Trabajo Colaborativo PH

Modulo Fundamentos de Química Q uímica Trabajo Colaborativo

Fundamentos de Química Trabajo colaborativo Semanas 3, 4 y 5

Identificación Identificaci ón de acidez y basicidad de algunas sustancias de uso cotidiano mediante indicador de pH de repollo morado Estimado estudiante, tenga en cuenta la siguiente informacion: •

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Cada estudiante debe identificar su grupo e ir al foro que tiene el numero de su grupo. Ingrese por el foro denominado “foro de desarrollo semanas 3, 4 y 5” . Si usted participa en un foro diferente o por fuera de este sus aportes no serán tenidos en cuanta.

En este espacio (FORO GRUPAL), deberá subir el aporte del experimento individual (semana 3 – del del martes 28 de mayo al martes 4 de junio). Lea las instrucciones para ello en el contenido del trabajo colaborativo. La segunda fase también es de forma INDIVIDUAL, PERO CONTRIBUYENDO DE FORMA GRUPAL, lo cual debe aportar al trabajo y los comentarios de los demás integrantes del grupo con el fin de que entre todos construyan conocimiento y se genere una discusión grupal clara y respetuosa. Se desarrollará durante las semanas 4 y 5 (la participación de la semana 4 empieza el miercoles 5 de junio y termina el martes 11 de junio, y la participación de la semana 5 empieza el miercoles 12 de junio y termina el martes 18 de junio), donde cada estudiante hará sus aportes, comparaciones, retroalimentación y discusiones de su experimento y el de sus compañeros de grupo en el foro y darán respuesta a las cuestiones cues tiones que se plantean en estas semanas. Por lo tanto, cada estudiante debe tener como mínimo tres participaciones en el foro (semana a semana). Revise las pautas del trabajo colaborativo. Para el viernes 21 de junio se deben consolidar las participaciones de cada integrante y enviar este consolidado (antes de las 11.55pm) en un único documento PDF en su foro grupal (UNO SOLO POR GRUPO), luego de esta hora la plataforma se cerrará y NO podrá subirlo por ningún otro medio, por favor no insista. NOTA: Revise las pautas del trabajo colaborativo colaborativo y los criterios criterios de evaluación, evaluación, pues serán su guía y le evitaran tener tener inconvenient inconvenientes es con su participaci participación ón y su calificación. calificación.


ntro ucc n Desde los inicios de la qu í mica mica experimental, los cient í ficos ficos han reconocido a los ácidos o las bases por sus propiedades caracter í sticas. sticas. Los ácidos tienen sabor agrio (por ejemplo, el ácido cí trico trico del jugo de lim ón) y hacen que ciertos tintes cambien de color (por ejemplo, el tornasol se vuelve rojo en contacto con los ácidos). De hecho, la palabra ácido proviene de la palabra latina acidus, que significa agrio o acre. Las bases, en cambio, tienen sabor amargo y son resbalosas al tacto (el jab ón es un buen ejemplo). La palabra base proviene del latí n basis, fundamento o apoyo, es decir, lo que est á abajo. Cuando se agregan bases a los ácidos, reducen o bajan la cantidad de ácido. De hecho, cuando se mezclan ácidos y bases en ciertas proporciones, sus propiedades caracter í sticas sticas desaparecen por completo. Hist óricamente, los qu í micos micos han buscado correlacionar las propiedades de los ácidos y bases con su composici ón y su estructura molecular. Ya para 1830 era evidente que todos los ácidos contienen hidrógeno, pero no todas las sustancias hidrogenadas son ácidos. En la d écada de 1880 a 1890 el qu í mico mico sueco Svante Arrhenius (1859 –1927) vinculó el comportamiento de los ácidos con la presencia de iones H +, y el comportamiento de las bases con la presencia de iones OH + en solución acuosa. Arrhenius defini ó los ácidos como sustancias que producen iones H- en agua, y las bases como sustancias que producen iones OH + en agua. De hecho, las propiedades de las disoluciones acuosas de ácidos, como el sabor agrio, se deben al H + (ac), en tanto que las propiedades de las disoluciones acuosas de bases se deben al OH -(ac). Con el tiempo el concepto de ácidos y bases de Arrhenius termin ó expresándose como sigue: los ácidos son sustancias que, al disolverse en agua, aumentan la concentración de iones H +. An álogamente, las bases son sustancias que, al disolverse en agua, aumentan la concentración de iones OH-. El cloruro de hidr ógeno es un ácido de Arrhenius. El cloruro de hidr ógeno gaseoso es muy soluble en agua debido a su reacci ón quí mica mica con ella, que produce iones H - y Cl+ hidratados: La disolución acuosa de HCl se conoce como ácido clorhí drico. drico. El ácido clorhí drico drico concentrado contiene 1 alrededor de 37% de HCl en masa y es 12 M respecto al HCl. El hidr óxido de sodio es una base de Arrhenius. Debido a que el NaOH es un compuesto i ónico, se disocia en iones Na + y OH O H- cuando se disuelve en agua y, por consiguiente, libera iones OH - a la disoluci ón. 1

