Date post: | 16-Jul-2015 |
Category: |
Documents |
Upload: | diana-hernandez |
View: | 167 times |
Download: | 1 times |
5/14/2018 Ponteciometría directa con electrodo de vidrio - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/ponteciometria-directa-con-electrodo-de-vidrio 1/13
POTENCIOMETRÍA DIRECTA CON ELECTRODO DE VIDRIO
Diana Hernández Naranjo 0843184; [email protected]
Ricardo Ruiz Guapacha 0833373; [email protected]
Facultad de Ciencias Naturales y Exactas. Universidad del Valle/ Septiembre 7 del 2011.
Resumen: en esta práctica se obtiene la concentración de el analito a partir de un
valor dado en la escala pH, se procede armando un montaje para una titulación
acido-base, en este caso el indicador del punto final es un pH-metro, se preparan las
soluciones reactivos del proceso( NaOH, HCl) y se hacen las diluciones
correspondientes de la muestra problema, en nuestro caso el vinagre, luego se
procede con la estandarización del titulante, NaOH, con ftalato acido de potasio, que
es un patrón estándar, se titula entonces la solución a analizar, dejando caer
inicialmente intervalos de 0.2 ml de NaOH desde una bureta de 25 ml, se observa un
cambio brusco en la medida del pH lo que indica el punto de equivalencia y se sigue
titulando hasta que la medida en el pH-metro sea constante, con el volumen en el
punto de equivalencia y con la concentración del titulante se halla la concentración
del analito, en nuestro caso el acido acético registra un volumen aprox. de 4.50 ml
en el punto de equivalencia, lo que nos lleva a una cantidad de 0.04 aprox. de en solución. Se demuestra así que los métodos potenciometricos directos son
buenas herramientas para determinar cantidades de una sustancia que son muy
pequeñas en una solución.
Palabras claves: Potenciometría, pH-metro, punto de equivalencia, electrodo, Acido,
base, acido acético.
1. IntroducciónPotenciometría.
La Potenciometría es una técnica que
consiste en medir la diferencia de
potencial que se produce en un
reacción química, para dicha medida
se utilizan dos electros encargados de
conducir las cargas generadas, así un
electrodo, el ánodo, será el queconduzca la carga negativa hacia un
voltímetro, donde se registra la
intensidad de corriente, para pasarluego a un terminal positivo, cátodo, el
cual recibe las cargas. El flujo de
corriente se genera por la acumulación
de cargas negativas en el ánodo y
deficiencia de las mismas en el cátodo,
como en la naturaleza todo tiende al
equilibrio las cargas fluyen para
compensar la diferencia. Existen
diferentes tipos de electrodos que son
específicos para algunos iones y
también de diferentes tamaños, el más
5/14/2018 Ponteciometría directa con electrodo de vidrio - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/ponteciometria-directa-con-electrodo-de-vidrio 2/13
típico es del tamaño de un bolígrafo. El
analito es una especie electro activa
que forma parte de la célula galvánica,
donde ocurren las reacciones,
podemos convertir una solución
problema en una semiceldaintroduciendo en su seno un electrodo
para transferir electrones a o desde un
analito, el electrodo indicador es aquel
que responde al analito, se conecta
luego esta semicelda con una segunda
semicelda a través de un puente
salino, esta celda tiene un potencial fijo
y por lo tanto un potencial constante, a
este potencial responde un electrodo
de referencia, el voltaje de la celda es
la diferencia entre el potencial variable
y el potencial fijo. Dependiendo del
analito y la disolución se deben elegir
entonces los materiales de los que
están fabricados los electrodos,
clasificados por clase y el ion que
específicamente detectan. Los
electrodos selectivos para iones como
ya se ha dicho, respondenselectivamente a un ion, estos
electrodos no implican procesos redox,
la característica ideal es una
membrana delgada que idealmente es
capaz de unirse solo al ion que se
pretende determinar. HARRIS, D.C. “Análisis
químico cuantitativo”. Reverté, p. 315-320,321
Medida de pH con un electrodo de
vidrio.
