DETERMINACIÓN DE LA CONSTANTE DE EQUILIBRIO DE UN ÁCIDO DÉBIL

1. RESUMEN

En la práctica “DETERMINACIÓN DE LA CONSTANTE DE EQUILIBRIO DE UN ÁCIDO DÉBIL” se llevó a cabo la titulación de ácido acético (ácido débil) con hidróxido de sodio (base fuerte) estandarizado con ftalato ácido de potasio, con el fin de calcular el cambio de pH (utilizando un potenciómetro calibrado) que sufría la solución de ácido al agregar cierta cantidad de mililitros de la solución de base, ya que a partir de estos datos se pudo calcular el punto de equivalencia mediante los métodos de: estequiometria, primera y segunda derivada; las gráficas de los dos últimos métodos no fueron simétricas lo cual significa hubo un error de titulación, ya que las concentraciones de ambas soluciones variaban significativamente, por ejemplo: la solución CH3COOH era 1M en 50 mL mientras la solución de NaOH era 0.1M en 250 mL, dicha variación de concentración provocó que los mililitros gastados de base fueran mayor de lo esperado teóricamente, ya que se contaba con una alícuota de 10mL.

Sin embargo la constante de equilibrio del ácido débil fue calculada a partir del punto de equivalencia en la cual de igual manera se tomó en cuenta la concentración de la solución ya neutralizada. Se considera que el clima en el que se llevó a cabo la práctica pudo diferir en los resultados obtenidos.

La práctica fue realizada bajo las condiciones de 10°C a 0.84 at

1. OBJETIVOS

1. Objetivo especifico

Determinar el valor de la constante de equilibrio y pKa, neutralizando un ácido débil, tomando como base métodos gráficos.

1. Objetivo generales

1. Calcular el punto de equivalencia utilizando los métodos de la primera y segunda derivada y por estequiometria
2. Calcular las constante pKa utilizando métodos gráficos como el de la segunda y primera derivada y estequiométricamente.
3. Determinar qué valor de pKa es el más exacto y cercano al pKa teórico del ácido acético

1. MARCO TEORICO

3.1 _Ácidos y Bases

Una reacción acido-base o reacción de neutralización es una reacción química que ocurre entre un ácido y una base obteniendo como producto una sal y agua. Gilbert Lewis descubrió que un ácido es una sustancia que puede aceptar un par de electrones y una base es aquella que puede donar ese par.^[1] 

3.2 ¿Qué es el pH?

El pH indica la forma precisa de acidez o basicidad de una sustancia. Un indicador de pH permite medir el pH de un medio, se utilizan como indicador de las sustancias que cambias de color al cambiar su pH.

3.3 ¿Qué es un indicador?

Un indicador es un colorante orgánico que cambia de color según están en presencia de una sustancia ácida o básica.

• Rosado          Ácido
• Azul                 Neutro
• Verde         Básico

3.4 Fuerza de los ácidos y las bases

Los ácidos pueden dividirse en fuertes y débiles. Las moléculas de los ácidos se disocian en forma prácticamente total al ser disueltos en agua. Las bases débiles solo ionizan una pequeña proporción de sus moléculas. Las bases fuertes se disocian completamente en la solución y las bases débiles no ionizan por completo

3.5 Constantes Keq, Ka y Kb  

• Constante de equilibrio Keq: Se utiliza cuando la disolución acuosa se encuentra diluida y la concentración del agua se mantienen constante.
• Ka y Kb: Ka, es conocida como la constante de disociación, ionización o acidez. A mayor valor de Ka mayor es la fuerza del ácido. La constante Kb es la constante de ionización de las bases midiendo sus fuerzas.
• Los ácidos o bases fuertes, no tienen constante de disociación por lo que están totalmente disociados de manera que para calcular el pH se necesita solamente considerar el equilibrio.^[2]

3.6 Volumetría

En la volumetría se añade lentamente la disolución patrón desde una bureta a una disolución de analito, situado en el Erlenmeyer, hasta que se completa la reacción entre los dos. A partir de la cantidad de patrón necesaria para completar la reacción se puede calcular la cantidad de analito presente.

