Quimica

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FUNDAMENTOS DE QUÍMICA-PRÁCTICA 8

PRÁCTICA 8: DISOLUCIÓN REGULADORA DE PH. ANALÍTICA DE METALES PESADOS

1. PREPARACIÓN DE UNA DISOLUCIÓN REGULADORA DE PH
1.1 Introducción Una disolución tampón o amortiguadora es aquella que mantiene un pH casi constante cuando se le añaden pequeñas cantidades de ácido o de base. Las disoluciones tampón se preparan disolviendo un ácido débil y una sal quecontenga a su base conjugada (por ejemplo, CH3COOH y CH3COONa) o bien disolviendo una base débil y una sal del ácido conjugado (por ejemplo, NH3 y NH4Cl). La acción reguladora de un tampón se debe a la presencia de un par ácido-base conjugados débiles, que puede actuar como fuente o sumidero de protones. El equilibrio entre la forma ácida y la básica puede escribirse como AHp + H2O ↔ Aq + H3O+Ka =

[H O ][A ] [AH ]
+ q 3 p

donde AHp es el ácido, Aq es la base, y las cargas, p y q, cumplen la relación p=q+1. Es fácil demostrar que ⎛ Aq ⎞ 0 ⎟ pH ≈ pK a + log⎜ ⎜ ⎟ p ⎝ AH 0 ⎠

[

[ ]

]

En esta ecuación, conocida como la ecuación de Henderson-Hasselbalch, [AHp]0 y [Aq]0 son las concentraciones nominales de ácido y de base, es decir, aquellas concentraciones con las que hemospreparado la disolución amortiguadora. Una disolución tampón presenta su máxima efectividad cuando las concentraciones de ácido y base son parecidas, es decir, en el rango de valores de pH próximos al pKa. Algunos sistemas amortiguadores típicos se resumen en la tabla siguiente
Composición Tampones ácidos CH3COOH/CH3COOHNO2/NO2HClO2/ClO2Tampones básicos NH4+/NH3 (CH3)3NH+/(CH3)3N H2PO4-/HPO42pKa4.74 3.37 2.00 9.25 9.81 7.21

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FUNDAMENTOS DE QUÍMICA-PRÁCTICA 8

Al añadir cierta cantidad de base a la disolución tampón, el ácido AHp neutraliza a los iones OH-. AHp + OH- → Aq + H2O Si la concentración de base añadida es cb y el volumen añadido es Vb, las nuevas concentraciones de la base y el ácido conjugados son

[AH

p

] ≈ [AH ]
p q 0

0

[A ] ≈ [A ]
q

V0 − c bVb VT

V0 + c b Vb VT

donde V0 es el volumen inicial del tampón y VT es el volumen total resultante de la adición de base, VT = V0 + Va. Por tanto, el nuevo pH es
⎛ Aq V + c V ⎞ 0 0 b b ⎟ pH ≈ pK a + log⎜ ⎜ ⎟ p ⎝ AH 0 V0 − cb Vb ⎠ La reacción correspondiente para la adición de ácido al tampón es Aq + H3O+ → AHp + H2O Por tanto, las ecuaciones para la adición de un volumen Va de ácido deconcentración ca son

[ ] [ ]

[AH ] ≈ [AH ] V + c V V [A ] ≈ [A ] V − c V
p p 0 0 a T q q 0 0 a a

a

⎛ Aq V − c V 0 a a 0 pH ≈ pK a + log⎜ ⎜ p ⎝ AH 0 V0 + c a Va

[ ] [ ]

VT

⎞ ⎟ ⎟ ⎠

La zona de estabilidad de una disolución reguladora es pH ≈ pKa ± 1 y para este intervalo las ecuaciones de la práctica 9 son una buena aproximación. Fuera de este rango de pH, la disolución pierde sucarácter regulador. El objetivo de esta práctica es preparar y utilizar una disolución tampón NH4+/NH3. Hemos de tener en cuenta que la constante de basicidad del amoníaco (NH3 + H2O ↔ NH4+ + OH-) es Kb = 1.8 × 10-5, por tanto, la constante de acidez a incluir en la ecuación de Henderson-Hasselbalch es Ka = Kw/Kb = 5.55 × 10-10 (pKa=9.25).

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1.2Procedimiento experimental

1. Preparar 250 ml de disolución tampón NH4+/NH3 a partir de NH4Cl sólido y NH3 líquido al 25% en peso y densidad 0.9 gr/ml. El pH de la disolución ha de ser lo más próximo posible a 9.25. Aunque el pH no depende de la concentración absoluta de amonio y amoníaco, prepararemos la disolución con concentraciones 0.1 M de cada componente (calcular las cantidades de amonio apesar en la balanza de precisión y de amoníaco a pipetear en la vitrina de extracción) ADVERTENCIA DE SEGURIDAD: Evitar inhalar NH3. 2. Medir el pH de la disolución en el pH-metro y comprobar que corresponde con el pH deseado. 3. Diluir 10 ml de disolución amortiguadora en 50 ml de agua y comprobar que el pH no cambia. Explicar este hallazgo basándose en las ecuaciones expuestas previamente. 4....
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