El electrodo de vidrio que se usa para
medir el pH es el ejemplo más común
de un electrodo selectivo para iones, la
parte sensible del electrodo es un
bulbo de vidrio fino en el extremo
inferior del electrodo, a su lado se
incorpora un electrodo de referencia
de plata/cloruro de plata, los dos sirvenpara medir la diferencia de potencial a
través de la membrana de vidrio, un
tapón poroso en la parte lateral cerca
al extremo inferior del electrodo se usa
como puente salino, un electrodo
fabricado de esta forma se conoce
como electrodo combinado. Para
hacer una medida es preciso que almenos fluya una pequeña cantidad de
energía a través del circuito, también a
través de la membrana de vidrio del
electrodo de pH, HARRIS, D.C. “Análisis químico
cuantitativo”. Reverté, p. 323,324
Metodología experimental
5/14/2018 Ponteciometría directa con electrodo de vidrio - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/ponteciometria-directa-con-electrodo-de-vidrio 3/13
Se mide el pH por cada gota de 0.1 mL de la bureta
(desde antes del punto de equivalencia hasta
después del mismo)
Se mide el pH por cada gota que cae de la bureta
(desde antes del punto de equivalencia hasta
después del mismo)
5/14/2018 Ponteciometría directa con electrodo de vidrio - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/ponteciometria-directa-con-electrodo-de-vidrio 4/13
Se mide el pH por cada gota que cae de la bureta
(desde antes del punto de equivalencia hasta
después del mismo)
2. Resultados y discusiónLa diferencia de potenciales entre un
electrodo estándar y un electrodo dereferencia se aplica a titulaciones
acido base como Potenciometría
directa, en este caso inicialmente se
titula x M con una solución
estandarizada de de
concentración conocida los datos para
esta estandarización se encuentran en
la tabla 1 y 2 , ya que se prepararon
dos soluciones de hidróxido de sodio
debido a errores en los que no se tuvo
en cuenta el volumen aproximado de
titulante que se consumiría con el
acido acético sin diluir, es decir hay
que diluir el acido acético para que no
se consuma tanto titulante.
Tabla 1 pH, volumen de titulante, y la primera
derivada.
pHVolumen
titulante, mL
4,06 0,00 0,40
4,10 0,10 0,50
4,15 0,20 0,40
4,19 0,30 0,60
4,25 0,40 1,10
4,36 0,50 1,00
4,46 0,60 0,20
4,48 0,70 0,60
4,54 0,80 0,50
4,59 0,90 0,50
4,64 1,00 0,40
4,68 1,10 0,40
4,72 1,20 0,40
4,76 1,30 0,40
4,80 1,40 0,30
4,86 1,60 0,40
4,90 1,70 0,404,94 1,80 0,30
4,97 1,90 0,44
5,19 2,40 0,40
5,23 2,50 0,22
5,34 3,00 0,44
5,56 3,50 0,50
5,61 3,60 0,60
5,67 3,70 0,50
5,72 3,80 0,70
5,79 3,90 1,60
5,95 4,00 1,00
6,05 4,10 1,10
6,16 4,20 0,90
6,25 4,30 0,80
6,41 4,50 1,00
6,51 4,60 1,00
6,61 4,70 4,40
7,05 4,80 6,30
7,68 4,90 13,70
9,05 5,00 5,40
9,59 5,10 2,609,85 5,20 1,80
10,03 5,30 1,00
5/14/2018 Ponteciometría directa con electrodo de vidrio - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/ponteciometria-directa-con-electrodo-de-vidrio 5/13
10,13 5,40 0,60
10,19 5,50 1,10
10,30 5,60 0,40
10,34 5,70 0,90
10,43 5,80 0,45
10,52 6,00 1,75
Fuente: hecha por los autores del informe
Figura 1 curva de titulación del
(base
débil) con , estandarización primera de labase fuerte.
