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.
Vinagre
incoloro: Ácido
|
Limpiador
con amoniaco: Base
|
|
Fenoftaleína
|
Incoloro
– PH: 8.1-10
|
Rosado
fuerte – PH: 8.1-10
|
Naranja
de metilo
|
Rojo – PH: 0.1-4.3
|
Naranja –PH: 0.1-4-3
|
Azul
de bromotimol
|
Amarillo
–PH: 6.1
|
Azul –PH 6.1
|
Extracto
de planta
|
Anaranjado
claro
|
Naranja
|
Cuestionario
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
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.
