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7/24/2019 DETERMINACIN DEL pka DE UN INDICADOR CIDO-BASE POR ESPECTROFOTOMETRA
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN CRISTBAL DE HUAMANGA
FACULTAD DE INGENIERA QUMICA Y METALURGIA
Departamento Acadmico de Ingeniera Qumica
ESCUELA DE FORMACIN PROFESIONAL DE INGENIERA QUMICA
Asignatura QU_342
ANLISIS INSTRUMENTAL
PRCTINA N 04
DETERMINACIN DEL pka DE UN INDICADOR CIDO-BASE POR ESPECTROFOTOMETRA
PROFESOR DE PRCTICA : M. Sc. GARCIA BLQUEZ MOROTE, Jorge S.
ALUMNO :SULCA SUCA, Juan Antonio
DA DE PRCTICA :mircoles
HORA :8.00 Am 11.00 AM
FECHA DE EJECUCIN : 12 / 11 / 2015
AYACUCHOPER
2015
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PRCTICA N 04
DETERMINACIN DEL pka DE UN INDICADOR CIDO-BASE POR ESPECTROFOTOMETRA
I. OBJETIVOS
Observar La secuencia de operaciones que se sigue en la determinacin de una constante
de equilibrio.
Elaborar los espectros de absorcin del indicador a pH bajo y alto y determinar la longitud
de onda adecuada para las lecturas de absorbancia a diferentes pH del indicador.
Determinar la constante de ionizacin de azul de bromotimol.
II. REVISIN BIBLIOGRFICA
El indicador representado por HIn es un cido monoprtico que se puede representar como sigue:
HIn H+ In
Siendo su pKa: log = pH pKa
La razn ()se puede determinar por espectrofotometra a longitudes de onda de mxima
absorcin de una solucin acida (pH baja) en la cual el indicador se encuentra en forma de HIn y de
una solucin alcalina de (pH alto), donde en indicador se encuentra en forma de In. Luego sepreparan solucin buffer de pH alrededor del pKa del indicador y se miden las absorbancias. Estas
soluciones contienen las mismas concentracin total del indicador (H+ In), pero lasproporciones varan con el Ph. Graficar A Vs pH se determina la relacin (In/HIn).
Determinacin Espectrofotomtrica de pKa Mediante medidas espectrofotomtricas sedeterminan las concentraciones de la forma asociada y de la disociada de una sustancia sobre la
base de que -1- ambas formas obedecen la ley de Lambert-Beer y -2- que las concentraciones de
las mismas son determinables, ya sea porque absorben a diferentes longitudes de onda o bien
porque se cumple la condicin de aditividad. La determinacin se realiza a un pH tal que ambasformas se encuentren en concentraciones apreciables, esto es, a un pH prximo al pKa de la
sustancia o, lo que es lo mismo, grado de disociacin cercano al 50%. Para un indicador cidomonoprtico:
Para ilustrar un aspecto del concepto de equilibrio qumico, idealmente un experimento de
laboratorio debera:
1.
resultar en un valor razonablemente exacto de la constante de equilibrio.2. usar un nmero pequeo de soluciones que sean seguras de manipular, o al3. menos ser familiar a los alumnos, y simple de desechar.4. usar equipo usado comnmente en un laboratorio de qumica inorgnica, y
no exceder las habilidades de un alumno de qumica inorgnica tpico.
Para que el mtodo descrito aqu funcione, slo debe haber una forma
cida del indicador (HIn) y una forma bsica (In-) en el equilibrio:
Si usamos concentraciones en lugar de actividades, la expresin para la constante de equilibrio
para la reaccin esLa forma logartmica para la ecuacin es
La forma logartmica para la ecuacin es
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La forma cida del indicador tiene un color, tal como el amarillo, con su correspondiente lmax a
una longitud de onda, y la forma bsica tiene otro color, tal como el azul, con su correspondiente
a una longitud de onda diferente. Si la longitud de la trayectoria de la celda se mantiene
constante y todas las soluciones contienen la misma molaridad total del indicador, el cocientecido-base a la de ya sea la forma cida o bsica viene dado por:
Donde A es la absorbencia de la solucin conteniendo una cierta concentracin total de la mezcla
cido-base, AIn- es la absorbencia de la forma bsica a la misma concentracin, y AHIn es laabsorbencia de la forma cida a la misma concentracin.
