL 06 VALORACIONES POTENCIOMÉTRICAS. CADENAS LOZANO, Orlando. MAGUIÑA AVALOS, Juan Carlos. Miércoles 7 a 10am Nº 04 ALCARRAZ ALFARO, Tarcila.
VALORACIÓN VALORACIÓN POTENCIOMETRICA POTENCIOMETRICA I.
II.
OBJETIVOS:
Observar la naturaleza de una curva de titulación de una base diprótica con ácido fuerte. Determinar la pureza de una muestra de carbonato sódico y la concentración del ácido clorhídrico frente a un patrón primario, mediante titulación potenciométrica. Determinar la cantidad del principio activo de una tableta farmacéutica. FUNDAMENTO TEORICO:
INTRODUCCIÓN Los métodos potenciométricos están basados en la medida de la diferencia de potencial entre dos electrodos introducidos en una disolución. Los electrodos y la disolución constituyen lo que se conoce con el nombre de celda electroquímica . El potencial entre ambos electrodos es normalmente medido con la ayuda de un equipo
conocido como potenciómetro. Uno de los electrodos involucrado en el proceso se denomina indicador, el cual tiene una respuesta respecto de una especie particular presente en el seno de la disolución y cuya actividad se mide durante el experimento y el otro recibe el nombre de referencia, cuya característica más importante es que el potencial de semicelda de este electrodo permanece siempre constante. El potencial de una celda electroquímica, viene dado por:
Ecel potencial de la celda electroquímica Eind potencial de semicelda del electrodo indicador (función de la actividad de la especie) Eref potencial de semicelda del electrodo de referencia (constante y conocido) Eu.l. potencial de unión líquida. TIPOS DE MEDIDAS POTENCIOMÉTRICAS: Podemos dividir en dos grandes grupos los tipos de medidas potenciométricas; por un lado las valoraciones potenciométricas (práctica 4) y por otro las potenciometrías directas (práctica 5). En breves palabras podemos decir que: Potenciometría directa es aquella en que los dos electrodos, indicador y referencia, están introducidos en una disolución a analizar y cuya actividad es calculada por una lectura de potencial de la misma. La calibración del electrodo indicador es totalmente necesaria y suele realizarse con disoluciones de concentración conocida. En las valoraciones potenciométricas se valora una muestra con una disolución de concentración conocida de agente valorante y se realiza un seguimiento del potencial entre el electrodo indicador y el electrodo de referencia. El punto final de la valoración se observa cuando se produce un cambio brusco en el valor de ese potencial. VALORACIONES POTENCIOMÉTRICAS: Dentro de los métodos potenciométricos de análisis nos encontramos con las valoraciones potenciométricas, entendiendo por valoración potenciométrica, una valoración basada en medidas de potenciales de un electrodo indicador adecuado en función del volumen de agente valorante adicionado. Una valoración potenciométrica implica dos tipos de reacciones:
Una reacción química clásica, base de la valoración y que tiene lugar al reaccionar el reactivo valorante añadido a la disolución, o generado culombimétricamente, con la sustancia a valorar. Una o varias reacciones electroquímicas indicadoras de la actividad, concentración, de la sustancia a valorar, del reactivo o de los productos de reacción.
De esta forma, el valor del potencial medido por el electrodo indicador varía a lo largo de la valoración, traduciéndose el punto de equivalencia por la aparición de un punto singular en la curva: potencial vs. cantidad de reactivo añadido. La detección de este punto, punto final , puede establecerse de distintas formas. La más sencilla es el
registro directo del potencial en función del volumen de reactivo añadido, donde éste punto se establece por un cambio brusco en el potencial (fig.a).
Un segundo sistema es el cálculo del cambio de potencial por unidad de volumen de agente valorante o cálculo de la primera derivada ∆ E/∆ V. Donde el punto fin al queda supeditado al máximo de la curva (fig. b). Un tercer método es la representación de la segunda derivada ∆
2
E/∆ V2,
punto final vendrá dado por el valor donde la curva se hace cero (fig. c).
donde el
En función del tipo de reacción química que tiene lugar durante la valoración potenciométrica, podemos dividir a estas de una forma sencilla en valoraciones potenciométricas de:
Precipitación Formación de complejos Ácido-base
Nos centraremos en las valoraciones potenciométricas de precipitación y más concretamente en las que utilizan un electrodo de Ag 0 para la determinación de haluros utilizando como agente valorante disoluciones de ion Ag +.
