Trabajo Practico 7 - Soluciones Amortiguadoras.docx

UNIVERSIDAD DEL VALLE LABORATORIO DE QUIMICA II PRACTICA # 7 SOLUCIONES AMORTIGUADORAS, BUFFER O TAMPONES

1.- OBJETIVOS  Clasificar el concepto de soluciones tampón mediante la preparación de las mismas y comprobación del poder amortiguador.

MARCO TEORICO: Mantener el pH constante es vital para el correcto desarrollo de las reacciones químicas y bioquímicas que tienen lugar tanto en los seres vivos como, a nivel experimental, en el laboratorio. Los amortiguadores (también llamados disoluciones amortiguadoras, sistemas tampón o buffers) son aquellas disoluciones cuya concentración de protones apenas varía al añadir ácidos o bases fuertes (Figura inferior). Cambio de pH tras añadir ácido/base al agua

Cambio de pH tras añadir ácido/base a una disolución amortiguadora

Los amortiguadores más sencillos están formados por mezclas binarias:   

un ácido débil y una sal del mismo ácido con una base fuerte (por ejemplo, ácido acético y acetato sódico) una base débil y la sal de esta base con un ácido fuerte (por ejemplo, amoníaco y cloruro amónico

2.- FUNDAMENTO TEORICO Las soluciones tampones son sistemas cuyo pH permanece notablemente estable cuando se las añaden otras sustancias. La solución amortiguadora debe resistir el cambio de pH ante las posibles variaciones generadoras de cambios de pH, como: -Adición de acido -Adición de base -Adición de sales neutras -Adición de más disolvente -Cambio de temperatura En general la dilución a la mitad de la concentración inicial (DpH ½) solo afecta al pH en algunas centésimas de unidad. La capacidad tamponante se define como la cantidad de acido o bases fuertes, expresados en moles añadidos a 1L de tampón para q su pH varié en una unidad. Presentamos en tablas, las soluciones amortiguadoras, expresando las soluciones madre A y B, así como la composición en mL de cada una de ellas necesaria para preparar 100mL de la disolución amortiguadora de un pH determinado.

TAMPON N°

SOLUCION MADRE A

SOLUCION MADRE B

1

Acetato sodico 0.1 M

Acido acetico 0.1 M

2

Acido citrico 0.1 M

Fosfato disodico 0.2 M

3 4

Fosfato monopotasico 1/15 M Carbonato sodico 0.1 M

Fosfato disodico 1/15 M Bicarbonato sodico 0.1

3.- MATERIALES: Tampón N° 1 2 3 4 5

pH 4 4 7 7 10

SOLUCION MADRE A 16.6 62 19 41.3 53.4

SOLUCION MADRE B 83.4 38 81 58.7 46.6

- Vasos de precipitados de 200 ml.

- Pipetas de 10 mL

- Erlenmeyer

- Rollo de papel universal pH 1-14 – metro pH Tester

4.-REACTIVOS - Acido clorhídrico 0.1 mol/L (0.1N)

- Sodio Hidróxido 0.1 mol/L (0.1N)

- Sodio acetato 0.1 mol/L (0.1M)

-Acido acetico 0.1 mol/L (0.1 M) -Acido citrico (0.1M) -Di-Sodio hidrogeno fosfato -Potasio di-hidrogeno fosfato 1/15 molar -Sodio carbonato 10-hidrato -Sodio hidrogeno carbonato

5.- PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL Preparación de tampones

 Con los valores de las soluciones madres que proporcionan las tablas, se preparan 100 mL de solución tampón de pH 4 y otros tantos de pH 7. Se comprueban con el pH metro. Capacidad tamponante  Se toman 10 mL del tampón y se añade acido clorhídrico 6 N hasta que su pH disminuya en una unidad. Expresar el resultado en moles de acido por litro de tampón. Comprobación del poder amortiguador  Comprobar el poder amortiguador de la solución de pH 7 mediante el siguiente procedimiento. -Mediante adición de acido     

