Universidad de San Carlos de Guatemala Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería Química Área de Química Laboratorio de Análisis Cualitativo Instructor (a): Inga. Adela María Marroquín González
Hidrólisis SECCIÓN
PUNTUACIÓN
1. Resumen
10
2. Objetivos
05
3. Marco teórico
05
4. Marco metodológico
05
5. Resultados (Pruebas de
15
identificación) 6. Interpretación de resultados
30
7. Conclusiones
15
8. Bibliografía
05
9. Apéndice
10
9.1 Datos originales
01
9.2 Muestra de cálculo
05
9.3 Datos calculados
04
Yasmín Paola Caal Catún 201700349 Guatemala, martes 10 de abril de 2018
CALIFICACION
1. RESUMEN
En la práctica No. 4, se estudió el equilibrio de disociación de hidrólisis h idrólisis de la sal proveniente de un ácido débil y de una especie alcalina débil, siendo el anión acetato y el catión amonio contenidos en las sales correspondientes. Además, se determinó el pH p H experimental y pH teóricos y se compararon con la finalidad de determinar los porcentajes de error de dichas mediciones. Se utilizó una alícuota de 5 mL de solución, la cual se diluyó haciendo soluciones sucesivas hasta llegar a una dilución d ilución de 1/1,000,000, llevando a cabo la medición de pH en cada dilución. Mediante el diagrama de Sillen en equilibrio de hidrólisis y el uso de ecuaciones, se determinaron los datos teóricos de pH, los cuales se compararon con los datos obtenidos experimentalmente. Además, se determinó el grado de hidrólisis
.
Se encontraron valores experimentales de pH, los cuales se relacionaron con valores teóricos y se obtuvieron los porcentajes de error los cuales fueron altos, esto debido al pH del solvente el cual no cumplía la neutralidad requerida y al mal estado de la sustancia. Se comprobó que el sentido de la reacción depende de la fuerza de disociación disoc iación de la especie libre. Las condiciones bajo las cuales se realizó la práctica fueron de 25°C y 0.84 atm.
1. RESUMEN
En la práctica No. 4, se estudió el equilibrio de disociación de hidrólisis h idrólisis de la sal proveniente de un ácido débil y de una especie alcalina débil, siendo el anión acetato y el catión amonio contenidos en las sales correspondientes. Además, se determinó el pH p H experimental y pH teóricos y se compararon con la finalidad de determinar los porcentajes de error de dichas mediciones. Se utilizó una alícuota de 5 mL de solución, la cual se diluyó haciendo soluciones sucesivas hasta llegar a una dilución d ilución de 1/1,000,000, llevando a cabo la medición de pH en cada dilución. Mediante el diagrama de Sillen en equilibrio de hidrólisis y el uso de ecuaciones, se determinaron los datos teóricos de pH, los cuales se compararon con los datos obtenidos experimentalmente. Además, se determinó el grado de hidrólisis
.
Se encontraron valores experimentales de pH, los cuales se relacionaron con valores teóricos y se obtuvieron los porcentajes de error los cuales fueron altos, esto debido al pH del solvente el cual no cumplía la neutralidad requerida y al mal estado de la sustancia. Se comprobó que el sentido de la reacción depende de la fuerza de disociación disoc iación de la especie libre. Las condiciones bajo las cuales se realizó la práctica fueron de 25°C y 0.84 atm.
2. OBJETIVOS
General Determinar el pH experimental de hidrolisis por dilución de las sales de dos especies una ácida y una alcalina, mediante el uso de ecuaciones de equilibrio de hidrólisis y del diagrama de Sillen.
Específicos 1. Determinar los valores teóricos de
, , de cada dilución
preparada a partir de las soluciones de acetato de sodio y cloruro de amonio, por medio del diagrama de Sillen y ecuaciones de equilibrio de hidrólisis. 2. Calcular el error promedio de los datos experimentales de pH con respecto a los datos teóricos para el acetato de sodio y cloruro de amonio, para determinar si los procesos fueron exactos para las especies que se disociaron. 3. Medir los potenciales de hidrógeno de cada dilución, mediante el uso del pH-metro. 4. Determinar el porcentaje de hidrólisis por medio de las concentraciones salinas y el pH.
