Laboratorio 4.1: Medición de pH y titulación ácido y base Sigla Asignatura Nombre del Recurso Didáctico Unidad de Aprendizaje 4 Unidades de Competencia
IAQ1001
Nombre de la AGENTES QUÍMICOS EN LA Asignatura PREVENCIÓN IAQ1001_GUÍA N° 4.1: Medición de pH y titulación ácido-base
COMPORTAMIENTO DE ÁCIDOS Y BASES Manipula sustancias químicas en medio acuoso de acuerdo a su comportamiento ácido base.
ÍNDICE Contenido
Pág.
1.
OBJETIVO…………………………………………………………………………………….........................................
1
2.
ALCANCE……………………………………………………………………………………………………………………………
1
3.
MARCO TEÓRICO………………………………………………………………………………………………………………..
1
4.
MATERIALES-EQUIPOS-ELEMENTOS NECESARIOS……………………………………………………………….
4
5.
PRECAUCIONES……………………………………………………………………………........................................
4
6.
DESCRIPCIÓN DEL PROCEDIMIENTO…………………………………………………....................................
4
7.
PROCEDIMIENTOS Y/O PROTOCOLOS A REALIZAR……………………………………………………………..
5
8.
DESCRIPCIÓN DEL PRODUCTO FINAL…………………………………………………………………………………..
6
9.
PAUTAS DE CHEQUEO………………………………………………………………………………………………………..
7
10.
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS………………………………………………………......................................
10
Revisión Número: 4 Preparado por: M. Cristina Plaza
Fecha de actualización: 01-03-14 Revisado por: M. Cristina Plaza
Fecha de vigencia: 2014 Aprobado por: ESCO
1.
OBJETIVO • • •
2.
Medir el pH de un ácido y de una base. Determinar la concentración de una solución ácida o básica a partir de la aplicación de técnicas de titulación. Aplicar las medidas de seguridad recomendadas para el desarrollo de esta actividad.
ALCANCE:
El análisis cuantitativo es un elemento clave en la evaluación de agentes químicos. Es así como diversas técnicas utilizadas en Higiene Industrial, como por ejemplo, el muestreo de algunos vapores orgánicos mediante burbujeador, se requiere determinar la cantidad de sustancia contaminante capturada por dicho instrumentos para su posterior evaluación higiénica. La titulación ácido base es una técnica ampliamente utilizada para analizar soluciones en donde el soluto es un compuesto ácido o base. 3.
MARCO TEÓRICO.
Los ácidos y las bases están presentes en muchos productos de uso cotidiano. Por ejemplo, encontramos sustancias ácidas en las frutas cítricas, en el vinagre, en la batería de los automóviles y en nuestro propio organismo que sintetiza ácido clorhídrico para ayudar la digestión. Por su parte, las bases están presentes en los productos de limpieza, en los fármacos llamados antiácidos (bicarbonato de sodio, hidróxido de magnesio). Para los ácidos y las bases existe un ensayo experimental para reconocerlos, esto es, utilizando los llamados indicadores ácido-base. Un indicador ácido-base suele ser un extracto vegetal, el cual adquiere dos colores claramente diferenciados según el medio en que se encuentra (ácido o básico).Entre los indicadores más empleados está el papel pH, y las soluciones concentradas como las que se indican en la siguiente tabla: NOMBRE
COLOR ACIDO
COLOR BÁSICO
INTERVALO PH
Azul de timol
Rojo
Amarillo
1,2 - 2,8
Azul de bromofenol
Amarillo
Azul
3,1 - 4,4
Rojo de clorofenol
Amarillo
Rojo
4,8 - 6,4
Rojo de cresol
Amarillo
Rojo
7,2 - 3,8
Fenolftaleína
Incoloro
Rojo
8,3 – 10
Alizarina amarilla
Amarillo
Rojo
10 – 21,1
Anaranjado de metilo
Rojo
Amarillo
3,1 – 4,4
Rojo de metilo
Rojo
Amarillo
4, 2 – 6,3
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Azul de bromotimol
Amarillo
Azul
6 – 7,6
Violeta de metilo
Amarillo
Azul violeta
0, 2 – 2
Rojo conso
Azul
Rojo
3-5
Los indicadores ácido-base, o indicadores de pH, son sustancias colorantes que, puestas en contacto con una disolución, modifican su coloración cuando el pH de la solución pasa de un valor a otro. En general, son ácidos o bases débiles cuyas formas ácida y básica presentan diferentes colores. La alteración del color se denomina Viraje y, en términos generales, se produce en un intervalo que oscila entre 1.2 y 1.7 unidades de variación de pH. Los indicadores se utilizan en forma de solución que se añade en pequeñas cantidades al líquido problema, o en forma de tiras de papel impregnadas en el indicador correspondiente y desecado a continuación. Combinando en la forma adecuada varios indicadores que presentan distintas coloraciones de viraje, se obtiene una tira de papel que presenta una coloración diferente para cada valor de pH y que recibe el nombre de “Indicador Universal”. A continuación se presenta un ejemplo del comportamiento de la Fenolftaleína según el pH de la solución:
Fig. 3.1: Viraje de la Fenolftaleína
•
Escala de pH; Diferencias entre sustancias, ácidas, básicas y neutras
El pH es una medida del grado de acidez de las sustancias y corresponde al logaritmo negativo de la + concentración de protones [H ].
