Informe titulaciones sobre el volumen de NaOH

Resumen:

En este laboratorio se realizó una preparación de disolución básica de Hidróxido de Sodio (NaOH), con masa y concentración ya determinadas, en agua destilada. Luego se utilizó esta disolución para la titulación de una muestra de ácido acético, de la cual se desconocen los datos de preparación. Se utilizó Fenolftaleína como indicador, que muestra el momento en que el pH del ácido se neutraliza cambiando el color de la mezcla y de esta manera determinar el volumen de NaOH necesario para neutralizar la disolución ácida.

Por último con el volumen de NaOH ya determinado por la disolución, se prepara una mezcla entre el ácido acético y la mitad del volumen de  NaOH gastado en dicha titulación, para después determinar su pH con la ayuda de un pH-metro. Estableciendo las relaciones matemáticas pertinentes se llegó a la conclusión de que el pH de esta disolución es igual a  pka, por lo tanto se pudo determinar la constante de acidez conociendo el valor pH de la disolución.[pic 1]

Introducción:

El presente informe de laboratorio consiste en la realización de titulaciones ácido base con el propósito de obtener la constante de acidez de un ácido débil.

En este práctico se utilizaron conceptos relacionados con el tema de disoluciones. Una disolución consiste en una mezcla homogénea que posee un soluto y un solvente, siendo el primero el que se encuentra en menor cantidad, y donde el solvente es generalmente agua (H2O).

La concentración de soluto en solución, o conocida también como concentración molar se define como la cantidad de sustancia de soluto presente en la solución, divido por el volumen de la solución medida en litros. Se mide en mol/L

                                                                                                         Ec.1[pic 2]

Donde C = concentración de soluto, n = cantidad de sustancia y V = volúmen de la solución expresado en litros.

Se define la cantidad de sustancia (para efectos de este informe  presente en la solución como soluto) como la división entre la masa presente en la solución y su masa molar.

                                                                                                          Ec.2[pic 3]

Donde n = cantidad de sustancia, m = masa de soluto y M = masa molar del soluto

Las reacciones ácido base, o también llamadas reacciones de neutralización, son aquellas en las que participan por un lado un ácido, que comúnmente se le identifica como aquella especie química que cede protones (iones H+) en solución acuosa, y una base es que comúnmente se le identifica como aquella especie química que cede iones hidroxilos (OH-) en solución acuosa. Las reacciones acido base generan como producto una sal y agua. (1)

Se define pH como el producto entre el logaritmo negativo y la concentración molar de protones presente en la solución.

pH = -log [H+]                                                                                        Ec.3

Los ácidos y bases débiles son aquellos que no se disocian por completo en medio acuosos y por ende llegan a un estado de equilibrio entre ellos y sus productos. Este equilibrio estará dado por una constante de equilibrio llamada constante de acidez o constante de basicidad respectivamente. Se define como pKa como el producto entre la constante de acidez y el logaritmo negativo.

pKa = - log Ka                                                                                       Ec.4

Los ácidos y bases fuertes, en cambio, son aquellos que se disocian por completo en medio acuoso y que por ende no poseen una constante de equilibrio.

En este caso se estudió la reacción ácido base entre un ácido débil como el ácido acético (CH3COOH) y una base fuerte como el Hidróxido de Sodio (NaOH), con la motivación de determinar de manera experimental la constante de acidez de este. La relación entre la constante y los productos de la disociación de este ácido están dados por la siguiente ecuación:

[pic 4]

Para poder obtener experimentalmente esta constante se utilizó la técnica de la titulación. La titulación es un método de análisis que se utiliza para determinar la concentración desconocida a partir de un reactivo de concentración conocida. Este procedimiento consiste en agregar el reactivo conocido (valorante o agente titulante) en un bureta previamente ambientada. Luego se coloca cierto volumen del reactivo de concentración desconocida en un matraz Erlenmeyer. Posteriormente se comienza la titulación agregando gradualmente la solución valorante a dicho matraz con el propósito de que ambos reaccionen. La titulación estará terminada cuando el ácido haya neutralizado completamente a la base.

La fenolftaleína fue el indicador utilizado para dicha titulación del CH3COOH y NaOH. Este es un indicador que mantiene la solución incolora a pH ácido, cambia de color a rosa pálido cuando está en medio neutro y en medio básico es de color fucsia. Se habla de una titulación exacta cuando la solución se torna de un color rosa tenue o pálido, dicho momento es definido como el rango de viraje del indicador, y en el caso particular de la fenolftaleína ocurre en un rango de pH comprendido entre los [8,8 -10]

Con el propósito de comparar la constante obtenida experimentalmente, se determinó su porcentaje de error y su exactitud, las cuales se definen a continuación:

                                                                               Ec.6[pic 5]

Donde  E%= Error porcentual, X= valor obtenido y X teo = valor teórico

                                                                             Ec.7[pic 6]

Donde E% corresponde al error porcentual

Objetivo general:

- Determinar la constante de acidez del ácido acético mediante la técnica de la titulación

Objetivos específicos:

- Aplicar conocimientos de la preparación de disoluciones para preparar CH3COOH y NaOH.

- Explicar por qué a la mitad de la titulación el pH es igual al PKa, y por consiguiente se puede calcular la constante de acidez directamente.

-Interpretar el valor de la constante obtenida relacionándolo con el porcentaje de pureza del ácido acético contenido en el vinagre.

Parte experimental:

[pic 7][pic 8][pic 9][pic 10][pic 11][pic 12][pic 13][pic 14][pic 15]

               Figura nº1

Resultados y discusión:

Para comenzar la titulación se debió preparar dos soluciones:

1- 100 mL de NaOH 0,1 mol/L

2.- 10 mL de Vinagre aforados a 100 mL con agua destilada.

Para la primera, se midió cuanta cantidad de NaOH sólido debían ser masados en la balanza granataria para obtener dicha concentración. Para esto se utilizó en primer lugar la ecuación nº1, donde C era igual a 0,1 mol/L, V= 100 mL = 0,1 L y por ende se obtuvo la cantidad de sustancia necesaria para obtener dicha concentración, resultando ser esta 0,1 mol de hidróxido.

Ec.1:            →     n = C x V = 0.1 mol /L x 0.1 L = 0.01 mol[pic 16]

Posteriormente se transformó esta cantidad de sustancia a gramos para ser esta cantidad medida directamente en la balanza granataria, para esto se utilizó la ecuación nº2 junto con la masa molar del NaOH que es 39,97 g/mol, resultando ser esta 0,3997 g.

Ec.2:                →  m = n x M = 0,01 mol x 39,97 mol/L = 0,3997 g [pic 17]

Se intentó masar dicha cantidad de hidróxido en la balanza resultando ser esta  0,41 g.

Posteriormente se preparó la segunda solución extrayendo 10 mL de vinagre (cuyo componente principal es el ácido acético) con una pipeta volumétrica para posteriormente ser esta cantidad aforada a 100 mL en un matraz de aforo. La concentración de esta solución es, en primera instancia, desconocida.

Teniendo estas dos soluciones preparadas se procedió a realizar la titulación. Para esto en primer lugar se ambiento la bureta con la solución de NaOH y se llenó hasta el tope, luego, se extrajeron 10 mL de la solución acida con una pipeta también ambientada con anterioridad, se pusieron en el matraz Erlenmeyer, se agregaron 3 gotas de fenolftaleína y se procedió a titular. Se registraron los valores de NaOH utilizados hasta que la solución se tornó de un color rosa pálido. Los resultados obtenidos fueron los siguientes

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