OBJETIVOS • • • • • • Determinar y clasificar la medida de pH en diversas soluciones de uso común Identificar cuáles de las sustancias tienen el pH más alto y el más bajo. Observar la reacción de Neutralización e identificar el producto de cada reacción Determinar el ácido y base más fuerte mediante el equipo de conductibilidad Identificar la relación de conductibilidad con el pH de las diferentes soluciones acidas y básicas. Explicar la reacción de la hidrolisis Identificar la relación de ácidos y bases fuertes en la reacción de la hidrólisis Ácidos y Bases • 2 MARCO TEÓRICO Los ácidos y las bases son sustancias que existen en la naturaleza y que son distinguidos por su nivel de pH (potencial hidrogenión), es decir, por su grado de acidez o basicidad. Ambos a menudo suelen ser sustancias toxicas o sustancias corrosivas sin embargo poseen numerosas aplicaciones humanas e industriales. Los ácidos son sustancias de pH inferior a 7, en cuya química figuran comúnmente grandes cantidades de iones de hidrógeno al añadirles agua. Suelen reaccionar ante otras sustancias perdiendo protones (H+). Las bases son sustancias de pH superior a 7, que en disoluciones acuosas suelen aportar iones de hidroxilo (OH–) al medio. Suelen ser potentes oxidantes, es decir, reaccionan con los protones del medio circundante. La reacción entre un ácido y una base es denominada neutralización y elimina más o menos las propiedades ácidas o básicas de ambos compuestos, produciendo agua y una sal en su lugar. Escala de pH Históricamente se tiene tres propuestas o definiciones respecto a los acidos y bases, son las siguientes: 1. Teoría de Arrhenius A finales de 1800, el científico sueco Svante Arrhenius propuso que el agua puede disolver muchos compuestos separándolos en sus iones individuales y definió los ácidos y bases. Base: son sustancias que al disolverse en agua se forman iones hidroxilo (-OH). El ejemplo de una base de Arrhenius es el hidróxido de sodio debido que el NaOH cuando se disuelve en agua se disocia en iones de Na+ y OH- Ácidos y Bases Acido: son compuestos que contienen hidrógeno y pueden disolverse en el agua liberando iones de hidrógeno a la solución. Por ejemplo, el ácido clorhídrico (HCl) se disuelve en el agua de la siguiente manera: 3 2. Teoría de Brønsted y Lowry Ácidos: Es cualquier compuesto que pueda donar un ión de hidrógeno. Los ácidos son comúnmente referidos como donantes de protones, porque un ión de hidrógeno es simplemente un protón (H+) Base: Es cualquier compuesto que puede aceptar un ión de hidrógeno. La definición de Brønsted-Lowry logra explicar por qué las substancias que no contienen OH- pueden actuar como bases. 3. Teoría de Lewis La teoría de Lewis usa el concepto de octeto electrónico del mismo Lewis por los que define lo siguiente: Acido: Es aquel que puede aceptar en formar compartida un par de electrones. Base: Es una base aquella que puede compartir o donar un par de electrones compartidos. Propiedades de las Bases • Algunas propiedades, como un sabor amargo, son propiedad de todas las bases. Las bases también se sienten resbaladizas. Sueña con cómo se ve el jabón resbaladizo. Y esto es una base. Además, cuando se sumergen en agua, las bases conducen la electricidad porque consisten en partículas cargadas en la solución. • Se encuentra que tienen una textura jabonosa cuando se tocan. • Estas sustancias liberan iones de hidróxido (iones OH–) cuando se disuelven en agua. • En sus soluciones acuosas, las bases actúan como buenas conductoras de la electricidad. • Los valores de pH correspondientes a las bases son siempre superiores a 7. • Las bases son sustancias de sabor amargo que tienen la capacidad de volver azul el papel de tornasol rojo. Ácidos y Bases • Ejemplos: hidróxido de sodio [NaOH], leche de magnesia [Mg(OH)2], hidróxido de calcio [Ca(OH)2]. 