Laboratorio 10. Constante de disociación ácida de un tinte

Laboratorio 10.
Constante de disociación ácida de un tinte
Objetivo
Determinar la constante de equilibrio de la disociación de un indicador visual
ácido-base (rojo de metilo) utilizando medidas espectrofotométricas.
Introducción
En solución acuosa el rojo de metilo, un ácido orgánico débil, tiene estructura de
“zwitterion” y tiene una estructura resonante entre las dos formas, ácida y
básica.
En soluciones ácidas el rojo de metilo existe en la forma de HMR
predominantemente y tiene un color rojizo. Cuando base es añadida se pierde
un protón y el HMR tiene estructura básica, MR- predominantemente, con un
color amarillo. La forma básica es amarilla porque absorbe azul y violeta pálido.
Entonces tenemos que la constante de ionización en equilibrio para el rojo de
metilo está dado por:
KC 
[ H  ][MR  ]
[ HMR]
(10-1)
basándonos en que la reacción existente es la siguiente,
HMR  H+ + MR-
1
( 10-2)
Tomando log en ambos lados de la ecuacuión 10-1 tenemos que;
pK C  pH  log(
[MR  ]
)
[ HMR]
( 10-3)
La constante de ionización puede ser calculada de medidas de la razón de
[MR-]/[HMR] a valores de pH conocidos.
Ya que las dos formas de rojo de metilo absorben fuertemente en el rango
visible,
la
razón
espectrofotométricamente.
de
[MR-]/[HMR]
puede
ser
establecida
Los espectros de absorción de rojo de metilo en
soluciones ácidas y básicas son determinadas y dos longitudes de onda son
seleccionados para analizar mezclas de ambas formas. Estas dos longitudes de
onda, 1 y 2, son escogidas de manera que en una la forma ácida tiene una
absortividad molar () mucho más alto comparado con la forma básica. Cuando
comparamos los valores de las absortividades molares de las soluciones básicas
en la longitud de onda de máxima absorción de las bases ocurre todo lo
contrario. Las absortividades molares de HMR y MR- son determinadas en la
longitud de onda que corresponde al máximo de absorción para cada una de las
especies. Construyendo una gráfica de Abs vs la concentración de la especie a
su longitud de onda máximo correspondiente podemos determinar el valor de 
para [HMR] y [MR-]
2
La composición de una mezcla (buffer) de [HMR] y [MR-] puede ser calculada a
partir de las absorbancias A1 y A2 a las longitudes de onda 1 y 2
respectivamente utilizado.
Se establece de esta manera un sistema de
ecuaciones
utiliza
el
cual
se
sistemáticamente
para
determinar
las
concentraciones de las dos formas del rojo de metilo simultáneamente.
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pt
Atotal ,1   HMR1 b[ HMR]   MR 1 b[ MR ](10  4)
Atotal ,2   HMR2 b[ HMR]   MR 2 b[ MR ](10  5)
Estos valores entonces se utilizan en la ecuación de Henderson-Hasselbalch
Deleted: A1 = a1,HMR [HMR] +
a1,MR [MR ] ( 10-4)¶
A2 = a2,HMR [HMR] + a2,MR
[MR ] ( 10-5)¶
para finalmente determinar el valor de pKc y Kc.
Deleted: 6

