Diseño experimental.

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             Diseño experimental

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• PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA:

Determinar experimentalmente el intervalo de vire de indicadores ácido-base en la escala de pH. 

• OBJETIVO GENERAL:

Establecer experimentalmente la escala de pH con disoluciones de naturaleza ácido-base fuerte y determinar el intervalo de vire de algunos indicadores ácido-base.

• OBJETIVOS PARTICULARES:

1. Conocer las diferentes teorías ácido/base, y sus características generales.
2.  Establecer el comportamiento de las sustancias de naturaleza ácido/base a partir de la teoría electrolítica de Arrhenius.
3. Establecer la clasificación de comportamiento ácido/base de los electrolitos en función de su ionización y los factores que lo caracterizan.
4.  Establecer el concepto de pH.
5.  Establecer teóricamente la escala de pH, sus zonas de predominio y las ecuaciones químicas que caracterizan cada zona tomando en cuenta el equilibrio de ionización del agua.
6. Preparar disoluciones concentradas (stock) de ácidos y bases fuertes a partir de reactivos analíticos tomando en cuenta las propiedades características de éstos.
7.  Preparar disoluciones de ácidos y bases fuertes de menor concentración a partir de disoluciones concentradas (stock) por el método de diluciones sucesivas para establecer la escala de pH.

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• MARCO TEORICO:

• Ácido y base

La palabra acido deriva del latín acidus que significa “agrio” o “acre”; también se relaciona con la palabra latina acetum, que significa “vinagre”. El vinagre se conoce desde la antigüedad como producto de fermentación del vino y de la sidra de manzana.

Algunas de las propiedades que caracterizan a los ácidos son:

1. Sabor agrio
2. Cambian el color tornasol, un colorante vegetal, de azul a rojo.
3. Reacciona con los :

• Metales como zinc y el magnesio para producir hidrogeno gaseoso
• Hidróxido para producir agua y un compuesto iónico.
• Carbonatos para producir dióxido de carbono

Estas propiedades se deben a los iones H+, que generan los ácidos en disoluciones acuosas.

Las  disoluciones acuosas de las bases se conocen con el nombre de disoluciones alcalinas o disoluciones básicas. Algunas de las propiedades características de las bases son:

1. Sabor amargo o cáustico
2. Sensación al tacto resbaladiza o jabonosa
3. Capacidad de cambiar el tornasol de rojo a azul
4. Capacidad de reaccionar con los ácidos

Se han propuesto varias teorías para contestar la pregunta ¿Qué es un ácido y que es una base? Unas de las primeras y de las más significativas fue la que propuso Svante Arrehenius (1859-1927) en 1884. Este científico sueco estableció que “un acido es una sustancia que contiene hidrogeno que se disocia para producir iones hidrogeno, y que una base es una sustancia que contiene grupo hidróxido, que se disocia para producir iones hidróxido en solución acuosa”. Arrehenius postulo que los iones hidrogeno se producen por disociación de los ácidos en agua, y que los iones hidróxido se producen por disociación de las bases en agua.

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En 1923 el químico danés J.N Bronsted (1897-1947) y el químico inglés T.M Lowry (1847-1936) propusieron la teoría de transferencias de protones de Bronsted-Lowry. En esta teoría establece que un acido es un sonador de protones y una base es un receptor de protones.

Gilbert N. Lewis (1875-1946), propuso un concepto más general de ácidos y bases. La teoría de Lewis se refiere a la forma en que una sustancia que tiene un par de electrones no compartido, participa en una reacción de tipo ácido-base. Según una teoría, una  base es toda sustancia que tenga un par de electrones no compartido (donadora de un par de electrones), y un acido es toda sustancia que pueda aceptar un par de electrones.

• Electrolitos y no electrolitos

A las disoluciones cuyas disoluciones acuosas conducen la electricidad se les llama electrolitos. Las sustancias cuyas disoluciones son no conductoras, se conocen como no electrolitos. Los compuestos que son electrolíticos son los ácidos, bases y las sales iónicas. Las disoluciones de ciertos óxidos también son conductoras por que los óxidos forman un acido o una base cuando se desuelen en agua. Una diferencia importante entre los electrolitos y los no electrolitos es que los electrolitos son capaces de generar iones en disolución, un numero suficiente de iones pueden conducir la corriente eléctrica.