3. MARCO TEÓRICO
3.1 Hidrólisis La hidrólisis es una reacción química que consiste en la transferencia de un protón entre un ión constituyente de una sal y el agua. Por tanto, para que ocurra una hidrólisis es necesario una sal iónica que tenga entre sus constituyentes una o dos especies conjugadas. Entre las sustancias que pueden sufrir esta reacción se encuentran numerosas sales como : los acetatos, las sales de amonio, los carbonatos, los sulfatos, etc. Al ser disueltas estas sales, primero se ionizan completamente dividiéndose en sus iones constituyentes. Luego esos iones se combinan con las moléculas del agua para producir la hidrólisis. Esto produce un desplazamiento del equilibrio de disociación del agua y como consecuencia se modifica el valor del pH. Tenemos entonces que las sales producto de un conjugado á cido o un conjugado básico generan un cambio de pH (-log[H +]) en una solución acuosa. Las reacciones de hidrólisis y disociación son reacciones similares en cuanto a que se transfiere un protón entre el agua y el soluto que se agrega. Pero guardan una particularidad, son reacciones inversas.
Para comprobar lo anterior se debe observar el siguiente ejemplo.
COOH / CO− COOH → CO− + ó COONa → CO− + ó CO− → − COOH ó Figura 1.- Demostración de reacción de hidrolisis y disociación como reacciones inversas.
De acuerdo con la Figura 1, encontramos que en la reacción de disociación uno de los reactivos es el ácido acético y que el ión acetato es parte de los productos. Lo contrario ocurre para la hidrólisis; en el lado de los productos se tiene al ácido acético y en el de los reactivos se encuentra el ión acetato. Si se establecen las ecuaciones de las constantes para la disociación e hidrólisis queda de la siguiente forma:
− ][ + ] [ CO = [COOH]
−] [ ][ COOH = [ CO−]
Figura 2.- Constantes para la disociación e hidrólisis.
Al multiplicar ambas ecuaciones, se obtiene la misma relación que guardan las constantes
. [ 3][] =
Figura 3.- Relación entre las constantes de disociación e hidrólisis.
Las disoluciones acuosas de sales pueden ser neutras, ácidas o básicas. De los iones procedentes de las sales, solamente se hidrolizarán los aniones procedentes del ácido débil, o los cationes procedentes de base débil.
Notaciones más comunes para las constantes de hidrólisis:
cido Constante de hidrólisis
, ,,
Base
, ,,
3.2 Diagrama de Sillen El diagrama de Sillen es uno de los 2 diagramas conocidos por el cual se puede graficar la hidrolisis o disociación. Utilizando métodos matemáticos combinándolos con los métodos analíticos podemos obtener ecuaciones exactas para determinar las diferentes componentes de una solución, con estos procesos se podrán demostrar el comportamiento de una solución al ser diluida en agua, este diagrama tiene una gran similitud con el diagrama de Flood, dándonos cuenta que ambos tienen la misma regionalización y comparten algunas ecuaciones. Figura 4.- Regionalización del diagrama de Sillen
Las zonas marcadas con líneas inclinadas representan ácidos y bases débiles.
Figura 5.- Diagrama de Sillen y sus parámetros
3.3 Dilución Es la reducción de la concentración de una sustancia química en una disolución. La disolución es una mezcla homogénea a nivel molecular o iónico de 2 o más sustancias que no reaccionan entre sí, cuyos componentes se encuentran en proporción que varía entre ciertos límites. También se puede definir como una mezcla homogénea formada por un disolvente y por uno o varios solutos. Un electrolito es una sustancia que genera iones al disolverse en agua, es cualquier sustancia que contiene iones libres, los que se comportan como medio conductor eléctrico. Debido a que generalmente consisten en iones en solución, los electrolitos también son conocidos como: diluciones iónicas.
3.2.1 Electrolito fuerte: Es una sustancia que está completamente disociada en disolución.
3.2.2 Electrolito débil: Es una sustancia que esta solo parcialmente, disociada en disolución, según una reacción reversible.
4. MARCO METODOLÓGICO
4.1 Cristalería y equipo utilizado
1 Probeta de 25 mL.
1 Beaker de 250 mL.
1 Balón aforado de 50 mL..
1 Potenciómetro.
4.2 Reactivos
Acetato de sodio.
Cloruro de amonio.