[ ]
pH = − log H + = log
[
]
1 H+
[ ]
pOH = − log OH − = log 14 = pH + pOH
donde la concentración se exp resa en mol / L = M
1 OH −
[
]
donde la concentración se exp resa en mol / L = M
Esto implica que la suma de pH y pOH no puede diferir de 14, si por alguna razón el pH aumenta, el pOH disminuye ya que la relación es constante.
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7
8
9
10
12
13
14
10-1 10-2 10-3 10-4 10-5 10-6 10-7 10-8 10-9 10-10 10-11 10-12 10-13 10-14
[OH-] 10-14 10-13 10-12 10-11 10-10 10-9 10-8 10-7 10-6 10-5 10-4 •
11
Soda cáustica
6
Agua de cal
5
Limpia vidrios
Agua pura
4
Jabón líquido
Saliva humana
3
Bicarbonato de sodio
Orina humana
2
Agua de mar
Cerveza
1
Jugo de naranja
[H+]
1
Vinagre
0
Jugo gastrico
Ácido de batería pH
10-3 10-2 10-1
1
Volumetrías de neutralización
Habitualmente una reacción de neutralización se define como un proceso químico del que resultan como productos una sal más agua, a partir de un ácido y una base. Sin embargo, el carácter definitorio de las reacciones de neutralización es la formación de moléculas de agua. Las volumetrías son métodos analíticos cuantitativos basados en la medida de volúmenes líquidos o gaseosos; en este último caso se denominan gasometrías. Las volumetrías de neutralización están fundamentadas en el desarrollo de las reacciones ácido-base y se dividen en acidimetrías (sustancia analizada es un ácido) y alcalimetrías (sustancia analizada es una base). En esencia, estos procesos tienden a neutralizar determinados volúmenes de la sustancia que se desea analizar sirviéndose de otros contrarios y de concentración conocida; por consiguiente, las acidimetrías se practicarán con soluciones básicas de concentración conocida y las alcalimetrías se llevaran a cabo con soluciones ácidas de concentración también conocida. A partir del volumen utilizado en la neutralización, resulta sencilla la determinación de la concentración de sustancia problema. La normalidad de la solución problema, se determina entonces, disponiendo una cantidad medida de la misma en un matraz y añadiendo una solución patrón, contraria desde el punto de vista ácido-base y de concentración conocida, que se hace caer al matraz gota a gota desde una bureta, todo esto se realiza en presencia de un indicador que se agrega a la muestra problema de modo de hacer visible el cambio en el valor de pH (cambio brusco en el color) y por lo tanto el punto de equivalencia. La operación antes descrita se denomina valoración volumétrica y concluye con la determinación del volumen de solución valorada gastado en la neutralización y la del volumen de la solución de concentración desconocida. •
Punto de equivalencia
El punto de equivalencia se produce cuando la cantidad de titulante agregado (no el volumen) es exactamente igual a la de la especie valorada mientras que el punto final indica el momento en que la titulación ha terminado debido a que el indicador a cambiado de color.
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La diferencia entre el punto final y el punto de equivalencia representa el error de la valoración y, lógicamente, habrá que tratar en lo posible que ambos puntos coincidan. Para calcular la concentración del ácido o la base en el punto de equivalencia se emplea la siguiente ecuación:
Ma × Va = Mb × Vb Donde: Ma= concentración molar de la solución ácida Mb= concentración molar de la solución básica Va= Volumen de la solución ácida Vb= Volumen de la solución básica 4.
