Universidad San Francisco de QuitoLaboratorio de Química General II Preparación de una solución amortiguadora (Buffer) y determinación de su capacidad Tamponante. Informe No. 9 Nombre: Mauro Espinosa S. Fecha: 19 de noviembre de 2012 Código: 00107099 Paralelo: 1 Objetivos de la Práctica: Estudiar el comportamiento de una solución amortiguadora [3]. Analizar y preparar una solución amortiguadora que posee capacidad tamponante. Introducción: Una solución buffer es aquella cuyo pH varía muy poco cuando se diluye o se agregan pequeñas cantidades de ácido o base. Estos sistemas son de vital importancia, por ejemplo, la sangre contiene un complejo sistema regulador que mantiene el pH alrededor de 7,4 con una alteración de apenas 0,4 unidades de este valor puede ser mortal para una persona. Una gran cantidad de reacciones químicas y su aplicación en titulaciones se realizan a pH constante [3]. La solución buffer más común está constituida por un ácido débil y su base conjugada. Una solución 0,10 M en ácido acético, HA y 0,10 M en acetato de sodio, NaA es un ejemplo de este tipo de buffer. Su resistencia a los cambios de pH puede explicarse analizando el equilibrio de disociación del ácido débil [3]. −¿ +¿+ A¿ HA ↔ H ¿ Página | 1 por ejemplo. correspondiente a un pH = 4.8 x 10 =¿ La concentración de protones en equilibrio es relativamente pequeña 1. ácido benzoico con benzoato de sodio. −¿¿ A ¿ H ¿ +¿ ¿ ¿ Esto es válido si [H+] << [HA].74 [3].8x10 -5 M. El método más general para preparar una solución buffer es partir del ácido débil y una sal de su base conjugada. La concentración del ácido disminuirá y la concentración de la base conjugada incrementar. reaccionará con el ácido débil.+¿ ¿ H ¿ −¿ ¿ A ¿ ¿ −5 K a=1. generando agua y base conjugada acetato. se fija el valor del pH del medio y se obtiene la relación base conjugada. y se tendrán que evaluar las concentraciones en la expresión de la constante de equilibrio a fin de determinar la cantidad de protones en el medio [3]. además si las concentraciones en equilibrio del ácido y la base conjugada se aproximan a las molaridades en solución la expresión se transforma en: H ¿ +¿ ¿ M A / M HA =K a /¿ Página | 2 . En estos casos. Si se agrega algo de base fuerte. HA.ácido débil en función de la constante de equilibrio de disociación del ácido [3]. Las soluciones amortiguadoras se preparan con un ácido débil y una sal de ese ácido o con una base débil y una sal de esa base [3]. A ¿ −¿ ¿¿ ¿ ¿ pH= pKa+ log ¿ Esta es la ecuación de Henderson-Hasselbach. El pH del buffer dependerá del valor de Ka del ácido y de las concentraciones del ácido y la sal [3]. Materiales: Equipo.02M de Na2CO3 Solución 0. Así. Un buffer preparado con un ácido débil HA.La adición de pequeñas cantidades de ácido o base a una solución amortiguadora produce solo un cambio pequeño de pH. la concentración del HA sin disociar es igual a la concentración de la sal. con el anión común. materiales y reactivos: - Dos Erlenmeyer de 250 mL Soporte universal Una bureta Pinzas para bureta Espátula Piceta - Bicarbonato de sodio NaHCO3 Solución 0. porque el amortiguador reacciona con el ácido o base agregad. que como electrolito fuerte se ioniza completamente.1 M de NaOH Agua destilada - Página | 3 . dado que esta es totalmente ionizada [3].2 M de Na2CO3 Solución 0. y una sal sódica de este ácido. NaA. −¿(ac ) ¿ +¿ ( ac )+ A HA ( ac ) ↔ H ¿ −¿ (ac) +¿ ( ac ) + A¿ NaA ↔ Na¿ Y también los iones de la sal. contiene en solución el ácido no ionizado en equilibrio con los iones correspondientes [3]. 6. Tabla No.1 M.7x10-11. Verificar si el material se encuentra en buenas condiciones de uso.02 M de Na2CO3.- Procedimiento Experimental: 1.17 10 Para el pH calculado: - ( 5 mL ) 1 mL Na2 CO 3 ( 0. 2.2 M - [HCO3] Cantidad de HCO3pH medido pH calculado - 0.0005 mol Na CO 2 3 .1 molLNaOH )( 1001 LmL )( 1 mol NaOH )=0. 