4.3 Procedimiento experimental dilución. 1. Se preparó el equipo a utilizar, se lavó y secó bien la cristalería. 2. Se preparó 50 mL de una solución de cloruro de amonio 1 M. 3. Se preparó una solución de Acetato de sodio a una concentración 1 M. 4. Se midió el pH de cada solución. 5. Se tomó una alícuota de 5 mL de la muestra de sal a utilizar. 6. Se verificó que el pH del solvente a utilizar (agua destilada) se estabilice a pH=7. 7. Se colocó los 5 mL de la sal en un balón de 50 mL y se aforo. 8. Se midió el pH de la solución preparada. 9. Se realizaron las diluciones hasta llegar a 1/ 1,000,000.
10. Se procedió a neutralizar los desechos y realizar la limpieza del laboratorio.
4.4 Procedimiento teórico uso del diagrama de Sillen.
del ácido en el eje de las ordenadas o eje y del diagrama. 2. Se ubicó el del ácido en el eje de las abscisas o eje x del diagrama. 3. Se trazó una línea a 45° en el punto que intercepta la línea del . 1. Se ubicó la
4. Se trazó una línea horizontal hacia el eje y, en el punto donde intercepta con la línea del 100% de disociación.
4.5 Diagrama de flujo dilución de la sal.
Figura 6. - Di agr ama de flujo de
dilución.
4.3 Diagrama de flujo diagrama de Sillen.
Figura 6. - Di agr ama de flujo diag rama de S illen.
5. RESULTADOS
Tabla No. 12. pH experimentales, pH teóricos de hidrólisis ácida cloruro de amonio
.
Corrida 1 2 3 4 5 6 7
Cloruro de amonio Dilución pH (experimental) 1 5.78 0.1 6.29 0.01 6.81 0.001 7.17 0.0001 7.22 0.00001 7.31 0.000001 7.39
pH (Teórico) 4.625 5.125 6.625 6.100 6.590 6.904 6.988
Fuente: Elaboración propia. Datos calculados 2018.
Tabla No. 13. pH experimentales, pH teóricos de hidrólisis alcalina acetato de sodio
.
Corrida 1 2 3 4 5 6 7
Acetato de sodio Dilución pH (experimental) 1 7.74 0.1 6.95 0.01 6.75 0.001 6.73 0.0001 6.71 0.00001 6.73 0.000001 6.78
Fuente: Elaboración propia. Datos calculados 2018.
pH (Teórico) 9.35 8.88 8.375 7.750 7.410 7.096 7.012
experimentales, teóricos de hidrolisis ácida cloruro de amonio . Tabla No. 14.
Cloruro de amonio
Corrida 1 2 3 4 5 6 7
Dilución 1 0.1 0.01 0.001 0.0001 0.00001 0.000001
(experimental) 2.30 2.81 3.95 4.67 4.50 4.20 4.04
(Teórico) 0 1 2 3 4 5 6
Fuente: Elaboración propia. Datos calculados 2018.
experimentales, teóricos de hidrólisis alcalina acetato de sodio . Tabla No. 15.
Acetato de sodio
Corrida 1 2 3 4 5 6 7
Dilución 1 0.1 0.01 0.001 0.0001 0.00001 0.000001
(experimental) 3.25 5.25 4.50 4.35 4.30 4.35 4.50
Fuente: Elaboración propia. Datos calculados 2018.
pC (Teórico) 0 1 2 3 4 5 6
experimentales, teóricos de hidrolisis ácida cloruro de amonio . Tabla No. 16.
Cloruro de amonio
Corrida 1 2 3 4 5 6 7
Dilución 1 0.1 0.01 0.001 0.0001 0.00001 0.000001
(experimental) 3.45 3.24 2.70 2.49 2.54 2.63 2.70
(Teórico) 4.625 4.125 3.625 3.100 2.7196 2.402 2.2798
Fuente: Elaboración propia. Datos calculados 2018.
experimentales, teóricos de hidrolisis alcalina acetato de sodio . Tabla No. 17.
Acetato de sodio
Corrida 1 2 3 4 5 6 7
Dilución 1 0.1 0.01 0.001 0.0001 0.00001 0.000001
(experimental) 3.00 2.25 2.78 1.99 2.01 1.99 2.04
Fuente: Elaboración propia. Datos calculados 2018.