3.7 Punto de equivalencia

Punto de equivalencia se le denomina a un punto teórico imposible de determinar experimentalmente. Se estima el punto de equivalencia al observar el cambio físico provocado por la desaparición del analito o aparición de exceso de valorante; conociendo el punto final.^[3] 

3.7.1 Metodos para la determinación del punto de equivalencia

Son métodos para la estimación del punto final para una valoración más fácil de utilizar

• Método de la derivada de pH con respecto al volumen adicionado (∆pH/∆V): Debe presentar un valor máximo para el punto de inflexión de la curva pH vs V.[pic 1]

IMAGEN: Gráfica de primera derivada

FUENTE:http://apuntescientificos.org/imagenes_fq/UVM/Volumetria/derivada01.JPG

• Metodo de la segunda derivada del pH con respecto a Volumen  (∆pH/∆V)/∆V: debe alcanzar un valor cero en el punto de equivalencia de la valoración.[pic 2]

IMAGEN 2: Gráfica de la segunda derivada

FEUNTE: http://apuntescientificos.org/imagenes_fq/UVM/Volumetria/segunda.JPG

• Método de Gran: Se basa en el ajuste mediante mínimos cuadrados de la recta resultante de representar la función de Gran frente al volumen de base adicionada [pic 3]

IMAGEN 3: Metodo de Gran

FUENTE:https://encryptedtbn2.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcRfBMntRi7CFngiEh2THv4MJIg6uls_G1wggdeexad9rETPPzRR

• Métodos de las tangentes: uno de los más utilizados, al igual que el de la primera derivada.

[pic 4]

IMAGEN 4: Método de la tangente

FUENTE: https://encrypted-tbn3.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcQmdPmSF-9yuUHuYtPBGHZmFv_wUCwHR_hDg6EpPfMTpdv3uO6k3w

3.8 Reacción de neutralización:

Reacción de neutralización es aquella en l cal reacciona un ácido con una base. Se considera como una reacción de doble desplazamiento en la que el ion hidrógeno de ácido se combina con el ion hidróxido de la base para formar agua. El único caso en el cual no se puede formar agua es en la combinación de un oxido de un no metal con un oxido de un metal. Cuando una base y un ácido reaccionan entre sí, el pH de la solución resultante no necesariamente debe de ser cero.

3.9 Potenciómetro

El potenciómetro es un sensor utilizado en el método electroquímico para medir el pH de una disolución. La determinación de pH consiste en medir el potencial que se desarrolla a través de una fina membrana de vidrio que separa dos soluciones con diferente concentración de protones. El voltaje en el interior del bulbo es constante porque se mantiene su pH 7 de manera que la diferencia de potencial solo depende de pH del medio externo. ^[4]

3.9.1 Tipos de potenciómetro

• Potenciómetros de mando: Son adecuados para su uso como elemento de control en los aparatos electrónicos. El usuario acciona sobre ellos para variar los parámetros normales de funcionamiento
• Potenciómetros de ajuste: Controlan parámetros preajustados, se suelen distinguir potenciómetros de ajuste vertical, cuyo eje de giro es vertical, y potenciómetros de ajuste horizontal, con el eje de giro paralelo al circuito impreso.
• Potenciómetros lineales: La resistencia es proporcional al ángulo de giro
• Potenciómetro digital: Tiene un circuito integrado cuyo funcionamiento simula el de un potenciómetro Analógico

3.10 Aplicaciones industriales

Los potenciómetros son usados principalmente como reóstatos conectando el cursor a uno de los terminales fijos, con el fin de controlar la corriente que circula a través de un circuito; o como divisores de voltaje, los cuales permiten obtener cualquier valor de voltaje comprendido entre cero y el máximo voltaje aplicado a sus extremos La mayoría de la gente no lo sabe, pero una persona promedio utiliza un potenciómetro casi todos los días. Puedes encontrarlos en los automóviles, equipos de música, interruptores de luz y una serie de otros dispositivos. Sin ellos, los consumidores tendrían serias dificultades para operar la mayoría de los aparatos electrónicos. Uno de los principales usos de los potenciómetros son las perillas de control de audio. Al girar el dial del potenciómetro hacia un lado o el otro, los consumidores pueden afectar el volumen de su dispositivo de audio, los potenciómetros se pueden utilizar en cualquier dispositivo que requiera una variación suave de la corriente. De este modo pueden encontrarse en todo, desde estufas eléctricas hasta palancas de mando para juegos.

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