4. Añada alícuotas de 0. Coloque la solución de NaOH en una bureta. de esta forma prepare la solución buffer B.5 mL de NaOH 0. Comparar los valores calculados con los valores medidos. Observar la capacidad tamponante de las dos soluciones A y B. Calcular el pH de la solución amortiguadora luego de la adición de NaOH (ac) 0. 8. hasta completar 5 mL de NaOH y mida el cambio de pH para las soluciones buffer A y B. Calcular el pH de la solución amortiguadora utiliza. considerando que el Ka del Na2CO3 es 4.2 M de Na2CO3 para preparar una solución buffer de pH = 10 (solución A). Determinar la cantidad de NaHCO3 necesaria para añadir a 100 mL de una solución 0. 7. 1: Solución Buffer que emplea Na2CO3 0. Repita los pasos dos y tres para la solución 0. 5. - Resultados: 1. 3.43 mol /L 357g 10. 9.1 M. Medir el pH usando el medidor de pH previamente calibrado. A qué conclusión se llega al comparar los pHs finales. Tabla No.0357g 10.17 ∗100=1.2 =10 0.7 x 10−11 ) + log - - Para el porcentaje de error: 0.405 M 1L ( 105 mL ) 1000 mL ( ) - pH=( log 4.0005 M= =0.7 x 10 - ) + log 0.405 M 1L ( 105 mL ) 1000 mL ( ) −11 pH=( log 4. 0 43−0.42 10 Para el pH calculado: - ( 5 mL ) 1 mL Na2 CO 3 ( 0. 2: Solución Buffer que emplea Na2CO3 0. 43 M - Para el porcentaje de error: pH teorico− pH experimental %Error= ∗100 pH teorico - %Error= - 10−10.- 0.0005 mol Na CO 2 - 0.43−0.1 molLNaOH )( 1001 LmL )( 1 mol NaOH )=0.7 10 2. 043 M 3 . 0 2 =10 0. 0043 mol /L 0.02 M - [HCO3] Cantidad de HCO3pH medido pH calculado - 0.0005 M= =0. 42 10.19 10.18 10.48 - 10.2 10 - 3.45 - 10. - 5 4 4 .19 - 10.49 10.19 - 10. 42 ∗100=4 .47 - 10. 3: Capacidad tamponante o amortiguadora: - N - Solución - Solución a Amortiguadora A Amortiguadora B pH O pH medido medido H m - L 0 0 - 10.18 - 10. 5 .17 10.50 .43 - 10.17 10. - 5 2 2 . - 5 1 1 .47 10. - 5 3 3 .18 - 10.17 - 10.%Error= - - %Error= pH teorico− pH experimental ∗100 pH teorico 10−10.44 10.17 10.47 10. Tabla No. - - Cuestionario Post laboratorio: ¿Si se continuara agregando solución de NaOH (ac) gota a gota a al solución buffer. Se hizo una solución amortiguadora con carbonato de sodio y bicarbonato de - sodio. Por otro lado. Por otro lado. pero la solución amortiguadora B más bien se aleja de ese valor. Como se puede observar. ya sea porque el medidor de pH estuviera mal calibrado o por no haber secado el correctamente después de cada medición.20 - 10. existe porcentaje pequeño de error en la medición del pH de ambas soluciones. Según los resultados obtenidos y anotados en la tabla No. bordeando a un pH de 10 aproximadamente. amortiguará la solución buffer indefinidamente a la base agregada? .50 en la solución B. Por lo que se concluye que la solución A es un mejor amortiguador. Se determinó la capacidad tamponante de la solución amortiguadora. donde se pudo observar que el pH varía muy poco cuando se diluye o se agrega pequeñas cantidades de ácido o base. la solución amortiguadora A se encuentra más cerca del pH 10 que se desea obtener.42 hasta 10. - 1 - Conclusiones: - El pH de la solución buffer varía muy poco. aumenta desde 10. Se nota que la solución A se acerca más al pH = 10 que la solución B.50 - Se puede observar en la tabla No. 3 cómo actúan las soluciones amortiguadoras al reaccionar con la sustancia deseada. - Discusiones: - En esta práctica de laboratorio se preparó una solución amortiguadora (buffer).20 para solución A y desde 10. El pH medido y calculado de las soluciones A y B rodea el valor de 10. 3 se puede observar como el pH de la solución A y B ha variado mientras la cantidad de NaOH va aumentando en las soluciones.17 hasta 10.