Universidad San Francisco de Quito Laboratorio de Química General II Preparación de una solución amortiguadora (Buffer ! determinación de su capacidad "amponante# Informe $o# %
Nombre: Mauro Espinosa S.
Fecha: 19 de noviembre de 2012
Código: 00107099
ara!e!o: 1
Objetivos de la Práctica: •
Es"udiar e! compor"amien"o de una so!ución amor"iguadora #$%. &na!i'ar ( preparar una so!ución amor"iguadora )ue posee capacidad "amponan"e.
Introducción: Introducción:
*na so!ución bu++er es a)ue!!a cu(o p, var-a mu( poco cuando se di!u(e o se agregan pe)ueas can"idades de /cido o base. Es"os sis"emas son de d e vi"a! impor"ancia por eemp!o e emp!o !a sangre con"iene un comp!eo sis"ema regu!ador )ue man"iene e! p, a!rededor de 7 con una a!"eración de apenas 0 unidades de es"e va!or puede ser mor"a! para una persona. *na gran can"idad de reacciones )u-micas ( su ap!icación en "i"u!aciones se rea!i'an a p, cons"an"e #$%.
3a so!ución bu++er m/s com4n es"/ cons"i"uida por un /cido d5bi! ( su base conugada. *na so!ución 010 M en /cido ac5"ico ,& ( 010 M en ace"a"o de sodio Na& es un eemp!o de es"e "ipo de bu++er. Su resis"encia a !os cambios de p, puede e6p!icarse ana!i'ando e! e)ui!ibrio de disociación de! /cido d5bi! d5b i! #$%.
−¿ ¿ + ¿ + A
¿
HA ↔ H
Página | 1
+¿ ¿
H
¿ −¿
A
¿
¿ ¿ −5
K a=1,8 x 10 =¿
3a concen"ración de pro"ones en e)ui!ibrio es re!a"ivamen"e pe)uea 16108 M correspondien"e a un p, 7 #$%.
Si se agrega a!go de base +uer"e reaccionar/ con e! /cido d5bi! ,& generando agua ( base conugada ace"a"o. 3a concen"ración de! /cido disminuir/ ( !a concen"ración de !a base conugada incremen"ar ( se "endr/n )ue eva!uar !as concen"raciones en !a e6presión de !a cons"an"e de e)ui!ibrio a +in de de"erminar !a can"idad de pro"ones en e! medio #$%.
E! m5"odo m/s genera! para preparar una so!ución bu++er es par"ir de! /cido d5bi! ( una sa! de su base conugada por eemp!o /cido ben'oico con ben'oa"o de sodio. En es"os casos se +ia e! va!or de! p, de! medio ( se ob"iene !a re!ación base conugada8 /cido d5bi! en +unción de !a cons"an"e de e)ui!ibrio de disociación de! /cido #$%.
−¿¿ A
¿
H
¿ +¿ ¿ ¿
Es"o es v/!ido si #, ;% << #,&% adem/s si !as concen"raciones en e)ui!ibrio de! /cido ( !a base conugada se apro6iman a !as mo!aridades en so!ución !a e6presión se "rans+orma en: H ¿ +¿ ¿ M A / M HA = K a / ¿
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3a adición de pe)ueas can"idades de /cido o base a una so!ución amor"iguadora produce so!o un cambio pe)ueo de p, por)ue e! amor"iguador reacciona con e! /cido o base agregad. 3as so!uciones amor"iguadoras se preparan con un /cido d5bi! ( una sa! de ese /cido o con una base d5bi! ( una sa! de esa base #$%.
*n bu++er preparado con un /cido d5bi! ,& ( una sa! sódica de es"e /cido Na& con"iene en so!ución e! /cido no ioni'ado en e)ui!ibrio con !os iones correspondien"es #$%.