Figura 2 Derivada 1°curva titulación figura 1
En la figura 2, 4,6 y 8, como punto final
se toma el punto de máxima pendiente(ΔpH/Volumen de base agregado) de
la curva de valoración, este criterio
permite hacer buenas aproximaciones
de la estimación del volumen del punto
de equivalencia. HARRIS, D.C. “Análisis químico
cuantitativo”. Reverté, p. 237
Tabla 2 pH, volumen de titulante, y la primera derivada.
pHVolumen
Titulante, mL
4,22 0,00 0,80
4,30 0,10 0,50
4,40 0,30 0,85
4,57 0,50 0,30
4,60 0,60 0,30
4,63 0,70 0,55
4,74 0,90 0,30
4,80 1,10 0,45
4,89 1,30 0,45
4,98 1,50 0,35
5,05 1,70 0,40
5,13 1,90 0,37
5,24 2,20 0,23
5,31 2,50 0,25
5,36 2,70 0,50
5,46 2,90 0,33
5,56 3,20 0,43
5,69 3,50 0,605,87 3,80 0,77
6,10 4,10 0,60
6,16 4,20 1,00
6,26 4,30 1,80
6,44 4,40 3,50
6,79 4,50 26,30
9,42 4,60 8,40
11,10 4,80 2,00
11,50 5,00 0,68
11,84 5,50 0,30
11,99 6,00 0,20
12,09 6,50 1,86Fuente: hecha por los autores del informe
0.00
2.00
4.00
6.00
8.00
10.00
12.00
0.00 5.00 10.00
p H
Volumen de Base agregado, mL
pH vs. Volumen de titulante(NaOH)
0.00
2.00
4.00
6.00
8.00
10.00
12.00
14.00
16.00
0.00 2.00 4.00 6.00 8.00
Δ p H / Δ V o l u m e n
d e b a s e a g r e g a d o , m L
Volumen de base agregado, mL
5/14/2018 Ponteciometría directa con electrodo de vidrio - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/ponteciometria-directa-con-electrodo-de-vidrio 6/13
Figura 3 curva de titulación del
(base débil)
con , estandarización segunda de la base fuerte.
Figura 4 Derivada 1°curva titulación figura 3
La concentración del sera dada
por la concentración y el volumen
consumido, para el punto de
equivalencia, de durante el
procedimiento, la reacción del con
el consume los iones
inicialmente disociados
La reacción acido-base es llamada
también de neutralización
Debido a que los compuestos iónicos
tienden a disociarse en solución
acuosa, tendremos entonces una
solución electrolítica, es decir
eléctricamente activa, tendremos iones en la solución.
Inicialmente tenemos acido clorhídrico
en exceso lo que implica un exceso de
iones ,con un alto coeficiente
de actividad molar, conforme se
adiciona hidróxido de sodio los ionescloruro tienden a difundirse hacia una
zona en la que la concentración de
cargas negativas es pequeña, y los
iones sodio provenientes del titulante
tienden a rodear estos iones cloruros,
este comportamiento se debería a la
alta diferencia de electronegatividades
entre los dos elementos, como la
concentración de los reactivos es bajael producto de la neutralización
permanecerá en la disolución, por su
parte el catión de hidrogeno se unirá
con el hidroxilo para formar agua, esta
reacción disminuye el coeficiente de
actividad molar del catión de
hidrogeno. Al usar un electrodo
selectivo para iones de membrana de
vidrio, como lo es el pH-metro,
tenemos una lectura inicialmente baja
proveniente del coeficiente de
actividad del catión hidrogeno, en el
interior del pH-metro, se da una
sustitución de la medida de diferencia
de potencial en la ecuación de Nernst,
debida a la actividad, dentro y fuera
del electrodo, del catión mencionado,
se registra la lectura del pH. Se
menciono que a medida que elhidronio reacciona con el hidroxilo el
coeficiente de actividad molar del
0.00
2.00
4.00
6.00
8.00
10.00
12.00
14.00
0.00 2.00 4.00 6.00 8.00
p H
Volumen agregado de base, mL
0.00
5.00
10.00
15.00
20.00
25.00
30.00
0.00 5.00 10.00 Δ p H / Δ V o l u m e n d e
b a s e a g r e g a d o , m L
Volumen de base agregado, mL
5/14/2018 Ponteciometría directa con electrodo de vidrio - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/ponteciometria-directa-con-electrodo-de-vidrio 7/13
catión hidrogeno disminuye, los
cationes migran del interior del
electrodo de vidrio hacia la solución
para seguir reaccionando con el
hidroxilo lo que cusa que la diferencia
de potencial tienda a cero, se diceentonces que la reacción acido-base
está en equilibrio, es decir las
concentraciones de los reactivos
titulante-analito son iguales y se
neutralizan, el potenciómetro da un
salto inconstante que va desde antes
de este volumen de equivalencia a
después del mismo volumen para
luego llegar a ser constante, lo que
sugiere tomar un intervalo en el
registro pH donde posiblemente se
encuentra este punto de equivalencia.