- 5 - 10. también pudo haber influido en el porcentaje de error el hecho de que una solución amortiguadora resultó más efectiva que otra. 6 . en especial para los procesos vitales de las personas como: el pH de los jugos gástricos ayudan a la digestión de los alimentos se mantienen entre 1.18.0. [2] - Son muy necesarios.18 - para B : pH=10.46 .46 [1]. así también son importantes para nuestros procesos vitales.33 - para A : pH =10.1.3 y 7. - Además a partir de estos datos se puede comparar los pHs con el pKa de la solución: pKa=−log 4. la saliva se mantiene a un pH de 8.5 por un sistema complejo de soluciones amortiguadoras que consisten en proteínas del suero que consta de 3 aminoácidos. ¿A que conclusión general se puede llegar? En el experimento se pudo observar que la solución amortiguadora B posee mayor capacidad tamponante. el pH de la solución aumentaba. debido a que no sobrepasa demasiado el valor de pH = 10. pero en pequeñas cantidades. para la solución B el promedio es de 10.- No se amortiguará indefinidamente debido a que la base agregada posee un límite de pH. Como se pudo ver en el experimento. mas bien procura mantenerlo estable. el promedio es de 10. Se puede demostrar matemáticamente haciendo un promedio de los pHs obtenidos. ¿Por qué son importantes las soluciones buffer? ¿Son necesarios? Son muy importantes ya que las soluciones buffer pueden producir una tendencia hacia los reactivos o hacia los productos con el objetivo de mantener le equilibrio y por ende su pH. al añadir cada vez más cantidad de NaOH. Para la solución A. [2] La sangre mantiene con mucha exactitud entre los limites del pH normal de 7.7 mediante la acción amortiguadora. por lo que es probable que el pH no cambie 2 indefinidamente después de agregar una cierta cantidad de la solución buffer [1].7 x 10−11 =10. [2] ¿Cuál buffer tiene mayor capacidad amortiguadora? Demuestre matemáticamente. que se disocia más en iones H + y HCO3-iones. ya que los iones de hidrógeno tiene que ser consumido con iones de bicarbonato con el fin de producir CO2. lo que eleva el pH. [3] - La ecuación del efecto tampón en la sangre es el siguiente: H+ (ac) + HCO3. lo que disminuye el pH. y como resultado.- pKa≈ pH - 10. un montón de CO2 que se produce. - Llamado ácido carbónico o bicarbonato en sistema tampón. el ácido carbónico es uno de los sistemas de tamponamiento principales que se utilizan para mantener el pH de la sangre de mamíferos. más iones de hidrógeno se producen.(ac) ↔ H2CO3 ↔ H2O (l) + CO2 (g) - El procedimiento es el siguiente: - Los pulmones expulsar CO2. y neutraliza el pH del quimo (bolo alimenticio) en el estómago entra en el intestino delgado. el equilibrio se desplaza hacia la derecha (de modo que los iones de bicarbonato se producen más para remplazar los perdidos). pero la mayor parte termina combina con el agua para formar ácido carbónico (H2CO3). [1] Para evitar demasiados hidrógenos se pierdan. [2] Cuando su cuerpo utiliza energía para realizar el trabajo (como el ejercicio). por lo que es la que posee mayor capacidad tamponante. ¿Qué buffer utiliza la sangre? Explique. los riñones a eliminar el exceso de iones de bicarbonato. Este CO2 se disuelve parcialmente en el plasma y los glóbulos rojos. [1] Como resultado.33 ≈10.46 - Con esto se demuestra que la solución con el pH más cercano al pKa de la solución es la sustancia 4 amortiguadora B. básicamente iguala el pH de la sangre. [3] Esto ocurre . [3] En otras palabras. este. [2] La enzima que combina el agua y el CO2 para formar ácido carbónico se llama la anhidrasa carbónica. Manual de Laboratorio Qui120 Química General I. Murphy. (2012). F. - La ecuación es la misma para la reacción evaluada en este experimento. LeMay. Quito. México D. [1] 5 Este CO2 es entonces expulsado por los pulmones.. . E. McGraw-Hill Interamericana. L. Química. C.1 M de NaOH. (2009). B. Bursten. Pearson Educación. México D. F.principalmente en los capilares del sistema de circulación. (2007). [1] La iones bicarbonato (HCO3-) luego se transportan a través del sistema de circulación hasta que llegan a los pulmones. [3] Orejuela. R. Química la Ciencia Central. [2] Chang. Universidad San Francisco de Quito. - NaOH(ac) + NaHCO3(ac) ↔ Na2CO3(ac) + H2O(l) - - Referencias: [1] Brown.. Escriba la ecuación química para la reacción que ocurre cuando se añade una solución 0. cuando se combinan con iones de hidrógeno para formar CO2 y agua. T..