martes, 12 de febrero de 2013

Práctica 8. Ácidos, bases y medidas de PH







               
Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey
Campus Puebla

Práctica No. 8

Ácidos, bases y medidas de PH.

Responsable: Mtro. Víctor Hugo Blanco Lozano

Equipo No. 8
Grupo 2


Integrantes del equipo:
Stephania Díaz Lorenzo                            A00397831
Ana Laura Velázquez Gil                           A01325205
Omar Sánchez Jiménez                            A01324800
Jorge Armando Luna Morales                   A01099726
Gabriela Rivera Hernández                       A01325193

Objetivo:
El objetivo principal es que al finalizar esta práctica se sea capaz de preparar diversas soluciones químicas expresadas en distintas formas de concentración, conociendo y familiarizándose con las fórmulas básicas del mismo; como lo es la molaridad, molalidad, normalidad y porcentaje masa-volumen.

A su vez, es indispensable hacer uso de los diferentes métodos para medir el pH de las soluciones mencionadas anteriormente, los cuales serán utilizados con mayor practicidad en cuestiones posteriores, como lo puede ser para la industria, microbiología, medicina, etc.

Introducción:

Se sabe que una disolución o, mejor conocida como solución, es toda aquella mezcla homogénea de dos o más sustancias que consta de un soluto y de un disolvente. Se conoce como soluto a la sustancia que se encuentra en menor cantidad y que está disuelta en el disolvente, el cual aparece en mayor cantidad dentro de la mezcla.

Asimismo, es menester hacer hincapié en el significado de la palabra concentración, ya que, como se ha mencionado anteriormente, a lo largo de la práctica se estará trabajando abstractamente con estos significados. Por lo que una concentración, hablando en términos que química, es la relación existe entre las cantidades de soluto y disolvente dentro de una mezcla. Cuanto mayor sea la proporción de soluto disuelto, mayor será la concentración y viceversa.

Para medir las propiedades de las disoluciones, es necesario tratar con lo que se conoce como propiedades coligativas, las cuales dependen solamente de la concentración del soluto, y no de la naturaleza del mismo. Dentro de la siguiente práctica se trabajó con distintas propiedades, como lo fueron: normalidad, molaridad, molalidad y porcentaje masa-volumen con el fin de obtener la cantidad de gramos de soluto necesarios para la solución o la concentración de la misma.

También se trabajó midiendo la acidez o pH de las mezclas para determinar si la misma era un ácido propiamente dicho, o una base. Como se podrá observar a continuación, se utilizó el metro de pH como el método primordial para medir dicha propiedad e identificar características principales de la mezcla.

Consideraciones teóricas

Una disolución se define como una mezcla homogénea de dos o más componentes que se encuentran en alguna fase, la cual puede ser distinta. Por lo general, el componente que se encuentra en mayor cantidad se denomina solvente, y el componente de menor cantidad como soluto. Existen diferentes tipos se mezclas o disoluciones y las más comunes son aquellas de componentes sólidos, líquidos o gaseosos en un líquido.

Para conocer y determinar las propiedades de una disolución, es importante conocer la concentración de soluto presente en una molécula de disolvente.
Existen diversas formas de medir las propiedades. Entre ellas se encuentran:

La molaridad (M) definida como la cantidad de soluto presente en un litro de solución. Sin embargo, esta no permite medir con precisión dicha cantidad. Existen diferentes unidades de concentración que dan a conocer el número de moléculas de soluto por molécula de solvente. Entre las principales se encuentran la molalidad, fracción molar, porcentaje en peso y las partes por millón.

La molalidad (m) de una disolución es definida como la cantidad de soluto presente en un kilogramo de disolvente.

La fracción molar (X) es definida como la cantidad de cierto componente de una mezcla entre la cantidad total de los componentes presentes en esta.

El porcentaje en peso se define como la masa de un componente de la mezcla entre la masa total de la mezcla, este resultado se multiplica por 100 para obtener un porcentaje.

Las partes por millón hacen referencia a la cantidad relativa en masa; 1.0 millón de gramos.