(Teórico) 4.625 4.100 3.650 3.250 2.720 2.400 2.280
5.1 Análisis de error. 5.1.1 Porcentajes de error. Tabla No. 18. Porcentajes de error y exactitud de los pH del cloruro de amonio
.
Porcentaje de error (%) 24.70 22.73 27.90 17.54 9.56 5.79 5.72
Exactitud (%) 75.3 77.27 72.10 82.46 90.44 90.21 94.28
Fuente: Elaboración propia. Datos calculados 2018. Tabla No. 19. Porcentajes de error y exactitud de los pH del acetato de sodio. Acetato de sodio
Porcentaje de error (%) 17.22 21.73 19.45 13.16 9.45 5.21 3.28
Exactitud (%) 82.78 78.27 80.55 86.84 90.55 94.79 96.72
Fuente: Elaboración propia. Datos calculados 2018. Tabla No. 20. Porcentajes de error y exactitud de los pC del acetato de sodio. Acetato de sodio.
Porcentaje de error (%) ----425.00 125.00 45.00 7.500 13.00 25.00 Fuente: Elaboración propia. Datos calculados 2018.
Exactitud (%) ----325 -25 55 92.5 87 75
Tabla No. 21. Porcentajes de error y exactitud de los pC del cloruro amonio. Cloruro de amonio
Porcentaje de error (%) ----181.00 97.50 55.67 12.50 15.20 32.67
Exactitud (%) -----81 2.50 44.33 87.5 84.8 67.33
Fuente: Elaboración propia. Datos calculados 2018. Tabla No. 22. Porcentajes de error y exactitud de las fracciones de hidrolisis del acetato de sodio. Acetato de sodio
Porcentaje de error (%) 46.71 45.12 24.66 38.37 26.10 17.08 10.53
Exactitud (%) 53.29 54.88 75.34 61.23 73.9 82.92 89.47
Fuente: Elaboración propia. Datos calculados 2018. Tabla No. 23. Porcentajes de error y exactitud de las fracciones de hidrolisis del cloruro de amonio. Cloruro de amonio
Porcentaje de error (%) 25.41 21.45 25.52 19.68 6.62 9.58 18.42 Fuente: Elaboración propia. Datos calculados 2018.
Exactitud (%) 74.59 78.55 74.48 80.32 93.38 90.42 81.58
8. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
Lotep, A. Charles. (2009). Hidrolisis (tercera edición.). México. McGrahill; páginas 261, 252 y 272. Dick, J. (1979). Química analítica, editorial Manual moderno, 1979(Undécima ed.). México D. F. Serin, P. Hidrolisis [en linea]. [Fecha de consulta: 01 de marzo del 2018]. Disponible en https://www.academia.edu/23063390/HIDR%C3%93LSIS_DILUCIONES _Y_DIAGRAMA_DE_SILLEN Campos, E. (1983) Diluciones . México, Grupo Editorial Iberoamérica. Capítulo 11, páginas 265-278.
9.2 Muestra de cálculo
9.2.1 Determinación de pC por medio de la ecuación No. 4 de Buffer.
[+] [+] [+] = = [+][+] [+] [+] + [ ] [+][+] [+] + = [ ] [+]
ó .
[] = ó ℎ. = ó . = . = . = 7.22
[+][+] [+] + = [ ] [+] =3.1681810−
ó. =4.50
9.2.7 Determinación de la fracción molar hidrolizada (
por medio de la
ecuación No. 7 de Buffer.
[] ( ) =
ó . 0 = ó ℎ. = ó . = . = . = 7.17 =3.25103 ó.
=2.488
9.2.8 Determinación de la constante
.
= ó . = ó . = . = − 1 10 = 1.8 10− = 5.556 10− ó. log = =9.255
9.2.9 Determinación de la concentración de iones hidronio por medio de la ecuación No. 5 de buffer.
[+] [+] = ó .
= ó . = . = ó . [+] 110−[+] 110−0.0001 = 0 1.810− 1.810− [+] = 9.9998 105 ó ℎ. log[] = =4.00 9.3 Análisis de Error. 9.3.2
Porcentaje de error.
%= × ó . = ó. = .
%= 11.5 1 ×100 %=50%
9.3.3 Exactitud. Exactitud = 100%- error%
Ecuación No. 6
error% = Porcentaje de error (%).