Sustituyendo la expresin para el cociente HIn-In-de la ec. 2 en la ec. 1,
El pKa de un indicador se puede determinar por dos mtodos equivalentes, un mtodo algebraico
o un mtodo grfico. En el mtodo algebraico, conjuntos de pH y valores de absorbencias sesustituyen en la ec. 3 y se calcula el pKa para cada conjunto. El pKa reportado es el promedio de
los pKas calculados. En el mtodo grfico, se grafica el
Graficando absorbancia versus longitud de onda para las tres soluciones se obtendrn espectros de
la forma siguiente.
A los tres espectros se cortan en un punto llamado punto isosbstico.Eligiendo una longitud de onda que en los espectros de las formas cidas y bsicas estn lo ms
alejadas posibles, se determinan las respectivas absorbancias.
III. MATERIALES, EQUIPOS E INSTRUMENTOS DE LABORATORIO Y REACTIVOS QUMICOSUTILIZADOS
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Materiales, instrumentos y equipos:
Espectrofotmetro
Celdas o cubetas
Balanza analtica
Lunas de reloj
Esptulas
Estufa elctrica
Varillas de vidrio
Vasos precipitados de 100 mL y 50
mL
Fiolas de 50 mL
Pipetas volumtricas de 10 mL
pHmetro
Pisetas
Reactivos qumicos:
Solucin de azul de bromotimol
Solucin de fosfato dihidrgeno de sodio (NaH2PO4)
Solucin de fosfato hidrgeno disdico (Na2HPO4)
Solucin de hidrxido de sodio (NaOH)
Etanol al 40 %IV. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
a) Reactivos:
Azul de bromotimol:Disolver 0.0250 g de reactivo en 50 mL de etanol al 40%. Fosfato dihidrgeno de sodio:Disolver 1.1204 g de NaH2PO4en agua destilada y diluir a
50 mL. Fosfato hidrgeno disdico:Disolver 1.3790 g de Na2HPO4en agua y diluir a 50 mL. Hidrxido de sodio:Disolver 1.2041 g de NaOH en agua diluir a 10 mL.
b) Preparacin de soluciones amortiguadoras:
Disponer siete fiolas limpias de 50 mL y colocar en cada una 1 mL de solucin de azul debromotimol y luego agregar los siguientes volmenes de soluciones de fosfato:
Fiola N NaH2PO4
(mL)
Na2HPO4
(mL)
1 5 0
2 5 1
3 10 5
4 5 10
5 1 56 1 107 0 5
A la fiola 7, adicionar 2 gotas de NaOH.Diluya cada solucin hasta la marca y homogenice bien y registre el pH de cada solucin.
c) Determinacin de las longitudes de onda de mxima absorcin:
Elaborar los espectros de absorcin de azul de bromotimol, de preferencia en el rango de431 a 611 nm de las soluciones 1 y 7.
d) Lectura de absorbancias a diferentes pH:
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Seleccionar dos longitudes de onda de manera que HIn e In-presenten absorbancias muy
diferentes.Medir a estas longitudes de onda las absorbancias de las siete soluciones.
V. EVALUACIN:
1. Reportar los espectros de absorcin de las soluciones cida y alcalina de azul debromotimol.
Fig. 01: Espectro de absorcin de la solucin cida de azul de bromotimol
Donde la absorbancia mxima es a la longitud de onda de 429 nm que corresponde a laabsorbancia de 0.292.
= 0.292
Fig. 02: Espectro de absorcin de la solucin alcalina de azul de bromotimol
Donde la absorbancia mxima es a la longitud de onda de 616 nm que corresponde a la
absorbancia de 0.619.
