Ácidos Poliproticos

Resumen:

Los ácidos polipróticos, son ácidos que pueden aportar dos o más iones de forma escalonada al reaccionar. En este laboratorio el ácido poliprótico será el ácido maleico y la base será hidróxido de Sodio. Por lo cual el ácido maleico en este caso tiene dos puntos de equivalencia y por esta razón se desea determinar la constante de acidez en estos dos puntos. Para este laboratorio tenemos las siguientes reacciones:

H_2 A+NaOH→HA^-+〖Na〗^++H_2 O

HA^-+NaOH→A^(2-)+〖Na〗^++H_2 O

Para determinar la constante de acidez en estos dos puntos se titula C_4 H_4 O_4con NaOH y se mide su pH del ácido antes y cada que se le agregue el NaOH. Luego mediante un solver en Excel se obtienen las constantes de acidez más próximas a los valores teóricos y se muestran las gráficas de las dos titulaciones.

Metodología:

En primer lugar, se empezó estandarizando la solución de NaOH ≈ 0.1M, entregada por los encargados del laboratorio, para determinar la concentración real de este. De esta manera, se tomó una bureta con NaOH y se dejó caer en un vaso de precipitado la cantidad necesaria para reaccionar con 10mL de ftalato de Potasio, con 3 gotas de Fenolftaleína como indicador. Con la cantidad utilizada para la reacción se halló el número de moles sobre los L de solución. Luego en un vaso de precipitado se agregaron 20 mL de Ácido Maleico ≈0.5M y se registró su pH. Acto seguido, se tituló la muestra con el NaOH estandarizado y se midió su pH cada 2 mL del titulante. Finalmente se realizó un duplicado de la titulación, pero se tuvo en cuenta cuando fueron los cambios rápidos de pH la primera vez y cerca a estos intervalos se registró el pH cada 0.5mL.

Resultados:

Cómo lo primero que se realizó fue la estandarización, los resultados obtenidos para este fueron a partir de los gramos de Ftalato que reaccionaron con ciertos mL de NaOH, y se usaron en la siguiente reacción:

[NaOH]=(gFtalatoUsados*(1 molFtalato)/204.27gFtalato*(1 molNaOH)/(1 molFtalato))/(L NaOH Usados)

A partir de la ecuación presentada anteriormente se obtuvo la Tabla 1, con los datos conjuntos por mesón de los presentes en el laboratorio:

Tabla 1. Tabla de los valores para determinar la concentración del NaOH

g Ftalato mL NaOH M NaOH M(cifras sig)

0.1221 6.150 0.09719322 0.097

0.1326 6.700 0.09688669 0.097

0.1209 6.100 0.09702684 0.097

0.1300 7.000 0.09091608 0.091

0.096±0.003

De esta manera el promedio de la concentración del NaOH es de 0.096±0.003 M.

Ahora bien, ya teniendo la concentración de la base, se obtuvieron los pH de la titulación en diferentes puntos y estos datos se sometieron a un solver en Excel, guiado de la Práctica 10 de Harris “Ajuste de una curva de titulación usando Excel Solver”1. Y se obtuvo la siguiente tabla:

Tabla 2. Datos experimentales de la primera titulación procesados en el solver. Donde Cb= Concentración de la base, Va=Volumen del ácido, Ca= Concentración del ácido, pKa= pH en el punto de equivalencia, Ka= 10^(-pKa), Kw=Constante acidez del agua, Ve=Volumen de equivalencia.

Suma(wt*Residuales^2)

Ve1 10 21.97192771

Cb(M) 0.096 Ve2 20

Va(mL) 20

Ca(M) 0.05092281 Ca(M)2 0.088850662

pKa 1.67578913 pKa2 5.462694619

Ka 0.02109652 Ka2 3.44592E-06

Kw 1*10^(-14)

Vb,obs

mL pHobs [H+] [OH-] Alpha(A-) ∅ Vb,cal Peso wt(Vb,obs-Vb,cal)^2

0 1.86 0.01380384 7.24436E-13 0.60447856 0.29149116 3.09240577 0.01904762 0.182151875

2.1 1.9 0.01258925 7.94328E-13 0.62627389 0.33510637 3.55511602 0.03684211 0.078008097

4 1.97 0.01071519 9.33254E-13 0.66316833 0.40728793 4.32088419 0.055 0.005663166

6 2.08 0.00831764 1.20226E-12 0.71722335 0.50972183 5.4075971 0.165 0.057905297

8 2.41 0.00389045 2.5704E-12 0.84430081 0.7379942 7.82931996 0.745 0.021703098

10 3.9 0.00012589 7.94328E-11 0.99406794 0.99029707 10.5059803 0.76 0.194572235

12 5.42 3.8019E-06 2.63027E-09 0.99981982 0.99970565 10.6057952 0.265 0.515108882

14 5.95 1.122E-06 8.91251E-09 0.75437102 0.75434974 13.9634321 0.2 0.000267442

16 6.35 4.4668E-07 2.23872E-08 0.88524816 0.88523947 16.3862737 0.215 0.032079581

18 6.78 1.6596E-07 6.0256E-08 0.95405199 0.95404975 17.6599901 0.925 0.1069362

20 8.63 2.3442E-09 4.2658E-06 0.99932017 0.99941254 18.4996805 1.705 3.837884512

22 12.04 9.1201E-13 0.010964782 0.99999974 1.26826315 23.4762545 0.14761905 0.321710215

24.1 12.35 4.4668E-13 0.022387211 0.99999987 1.63271329 30.2224286 0.08 2.998730532

26.1 12.51 3.0903E-13 0.032359366 0.99999991 2.05785413 38.0920214 0.035 5.033300194

28.1 12.58 2.6303E-13 0.03801894 0.99999992 2.36418776 43.7624267 0.035 8.58590638

Cómo el ácido maleico es un ácido poliprótico para los cálculos se tomaron dos Volúmenes de equivalencia, los cuales cambiaban los valores de Ca, pKa y Ka. El segundo volumen de equivalencia se tomó para cálculos de 16 mL de la base en adelante. Inicialmente se tomó el K_a1= 0.01 y K_a2=1.259*〖10〗^(-4) y finalmente con el Solver se determinó que K_a1=0.021 y K_a2=3.445*〖10〗^(-6).

A continuación se muestra la gráfica obtenida a partir de los resultados, donde la línea azul representa la curva experimental y la curva roja obtenida a partir del solver.

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