%=10050% % = 50% 9.4 Datos calculados 9.3.1 Incertezas Tabla 1. – Incertezas de los ins trumentos utilizados.
Instrumento
Incerteza
Pipeta
±0,01 mL
Beaker
±5% / 250 mL
Bureta
±0,03 mL
Balón aforado
±0.08 mL
Balanza
±0.1 g
pH-metro
±0.001
Fuente: Laboratorio Química 1, edificio T-5.
9.3.2 Datos obtenidos y calculados Tabla 2. – Valores teóricos de pH y pC y p 0 de la disolución de acetato de sodio. pC 0 1 2 3 4 5 6
Acetato de sodio
9.35 8.88 8.37 7.75 7.41 7.10 7.01
4.74
4.625 4.125 3.625 3.120 2.720 2.402 2.280
Fuente: Muestra de cálculo, ecuaciones 1 y 2. Tabla 3. – Valores teóricos de pH y pC y p 0 de la disolución de cloruro de amonio. pC 0 1 2 3 4 5 6
Cloruro de amonio
4.625 5.125 6.625 6.100 6.590 6.904 6.988
9.26
4.625 4.125 3.625 3.100 2.7196 2.402 2.2798
Fuente: Muestra de cálculo, ecuación 4 y diagrama de Sillen. Tabla 4. – Valores experimentales de la disolución de acetato de sodio. pC 3.25 5.25 4.50 4.35 4.30 4.35 4.50
Acetato de sodio
4.74
Fuente: Muestra de cálculo, ecuaciones 1 y 2.
7.74 6.95 6.75 6.73 6.71 6.73 6.78
3.00 2.25 2.78 1.99 2.01 1.99 2.04
Tabla 5. – Valores experimentales de la disolución de cloruro de amonio.
pC 2.30 2.81 3.95 4.67 4.50 4.24 4.04
Cloruro de amonio
5.78 6.29 6.81 7.17 7.22 7.31 7.39
9.26
3.45 3.24 2.70 2.49 2.54 2.63 2.70
Fuente: Muestra de cálculo, ecuaciones 1, 2 y 3. 5.1 Análisis de error. 5.1.1 Porcentajes de error. Tabla No. 6. Porcentajes de error y exactitud de los pH del acetato de sodio.
ó
7.74 6.95 6.75 6.73 6.71 6.73 6.78
9.350 8.880 8.375 7.750 7.410 7.096 7.012
Acetato de sodio
Porcentaje de error (%) 17.22 21.73 19.45 13.16 9.45 5.21 3.28
Exactitud (%) 82.78 78.27 80.55 86.84 90.55 94.79 96.72
Fuente: Elaboración propia. Muestra de cálculo, ecuaciones 5 y 6. Tabla No. 7. Porcentajes de error y exactitud de los pH del cloruro de amonio.
ó
5.78 6.29 6.81 7.17 7.22 7.31 7.39
4.625 5.125 6.625 6.100 6.590 6.904 6.988
Cloruro de amonio
Porcentaje de error (%) 24.70 22.73 27.90 17.54 9.56 5.79 5.72
Exactitud (%) 75.3 77.27 72.10 82.46 90.44 90.21 94.28
Fuente: Elaboración propia. Muestra de cálculo, ecuaciones 5 y 6.
Tabla No. 8. Porcentajes de error y exactitud de los pC del acetato de sodio.
ó
3.25 5.25 4.50 4.35 4.30 4.35 4.50
0 1 2 3 4 5 6
Porcentaje de error (%) ----425.00 125.00 45.00 7.50 13.00 25.00
Exactitud (%) -----325 -25 55 92.5 87 75
Fuente: Elaboración propia. Muestra de cálculo, ecuaciones 5 y 6. Tabla No. 9. Porcentajes de error y exactitud de los pC del cloruro de amonio.
ó
2.30 2.81 3.95 4.67 4.50 4.24 4.04
0 1 2 3 4 5 6
Cloruro de amonio
Porcentaje de error (%) ---181.00 97.50 55.67 12.50 15.20 32.67
Exactitud (%) ----81.00 2.500 44.33 87.5 84.8 67.33
Fuente: Elaboración propia. Muestra de cálculo, ecuaciones 5 y 6. Tabla No. 10. Porcentajes de error y exactitud de las fracciones de hidrolisis del acetato de sodio.