La normalidad (N) representa la relación existente entre el número de equivalentes de soluto presentes por litro de disolución. El número de equivalente en obtenido de dividir la masa del soluto (en gramos) entre la masa equivalente. La masa equivalente se calcula como la masa molar del soluto (en gramos) entre el número de electrones que se transfieren o el número de grupos hidroxilos (OH-) o el número de protones que se encuentran (H+).

En la vida cotidiana encontramos dos términos vitales para los sistemas biológicos los cuales son grado de acidez y alcalinidad. Arrhenius señala que los ácidos son aquellas sustancias que producen iones de hidrógeno al disolverse y que las bases son las que al disolverse forman iones  OH. A las soluciones acuosas de ambos tipos de sustancias se conocen como electrolitos ya son conductores de electricidad.
El modelo de Bronsted Lowry considera a un ácido como una especie que dona un protón y la base una que lo acepta.

Auto-ionización del agua

Se sabe que el agua no es un compuesto iónico pero se visto que contiene una pequeña cantidad de iones de hidrógeno e hidroxilo.

Fortaleza de ácidos y bases

Los ácidos y bases se consideran fuertes cuando ionizan completamente al disolverse en agua y como débiles las que se ionizan parcialmente.

Metro de PH

El mejor instrumento de PH es el metro de PH, el cual mide el voltaje producido por los electrodos.
Desarrollo

Disolucion de
Concentración
Cantidad (ml)
pH
[H+]
pOH
Cloruro de Sodio
2%
250
-.5340
3.41
13.94
Dextrosa
1.5%
250
1.07958
0.8398
12.92
Hidróxido de sodio
1.0M
100
-0.6020
1.99
13.69
Cloruro de potasio
0.2M
100
-.3010
1.99
13.6989
Ácido Clorhidrico
0.1N
50
8.69X10-4
.9980
13.9991
Ácido Sulfurico
1.5N
50
0.1249
0.75
13.851
Hidróxido de amonio
0.1N
50
-0.5446
0.285
13.455

NaCl
Masa= (%masa/v)(ml de solución)                                   Masa=   (2%)  (250ml) = 5g
                       100                                                                                          100             

N= .      a        . = .        5        . =     0.855
           Mm                58.44

M=  moles de soluto = 0.855 =     3.42
          Disolución            .250

pH=-Log(3.42)  =  -.05340
pOH=14-Ph= 13.94
H+=10-pH =3.41

C6H12O6

Masa= (%masa/v)(ml de solución)                                   Masa=   (1.5%)  (250ml) = 3.75g
                       100                                                                                            100             

N= .      a        . = .        3.75        . =     .020814
           Mm                   180.16

M=  moles de soluto = .020814 =     .083256
          Disolución            .250

pH=-Log(3.42)  =  -.1.07958
pOH=14-Ph= 12.92040
H+=10-pH =0.8398




NaOH
pH=-Log(4)  =  -.06020
pOH=14-Ph= 13.39
H+=10-pH =3.99

KCl
pH=-Log(2)  =  -.3010
pOH=14-Ph= 13.69
H+=10-pH =1.99

 HCl

Masa soluto= (peso moleculardel soluto)(volumen del solvente) (N)
                                              #   partes


Masa soluto= (36.46094)( 0.05 ml) (.1) = 1.823
                                     1

Nmoles= 1.823     = 0.0499
              36.4694

M= 0.0499 =.998
         .050

pH=-Log(.998)  =  8.69x10-4
pOH=14-Ph= 13.9991
H+=10-pH =.99980

 H2SO4

Masa soluto= (peso moleculardel soluto)(volumen del solvente) (N)
                                              #   partes


Masa soluto= (98.079)( 0.05 ml) (1.5) = 3.6779625
                                     2

Nmoles=    3.6779625     = 0.0375
                  98.079

M= 0.0375 =.75
         .050

pH=-Log(.75)  =  0.1249
pOH=14-Ph= 13.851
H+=10-pH =.75


NH4OH

Masa= 0.175

M= .175  =3.50
        .05

pH= -Log(3.5045)=-0.5446
pOH= 13.45536
H+=0.258



Experimento 2: Preparación de soluciones ácidas y uso de indicadores:

Soluciones acuosas
Fenoftaleína
Naranja de metilo
Azul de bromotimol
1
Incoloro
Amarillo
Rojo
2
Rojo
Amarillo
Rojo
3
Amarillo
Amarillo
Rojo
4
Incoloro
Azul
Amarillo