4 Medición del pH El pH es una medida que sirve para establecer el nivel de acidez o alcalinidad de una disolución. La “p” es por “potencial”, por eso el pH se llama: potencial de hidrógeno. Se expresa como el logaritmo negativo de base 10 de la concentración de iones hidrógeno. La siguiente ecuación representa esta definición: Por otra parte, el pOH es una medida de la concentración de iones hidroxilo en una disolución. Se expresa como el logaritmo negativo de base 10 de la concentración de iones hidroxilo y, a diferencia del pH, se utiliza para medir el nivel de alcalinidad de una disolución. Sustancias neutras • La sustancia neutra es una sustancia que no es ácida ni básica, tiene la misma cantidad de iones de hidrógeno e hidroxilo y no altera el color de la superficie del tornasol. • Estas sustancias no muestran ninguna característica ácida o básica. • Sus valores de pH se aproximan a 7. • Las sustancias neutras no tienen efecto sobre el papel tornasol rojo o azul. • El pH del agua pura es exactamente 7. • Ejemplos: agua, sal común (NaCl) Cuando una solución se neutraliza, significa que se forman sales a partir de pesos iguales de ácido y base. La cantidad de ácido necesaria es la cantidad que daría un mol de protones (H+) y la cantidad de base necesaria es la cantidad que daría un mol de (OH-). Debido a que las sales se forman a partir de reacciones de neutralización con concentraciones equivalentes de pesos de ácidos y bases: N partes de ácido siempre neutralizarán N partes de base. Ácidos y Bases Una parte de la teoría muy importante también es la neutralización de ácidos y bases, que de por sí es un evento casi común en la vida cotidiana ya sea en la preparación de alimentos o después de resacas de salidas, pero desde un punto de vista más científico una reacción de neutralización es cuando un ácido y una base reaccionan para formar agua y una sal e involucra la combinación de iones H+ e iones OH- para generar agua. La neutralización de un ácido fuerte y una base fuerte tiene un pH igual a 7. La neutralización de un ácido fuerte y una base débil tendrá un pH menor de 7, y por el contrario, el pH resultante cuando una base fuerte neutraliza un ácido débil será mayor que 7. 5 PROCEDIMIENTO Materiales -Vaso Precipitado de 100 ml. - Vaso de precipitado de 100 ml. - Equipo de conductividad. - Matraz de Erlenmeyer. - Bureta de 50 ml. - Varilla de vidrio. - Papel indicador de pH. Productos - Leche de Magnesia, Bismutol, Sal de Andrews, Lejía, Vitamina C, Vinagre, Gaseosa. - NaCl sólido - Na2CO3 sólido. - NH4Cl sólido. MEDICIÓN DEL PH EN LAS DIFERENTES SUSTANCIAS En primer lugar, tuvimos que determinar el valor del pH de os diversos productos con ayuda de una tira de papel la cual indicaba el valor de las distintas soluciones acuosas. Recalcando que la escala en la cual poseemos el papel indicador de pH clasifica del 1 al 14. Ojo: En todas las distintas mediciones del pH se usaron 50 ml y en todas se aplico el papel medidor de pH el cual en todos los casos se introdujo en las diversas sustancias en el intervalo de tiempo de 10 a 15 segundos, aclarado este punto en la medición de pH de los productos procedemos. Ácidos y Bases Ojo: Recordando que este medidor de pH no es exacto, pero al ser una aproximación podemos tomar un valor en uno superior al que lanza y ponerlo en ese intervalo. 