 [ MR ] 
pK a  pH  log 

 [ HMR ] 
( 10-4)
Procedimiento
1. En el laboratorio usted encontrará una solución estándar de rojo de metilo. Si
esta solución no está disponible, prepárela de la siguiente forma: tome 5.0 mL
de la solucion stock, añada 50 mL de etanol 95% en matraz erlenmeyer de 100.0
mL y diluir con agua destilada.
3
Solución “Stock”
300 mL Etanol 95%
1 g tinte sólido
Solución
estándar
Matraz de 500 mL
5.0 mL
50 mL etanol 95%
Matraz de 100 mL
Diluir con agua estilada
2. Preparación de las soluciones acidas: Agregar 5.0 mL de la solución
estándar, 5 mL de HCl 0.1 M a un matraz volumétrico de 50 mL. Diluir con agua
destilada. Luego tomar 25 mL de esta solución y diluya con HCl 0.01 M hasta 50
mL. Siga diluyendo hasta tener un total de cuatro soluciones. Para hacer el
calculo de las concentraciones de cada solución tome la concentración de la
solución estándar como 1.0 M.
4
5.0 mL solución
5 mLHCL 0.1 M
Matraz 50 mL
Diluir con agua destilada
25.0 mL
25.0 mL
50 mL
25.0 mL
50 mL
25.0 mL
50 mL
50 mL
LUIS F. DE LA TORRE Y OLIVA M. PRIMERA
Diluir con HCl 0.01 M
3. Preparación de las soluciones alcalinas: Agregar 5.0 mL de la solución
estándar, 10 mL de acetato de sodio 0.04 M a un matraz volumétrico de 50.0
mL. Diluir con agua destilada. Luego tomar 25 mL de esta solución y diluya con
acetato de sodio 0.01 M hasta 50 mL. Siga diluyendo hasta tener un total de
cuatro soluciones. Para hacer el calculo de las concentraciones de cada solución
tome la concentración de la solución estándar como 1.0 M.
5
5.0 mL de la Solución
10 mL de acetato de Sodio
Matraz 50 mL
Diluir con agua destilada
25.0 mL
25.0 mL
50 mL
25.0 mL
50 mL
25.0 mL
50 mL
50 mL
LUIS F. DE LA TORRE Y OLIVA M. PRIMERA
Diluir con acetato de sodio 0.01 M
4.Preparación de las soluciones amortiguadoras:
- Agregar 5.0 mL de la solución estándar, 10 mL de acetato de sodio 0.04
M, 1.0 mL de ácida acético 0.1 M y luego completar el volumen hasta 50.0
mL con agua destilada.
- Preparar otras cuatro soluciones utilizando 5 mL de solución estándar y 10
mL acetato de sodio 0.04 M. Además añadir 2, 4, 6, y 10 mL de ácido
acético 0.1 M a cada una respectivamente y diluir con agua destilada
hasta 50 mL.
- Determinar el pH de cada una de las soluciones preparadas utilizando el
metro de pH.
6
5.0 mL solución estándar
10.0 mL de acetato de sodio
0.04M
Matraz 50.0 mL
1.0 mL de acido
acético 0.1M
Matraz 50.0 mL
Matraz 50.0 mL
Matraz 50.0 mL
Matraz 50.0 mL
2.0 mL de acido
acético 0.1M
4.0 mL de acido
acético 0.1M
6.0 mL de acido
acético 0.1M
10.0 mL de acido
acético 0.1M
Diluir con agua destilada
5. Medidas espectrofotométricas
- Determine la longitud de onda máxima (λ1 y λ2) realizando un rastreo (barrido)
de Absorbancia vs λ entre 300 – 600nm con las solución ácida y básica mas
concentrada.
- Determine las absorbancias de las soluciones en ambos largos de onda.
Cálculos
1. Determinar la concentraciones partiendo que la concentración del estándar es
1.0 M.
2. Graficar Absorbancia versus concentración del tinte para las soluciones
ácidas y básicas a ambos largos de onda, λ1 y λ2. Determine las pendientes de
las graficas utilizando los cuadrados mínimos.
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Estos valores de las pendientes corresponden a los coeficientes de extinción
molar para ambas especies a ambos largos de onda.
(I)
(II)
 HMR,1 
(III)  MR  , 
 HMR,2 
(IV)  MR  ,  
1
2
3. Resolver el Sistema de 2 Ecuaciones y 2 Desconocidas para obtener  HMR 
y  MR   para cada Solución Amortiguadora.
Atotal ,1   HMR1 b[ HMR ]   MR 1 b[MR ]
Atotal ,2   HMR2 b[ HMR ]   MR 2 b[ MR ]
4. Determinación de pKa usando la ecuación de Henderson-Hasslebach. Para
las soluciones amortiguadoras grafique pH versus log [MR-]/[HMR] y obtenga el
pKa a partir del intercepto. Incluya la gráfica con el reporte.
 [ MR  ] 
pK a  pH  log 

 [ HMR ] 
5.Compare el valor de pKa reportado en la literatura
pKA PROMEDIO = __________
pKA LITERATURA =
5
KA PROMEDIO = ___________ KA LITERATURA = 1.05 X 10
8
% ERROR = _______
-5
% ERROR = _________
Referencias
Atkins, P., Physical Chemistry. 5Th ed. C8-C14. Freeman, New York. 1994
Castellan, G., Fisicoquímica. 2nd ed. 140-141. Addison Wesley. N.Y. 1971.
CRC Handbook of Chemistry and Physics. 58Th ed. Weast, Robert ed. CRC
Daniels, F. et.al, Experimental Physical Chemistry. 7Th ed. 18-21. McGraw Hill,
New York. 1971
Press. West Palm Beach, 1978.
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