= 0.612. Elaborar la grfica de A vs pH para cada longitud de onda seleccionada.
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Datos experimentales:
n de pH Absorbancia
Fiolas 1 4.79 0.227 0.009
2 5.83 0.247 0.030
3 6.83 0.202 0.123
4 7.51 0.159 0.302
5 7.85 0.100 0.417
6 8.30 0.084 0.504
7 11.65 0.040 0.590
3. Determinar las razones de (In-/HIn) para las soluciones 2 al 6.
Para ello se utiliza la siguiente relacin:[]
[]=[ ]
[ ]
Donde: =Absorbancia de la mezcla
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=Absorbancia de = Absorbancia de
a. Considerando datos experimentales a la longitud de onda de 431 nm:
Aplicando la ecuacin antes mencionada:
[][]=
[ ][ ]
Donde: =Absorbancia de la mezcla a 431 nm=Absorbancia de = 0.227= Absorbancia de = 0.040
Seguidamente se calculan reemplazando los valores segn las relaciones de cada columna; ya continuacin se presentan los resultados en la siguiente tabla:
n de [ ] [ ] []/[] ([]/[]) pHFiolas [] []
1 4.79
2 0.0200 -0.2070 -0.0966 #NUM! 5.83
3 -0.0250 -0.1620 0.1543 -0.8116 6.83
4 -0.0680 -0.1190 0.5714 -0.2430 7.51
5 -0.1270 -0.0600 2.1167 0.3257 7.85
6 -0.1430 -0.0440 3.2500 0.5119 8.30
7 11.65
Luego graficando log(In-/HIn) vs pH:
Finalmente, calculando Ka: = = 7.7
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= 7.7
= 10.
= 1.9953 10 2 1 0
b.
Considerando datos experimentales a la longitud de onda de 611 nm:
Aplicando la ecuacin:
[][]=
[ ][ ]
Donde: =Absorbancia de la mezcla a 611 nm=Absorbancia de = 0.009= Absorbancia de = 0.590
Seguidamente se calculan reemplazando los valores segn las relaciones de cada columna; y
a continuacin se presentan los resultados en la siguiente tabla:
n de [ ] [ ] []/[] ([]/[]) pHFiolas [] []
1 4.79
2 0.0210 0.5600 0.0375 -1.4260 5.83
3 0.1140 0.4670 0.2441 -0.6124 6.834 0.2930 0.2880 1.0174 0.0075 7.51
5 0.4080 0.1730 2.3584 0.3726 7.85
6 0.4950 0.0860 5.7558 0.7601 8.30
7 11.65
Luego graficando log(In-/HIn) vs pH:
Finalmente, calculando Ka:
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= = 7.5
= 7.5
= 10.
= 3.1623 10
3.210
4.
Calcular la molaridad de las soluciones preparadas.
Para ello se utiliza la siguiente relacin:
= .
= .
Para la solucin de azul de bromotimol:
Este es un indicador, por lo tanto no posee concentracin.
Para la solucin de fosfato dihidrgeno de sodio (NaH2PO4):
= .
= 1.1204 g119.9760 gmol 0.05 L
= 0.1868
Para la solucin de fosfato hidrgeno disdico (Na2HPO4):
= .
= 1.3790 g141.9580 gmol 0.05 L
= 0.1943
Para la solucin de hidrxido de sodio (NaOH):
= .
= 1.2041 g39.9980 g
mol 0.01 L
= 3.0104
DATOS:
PM = 119.9760 g/mol
m = 1.1204 g
V = 50 mL = 0.05 L
DATOS:
PM = 141.9580 g/mol
m = 1.3790 g
V = 50 mL = 0.05 L
DATOS:
PM = 39.9980 g/mol
m = 1.2041 g
V = 10 mL = 0.01 L
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5. Determinar analticamente los pH de las soluciones buffer preparadas.
a. Considerando datos experimentales a la longitud de onda de 431 nm:
Para ello se utiliza la siguiente ecuacin:
= [
][]Donde:
=7.7
Ejm: Para la fiola 3:
= []
[]
= 7.7(0.8116)
= 6.89
De forma similar se calculan para el resto de las fiolas, reemplazando en la ecuacin anterior
donde el pka se mantiene constante; y solamente vara la expresin([]/[]) para cada fiola. A continuacin en la siguiente tabla se reportan losresultados de los pH de soluciones buffer preparadas a la longitud de onda de 431 nm:
n de [ ] [ ] []/[] ([]/[]) pHFiolas [] []
1 0.0000 -0.1870 0.0000 #NUM! #NUM!