En el caso de la titulación de acido
clorhídrico, los datos de pH y volumen
se encuentran registrados en la tabla
3, se incluyen también los datos de la
primera derivada de la curva de
titulación que sugiere el punto de
equivalencia.
Tabla 3 pH, volumen de titulante, y la primera
derivada.
pHVolumen
Titulante, mL
2,5 0,0 0,14
2,6 0,5 -0,12
2,5 1,0 0,02
2,5 1,5 0,02
2,5 2,0 0,06
2,6 2,5 0,04
2,6 3,0 0,06
2,6 3,5 0,10
2,7 4,0 0,10
2,7 4,5 0,14
2,8 5,0 0,18
2,9 5,5 0,24
3,0 6,0 0,32
3,2 6,5 0,66
3,5 7,0 8,19
10,0 7,8 0,75
10,2 8,0 0,66
10,5 8,5 0,40
10,7 9,0 0,02
10,7 9,5 0,40
10,9 10,0 0,10
11,0 10,5 1,04Fuente: hecha por los autores del informe
La grafica de esta misma tabla es decir
la figura 5, muestra el comportamiento
del acido durante el proceso de
titulación, es apreciable el punto
anterior al volumen de equivalencia en
el que la escala pH da un salto
inesperado en su valor, lo que indicaque en el intervalo desde 3,2 a 10
unidades de pH se encuentra dicho
volumen de equivalencia.
Figura 5 curva de titulación del (acido fuerte) con .
La figura 6 muestra la grafica de la
primera derivada la cual nos indica
más precisamente que el valor del
volumen de equivalencia se encuentra
cerca a 8.9 unidades de pH
0.0
2.0
4.0
6.0
8.0
10.0
12.0
0.0 5.0 10.0 15.0
p H
Volumen de base agregado, mL
5/14/2018 Ponteciometría directa con electrodo de vidrio - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/ponteciometria-directa-con-electrodo-de-vidrio 8/13
Figura 6 Derivada 1°curva titulación figura 5
Para la titulación del acido acético,
acido débil, la actividad del ionprovirnr del único hodrogeno acido
que posee
se titula entonces con hidróxido de
sodio, dando un intervalo para el punto
de equivalencia que va desde 6 hasta
10 unidades de pH, un intervalo similar
al de la titulación del acido clorhídrico,
con el volumen que se obtiene del pH
en la primera derivada se procede
hallar la concentración del analito, la
tabla numero 4 muestra el pH para
cada volumen de titulación del acido
acético con agregado y La
primera derivada que indica el punto
de equivalencia, celda sombreada, enla figura 7 se aprecia la curva de
titulación, en la que el intervalo del
punto de equivalencia en unidades de
pH va de 6 a 10, también se incluye l
curva correspondiente a la primera
derivada en la figura numero 8.
Tabla 4 pH, volumen de titulante, y la primera
derivada.
