Efecto de una micela sobre la disociación ácida del rojo de metilo

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Micelas en el Laboratorio de Química Físico/Analítica.
Disociación Ácida del Indicador “Red Neutral”.

Debido a las extensas aplicaciones científicas y comerciales de las micelas, el plan de estudios de laboratorio del estudiante debe incluir experimentos basados en este sistema. Las contribuciones previas de este departamento (1,2) han descrito experimentos químicos físicos de coeficientes dedifusión y cinética de hidrólisis en medios acuosos y micelar. El experimento aquí expuesto demuestra el efecto de las micelas neutral (Tween-80) y aniónica (Dodecil sulfato sódico, SDS) en el equilibrio de disociación ácida del “neutral red” (mirar la estructura siguiente). La constante de disociación se determina por un método de espectrofotometría modificada.

[pic]

Neutral Redprotonado

3 Amino-7-dimetilamino-2-metilfenazina hidrocloruro

Fundamento

Los efectos de los sistemas micelares en equilibrio ácido/base han sido estudiados desde la primera mitad del siglo XX. El trabajo de Hartley y Roe (3) a finales de los años 1930 atribuyen aparentes cambios de pKa de un indicador solubilizado a los cambios en la actividad local de H3O+ en las inmediaciones de unamicela cargada. Aproximadamente 20 años más tarde, Mukerjee y Bannerjee (4) propusieron que los efectos también incluyen una segunda contribución debido a la baja constante dieléctrica del medio micelar. Ellos demostraron que el pKa en presencia de surfactante, pKaS, a 25 °C viene dada por:

[pic] (1)

Donde el pKai representa la pka intrínseca en la constante de la interfase micelar, y Ψ es unpotencial electrostático (en mV), que tiene el mismo signo que la carga de la superficie micelar (negativa en el SDS y cero para Tween-80). Éste último término determina la actividad local de H3O+ que para una micela aniónica es mayor que en agua a granel. Esto obliga a que el equilibrio de disociación se desplace a la izquierda y aumenta el pka como se muestra en el equilibrio 1.

Restando pkaw,el valor en el medio acuoso, en ambos lados de la eq 1 resulta:

[pic](2)

[pic] (3)

El signo del término de ΔpKai depende de los estados de oxidación de las formas conjugadas del indicador. Los efectos de/en el medio micelar son mejor observados con un ácido débil llevando a cabo una sola ionización que implica una forma neutra conjugada (carga de cero a -1 o de +1 a cero). Muchos de losindicadores comunes (por ejemplo, el ) sufren cambios de valencia de -1 a -2, y otros (por ejemplo, el rojo de metilo) son complicados por sus múltiples equilibrios o su falta de solubilidad en agua. El indicador elegido para este experimento, Neutral red (NR) está disponible comercialmente en una forma suficientemente pura y es fácilmente soluble en agua. Lo más importante deeste indicador es que sufre solo un cambio de carga de +1 a cero:

[pic] (4)

En el medio micelar hidrofóbico, NR neutral se espera que sea estabilizado en HNR+. Por lo tanto, la disociación debe cambiar hacia la derecha dando una disminución de pka y un ΔpKai negativo.

Fernández y Fromherz (5) determinaron los valores de pKa de dos tipos de tintes cumarina en varios surfactantes ydemostraron que ΔpKai en una micela cargada
​​podrían ser evaluado como el ΔpKaS en un surfactante neutro. Por lo tanto, si Ψ es conocido, la ecuación 3 puede ser utilizada para calcular ΔpKaS en micelas cargadas. En el experimento, los estudiantes miden pka’ (prima denota una fuerza iónica 0,10M, como se explica más adelante) en agua y en micelas Tween-80 neutra y SDS aniónico. Ellos pueden compararentonces el ΔpKaS experimental en SDS con el valor calculado de ΔpKaS para el Tween-80 y el valor de Ψ (-100 ± 5mV) obtenidos de la bibliografía (6).

Método experimental

El material escrito para los estudiantes repasa los conceptos de disociación ácida y coeficientes de actividad. Todas las soluciones son ajustadas a una fuerza iónica de 0,10M con NaCl. Por tanto, como los estudiantes...
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