En general podemos decir que un metal, M, introducido en una disolución que contiene iones del mismo metal Mn+, puede ser utilizado como un electrodo indicador para hacer un seguimiento de la concentración de M n+ en la disolución. El potencial de dicho electrodo responderá de forma Nernstiana para la reacción electródica siguiente:
Y por tanto la ecuación de Nernst, será:
Este electrodo por tanto será capaz de seguir una valoración de precipitación de un anión X- que reaccione químicamente con el metal M n+, según la reacción:
Figura 1: Esquema del sistema implementado. Determinación gráfica del punto equivalente: Para el análisis de los datos obtenidos en una valoración potenciométrica, existen diferentes métodos. El primero, y más sencillo de ellos consiste en realizar una gráfica de pH (o E medido) en función del volumen de valorante agregado (figura 1). Se toma como punto final de la valoración el punto medio en la porción ascendente de la curva. Un segundo procedimiento consiste en representar la derivada primera de la gráfica anterior en función del volumen medio agregado, lo cual permite obtener un punto final más definido En algunos casos, se obtiene una definición mayor calculando la derivada segunda del pH con respecto al volumen agregado, graficando dicha derivada en función del volumen agregado promedio.
Dos procedimientos alternativos y más precisos son los conocidos como "métodos de Gran", que permiten linealizar los datos obtenidos. Presentan la ventaja de requerir menos puntos experimentales que un gráfico convencional, y proporcionan puntos finales más precisos en aquellos casos que la variación del potencial medido sea pequeña en la región del punto equivalente. El método Gran I consiste en representar (ΔV/ΔpH) en función de V, donde V es el volumen de valorante agregado y pH se corresponde a la medida realizada luego de cada agregado. La representación que se obtiene consiste en un conjunto de puntos que se alinean formando dos rectas, cuya intersección sobre el eje V nos da el volumen equivalente. III. o o o o o o o o o o o o o o
IV. o o o o o
V.
EQUIPOS Y MATERIALES:
Agitador. Soporte universal. Phmétro. Equipo potenciométrico. Vaso precipitado de 250m L. Mortero. Probeta 50m L. Erlenmeyer. Fiola 50m L. Balanza eléctrica. Luna de reloj. Varilla de vidrio. Bureta 25m L. Espátula. REACTIVOS:
Carbonato de sodio……...Na 2CO3. Hidróxido de Sodio……...NaOH(0.2N) Hidróxido de Sodio……...NaOH(0.1N) Ácido Clorhídrico…..……HCl(0,2M)
Fenobarbital.
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL:
VALORACIÓN pH-METRICA DE UNA MUESTRA DE CARBONATO SÓDICO
Principio: La curva de titulación potenciométrica/phmetrica del carbonato sódico con el ácido clorhídrico pone de manifiesto los volúmenes de ácido fuerte necesarios para cada neutralización, que deben ser exactamente iguales; de lo contrario se calculara la proporción de impureza, la que puede ser Na 2O2, Na2O o NaHCO3, repercutirá en la precisión y exactitud de la determinación. Procedimiento
Preparamos 250mL de HCL 0.2M
Pesamos aproximadamente 200mg de Na 2CO3 anhidro, previamente secado a 180-200 ºC por una hora y disolvimos en unos 50mL de agua destilada en un vaso ppdo. de 250mL. Calibramos el potenciómetro con soluciones buffer de pH conocido (7 y 10) Armamos todo el equipo de titulación: bureta enrazada con HCL 0.2M, el vaso de la muestra disuelta, agitador magnético y potenciómetro. Anotamos el pH de la solución inicial. Proceder con la valoración agregando el ácido con porciones de 1mL, anotando el pH después de cada adición hasta alrededor de pH 9.5 y luego después de adiciones menores, cada 0.5mL: hasta obtener dos variaciones bruscas de pH y la solución este francamente acida.