−¿(ac ) +¿ ( ac )+ A ¿ ¿ HA ( ac ) ↔ H −¿ ( ac) +¿ ( ac ) + A¿ NaA ↔ Na
¿
= "ambi5n !os iones de !a sa! )ue como e!ec"ro!i"o +uer"e se ioni'a comp!e"amen"e con e! anión com4n. &s- !a concen"ración de! ,& sin disociar es igua! a !a concen"ración de !a sa! dado )ue es"a es "o"a!men"e ioni'ada #$%. A ¿ −¿ ¿¿ ¿ ¿
pH = pKa+ log ¿
Es"a es !a ecuación de ,enderson8,asse!bach. E! p, de! bu++er depender/ de! va!or de >a de! /cido ( de !as concen"raciones de! /cido ( !a sa! #$%. Materiales:
E)uipo ma"eria!es ( reac"ivos: 8 8 8 8 8 8
?os Er!enme(er de 20 m3 Sopor"e universa! *na bure"a in'as para bure"a Esp/"u!a ice"a
8 8 8 8 8
@icarbona"o de sodio Na,CA$ So!ución 0.2 M de Na2CA$ So!ución 0.02M de Na2CA$ So!ución 0.1 M de NaA, &gua des"i!ada
8
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-
Procedimiento Experimental:
&# Beri+icar si e! ma"eria! se encuen"ra en buenas condiciones de uso. '# ?e"erminar !a can"idad de Na,CA$ necesaria para aadir a 100 m3 de una so!ución
02 M de Na2CA$ para preparar una so!ución bu++er de p, 10 so!ución &D considerando )ue e! >a de! Na2CA$ es 7610811. # Medir e! p, usando e! medidor de p, previamen"e ca!ibrado. )# epi"a !os pasos dos ( "res para !a so!ución 0 02 M de Na2CA$ de es"a +orma prepare
!a so!ución bu++er @. *# Co!o)ue !a so!ución de NaA, en una bure"a. &ada a!-cuo"as de 0 m3 de NaA,
01 M. has"a comp!e"ar m3 de NaA, ( mida e! cambio de p, para !as so!uciones bu++er & ( @. +# Abservar !a capacidad "amponan"e de !as dos so!uciones & ( @. ,# Ca!cu!ar e! p, de !a so!ución amor"iguadora u"i!i'a. -# Ca!cu!ar e! p, de !a so!ución amor"iguadora !uego de !a adición de NaA, acD 01
M. 9. Comparar !os va!ores ca!cu!ados con !os va!ores medidos. & )u5 conc!usión se !!ega
a! comparar !os p,s +ina!es. 8 8 8 8 8 -
Resultados:
&# "abla $o# &. Solución Buffer /ue emplea $a'01 2#' 3 4 4 4 4
8 4 8
8 8 8 8
56017 0antidad de 6014 p6 medido p6 calculado
0.$ mo! 3 $7g 1017 10
Para el p6 calculado.
8
(
)(
( 5 mL) 0,1 mol NaOH L
1 L 100 mL
)(
1 mLNa2 CO 3 1 mol NaOH
)=
0.0005 mol Na2 CO3
8 0.43 −0.0005 M = =0.405 M 1 L ( 105 mL) 1000 mL
(
8
)
8 pH =( log 4,7 x 10
− 11
-
) + log
0,2 =10 0,43 M
8 4
Para el porcenta8e de error. pH teorico − pH experimental %Error = ∗100 pH teorico
8
8
%Error =
10−10,17 ∗ 100=1,7 10
8 '# "abla $o# '. Solución Buffer /ue emplea $a'01 2#2' 3 4 4 4 4
8 4 8
56017 0antidad de 6014 p6 medido p6 calculado
8 8 8 8
0. 00$ mo! 3 0.0$7g 10.2 10
Para el p6 calculado.
8
(
)(
( 5 mL) 0,1 mol NaOH L
1 L 100 mL
)(
1 mLNa2 CO 3 1 mol NaOH
)=
0.0005 mol Na2 CO3
8 M = 8
0.043 −0.0005
(
( 105 mL) 1 L 1000 mL
)
=0.405 M
8 −11
-
pH =( log 4,7 x 10 8
4
Para el porcenta8e de error.
) + log
0,02 =10 0,043 M
%Error =
8
8
%Error =
pH teorico − pH experimental ∗100 pH teorico
10−10,42 ∗100 =4 , 2 10 8
8 # "abla $o# . 0apacidad tamponante o amortiguadora. 4
$
4
Solución
4
Solución
a
9mortiguadora 9
9mortiguadora B p6
1
p6 medido
medido
6
m 4 4
L 2 2
8 8
10.17 10.17
8 8
10.2 10.$
8 8
10.17 10.1
8 8
10. 10.