M, significa molaridad, y es una unidad de concentracion que hace referencia a la cantidad de moles de soluto en litros de solucion. Por ejemplo moles de cloruro de sodio en un litro de solucion de cloruro de sodio y agua.


La concentración molar de H +(ac) en una disoluci ón acuosa es por lo com ún muy peque ña. En consecuenci consecuencia, a, + y por comodidad, [H ] se expresa habitualmente en términos del pH, que es el logaritmo negativo de base 10 de [H+]. pH = -log[H -log[H+] [1] La ecuación 1permite calcular el pH de una disoluci ón neutra a 25°C (es decir, una en la que [H +] = 1.0 x10 – 7 M): pH = -log (1.0 x10 – 7 ) = - (-7.00 -7.00)) = 7.00 El pH de una disoluci ón neutra es de 7.00 a 25 °C.¿Qué le ocurre al pH de una disoluci ón cuando ésta se acidifica? Una disoluci ón ácida es aqu élla en la que [H +] > 1.0 x10 – 7 M. Debido al signo negativo de la ecuación 1, el pH disminuye conforme [H+] aumenta aumenta.. Por ejemplo, el pH de una disoluci ón ácida en la que [H +] 1.0 x10 – 3 M es pH = -log (1.0 x10 – 3 ) = - (-3.00 -3.00)) = 3.00 A25°C el pH de una disoluci ón básica es mayor que 7.00. En la tabla 1, se resumen las relaciones entre [H +], [OH-] y pH. En la figura 2 se muestran los valores caracter í sticos sticos de pH de varias disoluciones conocidas. + Adviértase que un cambio de [H ] por un factor de 10 origina un cambio de pH de 1. As í , por ejemplo, una disoluci ón de pH 6 tiene una concentraci ón de H +(ac) 10 veces mayor que una disoluci ón de pH 7. Se podr í í a pensar que cuando la concentración [H +] es muy peque ña, como en algunos de los ejemplos de la figura 16.5, carecer í í a de importancia. Nada m ás lejos de la verdad. Si la concentraci ón [H+] es parte de una ecuación cinética de velocidad, entonces un cambio de concentraci ón altera la velocida velocidad. d. Así , por ejemplo, si la + ecuaci ón de velocidad es de primer orden respecto a [H ], duplicar esta concentraci ón aumenta al doble la velocidad aun cuando el cambio sea tan s ólo de 1.0 x10 – 7 M 2.0 x10 – 7 M. En los sistemas biol ógicos muchas reacciones implican implican transferencias de protones y su velocidad depende de [H +]. Debido a que la velocidad de estas reacciones es decisiva, el pH de los l í quidos quidos biol ógicos debe mantenerse dentro de l í mites mites estrechos. Por ejemplo, la sangre humana tiene un intervalo normal de pH de 7.35 a 7.45. Si el pH se aparta mucho de este estrecho intervalo, la consecuencia puede ser una enfermedad o incluso la muerte. Una forma conveniente de estimar el pH es el uso de las concentraciones de H + “de referencia” de la figura 16.5, en las cuales [H +] = 1.0 x10 – X, donde x es un n úmero entero de 0 a 14. Cuando [H +] es una de esas concentraciones de referencia, el pH es simplemente el valor de pH correspondiente: x. Cuando [H +] = 1.0 x10 – 4, por ejemplo, e jemplo, el pH es simplemente 4. Cuando [H ] queda entre dos concentraciones de referencia, el pH se hallar á entre los dos valores de pH correspondientes. Consid érese una disoluci ón que es 0.050 M respecto a H +. Como 0.050 (es decir, 5.0 x10 – 2) es mayor que 1.0 x10 – 2 y menor que 1.0 x10 – 1, se estima un pH entre 2.00 y 1.00. El pH calculado mediante la ecuación 1 es de 1.30.

