Laboratorio de Química analítica Instrumental EEST Nº2 1 TP 2 VALORACIONES CONDUCTIMÉTRICAS PARTE 1: ACIDO FUERTE/BASE FUERTE OBJETIVOS: Graficar una curva de valoración conductimétrica SOLUCIONES a. NaOH O,1 N Valorado b. HCl 0,1 N PROCEDIMIENTO: Coloque 100,0 ml de la solución de HCl a valorar en un vaso de precipitado, el buzo para la agitación magnética y se sumerge en ella el conductímetro. Mida el valor de la conductividad cuando aún no se ha agregado ácido. Desde la bureta se agrega NaOH 0,1 N valorado de a 1,00 ml por vez. Luego de cada agregado se agita la solución y antes de medir la conductividad se corta la agitación. Con los datos obtenidos durante la titulación confeccione la siguiente tabla: Volumen de NaOH (ml) f (*) Conductividad leída (L leída) Conductividad corregida (L corregida = L leída x f) Conductividad específica (=L corregidax (l/A)) 0,00 1,00 2,00 …… (*) f es el factor de corrección por dilución definido como f= (Vi+Va)/ Vi, donde Vi es el volumen inicial en la celda de titulación y Va es el volumen de titulante agregado. CALCULOS Y RESULTADOS Laboratorio de Química analítica Instrumental EEST Nº2 2 Grafique L corregida vs volumen de titulante. A partir de este gráfico determine el volumen del punto de equivalencia de la titulación. Con este dato se calcula la normalidad o factor de la solución de HCl. En general, es conveniente graficar la conductividad especifica de la solución, , en función del volumen de reactivo titulante: = L corregida x (l/A), donde A es el área de cada electrodo de platino y l la distancia que están separados. Dependiendo del tipo de conductímetro utilizado, este puede ya informar la conductividad especifica. Cálculo de la curva teórica Para obtener la representación gráfica de la curva teórica es necesario plantear la ecuación de la titulación conductimétrica: Na + + OH ‐ + H + + Cl ‐ H 2 O + Na + + Cl ‐ Luego calcular la conductividad específica de la solución que se tiene en cada punto de la curva de titulación utilizando la ecuación: i Ci k 1000 1 Antes del punto de equivalencia la conductividad estará dada por los iones Na + ; H + y Cl ‐ . Luego del punto de equivalencia hay exceso de OH ‐ , además de Na + y Cl ‐ . De esta manera resultan dos expresiones de cálculo para según se esté antes o después del punto de equivalencia. GRAFICAR LA CURVA EXPERIMENTAL Y LA CURVA TEÓRICA, AMBAS CORREGIDAS POR EL FACTOR f, EN UN MISMO SISTEMA DE EJES Y EXPLICAR LAS DIFERENCIAS OBSERVADAS. Laboratorio de Química analítica Instrumental EEST Nº2 3 TP N 2º VALORACIONES CONDUCTIMÉTRICAS PARTE 2: DETERMINACION DE PARACETAMOL OBJETIVOS: Determinar por titulación conductimétrica el contenido de paracetamol en comprimidos que lo contienen como monodroga. Evaluar el efecto del agregado de una base débil (NH 3 ) sobre la determinación del punto final conductimétrico en la valoración de un ácido débil (paracetamol) con una base fuerte (NaOH). INTRODUCCION: El paracetamol o acetaminofén (N‐acetil‐p‐aminofenol) (Fig.1) es actualmente uno de los analgésicos más utilizados. Es un medicamento con propiedades analgésicas, sin capacidad antiinflamatoria. Actúa inhibiendo la síntesis de prostaglandinas, mediadores celulares responsables de la aparición del dolor. Además, tiene efectos antipiréticos. Se presenta habitualmente en forma de cápsulas, comprimidos o gotas de administración oral. Fig 1 estructura química del paracetamol La conductimetría comprende un grupo de métodos analíticos basados en la medida de la conductancia eléctrica de una solución, la que en el caso de los conductores de segunda especie ó electrolitos viene dada por la migración de aniones y cationes hacia los electrodos de signo opuesto. En soluciones diluidas la conductancia está estrechamente vinculada con la concentración del electrolito. Cuando una reacción química da