8 8
10.1 10.1
8 8
10.7 10.7
8 8
10.17 10.19
8 8
10.7 10.
8 8
10.19 10.19
8 8
10.9 10.0
# 4 4
* & & #
4 4
* ' ' #
4 4
* #
4 4
* ) ) # *
4
*
8
10.20
8
10.0
8 8
Se puede observar en !a "ab!a No. $ cómo ac"4an !as so!uciones
amor"iguadoras a! reaccionar con !a sus"ancia deseada. Se no"a )ue !a so!ución & se acerca m/s a! p, 10 )ue !a so!ución @. -
iscusiones:
8
En
es"a
pr/c"ica
de
!abora"orio se preparó una so!ución amor"iguadora bu++erD donde se pudo observar )ue e! p, var-a mu( poco cuando se di!u(e o se agrega pe)ueas can"idades de /c ido o base. 8 8 Seg4n !os resu!"ados ob"enidos ( ano"ados en !a "ab!a No. $ se puede observar como e! p, de !a so!ución & ( @ ha variado mien"ras !a can"idad de NaA, va aumen"ando en !as so!ucionesG aumen"a desde 1017 has"a 1020 para so!ución & ( desde 10.2 has"a 100 en !a so!ución @ bordeando a un p, de 10 apro6imadamen"e. or o"ro !ado e6is"e porcen"ae pe)ueo de error en !a medición de! p, de ambas so!uciones (a sea por)ue e! medidor de p, es"uviera ma! ca!ibrado o por no haber secado e! correc"amen"e despu5s de cada medición. 8 8 or o"ro !ado "ambi5n pudo haber in+!uido en e! porcen"ae de error e! hecho de )ue una so!ución amor"iguadora resu!"ó m/s e+ec"iva )ue o"ra. Como se puede observar !a so!ución amor"iguadora & se encuen"ra m/s cerca de! p, 10 )ue se desea ob"ener pero !a so!ución amor"iguadora @ m/s bien se a!ea de ese va!or. or !o )ue se conc!u(e )ue !a so!ución & es un meor amor"iguador. 8
"
-
!onclusiones:
-
E! p, de !a so!ución bu++er var-a mu( poco. Se hi'o una so!ución amor"iguadora con carbona"o de sodio ( bicarbona"o de
-
sodio. Se de"erminó !a capacidad "amponan"e de !a so!ución amor"iguadora. E! p, medido ( ca!cu!ado de !as so!uciones & ( @ rodea e! va!or de 10. 8
-
!uestionario Post laboratorio:
:Si se continuara agregando solución de $a16 (ac gota a gota a al solución buffer; amortiguar< la solución buffer indefinidamente a la base agregada=
8
No se amor"iguar/
inde+inidamen"e debido a )ue !a base agregada posee un !-mi"e de p,. Como se pudo ver en e! e6perimen"o a! aadir cada ve' m/s can"idad de NaA, e! p, de !a so!ución aumen"aba pero en pe)ueas can"idades por !o )ue es probab!e )ue e! p, no cambie
#
inde+inidamen"e despu5s de agregar una cier"a can"idad de !a so!ución bu++er #1%. 8 :Por /u> son importantes las soluciones buffer= :Son necesarios= 8 Son mu( impor"an"es (a )ue !as so!uciones bu++er pueden producir una "endencia hacia !os reac"ivos o hacia !os produc"os con e! obe"ivo de man"ener !e e)ui!ibrio ( por ende su p,G as- "ambi5n son impor"an"es para nues"ros procesos vi"a!es. #2% 8
Son mu( necesarios en
especia! para !os procesos vi"a!es de !as personas como: e! p, de !os ugos g/s"ricos a(udan a !a diges"ión de !os a!imen"os se man"ienen en"re 1.H 8 1.7 median"e !a acción amor"iguadora !a sa!iva se man"iene a un p, de .0. #2% 3a sangre man"iene con mucha e6ac"i"ud en"re !os !imi"es de! p, norma! de 7.$ ( 7. por un sis"ema comp!eo de so!uciones amor"iguadoras )ue consis"en en pro"e-nas de! suero )ue cons"a de