• Disociación y ionización de los electrolitos.

En 1903, Arrhenius recibió el premio Nobel de química  por su trabajo sobre electrolitos. Descubrió que una disolución conduce la electricidad debido a que cuando el soluto se disuelve en agua de disocia de inmediato en partículas con carga carga eléctrica (iones). El movimiento de estos iones hacia los electrodos con carga opuesta es la causa de que la disolución sea conductora. Según esta teoría, las disoluciones relativamente malas conductoras contienen electrolitos disociados de manera parcial. Arrhenius considero también que los iones existen en disolución haya o no. Corriente eléctrica. En otras palabras, la corriente eléctrica no esta causa de la formación de iones. Recuerde que los iones positivos reciben el nombre de cationes, y los iones negativos de aniones.

La disociación es el proceso por el cual los iones de una sal se separan conforme la sal se disuelve en agua.

Los términos ionización y disociación suelen utilizarse como sinónimos, para describir el proceso que se lleva a cabo en el agua. No obstante, en sentido estricto m los dos procesos son diferentes. En la disociación de una sal se separan, o disocian, y se incrementa su movilidad. En el proceso de ionización, se producen iones por la reacción de un compuesto con agua.

• Electrolitos fuertes y débiles

Dependiendo del grado de disociación o ionización, los electrolitos se clasifican en fuertes o débiles. Los electrolitos fuertes esta casi 100% ionizados en disolución; los electrolitos débiles están mucho menos ionizados Casi todos los electrolitos son fuertes o débiles, solo unos cuantos se clasifican en moderadamente fuertes o moderadamente débiles .Casi todas las sales son electrolitos fuertes. Los ácidos y las bases que son electrolitos fuertes (ionizados casi por completo) reciben el nombre de acido fuerte y base fuerte. Los ácidos y las bases que son electrolitos débiles (poco ionizados) se llaman ácidos débiles y bases débiles.

A concentración equivalente, las disoluciones de electrolitos fuertes contienen mucho más iones que las de electrolitos débiles. Como resultado, las disoluciones de electrolitos fuertes son mejores conductoras de electricidad

• Ionización del agua

El agua pura es un electrolito muy débil. No obstante se ioniza pero muy poco .Las dos ecuaciones que más se utilizan para representar la ionización del agua son

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La primera ecuación representa el concepto de Bronsted-Lowry, donde el agua reacciona como acido y como base, formando un ion hidronio y un ion hidróxido. La segunda ecuación es una versión simplificada, que indica que el agua se ioniza y produce un ion hidrogeno y un ion hidronio. En cada caso se producen cantidades molares iguales de acido y base, y el agua permanece neutra porque no tiene iones H+ ni OH- en exceso. La ionización del agua a 25ªC genera una concentración de iones H+ de  mol/L y de iones OH- de  mol/L .Se emplean [] , para indicar que la concentración esta en moles por litro. Así{H+]indica que la concentración de H+ se expresa en moles por litro .Esta concentración expresan por lo general como[pic 9][pic 10]

 mol/L [pic 11]

 mol/L[pic 12]

Estas cifras significativas que aproximadamente dos moléculas de agua de cada mil millones esta ionizadas. Este grado de ionización tan pequeño , es un factor significativo en el comportamiento del agua en muchas reacciones.

• pH

El pH es una medida de acidez o alcalinidad de una disolución. El pH indica la concentración de iones hidrogeno [H]+ presentes en determinadas disoluciones.

La sigla significa: potencial hidrógeno o potencial de hidrogeniones (pondus hydrogenii o potentia hydrogenii; del latín pondus, n. = peso; potentia, f. = potencia; hydrogenium,n. =hidrógeno). Este término fue acuñado por el bioquímico danés S. P. L. Sørensen (1868-1939), quien lo definió en 1909 como el opuesto del logaritmo en base 10 o el logaritmo negativo, de la actividad de los iones hidrógeno. Esto es:

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