lugar a un cambio (aumento ó disminución) del número total de iones en solución, ó bien iones de gran movilidad son sustituidos por otros de menor movilidad y viceversa, la misma es aplicable a una titulación conductimétrica. La principal ventaja de las valoraciones conductimétricas reside en que las gráficas son lineales, por lo tanto se efectúan 4 ó 5 lecturas antes y otras tantas después del punto de equivalencia y por extrapolación se determina el punto final. Es decir, no interesan las medidas cercanas al punto mismo de equivalencia, por lo que es adecuado a reacciones con constantes de equilibrio bajas y a soluciones muy diluidas, situaciones difíciles de resolver a través de la volumetría clásica o potenciométrica. Laboratorio de Química analítica Instrumental EEST Nº2 4 El paracetamol es un ácido débil (pKa = 9.5) debido a su grupo hidroxilo aromático: (1) C 8 H 9 NO 2 + H 2 O C 8 H 8 NO 2 ‐ + H 3 O + Ka = 3,16.10 ‐10 Por lo tanto, en la titulación con una base fuerte como el NaOH tendrá lugar la neutralización: (2) C 8 H 9 NO 2 + NaOH Na + + C 8 H 8 NO 2 ‐ + H 2 O La concentración inicial de protones es muy baja, y a medida que progresa la titulación, la base conjugada C 8 H 8 NO 2 ‐ experimenta hidrólisis según: (3) C 8 H 8 NO 2 ‐ + H 2 O C 8 H 9 NO 2 + OH ‐ El efecto final es el reemplazo de C 8 H 9 NO 2 , por iones Na + , lo que conduce a un aumento de la conductancia de la solución en el transcurso de la primera fase de la titulación. Luego del punto de equivalencia, se agrega un exceso de iones OH‐, por lo que la conductividad sigue subiendo, pero con una pendiente diferente. La curva de titulación del paracetamol con NaOH presenta un ancho ángulo entre la línea de titulación y la de exceso de valorante. Por este motivo, existe cierta dificultad para localizar con precisión el punto final, ubicado en la intersección de dos líneas de pendientes crecientes y similares. Este resultado puede mejorarse mediante la adición de un exceso de una base débil, como amoníaco, la que en solución acuosa se disocia según: (4) NH 3 + H 2 O ↔ NH 4 + + OH ‐ K b NH 3 = 1,75.10 ‐5 La adición de amoníaco en exceso en relación a la concentración de paracetamol conduce a: (5) C 8 H 9 NO 2 + NH 3 ↔ C 8 H 8 NO 2 ‐ + NH 4 + K = Ka (paracetamol).Kb (NH 3 )/Kw = 5,5.10 ‐1 por lo que la reacción de titulación del paracetamol con agregado inicial de un exceso de amoníaco frente a una base fuerte como el NaOH consiste sustancialmente en la neutralización de los iones amonio, estequiométricamente equivalentes al paracetamol. Antes del punto de equivalencia, los OH ‐ añadidos neutralizan a los NH 4 + . El cambio en la conductividad resulta de la diferencia entre las movilidades iónicas del Na + y el NH 4 + (Tabla 1). CATION Λ0+ (cm 2 /ohm.mol) ANION Λ0- (cm 2 /ohm.mol) H + 398,2 OH - 198 Li + 38,69 Cl - 75,23 Na + 50,11 I - 76,8 K + 73,52 CH 3 COO - 40,9 NH 4 + 73,4 NO 3 - 71,4 Tabla 1: Conductancias Iónicas Equivalentes a dilución infinita y a 25ºC Después del punto de equivalencia, la conductancia crece con gran pendiente como consecuencia del incremento de iones OH ‐ en exceso. La disminución del ángulo entre la línea de titulación y la de exceso de valorante facilita la ubicación gráfica del punto final. Si se trazan las tangentes a ambas ramas de la curva, en su intersección se determina el volumen de solución de NaOH correspondiente al punto final. En este punto debe cumplirse: Laboratorio de Química analítica Instrumental EEST Nº2 5 (6) V NaOH . N NaOH = V Paracetamol . N Paracetamol Por lo que conociendo la concentración del titulante y el volumen de solución de paracetamol, se calcula la cantidad de paracetamol presente en la solución. En el desarrollo de la titulación, al ir agregando el reactivo titulante, el volumen de solución en la que se realiza la medición conductimétrica se