ó
3.00 2.25 2.78 1.99 2.01 1.99 2.04
4.63 4.10 3.65 3.25 2.72 2.40 2.28
Acetato de sodio
Porcentaje de error (%) 46.71 45.12 24.66 38.77 26.10 17.08 10.53
Exactitud (%) 53.29 54.88 75.34 61.23 73.9 82.92 89.47
Fuente: Elaboración propia. Muestra de cálculo, ecuaciones 5 y 6.
Tabla No. 11. Porcentajes de error y exactitud de las fracciones de hidrolisis del cloruro de amonio.
ó
3.45 3.24 2.70 2.49 2.54 2.63 2.70
4.625 4.125 3.625 3.100 2.719 2.402 2.2798
Cloruro de amonio
Porcentaje de error (%) 25.41 21.45 25.52 19.68 6.62 9.58 18.42
Exactitud (%) 74.59 78.55 74.48 80.32 93.38 90.42 81.58
Fuente: Elaboración propia. Muestra de cálculo, ecuaciones 5 y 6.
6. INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS
En la tercera práctica del laboratorio titulada
“Hidrolisis” se
tuvo como
objetivo primordial estudiar el equilibrio de disociación de hidrólisis de la sal proveniente de un ácido débil y de una especie alcalina débil, además, explicar mediante el diagrama de Sillen el comportamiento soluto- solvente del acetato de sodio, se calculó el pC, pH y p 0 tanto teórico, como experimental de cada disolución. Para ello se tomó una muestra inicial de cada solución y se diluyó hasta 1/ 1,000,000. Se utilizó como solvente el agua, el cual se encontraba con un pH de 6.97. La autoprotolisis del agua aumenta con la temperatura, esto quiere decir que la concentración de iones hidronio
+ es más alta, y por lo tanto se espera que
el pH sea menor, en este caso se buscaba que el agua llegara a su pH neutro, es decir de 7. En los diagramas de Sillen los cuales representan las distintas gráficas teóricas y experimentales, se observan curvas que representan el comportamiento en disolución acuosa del acetato de sodio y cloruro de amonio, en cada una de las diluciones realizadas. Se observa que los pH teóricos del acetato de sodio tienden a del cloruro de amonio disminuye tendiendo a
1, entre
1 y el
más diluida se
encuentre la solución mayor será su comportamiento al de un electrólito fuerte.
En la tabla No. 12 y 13, las cuales indican los valores teóricos y experimentales de pH, se observó que los valores experimentales no se encuentran muy lejanos a los valores teóricos determinados por diagrama de Sillen y por sus ecuaciones respectivas y según las tablas No. 18 y 19, los porcentajes de error obtenido nos indica la precisión de nuestro s datos los cuales no son demasiado alto por lo que es posible concluir que la exactitud alta y confiable. Un aspecto importante a tomar en cuenta son los posibles factores que influyen en el pH como lo es la temperatura, la cual no presenta variaciones muy elevadas sin embargo es necesario tomarla en cuenta debido a que las condiciones de trabajo no fueron de 25°C. Al observar los valores obtenidos de pH tenemos que para el acetato de sodio este tiene carácter básico, debido a los productos que se obtienen al disociarse. Uno de sus productos es el ión sodio el cual es incapaz de reaccionar para producir hidróxido de sodio debido a que es un ácido débil. Sin embargo, el otro producto formado de la disociación del acetato de sodio es el ión acetato, este es capaz de aceptar protones por lo que se comporta como una base de Bronsted-Lowry y es capaz de formar ácido acético. Además, es importante resaltar que el cloruro de amonio tiene carácter ácido y esto se debe que a l sufrir hidrólisis este produce iones hidronio. Según la tabla 12, se observó que a medida que avanzan las diluciones el pH aumenta, esto se debe a que la concentración del soluto se reduce en el solvente perdiendo así su efecto en el pH de la solución, es decir, el aumento de pH se debe a que, al agregar agua, la concentración de iones hidronio disminuye. Según la tabla 13, se observó que a medida que avanzan las diluciones, el pH de la solución de cloruro de amonio disminuye, esto debido a que aumentó la concentración de iones
−.