$
amino/cidos. #2% 8 :0u
pudo observar )ue !a so!ución amor"iguadora @ posee ma(or capacidad "amponan"e debido a )ue no sobrepasa demasiado e! va!or de p, 10 mas bien procura man"ener!o es"ab!e. Se puede demos"rar ma"em/"icamen"e haciendo un promedio de !os p,s ob"enidos. ara !a so!ución & e! promedio es de 101 para !a so!ución @ e! promedio es de 10H #1%. 8 8
&dem/s a par"ir de es"os
da"os se puede comparar !os p,s con e! p>a de !a so!ución: 8 −11
pKa=−log 4,7 x 10
8 8
=10,33
para A : pH = 10,18
paraB : pH =10,46
pKa≈ pH
8 8
8
10,33 ≈ 10,46 Con es"o se demues"ra
)ue !a so!ución con e! p, m/s cercano a! p>a de !a so!ución es !a sus"ancia %
amor"iguadora @ por !o )ue es !a )ue posee ma(or capacidad "amponan"e. :Qu> buffer utili@a la sangre= Apli/ue# 8 o bicarbona"o en sis"ema "ampón es"e b/sicamen"e
3!amado /cido carbónico igua!a e! p, de !a sangre (
neu"ra!i'a e! p, de! )uimo bo!o a!imen"icioD en e! es"ómago en"ra en e! in"es"ino de!gado. #$% En o"ras pa!abras e! /cido carbónico es uno de !os sis"emas de "amponamien"o principa!es )ue se u"i!i'an para man"ener e! p, de !a sangre de mam-+eros. #$% 8 8
3a ecuación de! e+ec"o
"ampón en !a sangre es e! siguien"e: ,; acD ; ,CA$8 acD I ,2CA$ I ,2A !D ; CA2 gD 8 -
El procedimiento es el
siguiente: 8
3os pu!mones e6pu!sar
CA2 !o )ue e!eva e! p, (a )ue !os iones de hidrógeno "iene )ue ser consumido con iones de bicarbona"o con e! +in de producir CA2. #1% ara evi"ar demasiados hidrógenos se pierdan !os riones a e!iminar e! e6ceso de iones de bicarbona"o. #1% Como resu!"ado e! e)ui!ibrio se desp!a'a hacia !a derecha de modo )ue !os iones de bicarbona"o se producen m/s para remp!a'ar !os perdidosD ( como resu!"ado m/s iones de hidrógeno se producen !o )ue disminu(e e! p,. #2% 8 Cuando su cuerpo u"i!i'a energ-a para rea!i'ar e! "rabao como e! eercicioD un mon"ón de CA2 )ue se produce. Es"e CA2 se disue!ve parcia!men"e en e! p!asma ( !os g!óbu!os roos pero !a ma(or par"e "ermina combina con e! agua para +ormar /cido carbónico ,2CA$D )ue se disocia m/s en iones , ; ( ,CA$8iones. #2% 3a en'ima )ue combina e! agua ( e! CA2 para +ormar /cido carbónico se !!ama !a anhidrasa carbónica. #$% Es"o ocurre
principa!men"e en !os capi!ares de! sis"ema de circu!ación. #1% 3a iones bicarbona"o ,CA$8D !uego se "ranspor"an a "rav5s de! sis"ema de circu!ación has"a )ue !!egan a !os pu!mones cuando se combinan con iones de hidrógeno para +ormar CA2 ( agua. #1%
&
Es"e CA2 es en"onces e6pu!sado por !os pu!mones. 8 Ascriba la ecuación /uímica para la reacción /ue ocurre cuando se aCade una solución 2#& 3 de $a16# -
3a ecuación es !a misma
para !a reacción eva!uada en es"e e6perimen"o. 8
NaA,acD ; Na,CA$acD I Na2CA$acD ; ,2A!D -
8 8 8
Re'erencias: 8 #1% @roJn K. 3eMa( E. @urs"en @. Murph( C. 2009D. Química la Ciencia Central. M56ico ?. F. earson Educación. #2% Chang . 2007D. Química. M56ico ?. F. McLraJ8,i!! n"eramericana. #$% Areue!a 3. 2012D. Manual de Laoratorio Qui12! Química "eneral #. ui"o. *niversidad San Francisco de ui"o.