Imagen



Experimento 3: Preparación de soluciones básicas y uso de indicadores

Soluciones acuosas
Verde de bromocresol
Azul de timol
Amarillo de alizarina
10-
Rosa claro
incoloro
Naranja
11-
rosa
incoloro
Naranja
12-
rosa
incoloro
Naranja claro
13-
rosaclaro
incoloro
Naranja



Experimento 4: Preparación de indicador derivado de fruta o planta

Soluciones acuosas
Verde de bromocresol
Azul de timol
Amarillo de alizarina
1 Rosa
Azul marino
Naranja
Ámbar
2 Turbio
Ámbar
Naranja
Incoloro
3 Turbio
Ámbar
Rojo
Rosa turbio
4 Turbio
Ámbar
Rojo
Rosa tenue
10 Turbio
Ámbar
Naranja
Rosa tenue
11 Rosa intenso
Azul
Naranja
Rosa tenue
12 Turbio
Ámbar
Rojo
Rosa
13 Turbio
Ámbar
Naranja
Rosa turbio




Experimento 5: Uso de indicadores para estimar el pH de los productos de uso doméstico.

1.-El ácido clorhídrico es un  ácido fuerte. Halle la concentración de H3O y OH en una solución de HCl 0.25 M.
pH= -log[0.25M]   
pH= 0.60          
[H3O]= anti logaritmo del pH
[H3O]= 0.25M
Kw   =   [H+] [OH-]   =   [1 x 10-7] [1 x 10-7]   =   1 x 10-14
[OH-]  = (Kw/[H+]) = (1 x 10-14/)
[OH-] = 3.98 x 10-14

2.-Calcule el pH de una solución para la cual H3O es 3.4x10-3 M.
pH = -log (H3O)
pH = -log[3.4x10-3]
pH = 2.46

3.-Si el pH de una solución es 4.30, calcule la concentración de H3O en la solución
[H3O]= anti logaritmo del pH
[H3O]= anti log (-4.30)
[H3O]= 5.01 x 10-5M

4.-Determine si una solución será acida, básica o neutral conociendo la sig. información:
a) pH=10.20 Básico
b) [H3O] = 3.4x10-3 M = pH de 2.46 por lo tanto es ácido
c) pOH = 2.10 = pH = 11.9 Básica
d) H3O = OH Neutro
e) OH = 6.2x10-12 M = pH = 2.79 por lo tanto es ácida

5.- Considérese el caso de una muestra de agua de rio a la que se desea medir su concentración de carbonatos, cloruros y sulfatos. Ya que la concentración de estos iones en el agua de rio se nota muy alta como para realizar la medición directamente, normalmente se procede a diluir la muestra, antes de realizar la medición propiamente dicha. Supóngase entonces que se toman 50 mL de la muestra original en un matraz aforado y se diluyen a 500 mL de agua destilada. Luego de homogeneizar la disolución recién preparada, se toman 20 mL de esta disolución en un matraz aforado y se diluyen nuevamente en un matraz aforado a 500 mL con agua destilada. Si posteriormente se realizan las determinaciones sobre la segunda disolución y se encuentra que en ellas las concentraciones de calcio, cloruro  y magnesio son respectivamente 25, 95 y 55 ppm ¿Cuál será entonces la concentración de estos elementos en la muestra original?


C1V1=C2V2


Datos:
50ml + 500ml
20ml + 500ml

Calcio                         Cloruro          Magnesio
25ppm                       95ppm           55ppm




6.- Suponga que un vertimiento de aguas  negras residuales de 10 litros por segundos que contiene 525 mg/L de ion cloruro descarga a un cauce receptor de 85 litros por segundo que contiene 10 mg/L de ion cloruro. Calcule cuál será el efecto sobre el cuerpo de aguas receptor.