Se toman 20 ml de amortiguador y se colocan en un Erlenmeyer. Se toman 20 ml de una solución de pH parecido, de NaCl 3 M, y se colocan en otro Erlenmeyer. Se miden los pH iniciales. Se añaden 2 gotas de acido clorhídrico 0.1 M a ambos Erlenmeyer y se miden los pH respectivos y se anotan los resultados. Se siguen añadiendo 2 gotas mas de acido y se mide el pH. Se repite el proceso las veces que sean necesarias para ratificarnos el poder amortiguador, construyendo una tabla: Gotas acido añadidas

pH amortiguador

pH NaCl 3M

-Mediante adición de base 

Se repite todo el procedimiento, pero, en lugar de añadir acido clorhídrico, se añade una base (hidróxido de sodio 0.1 M)

6.- RESULTADOS SOLUCION A: 0.1 M (0.1 N) NaOH a 250ml sol.

250ml sol. x

𝟏 𝑳 𝒔𝒐𝒍 𝟏𝟎𝟎𝟎 𝒎𝒍 𝒔𝒐𝒍

x

𝟎.𝟏 𝒎𝒐𝒍 𝑵𝒂𝑶𝑯 𝟏𝑳

x

𝟒𝟎 𝒈 𝑵𝒂𝑶𝑯 𝟏 𝒎𝒐𝒍 𝑵𝒂𝑶𝑯

=

m = 1 g NaOH SOLUCION B: 0.1 M (0.1N) CH3COOH a 250 ml sol.

100ml sol. x

𝟏 𝑳 𝒔𝒐𝒍 𝟏𝟎𝟎𝟎 𝒎𝒍 𝒔𝒐𝒍

x

𝟎.𝟏 𝒎𝒐𝒍 𝑯𝑪𝒍 𝟏𝑳

x

𝟔𝟎 𝒈 𝑪𝑯₃𝑪𝑶𝑶𝑯 𝟏 𝒎𝒐𝒍 𝑪𝑯₃𝑪𝑶𝑶𝑯

V =0.53 cm3 CH₃COOH Añadiendo un acido: Gotas = 2

pH = 5

Gotas = 2

pH = 5

Gotas = 2

pH = 5.1

Gotas = 2

pH = 5.2

Gotas = 2

pH = 5.3

Gotas = 2

pH = 5.2

Gotas = 2

pH =5.5

Añadiendo una base: Gotas = 2

pH = 3.00

Gotas = 2

pH = 3.10

Gotas = 2

pH = 3.15

Gotas = 2

pH = 3.22

Gotas = 2

pH = 3.33

Gotas = 2

pH = 3.40

Gotas = 2

pH =3.55

x

𝟏𝟎𝟎 𝒈 𝒔𝒐𝒍 𝟑𝟖 𝒈 𝒔𝒐𝒍

x

𝟏 𝒄𝒎³ 𝒔𝒐𝒍 𝟏.𝟎𝟗 𝒈 𝒔𝒐𝒍

=

7.- CUESTIONARIO 7.1 Preparación de una solución reguladora de un determinado PH. Que masa de NaC2H3O2 debe disolverse en 0.300 L de HC2H3O2 0.25M para obtener una disolución de PH= 5.09 (suponga que el volumen de la disolución se mantiene constante en 0.300L) Datos 𝟎.𝟐𝟓 𝒎𝒐𝒍

0.3 L. 0.3 L.

𝑿 𝑴𝒐𝒍 𝟏𝑳

𝟏𝑳

= 0.75Mol

= 0.3X Mol

PH = 5.09 (H)= 10-5.09

NaC2H3O2 ↔ Na + C2H3O2 i)

(H) = 8.128 x 10 -6

0.3 X Mol

HC2H3O2 ↔ C2H3O2 + H+ i) 0.075

0.3X

0

rq) 0.25

X

0

Eq) – H

+H

+H

1.77x 10-5 =

𝟔.𝟔𝑬−𝟏𝟏+𝟖.𝟏𝟐𝟖 𝑬−𝟔 𝑿 𝟎.𝟐𝟓

𝟎.𝟎𝟎𝟎𝟎𝟎𝟒𝟒𝟐𝟒

X=

𝟖.𝟏𝟐𝟖 𝑬−𝟔

X = 0.5444 𝟎.𝟓𝟒𝟒𝟒 𝒎𝒐𝒍 𝟖𝟐 𝒈 𝑵𝒂𝒄𝟐𝑯𝟑𝑶𝟐

3.0 L .

.