Tabla 1. 1. Relación entre H+ y OH - y pH a 25 ºC


Figura 2. 2. Concentraciones de H y valores de pH de algunas sustancias comunes a 25 ºC. El pH y el pOH se pueden estimar mediante las concentraciones de referencia de H + y OH -

Otras escalas “p” El logaritmo negativo es tambi én un medio conveniente para expresar la magnitud de otras cantidades pequeñas. Se sigue la convenci ó n de que el logaritmo negativo de una cantidad se designa como p (cantidad). Por ejemplo, la concentraci ón de OH – se puede expresar como pOH: pOH = -log[OH log[OH--] [2] se obtiene la útil expresión siguiente: pH - pOH = 14 (a 25 °C) [3] Medici ón del pH El pH de una disoluci ó n se mide con rapidez y exactitud por medio de un pH metro. Brevemente, un pH metro se compone de un par de electrodos conectados a un dispositivo capaz de medir peque ñas diferencias de potencial, del orden de los milivolts. Cuando los electrodos se introducen en una disoluci ón se genera una diferencia de potencial voltaje, que var í í a con el pH. El pH metro lee esta diferencia de potencial la cual se expresa como una lectura de pH. Los electrodos que se utilizan en los medidores de pH son de muchas formas y tama ños, seg ún el uso al que se les destina. Incluso se han ideado electrodos tan peque ños que se pueden insertar en c élulas vivas individuales para medir el pH del medio celular. Tambi én se dispone de


me ores e p e o s o que se usan en es u os am en a es, para v g ar e uen es n us r a es y en trabajos de agricultura. Aunque son menos precisos, los indicadores ácido-base se usan para medir el pH. Un indicador ácido-base es una sustancia colorida capaz de existir en forma de ácido o en forma de base. Las dos formas son de diferente color. As í , el indicador adquiere cierto color en medio ácido y cambia a otro en medio básico. Si se conoce el pH en el que el indicador cambia de una forma a la otra, se puede saber si una disolución tiene un pH mayor o menor que este valor. El tornasol, por ejemplo, cambia de color a un pH cercano a 7. Sin embargo, el cambio de color no es muy n í tido. tido. El tornasol rojo indica un pH de alrededor de 5 o menor, y el tornasol azul, un pH de aproximadamente 8 o m ayor. En la figura 3, se enumeran algunos de los indicadores m ás comunes. El naranja de metilo, por ejemplo, cambia de color en el intervalo de pH de 3.1 a 4.4. Por debajo de pH 3.1 est á en la forma ácida, que es roja. En el intervalo entre 3.1 y 4.4 se transforma poco a poco en su forma b ásica, de color amarillo. Aun pH de 4.4 la conversión es completa y la disoluci ón es amarilla. La cinta de papel impregnada con varios indicadores, acompañada de una escala comparativa de colores, se emplea extensamente para hacer determinaciones aproximadas de pH. Figura 3. 3. Intervalos de pH de los cambios de color de algunos indicadores ácido-base comunes. En su mayor í í a, a, los indicadores tienen un intervalo útil de alrededor de 2 unidades de pH.

Existen también otro tipo de indicadores de pH en la naturaleza, por ejemplo el repollo rojo, las flores rojas o lila y el r ábano rojo. Estos colorantes vegetales cambian de color por la acci ón de las antiocianinas, y de esta forma se puede detectar el pH. Por ejemplo el cambio cambio en la coloraci ón con el indicador de pH de repollo rojo se muestra en la figura 4.

Figura 4. Escala 4. Escala de coloraci ón del indicador de repollo rojo desde los pH ácidos (1-6), los neutros (7) y los básicos (8-14).


PRIMERA FASE INDIVIDUAL SEMANA 3 (del martes 28 de mayo, al martes 4 de junio) Procediendo de preparación de un indicador de pH y medición de pH. Lea atentamente las instrucciones, instrucciones, no deseche su experimento sin antes tomar la fotografía f otografía que se solicita al final de esta sección.

Materiales • • •

Repollo rojo Gotero 10 vasos plásticos transparentes pequeños

Soluciones • • • • • • • • • •

Jabón de manos liquido (blanco o beige) Vinagre Alcohol Leche Caldo de pollo pollo (cubito) (cubito) Crema dental (blanca) Limonada natural Gaseosa transparente Clara de huevo Blanqueador (clorox)

Procedimiento Elaboración del indicador de pH: 1. Tomar unas hojas de REPOLLO MORADO, rasgarlas y colocarlas a hervir en aproximadamente aproximadamente un pocillo de agua hasta que el repollo haya desprendido su coloración morada característica (que quede bien concentrada ), retirar del fuego y dejar enfriar. “

”

Identificación del pH de las sustancias s ustancias 2. Disponer de 10 copas debidamente marcadas y organizados. 1

2

3

4

5

6

7

8

3. Colocar una porción de cada una de las sustancias a evaluar en uno de los l os vasos, manteniendo el orden indicado por p or la tabla 1. 4. Utilizar un gotero para agregar 15 o 20 gotas del indicador de pH casero a partir de repollo morado sobre cada una de las sustancias. 5. Observar el cambio en la coloración y estimar el pH en el que se encuentra cada sustancia comparando la coloración observada con la escala de color de la figura 4 (arriba). Registrar datos en las columnas correspondientes correspondientes a valoración de la tabla 1. experimental de 6. Consulte bibliografía que le permita completar las columnas correspondientes a valoración real de de la tabla 1.