EVALUACIÓN 1. Elaborar la curva de titulación y determinar los volúmenes de equivalencia de HCL, mediante los métodos de la media altura y primera derivada. 2. Observar si el volumen de HCL necesario para alcanzar el 2do. Punto de equivalencia es o no exactamente el doble del 1er. volumen. Si no es, determinar el tipo de impureza. 3. Determinar el % de pureza del carbonato sódico y él % de impureza. 4. A partir de la curva de titulación obtenida calcular la constante de ionización de HCO3. DETERMINACION DE FENOBARBITAL EN TABLETAS FARMACEUTICAS
Principio: el fenobarbital es un sedante soluble en alcohol y reacciona estequiométricamente con una base. Procedimiento:
Pesamos con exactitud una tableta de fenobarbital y pulverizar en un mortero. Trasvasamos cuantitativamente a una vaso ppdo, con ayuda de 30mL e etanol, agitar hasta disolución y luego agregamos 20mL de agua destilada. Si fuera necesario filtrar. Calibramos el potenciómetro con soluciones buffer de pH conocido (7 y 4). Enrazamos la bureta con solución estándar de NaOH al inicio cada 0.5mL hasta 2mL y luego cada mL, anotando el potencial después de cada adición.
EVALUACIÓN 1. Elabora la curva de titulación E VS Vt y determinar el punto de equivalencia por el método de la 2da, derivada. 2. Escribir la estructura química del fenobarbital y la respectiva reacción de titulación. 3. Calcular la cantidad de fenobarbital en la tableta en mg y %(P). 4. Calcular la exactitud de la determinación potencio métrica.
VALORACIÓN pH-METRICA DE UNA MUESTRA DE CARBONATO SÓDICO
EVALUACIÓN 1. Elaborar la curva de titulación y determinar los volúmenes de equivalencia de HCL, mediante los métodos de la media altura y primera derivada. Datos tomados en laboratorio: V(Hcl) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 8,5 9 9,5 10 11 12 13 14 15 15,5 16 16,5 17 17,5 18 18,5 19 19,5 20 20,5 21 21,5 22 22,5 23 23,5 24 25
pH 11,21 10,89 10,61 10,42 10,22 10,07 9,91 9,74 9,54 9,42 9,3 9,12 8,91 7,85 7,11 6,81 6,68 6,49 6,39 6,32 6,23 6,13 6,03 5,94 5,84 5,74 5,6 5,53 5,29 5,08 4,55 3,1 2,58 2,36 2,22 2,16 2
Curva de titulación
pH vs Volúmen 12 11 10 9 8 7 H p
6 5
pH
4 3 2 1 0 0
5
10
15
20
25
30
VOLUMEN
a) Determinado el volumen de equivalencia por el método de la media altura:
pH vs Volumen 12 11.5 11 10.5 10 9.5 9 8.5 8 7.5 7 6.5 H 6 p 5.5 5 4.5 4 3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0
pH vs V
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
VOLUMEN
Determinando el volumen de equivalencia: Para el pH1 el Ve1: Ve1= 11,8mL Para el pH2 el Ve2: Ve2=21,9mL b) Determinado el volumen de equivalencia por el método de la primera derivada: VHCl(mL) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 8,5 9 9,5 10 11 12 13
pH 11,21 10,89 10,61 10,42 10,22 10,07 9,91 9,74 9,54 9,42 9,3 9,12 8,91 7,85 7,11
ΔpH
ΔV
ΔpH/ΔV
>> -0,32 -0,28 -0,19 -0,2 -0,15 -0,16 -0,17 -0,2 -0,12 -0,12 -0,18 -0,21 -1,06 -0,74
>> 1 1 1 1 1 1 1 1 0,5 0,5 0,5 0,5 1 1