MATERIALES – EQUIPOS – ELEMENTOS NECESARIOS. Materiales • • • • • • •
Bureta Pipeta aforada Erlenmeyer Propipeta Soporte Universal Doble nuez (soporte) Varilla de agitación
Insumos • • • • • • 5.
PRECAUCIONES • • • •
6.
NaOH HCl Fenoftaleina Agua destilada Papel pH Papel tornasol
Utilizar guantes y antiparras Consultar ficha de seguridad del ácido clorhídrico e hidróxido de sodio Zapatos de seguridad Delantal
DESCRIPCIÓN DEL PROCEDIMIENTO 6.1 Primero se medirá el pH de las soluciones preparadas en el laboratorio 3.1 6.2 Luego se determinará la concentración del HCl mediante una reacción de neutralización con NaOH utilizando fenolftaleína como indicador.
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7.
PROCEDIMIENTO Y/O PROTOCOLO A REALIZAR.
Antes de comenzar con la experiencia se debe limpiar cuidadosamente el material de vidrio que se va a emplear. Para esto se utilizará una solución de detergente común seguido de un enjuague con agua potable y luego con agua destilada. Para el desarrollo de la experiencia utilizaras las soluciones de NaOH y HCl, preparadas en el laboratorio 3.1: Preparación de soluciones. 7.1 Medición de pH NAOH Con la varilla de agitación untar la solución de NaOH. Colocarla sobre el papel pH. Esperar que cambie la tonalidad del papel. Comparar el color, con la escala indicada en el envase Registrar el valor. Repetir esta misma operación con el papel tornasol.
HCl Con la varilla de agitación untar la solución de HCl. Colocarla sobre el papel pH. Esperar que cambie la tonalidad del papel. Comparar el color, con la escala indicada en el envase Registrar el valor. Repetir esta misma operación con el papel tornasol. Registrar las observaciones en la siguiente tabla: Solución
pH
Papel tornasol rojo
Papel tornasol azul
Clasificación ácido o base
NaOH HCl
7.2 Titulación ácido-base En una pipeta aforada mida 10 ml de HCl y colóquelo en un enlenmeyer limpio. Añada 3 gotas de indicador (Fenoftaleina). Llene una bureta previamente encebada con NaOH y afórela a 100 ml. Comience a agregar la solución (gota a gota) desde la bureta hasta que aparezca la coloración débilmente rosada, anote el volumen de NaOH consumido.
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Repita la operación dos veces y determine la concentración del NaOH. Con la información y los cálculos realizados complete la siguiente tabla: Datos de la experiencia práctica Parámetro
Unidad
Medida
Observaciones
Volumen de HCl utilizado Volumen de NaOH utilizado Indicador Concentración de la solución de HCl
8.
DESCRIPCIÓN DEL PRODUCTO FINAL •
El alumno deberá entregar un informe con los cálculos realizados, descripción de la experiencia, resultados observados y conclusiones. Además, el alumno deberá identificar los elementos de riesgo observados en la experiencia. El informe contará de las siguientes partes o o o o o
o
o o o o •
Portada Introducción Objetivos Medidas de seguridad Procedimiento 1. Materiales e insumos 2. Equipos empleados 3. Procedimientos de trabajo Resultados 1. Cálculos 2. Gráficos 3. Tablas de resultados Análisis y discusión de resultados Conclusiones y recomendaciones Dificultades en el desarrollo Bibliografía
Formato de entrega
El docente facilitara el formato de entrega del informe a los alumnos, mediante envío de mail o mensaje interno en Blackboard.
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9.
PAUTAS DE CHEQUEO
Para evaluar el desempeño de los alumnos en forma individual durante el desarrollo del laboratorio se aplicara la siguiente escala de valor: ESCALA DE VALOR: Sigla L (a) PL(b ) NL(c)
Leyenda Logrado (algunas dificultades) Parcialmente Logrado (varias dificultades) No Logrado
L
PL
NL
(a)
( b)
(c)
Aspectos a Evaluar En el Desarrollo de la Actividad
•
Prepara la actividad a desarrollar en forma previa. 1.
Lee la guía antes de ingresar al laboratorio.
1,5
1
0
2.
Contesta las preguntas que se plantean al ingreso del laboratorio.
1,5
1
0
3.
Arma el montaje para la experiencia de acuerdo a lo especificado en la guía.