7. Hacer un registro fotográfico en el que se observen las sustancias con los vasos debidamente marcados. Antes de tomar la fotografia fotografia de su experimento ponga un cartel con su nombre, codigo y fecha de elaboracion, no la marque marque digitalmente. digitalmente. Tome UNA SOLA SO LA fotografia, pues luego debera subirla al foro como imagen.

Tabla 1. Valoración Experimental a vaso

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Sustancia

pH obtenido obtenido c

Clasificación d

Valoración real b pH real c

Clasificación d

Comparación e pH obtenido vs. pH real

Jabón de manos liquido (blanco o beige) Vinagre Alcohol Leche Caldo de pollo (cubito) Crema dental (blanca) Limonada natural Gaseosa transparente Clara de huevo Blanqueador (clorox) a. b. c. d. e.

A partir de lo que observa con la la actividad práctica. práctica. A partir de la consulta bibliográfica bibliográfica de los valores de pH de cada sustancia. Valor de la escala de pH Tipo de sustancia, ácida, básica o neutra Descripción

¿Qué entregar como resultado de la fase individual? individual? OBLIGATORIA Y REQUISITO PARA EL DESARROLLO DESARROLLO DE LA PARTE GRUPAL • •

Fotografía del experimento experimento (UNA SOLA DEBIDAMENTE DE BIDAMENTE MARCADA) Tabla 1. con registro el correspondiente registro de datos experimental (valoración experimental), experimental), teórico (valoración (valoración real) y su respectiva comparación.

Presentar fotografía y tabla como imágenes en su foro grupal, asegurándose que sean visibles. Consulte las preguntas frecuentes, en este documento abajo. Utilice una tabla de Excel o Word, no hacerla a mano.

SEGUNDA FASE GRUPAL SEMANA 4 (del miércoles miércoles 5 de junio, junio, al martes 11 de junio) junio) a) En esta fase deben comparar y discutir sus resultados con los resultados reales que deben buscar en la literatura, cada integrante debe hacer sus aportes con relación a los resultados de sus s us compañeros. Recuerden que todas las discusiones y aportes deben quedar registradas en el foro, y todos deben participar para obtener los puntos posibles p osibles considerados en las pautas. Cada integrante empieza por escribir su aporte intentando dar respuesta a las siguientes preguntas, no se debe esperar a que otros tomen la iniciativa. Recuerden que todas las participaciones participaciones deben quedar registradas en el foro, por favor revise las pautas. b) Cada estudiante debe ingresar al simulador https://phet.colorado.edu/es/simulation/ph-scale, y seleccionar 2 sustancias, una de carácter acido y otra carácter básico con diferentes concentraciones, que se encuentren en simulador


y que a su vez se hayan trabajado en la experiencia práctica de la semana3. Si tiene, dudas acerca del manejo del simulador consulte la descripción del Simulador 1. Llene la siguiente siguiente tabla y súbala al foro c)

d) M (mol/L)

PH sustancia básica

e) PH sustancia ácida

f)

g)

h)

i)

j)

k)

l)

m)

n)

M (mol/L)

c) Grafique los sistemas ubicando pH en el eje de las ordenadas (vertical) y la concentración en el eje de las abscisas (horizontal). Ver ejemplo en la figura 5. Cada estudiante debe insertar su grafica con el fin de que al final puedan discutir entre todos los resultados y llevarlos al consolidado. d). Luego en la discusión grupal se debe consolidar una sola tabla y una sola grafica, que debe ser incluida en el foro y en el consolidado final.

12 10 8

H 6 p 4 2 0 0.0005

0.0009

0.0014

0.001

0.012

0.01

Concentración M PH sust. A

PH sust. B

Fig. 5. Ejemplo.

TERCERA FASE GRUPAL SEMANA SEMANA 5 (del miercoles m iercoles 12 de junio, al martes 18 de junio). En esta fase, deberán participar todos los integrantes del grupo, al igual que en la semana 4. Se deben discutir los siguientes ejercicios en el foro de su grupo, apoyándose entre si para su solución. Recuerden que todas las participaciones participaciones deben quedar registradas en el foro y se debe d ebe utilizar el lenguaje matemático adecuado, por favor revise las pautas. 1.