>> -0,32 -0,28 -0,19 -0,2 -0,15 -0,16 -0,17 -0,2 -0,24 -0,24 -0,36 -0,42 -1,06 -0,74
Vpr >> 0,5 1,5 2,5 3,5 4,5 5,5 6,5 7,5 8,25 8,75 9,25 9,75 10,5 11,5
Determinando el volumen de equivalencia: Para el pH1 el Ve1: Ve1= 11,8mL Para el pH2 el Ve2: Ve2=21,9mL b) Determinado el volumen de equivalencia por el método de la primera derivada: VHCl(mL) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 8,5 9 9,5 10 11 12 13 14 15 15,5 16 16,5 17 17,5 18 18,5 19 19,5 20 20,5 21 21,5 22 22,5 23 23,5 24 25
pH 11,21 10,89 10,61 10,42 10,22 10,07 9,91 9,74 9,54 9,42 9,3 9,12 8,91 7,85 7,11 6,81 6,68 6,49 6,39 6,32 6,23 6,13 6,03 5,94 5,84 5,74 5,6 5,53 5,29 5,08 4,55 3,1 2,58 2,36 2,22 2,16 2
ΔpH
ΔV
ΔpH/ΔV
>> -0,32 -0,28 -0,19 -0,2 -0,15 -0,16 -0,17 -0,2 -0,12 -0,12 -0,18 -0,21 -1,06 -0,74 -0,3 -0,13 -0,19 -0,1 -0,07 -0,09 -0,1 -0,1 -0,09 -0,1 -0,1 -0,14 -0,07 -0,24 -0,21 -0,53 -1,45 -0,52 -0,22 -0,14 -0,06 -0,16
>> 1 1 1 1 1 1 1 1 0,5 0,5 0,5 0,5 1 1 1 1 1 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 1
>> -0,32 -0,28 -0,19 -0,2 -0,15 -0,16 -0,17 -0,2 -0,24 -0,24 -0,36 -0,42 -1,06 -0,74 -0,3 -0,13 -0,19 -0,2 -0,14 -0,18 -0,2 -0,2 -0,18 -0,2 -0,2 -0,28 -0,14 -0,48 -0,42 -1,06 -2,9 -1,04 -0,44 -0,28 -0,12 -0,16
Vpr >> 0,5 1,5 2,5 3,5 4,5 5,5 6,5 7,5 8,25 8,75 9,25 9,75 10,5 11,5 12,5 13,5 14,5 15,25 15,75 16,25 16,75 17,25 17,75 18,25 18,75 19,25 19,75 20,25 20,75 21,25 21,75 22,25 22,75 23,25 23,75 24,5
ΔpH/ΔV vs Vpr 0 -1
1
3
5
7
9
11
13
15
17
19
21
23
25
-0.5 -1 V Δ /-1.5 H p Δ
-2 -2.5 -3
Vpr
2. Observar si el volumen de HCL necesario para alcanzar el 2do. Punto de equivalencia es o no exactamente el doble del 1er. volumen. Si no es, determinar el tipo de impureza.
Por lo tanto de la gráfica se lee los siguientes volúmenes:
-10,5mL= 11,25mL
Es casi el doble del primer volumen sin embargo se excede por una pequeña cantidad 0,75mL. Al observar que el volumen 2 es mayor que el volumen 1 sabemos entonces que se trata de una mezcla de .
3. Determinar el % de pureza del carbonato sódico y él % de impureza.
Calculo del % de pureza y % de impureza:
Los volúmenes según la gráfica: 1er punto de equivalencia:
2do punto de equivalencia: Para la segunda neutralización del
Y la reacción del
de la muestra:
21,75-(10,5*2) X= 10,5 mL 2x+y=21,75 1,75 Y=21.75-(2*10.5) --- y= 0,75mL Calculando el %de pureza e impureza:
[ ] [] 4. A partir de la curva de titulación obtenida calcular la constante de ionización de H2CO3
Con esto volumen se hace un trazo en la gráfica para hallar el pH:
Sabemos:
Calculando la constante de ionización de
:
Con esto volumen se hace un trazo en la grafica para hallar el pH:
Sabemos:
DETERMINACION DE FENOBARBITAL EN TABLETAS FARMACEUTICAS
EVALUACIÓN 1. Elabora la curva de titulación E VS Vt y determinar el punto de equivalencia por el método de la 2da, derivada. Valoramos el NaOH con biftalato de potasio y fenolftaleína Masa de biftalato= 0,2014 g Volumen de la valoración= 10,1 mL.