𝟏𝑳

𝟏 𝒎𝒐𝒍

= 13.4 g NaC2H3O2

7.2 Calculo de las variaciones de PH en una solución reguladora. ¿ cual es el efecto sobre el PH cuando se añade a) 0.006 Mol de HCL y b) 0.006 Mol NaOH a 0.3 L de una solución reguladora que es 0.250 M en HC2H3O2 y 0.560 M en NaC2H3O2? a) NaC2H3O2 + HCL ↔ HC2H3O2 + NaCl i)0.56

0.006

0

0

Rq)-0.006

-0.006

+0.006

0

F) 0.554

0

0.006

0

C2H3O2 ↔ C2H2O2 + H+ i)0.250 Rq)-X Eq)(0.250- X)

0.554

0

+X

+x

(0.554 + X) (X)

1.77x 10-5 =

(𝟎.𝟓𝟓𝟒+𝑿)(𝑿) (𝟎.𝟐𝟓𝟎−𝑿)

X2+0.000004425X – 4.53x10-6 =0 X = 8.18x 10-6 = - log (8.18x10-6) PH = 5.09 b) CH3COOH + NaOH ↔ NaCH3COO + H2O i) 0.250

0.006

0

0

Rq) -0.006

-0.006

+0.006

0

F) 0.244

0

+0.006

NaCH3COO ↔ CH3COO + Na+ i)0.006

0.244

0

Rq) – X

+X

+X

Eq) (0.006 – X) 1.77x10-5 =

(𝟎.𝟐𝟒𝟒+𝑿)(𝑿)

(0.244 + X) (X)

X2+0.2440177X-0.00000106=0

(𝟎.𝟎𝟎𝟔−𝑿)

x= 4.3438x10-6

PH= 5.36

7.3 Calcular que cantidad de NaOOCCH3 hay que añadir a una solucion de 0.1 M de HOOCCH3 para el PH de la solucion sea 3.8 solo se requiere 250 ml de buffer 𝟎.𝟏 𝑴𝒐𝒍

0.25L.

𝟏𝑳

= 0.025Mol

PH = 3.8

(H) = 10-3.8 = 1.584x 10-4 NaCH3COO ↔ CH3COO + Na+ i)0.025

0.025

(𝟎.𝟎𝟐𝟓+𝑿)(𝑿)

CH3COOH ↔ CH3COO + H+ i)1.584X10-4 Rq) –X

0

1.77x10-5 = (𝟏.𝟓𝟖𝟒𝑬−𝟒−𝑿) 0.025 +X

0 +X

Eq) (1.584x 10-4 – X) (0.025+X)(X) X2 +0.0250177x – 2.80368x10-9 = 0 PH = 6.9

8. - CONCLUSIONES Al preparar las soluciones amortiguadoras logramos determinar que el PH de las soluciones aunque se le agregue alguna otra solución; el PH de la solución amortiguadora se va a mantener él la zona útil. Cuando la sustancia que se agrega a la solución amortiguadora es agua destilada el cambio de PH va a ser mínimo. Al preparar una solución cualquiera los errores siempre van a estar presentes los cuales debemos tratar de corregirlos. Las soluciones amortiguadoras cumplen un papel importante en cualquier reacción biológica ya que no permiten un cambio brusco de PH y logran mantener las soluciones en un lugar donde el PH sea óptimo para estas.

9.- RECOMENDACIONES  Se debe utilizar la cantidad exacta de indicador, ya que unas gotas de más afectará el color y se podría interpretar mal el pH en el patrón de colores.  Tomarse el tiempo suficiente para apreciar la coloración (el rango de pH).

10.- BIBLIOGRAFÍA    

QUÍMICA BÁSICA, James E. Brady, Editorial Limusa, México (1988). QUÍMICA GENERAL MODERNA, Babor - Ibarz, Editorial Marín S.A., España (1979). QUÍMICA, Raymond Chang, McGraw - Hill, Inc. México (1994). ATLAS DE QUÍMICA, M.A. Febrer Canals, Ediciones Jover, S.A. - Barcelona, 1988.