1,5
1
0
•
Utiliza los elementos de seguridad en las prácticas de laboratorio. 4.
Emplea los EPP (lentes de seguridad, zapatos, mascarilla en caso que sea necesario).
2
1,5
0
5.
Emplea ropa adecuada para ingresar al laboratorio (Delantal de mangas largas).
1,5
1
0
6.
Utiliza guantes para desarrollar la actividad, tanto para manipulación de compuestos químicos como para aislamiento térmico.
1,5
1
0
7.
Emplea mascarillas cuando se trabaja con compuestos volátiles.
1,5
1
0
•
Aplica las medidas de seguridad necesarias durante el desarrollo de la actividad. 8.
Lee la ficha de seguridad de los reactivos y el rotulado de los envases antes de manipularlos.
2
1,5
0
9.
Verifica el voltaje de los instrumentos de trabajo, y luego de usarlos los apaga.
2
1,5
0
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10. Emplea la propipeta para extraer compuestos líquidos.
2
1,5
0
11. Trabaja bajo el extractor los reactivos volátiles.
2
1,5
0
1,5
1
0
1,5
1
0
1,5
1
0
1,5
1
0
1,5
1
0
17. Mantiene el orden del lugar de trabajo.
1,5
1
0
18. Desarrolla la actividad de acuerdo a los tiempos establecidos.
1,5
1
0
19. Trabaja de acuerdo a los protocolos de la guía.
1,5
1
0
20. Desarrolla los cálculos establecidos en la guía de laboratorio.
1,5
1
0
12. Manipula y desecha el material de vidrio quebrado de acuerdo a las indicaciones del docente. 13. Adiciona ácido sobre agua, en una reacción. 14. Manipula frascos y tubos de ensayo sin dirigir la abertura hacia el cuerpo o hacia otra persona. 15. Desecha los reactivos utilizados de acuerdo a lo indicado por el docente. 16. Reconoce los lugares donde se ubican los extintores, botiquín, lava ojos, duchas, y vías de evacuación. •
Desarrolla la actividad de acuerdo a los procedimientos establecidos.
Puntajes y Notas PUNTAJE TOTAL: 32,5 PUNTAJE DE CORTE: 20
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NOTA 7.0 NOTA 4.0
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Para desarrollar el informe de laboratorio de IAQ1001 conformar grupos de no más de tres personas, desarrollar el formato entregado por el docente y la evaluación se aplicara de acuerdo a la siguiente escala de valoración: Sigla L (a) PL(b ) NL(c)
Leyenda Logrado (algunas dificultades) Parcialmente Logrado (varias dificultades) No Logrado L
PL
NL
(a)
( b)
(c)
Aspectos a Evaluar En el Informe de Laboratorio
1.
Cumple con el plazo de entrega.
1,5
1
0
2.
Redacta un informe sin faltas de ortografía
1,5
1
0
3.
Redacta un informe acorde al lenguaje técnico de la asignatura.
1,5
1
0
4.1 Portada
1
0,5
0
4.2 Introducción
1
0,5
0
4.3 Objetivos
1,5
1
0
4.4 Medidas de seguridad
1,5
1
0
4.5 Procedimientos Materiales e insumos Equipos empleados Procedimientos de trabajo 4.6 Resultados Cálculos Gráfico Tablas de resultados 4.7 Análisis y discusión de resultados
1,5
1
0
1,5
1
0
1,5
1
0
4.8 Conclusiones y recomendaciones
1,5
1
0
4.9 Dificultades en el desarrollo
1
0,5
0
4.10 Bibliografía
1
0,5
0
4. Desarrolla el informe de acuerdo al formato establecido, presentando en su contenido:
TOTAL
Revisión Número: 4 Preparado por: M. Cristina Plaza
Fecha de actualización: 01-03-14 Revisado por: M. Cristina Plaza
16,5
Fecha de vigencia: 2014 Aprobado por: ESCO
Puntajes y Notas PUNTAJE TOTAL: 16,5 PUNTAJE DE CORTE: 10
NOTA 7.0 NOTA 4.0
10. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS. http://labquimica.wordpress.com/2008/04/30/titulacion-acido-base/
Revisi贸n N煤mero: 4 Preparado por: M. Cristina Plaza
Fecha de actualizaci贸n: 01-03-14 Revisado por: M. Cristina Plaza
Fecha de vigencia: 2014 Aprobado por: ESCO