incrementa modificando el valor de la conductividad. Esta variación se corrige afectando a cada medición por el factor de dilución (7) f = (v + V)/V siendo v el volumen de titulante agregado y V el de solución inicial. Es posible evitar la aplicación de esta corrección cuando el cambio del volumen es inferior al 10%. Esto se logra utilizando un reactivo titulante que sea aproximadamente diez veces (o más) más concentrado que el titulado. Por su parte, se sabe que los excipientes son sustancias auxiliares que se incorporan al principio activo para facilitar la preparación, conservación ó administración del fármaco. Así, por ejemplo, el almidón se incorpora habitualmente para dar cuerpo y forma a los comprimidos. Las titulaciones conductimétricas, de naturaleza electroquímica, hacen posible su aplicación a muestras coloreadas ó turbias. Este es generalmente el caso en la industria farmacéutica, debido principalmente a la presencia de excipientes en los medicamentos. PARTE EXPERIMENTAL Soluciones a utilizar. Solución de titulante: NaOH 0,1 N valorado Solución a ensayar: disolver el equivalente a un comprimido en 500mL de agua destilada según lo descripto más adelante. PROCEDIMIENTO: 1. Tome de 5 a 10 comprimidos y péselos individualmente. Calcule la masa promedio de un comprimido. 2. En un mortero pulverice los comprimidos de paracetamol. Tome una masa equivalente a la masa promedio de un comprimido y disuélvalo con agitación en 500mL de agua destilada. Es conveniente mantener la agitación durante aproximadamente 15min para asegurar la completa disolución del principio activo presente en el preparado farmacéutico. La turbidez de la solución resultante se debe a los excipientes y no obstaculiza la etapa posterior de análisis 3. Trasvase a un vaso de precipitados de 250mL de capacidad una alícuota de 150mL. Sumerja los electrodos del conductímetro y la barra del agitador magnético. Conecte el conductímetro. 4. Registre la conductancia después de cada agregado de 1mL del valorante (NaOH 0,1 N), hasta completar los 25mL. Laboratorio de Química analítica Instrumental EEST Nº2 6 5. Tome una nueva alícuota de 150mL de solución de paracetamol, adicione 0,5mL de NH 3 (C) y repita el procedimiento dado en (3). Represente L vs. V titulante y determine analítica y gráficamente el punto final. CALCULOS Y RESULTADOS: 1. Cálculos previos: Considerando que se disuelve un (1) comprimido comercial de 500mg de paracetamol en 500mL de agua destilada, y se separan alícuotas de 150mL para su análisis por titulación conductimétrica: 1. Calcule la concentración de la solución de NaOH que permitirá obviar la aplicación de la corrección por variación de volumen. 2. Establezca el volumen teórico correspondiente al punto de equivalencia 3. En base a la ecuación (5) estime el volumen de solución de amoníaco comercial (26%, NH 3 =0,7g/mL) que debe adicionarse a una solución que contenga 150mg de paracetamol, para que el NH 3 esté presente en exceso. 4. Grafique conductancia contra volumen de titulante agregado Vtit (mL), para las titulaciones con y sin agregado de NH 3 . Para cada curva trace las tangentes correspondientes para localizar el punto final. 5. Compare las gráficas obtenidas y compruebe la mejora en la determinación del punto final de la titulación conductimétrica de paracetamol con NaOH producida por el agregado de amoníaco 6. Calcule la masa de paracetamol (mg) presente en la solución analizada y por extensión en el comprimido. Exprese el resultado en mg paracetamol/comprimido. 7. Constate si el contenido de paracetamol por comprimido cae en el intervalo permitido por la Farmacopea de los Estados Unidos y por el ANMAT en nuestro país (Administración Nacional de Medicamentos, Alimentos y Tecnología Médica) comprendido entre el 90,0 y 110,0 % del valor consignado en el rótulo del medicamento.