pHVolumen
Titulante, mL
3,26 0,00 1,35
3,53 0,20 0,40
3,57 0,30 1,00
3,67 0,40 1,00
3,77 0,50 0,40
3,81 0,60 0,70
3,88 0,70 0,30
3,91 0,80 0,60
3,97 0,90 0,50
4,07 1,10 0,20
4,11 1,30 0,50
4,16 1,40 0,50
4,26 1,60 0,40
4,30 1,70 0,35
4,37 1,90 0,50
4,42 2,00 0,25
4,52 2,40 0,35
4,59 2,60 0,28
4,70 3,00 0,30
4,76 3,20 0,30
4,82 3,40 0,334,95 3,80 0,45
5,13 4,20 0,35
5,20 4,40 0,60
5,32 4,60 0,60
5,44 4,80 0,75
5,59 5,00 1,25
5,84 5,20 3,53
6,90 5,50 32,8
10,18 5,60 6,80
10,86 5,70 1,60
11,18 5,90 1,80
11,36 6,00 1,89Fuente: hecha por los autores del informe
-1.00
0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
7.00
8.00
9.00
0.0 5.0 10.0 15.0
Δ p H / Δ V o l u m e n d e b a s
e a g r e g a d o , m L
Volumen de base agregado, mL
5/14/2018 Ponteciometría directa con electrodo de vidrio - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/ponteciometria-directa-con-electrodo-de-vidrio 9/13
Figura 7 Curva de Titulación del (acido
débil) con
Figura 8 Derivada 1°curva titulación figura 7
Entre los errores experimentales que
afectan la determinación del analito, seencuentra el error en la medida de
volúmenes y masas de reactivos, cada
instrumento de laboratorio posee un
cierto nivel de tolerancia que
agregados a los cálculos reducen el
error experimental en los valores
finales, en la tabla numero 5 se
encuentran especificadas las
tolerancias de los instrumentos usadosen la práctica, a si como las
cantidades máximas de graduación y
sus unidades.
Otro error influyente, que no se elimina
ya que va ligado a la naturaleza
química del material con que se hace
el vidrio del electrodo, es el error
alcalino, los iones monovalentes como
el del sodio y otros metales alcalinos
tienden a difundirse hacia dentro y
fuera entre las fronteras del electrodo
de forma similar al ion de hidrogeno, lo
que causa errores en la medida del pH
final. En pH superiores a 10.5, la
lectura puede no corresponder solo a
la de los iones hidrogeno es decir elpH verdadero puede ser menor al
registrado por la interferencia del ion
sodio, para que este error sea
significativo la concentración de iones
sodio deben ser grandes con respecto
a la del ion hidrogeno, por lo menos en
10 unidades de magnitud, lo que
podemos apreciar es que las
concentraciones que se mantienen sonmuy bajas, esto hablando del hidróxido
de sodio que es el titulante empleado
en la práctica, lo que puede significar
una actividad de ion sodio baja,
resultando un error bajo alcalino. HARRIS,
D.C. “Análisis químico cuantitativo”. Reverté, p. 329,330
Tabla 5 Tolerancia de los instrumentos de laboratorio
InstrumentoCapacidad,
mLTolerancia,
mLBureta 25 ± 0.03
MatrazVolumétrico
100 ± 0.03
PipetaGraduada
5 ± 0.01
BalanzaAnalítica,
semi-micro(100-200) mg ± 0.0001 g
Fuente: HARRIS, daniel. “ Análisis química
cuantitativo” , México: Reverté, p. 237,
0.00
2.00
4.00
6.00
8.00
10.00
12.00
0.00 2.00 4.00 6.00 8.00
p H
Volumen de base agregado, mL
0.00
5.00
10.00
15.00
20.00
25.00
30.00
35.00
0.00 2.00 4.00 6.00 8.00
Δ p H / Δ V o l u m e n a g r e g a d o d e b a s e , m L
Volumen de base agregado, mL
5/14/2018 Ponteciometría directa con electrodo de vidrio - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/ponteciometria-directa-con-electrodo-de-vidrio 10/13
Cálculos:
Cálculos de la estandarización 1º de :
COOK
COOH
+NaOH
COOK
COONa
+ OH2 (1)
Fuente: Acd/Chemsketch(Freeware) – (D:\Diana
Hernández\estructuras químicas(organica e
inorgánica)\oftalatopotasico+naoh
0.016991809914
Errores aleatorios involucrados en la
preparación de una disolución:
( ) ( )
Ecuación propagación del error:
( )
√
( )
√ ( ) ( )
Ver tabla 5.