2 0.0200 -0.2070 -0.0966 #NUM! #NUM!
3 -0.0250 -0.1620 0.1543 -0.8116 6.894 -0.0680 -0.1190 0.5714 -0.2430 7.46
5 -0.1270 -0.0600 2.1167 0.3257 8.03
6 -0.1430 -0.0440 3.2500 0.5119 8.21
7 -0.1870 0.0000 #DIV/0! #DIV/0! #DIV/0!
b.
Considerando datos experimentales a la longitud de onda de 611 nm:
Para ello se utiliza la siguiente ecuacin:
= [][]
Donde: =7.5
Ejm: Para la fiola 3:
= []
[]
= 7.5(0.6124)
= 6.89
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De forma similar se calculan para el resto de las fiolas, reemplazando en la ecuacin anterior
donde el pka se mantiene constante; y solamente vara la expresin([]/[]) para cada fiola. A continuacin en la siguiente tabla se reportan losresultados de los pH de soluciones buffer preparadas a la longitud de onda de 611 nm:
n de [ ] [ ] []/[] ([]/[]) pH
Fiolas [] []1 0.0000 0.5810 0.0000 #NUM! #NUM!2 0.0210 0.5600 0.0375 -1.4260 6.07
3 0.1140 0.4670 0.2441 -0.6124 6.89
4 0.2930 0.2880 1.0174 0.0075 7.51
5 0.4080 0.1730 2.3584 0.3726 7.87
6 0.4950 0.0860 5.7558 0.7601 8.26
7 0.5810 0.0000 #DIV/0! #DIV/0! #DIV/0!
VI. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
CONCLUSIONES:
Se lleg a graficar los espectros de absorcin del indicador a pH bajo y alto es decir en
solucin cida y bsica respectivamente.
Asimismo se determin la longitud de onda adecuada para las lecturas de absorbancia adiferentes pH del indicador.
Y lo ms importante es que se lleg a determinar la constante de ionizacin de azul de
bromotimol.
RECOMENDACIONES:
Pesar adecuadamente los productos a utilizar en los distintos experimentos, para ello se
debe tarar adecuadamente la balanza analtica, del mismo modo se debe utilizarrecipientes y esptulas exentas de cualquier contaminantes.
Para una lectura adecuada de las absorbancias, las celdas deben llenarse adecuadamentey lo ms importante es que no deben presentar burbujas de are una vez llenado con la
muestra problema a analizar.
El pHmetro se debe enjugar con agua destilada despus de cada medida.
VII. BIBLIOGRAFA CONSULTADA
ANALISTS INSTRUMENTAL. By Douglas SKoog and James LEARY. Cuarta edicin Mc GrawHill. 1 994)
www.frlp.utn.edu.ar/grupos/aepeq/Keqfoto.html
catedras.quimica.unlp.edu.ar/.../2008-TP-04-Determinacion_Espectrofot... www.buenastareas.com Pgina principal Ciencia
www.uv.es/qflab/2010_11/descargas/.../qf1.../3-pKindicador.pdf sgpwe.izt.uam.mx/files/.../7_pKa_de_un_Indicador_Acido_Base.pdf triplenlace.com/.../determinacion-espectrofotometrica-del-pka-de-un-indi
http://www.frlp.utn.edu.ar/grupos/aepeq/Keqfoto.htmlhttp://www.frlp.utn.edu.ar/grupos/aepeq/Keqfoto.html