Calcule el pH de las siguientes soluciones indicando la reacción de disociación, comente según la literatura si el valor reportado por el ejercicio corresponde a un valor real y si este es una base o a un ácido. Recuerde realizar el respectivo procedimiento: procedimiento: a. b.

1

Disolución de HCl a una concentración de 0.200 M. Se tiene 1.80 gramos de HNO 3 en un volumen de 500 ml de d e disolución. Encuentre el valor de pH de esta solución.

Descripción del simulador en: https://youtu.be/Z3lKH2IJcwA


2. El pH de algunas sustancias del cuerpo humano es un indicador de la salud. A continuación, se presenta una tabla con algunos de estos indicadores que permiten analizar el estado físico de una persona X, complete el cuadro y con base en la información suministrada suministrada indique brevemente cual es el estado de salud:

SUSTANCIA SANGRE

[ H+ ] 1.26x10 -7

[ OH- ]

ORINA SALIVA JUGOS GÁSTRICOS INTESTINO

1.99x 1013

pH 6.9

pOH

4.3

9.7

6.5 1.3 8.5

Nivel Neutro

Salud Posible Coma Diabético Función Renal limitada

Ligeramente Ligeramente ácida 5.5

Ligeramente básico

Normal

Estado de d e salud:___________________________ salud:__________________________________________________________________ ____________________________________________________________ _____________________ _________________________________________________________________________ __________________________________ __________________________________________________________________ ___________________________ _______________________________________________________________________________ __________________________________ __________________________________________________________________ _____________________ 3. Se requiere realizar la neutralización de un vertimiento de aguas hidrocarburadas hidrocarburadas que según la normatividad colombiana resolución resolución 0883 de 2018 debe estar entre un rango de pH de 7 a 9. La industria de los Hidrocarburos Hidrocarburos generalmente utiliza para este fin Hidróxido de Calcio Ca(OH) 2 . a. Calcule el valor de pH para una solución de 0.05 M de Hidróxido de Calcio. b. Identifique la reacción de disociación. c. Según la normatividad colombiana expuesta que impactos sobre el medio ambiente cree usted que podrían causar en en este rango de pH.

INDICACIONES INDICACIONES PARA LA ELABORACIÓN DEL CONSOLIDADO FINAL (hasta (hasta el viernes 21 de junio a las 11.55 pm) El consolidado final se debe subir en formato PDF (no en Word, u otros formatos), en el mismo foro grupal, máximo el 21 de junio a las 11.55 pm. Después de esto la plataforma se cerrará y no podrá enviarlo por ningún otro medio, por favor NO INSISTA. Revise las pautas del trabajo colaborativo. 1) Portada en la cual aparezca con claridad el número del subgrupo y los nombres de cada uno de los estudiantes que participaron participaron en la elaboración del d el trabajo. NO se deben incluir integrantes que no hayan participado activamente durante el proceso y en la elaboración elaboración del consolidado. Debemos ser muy responsables con este tema. 2) Collage de imágenes o fotos de cada experimento individual: En este collage, solo de deben poner las fotos de los estudiantes estudiantes que participaron durante las tres semanas destinadas al trabajo colaborativo y que obviamente participaron participaron en la realización del consolidado final.

C umplimiento de Objetivo: Se debe organizar la información que se registro en la semana 4 y 3) Análisis de Datos y Cumplimiento 5. Acá es importante hacer un consolidado de todo lo que se trabajo que se hizo durante estas dos semanas, de acuerdo a los objetivos planteados. Incluya las tablas consolidadas, los cálculos necesarios editados correctamente con un editor de ecuaciones, los análisis, y los comentarios a los que haya lugar. Sean organizados con la información. Recuerden poner mucha atención a la presentación de su trabajo. 4) Conclusiones: a partir de los resultados obtenidos, del tratamiento y del análisis de datos, deben plantear las conclusiones pertinentes, haciendo especial énfasis en los l os resultados más relevantes, cantidades físicas relevantes y no relevantes en las tres prácticas realizadas, y las posibles fuentes de error en la determinación de los resultados solicitados. Tengan en cuenta que NO pueden concluir algo que no ha ya sido debidamente discutido y justificado en la sección de Análisis de Datos o que no sea un resultado directo de su trabajo.


5) Referencias Bibliográficas: Incluir todas las fuentes de información usadas. Por favor consultar la forma apropiada de elaborar una bibliografía. bibliografía.

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