√ ( )
( )
Cálculos de la estandarización 2º de :
COOK
COOH
+NaOH
COOK
COONa
+ OH2 (1)
Fuente: Acd/Chemsketch(Freeware) – (D:\Diana
Hernández\estructuras químicas(organica einorgánica)\oftalatopotasico+naoh
0.1210261099
Errores aleatorios involucrados en la
preparación de una disolución:
( ) ( )
Ecuación propagación del error:
(
)
√
( )
√ (
) (
)
Ver tabla 5.
√ ( )
( )
5/14/2018 Ponteciometría directa con electrodo de vidrio - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/ponteciometria-directa-con-electrodo-de-vidrio 11/13
Calculo cantidad en gramos de en el analito:
0.027287897
Errores aleatorios involucrados en la
preparación de una disolución:
( )
Ecuación propagación del error:
√
√
(
)
Ver tabla 5.
√
( )
Calculo cantidad en gramos de en el analito:
Teórico:
( )
0.05
Experimental:
0.0399572543
Errores aleatorios involucrados en la
preparación de una disolución:
( )
Ecuación propagación del error:
√
√ ( )
( )
Ver tabla 5.
5/14/2018 Ponteciometría directa con electrodo de vidrio - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/ponteciometria-directa-con-electrodo-de-vidrio 12/13
√ ( )
(
)
% de rendimiento del instrumento pH-
metro en la valoración de con :
3.1 solución a preguntas
3.1.1 ¿Qué ocurre en las valoraciones
ordinarias cuando la concentración de
los reaccionantes es muy pequeña?
¿Será correcto en estos casos usar un
indicador?
R/ cuando las concentraciones son
muy pequeñas en los reaccionantes el
punto final o volumen de equivalencia
es de difícil apreciación a la vista
humana ya que los cambios se dan a
la escala de la concentración, si se
usa un indicador, debe ser unacantidad muy pequeña ya que el
indicador también reacciona con el
analito sea el caso o con el titulante,
es decir el indicador también es un
acido o una base cuyas distintas
formas protonadas tienen diferentes
colores, para que esta forma
protonada se produzca el indicador
debe reaccionar sea ganando protones
de un acido o perdiendo protones con
una base
Lo que quiere decir que si la
concentración de reaccionantes es
baja y la del indicador muy alta este
reacciona con todo el analito o titulante
que se encuentre en la solución esto
llevaría a que el ojo humano percibiera
el cambio como producto de reacción
de analito-titulante y la realidad es que
el volumen de equivalencia sería el de
la reacción indicador-titulo o analito, no
es aconsejable el uso de indicadoresen estos casos.
3.1.2 ¿Cuál es el indicador químico
apropiado para una valoración de un
acido débil con una base débil?
R/ Se considera una solución que se
prepara mezclando 100 mL de acido
cloro acético 0.050 M con 100 mL demetilamina 0.050 M, esta es una
mezcla equimolar de HA y B y debe
comportarse de la misma manera que
el anfolito de un acido diprótico. Los
valores de Ka para los dos ácidos son:
[] √
F= concentración formal de HA o B (se
trata de una mezcla equimolar)
[] √
[]
[ ]
5/14/2018 Ponteciometría directa con electrodo de vidrio - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/ponteciometria-directa-con-electrodo-de-vidrio 13/13
El pH de la mezcla equimolar debe ser
muy próximo a la semisuma de las pKa
de HA y BH+
Como verificación del resultado del pH,
se usa la siguiente ecuación:
⟨ ⟩ ⟨ ⟩
6.75
El anterior resultado se compara con
la tabla 6:
Tabla 6 indicadores
Fuente: HARRIS, daniel. “ Análisis química
cuantitativo” , México: Reverté, p. 241,
Se escoge el Azul de bromotimol, que cubre un
rango de (6.0-7.6) pH, y que su color en formaacida es amarillo y en forma básica es azul.
4 conclusioneso los errores de unión liquida y
la consideración de que el
conocimiento del pH medido
en el analito no debe ser
mejor que el conocimiento
del pH de las soluciones
amortiguadoras, soninevitables y limitan la
exactitud en las medidas con
electrodo de vidrio en
unidades de pH.
5 referencias
[]HARRIS, daniel. “ Análisis química cuantitativo” ,
México: Reverté, p. 237, 329,330.