El primer vertimiento tiene una concentración molar de:
M= #moles/L
M= (gr/pm)/L
M= (5.25/35.427)/10
M= 0.014
El cauce receptor tiene una concentración molar de
M= #moles/L
M= (gr/pm)/L
M= (0.01/35.427)/85
M= 0.000003321

Lo cual quiere decir que cada segundo, a la concentración molar del cauce receptor se le adiciona una concentración molar de 0.014M de ion cloruro proveniente del vertimiento de aguas negras

7.- a) Cual  será el  volumen de agua que se debe agregarse a 500 ml de una solución 1.5M de NaOH para hacerla 0.250 M  y  b) Una solución de NaOH concentrada está al 19.3 M y tiene una densidad de 1.53 g/ml. ¿Cuál es el porcentaje en masa de la solución?                                                                                
M= (#moles/Lsolución)
1.5M = (#moles/0.5L)
#moles = 0.75moles
Para hacer una solución al 0.250M
0.250M= (0.75moles/Lsolución)
L= (0.75moles/0.250M)
L= 3

8. Preparar  250 mL de disolución 0,1 M de CuSO4, partiendo del comercial: CuSO4 . 5 H2O. ¿ Cuánto  se debe  pesar de reactivo  hidratado?
M = (#moles/Lsoln)
0.1M = (#moles/0.25L)
#moles= (0.1/0.25)
#moles= 0.025moles
#moles= (gr/masa molecular)
0.025moles = (gr/248.73 gramos por cada mol)
gr= 6.21825
Como el CuSO4 comercial está al 98% de pureza, la masa real sería
(6.21825 * 98)/100
Masa real= 6.09 gr

9.- ¿Cuántos litros de agua oxigenada al 30% deben combinarse, con cuántos litros de  agua oxigenada al 5%, para obtener 25 litros de una solución de agua oxigenada al 15%?


“a” litros de agua oxigenada al 30% es decir
30% H2O2 y 70% H2O osea 3a/10 de agua oxigenada y 7a/10 de agua normal
“b” litros de agua oxigenada al 5% es decir
95 litros de agua y 5 litros de agua oxigenada osea 95b/100 y 5b/100
Para obtener una solución de 25 litros al 15% quiere decir que
De los 25 litros, 3.75 serán de agua oxigenada
7a/10 + 95b/100 =  21.25
3a/10 + 5b/100 = 3.75
70a/10 + 95b/100 =  21.25
30a/10 + 5b/100 = 3.75

30 (70a + 95b) = 2125
-70 (30a + 5b) = 375

2100a + 2850b = 63750
-2100a – 350b = -26250

2500b = 37500
b =  15

30a + 5(15) = 375
a= 10
Se necesitan  10 litros de H2O2 al 30% y 15 litros de H2O2 al 5% para lograr la disolución

Conclusión

El manejo y el conocimiento sobre la preparación de disoluciones son temas clave para el conocimiento de la química experimental, por un lado en la parte teórica con ayuda  de las fórmulas de normalidad,  molaridad y todas las fórmulas para obtener las concentraciones y por otro lado, llevando esto a la práctica con algunos ejemplos desarrollando más la habilidad para trabajar con los materiales del laboratorio y las cantidades necesarias para trabajar.

Además se conoció la forma de medir el PH de las sustancias y a utilizar el instrumento de medición  de PH y, así mismo, conocer lo que esta medición determina.

Ésta práctica requirió de conocimientos teóricos previos no sólo en el tema de concentraciones de soluto en una mezcla, sino también de volumen y densidad.  Sin embargo en ésta sesión se logró ampliar el conocimiento de estos puntos de la química, tomando en cuenta la forma correcta de preparar una disolución, las cantidades necesarias y los métodos para preparar soluciones líquidas.

Referencias

Chang, R. (2007). Química (9a. Edición ed.). México, D.F.: Mc Graw Hill.

Definición.De. (2008). Definición de Disolución. Recuperado el 10 de Febrero de 2013, de Definición.De: http://definicion.de/disolucion/#ixzz2KerxHoM4

Enríquez García, R. (s.f.). Concentración de iones H+ y pH. Recuperado el 10 de Febrero de 2013, de Proyecto INFOCAB SB 202507: http://prepa8.unam.mx/academia/colegios/quimica/infocab/unidad226.html

Méndez, Á. (18 de Mayo de 2010). Cálculo de pH. Recuperado el 10 de Febrero de 2013, de Química: http://quimica.laguia2000.com/conceptos-basicos/calculo-de-ph

Rodríguez Porca, P. L. (2010). Cálculo de pH. Recuperado el 10 de Febrero de 2013, de Química.