E vs Vt 175 150 125 100 75 50 25 0 -25 0 ) -50 V -75 m ( -100 E -125 -150 -175 -200 -225 -250 -275 -300 -325 -350
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21
Vt (mL) E vs Vt
Elaboración de la curva de titulación a partir del método de la segunda derivada V NaOH (mL) 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 4 5 6 7 8 9
E (mV) 132 -37 -44 -60 -72 -80 -95 -123 -242 -277 -287 -292 -298
ΔE
ΔV
ΔE/ΔV
-169 -7 -16 -12 -8 -15 -28 -119 -35 -10 -5 -6
0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 1 1 1 1 1 1
-338 -14 -32 -24 -16 -30 -28 -119 -35 -10 -5 -6
Vpr 0,25 0,75 1,25 1,75 2,25 2,75 3,5 4,5 5,5 6,5 7,5 8,5
2
2
2
2
ΔE
ΔV
ΔE /ΔV
162 -9 4 4 -7 -13 -91 84 25 5 -1
0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,75 1 1 1 1 1
324 -18 8 8 -14 -17,3333333 -91 84 25 5 -1
10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
-300 -303 -307 -308 -308 -309 -309 -311 -311 -311 -311
-2 -3 -4 -1 0 -1 0 -2 0 0 0
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
-2 -3 -4 -1 0 -1 0 -2 0 0 0
9,5 10,5 11,5 12,5 13,5 14,5 15,5 16,5 17,5 18,5 19,5
4 -1 -1 3 1 -1 1 -2 2 0 0
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
4 -1 -1 3 1 -1 1 -2 2 0 0
Gráfica por el método de la primera derivada:
ΔE/ΔV vs Vpr 0 -25 0 -50 -75 -100 -125 -150 V-175 Δ / E -200 Δ -225 -250 -275 -300 -325 -350 -375
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21
Vpr ΔE/ΔV vs Vpr
Gráfica por el método de la segunda derivada:
Δ2E/ΔV2 vs Vpr 350 325 300 275 250 225 200 175 150 2
V Δ / E 2 Δ
125 100 75 50 25 0 -25 0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
-50 -75 -100 -125
Vpr Δ2E/ΔV2 vs Vpr
De la gráfica se obtiene el volumen de equivalencia: Ve = 4.0 mL
2. Escribir la estructura química del fenobarbital y la respectiva reacción de titulación.
FENOBARBITAL
Fórmula
C12H12N2O3
Peso mol.
232,235 g/mol
VALORACIÓN DEL NaOH:
19
20
De la gráfica se obtiene el volumen de equivalencia: Ve = 4.0 mL
2. Escribir la estructura química del fenobarbital y la respectiva reacción de titulación.
FENOBARBITAL
Fórmula
C12H12N2O3
Peso mol.
232,235 g/mol
VALORACIÓN DEL NaOH: m(C8H5KO4)= 0,2014 g V(NaOH)m L= 10,10 mL Mesa 4:
⁄ ⁄
3. Calcular la cantidad de fenobarbital en la tableta en mg y %(P).
() ̅ ̅ ̅ mtab=0,1340 g
4. Calcular la exactitud de la determinación potencio métrica. Se conoce por la tableta que: En una tableta hay………100mg de fenobarbital.
| | | |
VI.
CONCLUSIONES:
Se logró observar la naturaleza de una curva de titulación de una base diprótica con un acido fuerte. Se determino la pureza de una muestra de carbonato sódico y la concentración del acido clorhídrico frente a una patrón primario, mediante titulación potenciometrica. Se pudo determinar la cantidad del principio activo de una tableta farmacéutica (90.66mg/tableta). VII.
RECOMENDACIONES:
Tener un concepto previo de las graficas para poder identificar con que acido se está trabajando. Se tiene que tener precaución con el electrodo que se trabaja; ya que este, es muy sensible a los protones y al pH. Para tener una buena grafica y poder ver los Ve exactos, se debe de agregar mL por mL cuidadosamente en la titulación. VIII.
BIBLIOGRAFÍA:
ANALISIS QUÍMICO INSTRUMENTAL Ing. Tarcila Alcarraz Alfaro www.google.com www.rincondelvago.com www.google/wikipedia.com