6 Productos: Agua Destilada --- H2O la cual posee un valor de 6 a 7 en estado puro. Al ver el indicador del pH observamos inmediatamente el intervalo 6 – 7 así que deducimos que el agua a la cual se evaluó es una sustancia de pH neutro (Recordando 7 es el valor de neutralidad). Y viendo la figura también se resalta la Ley de Arrhenius (Base) por que la cantidad de H+ y OHque se observa al ser neutra (7) decimos están en cantidades y/o proporciones iguales. Vinagre --- CH3COOH en estado puro el pH se encuentra de 2 a 3. Al ver el indicador del pH observamos inmediatamente el intervalo 2 – 3 así que deducimos que el vinagre al cual se evaluó es una solución ácida. Debido al desbalance que posee así que es un Ácido de Arrhenius. Ácidos y Bases Jugo de Limón --- C6H8O7 en estado puro su pH se encuentra de 2 a 3, pero sí lo diluimos en H2O el pH está en el intervalo de 3 a 4. 7 Al ver el indicador del pH observamos inmediatamente el intervalo 2 – 3, pero si agregamos H2O este pasa al intervalo de 3 – 4 sin tanta variación así que deducimos que el jugo de limón al ser un ácido cítrico tiene esta característica y esto sería clasificado como un Ácido de Arrhenius. Ácido Clorhídrico --- HCl el cual en estado puro obtuvo un pH en el intervalo de 0 a 1. Al observar que el intervalo comprende de 0 – 1 comprendemos que es una sustancia ácida al extremo por cual es corrosiva y será un Ácido de Bronsted – Lowry. Gaseosa --- Posee un pH en el intervalo de 3 a 4 Al observar que el intervalo comprende de 3 – 5 por lo cual es una sustancia ácida, así que sería un ácido de Arrhenius. Además de eso es una sustancia conformada por 3 componentes los cuales mencionaremos a continuación. Ácido Cítrico Vitamina C --- Posee un pH en el intervalo de 4 y 5. Ácido Fosfórico Ácidos y Bases Ácido Carbónico 8 La única diferencia al medir el pH de la vitamina C fue cuando tuvimos que moler la pastilla usando el material del laboratorio (Mortero) y la pastilla molida fue vertida en esa fue la única diferencia, otorgándonos un pH de 4 – 5 siendo un Ácido de Arrhenius. Leche de Magnesia --- Posee un pH en el intervalo de 10 a 11, pero si lo diluimos en H2O el pH esta entre 9 y 10. La sustancia vertida fie de una tapita y media, en la cual pudimos observar que es una base debido a que su pH se encuentra en el intervalo 9 a 10 lo que nos a entender que es una base de Arrhenius. Bismutol --- Posee un pH en el intervalo de 5 a 6, pero si lo diluimos en H2O está en un pH de 7. La sustancia empleada posee un pH de 7 en la mayoría de los casos lo que la hace ser una sustancia neutra. Además de que observamos el equilibrio en su estructura corroborando su neutralidad. Ácidos y Bases Sal de Andrews --- Posee un pH en el intervalo de 3 a 4, pero si lo diluimos en H2O el intervalo esta entre 4 a 5. 9 La sustancia empleada posee un pH en el intervalo de 3 a 4 pero como agregamos agua paso a el intervalo de 4 – 5 por consiguiente vendría acercarse a una base, pero seguiría siendo un ácido, debido como vemos en los componentes al bicarbonato de sodio y otros ácidos de su composición. Bicarbonato de Sodio (NaHCO₃) --- Posee un pH en el intervalo de 9 a 10, pero si lo diluimos en H2O el intervalo esta entre 8 a 9. La sustancia empleada posee un pH en el intervalo de 9 a 10 pero al diluir con agua este disminuye acercándose a la neutralidad en el intervalo de 8 a 9. Así que deducimos que es una base de Lowry al ver su composición química. Lejía (NaClO) --- Posee un pH en el intervalo de 13 a 14. Ácidos y Bases La sustancia empleada posee un pH en el intervalo de 13 – 14 lo que lo eleva a un punto extremo así que analizamos su composición para definir si es una solución o base básica y al observar, nos damos cuenta que el NaClO hace que no sea una base básica. 10 REACCIÓN DE NEUTRALIZACIÓN La reacción entre un ácido y una base se denomina neutralización. Según el carácter del ácido y de la base reaccionante se distinguen cuatro casos: • ÁCIDO FUERTE + BASE FUERTE • ÁCIDO DÉBIL + BASE FUERTE • ÁCIDO FUERTE + BASE DÉBIL • ÁCIDO DÉBIL + BASE DÉBIL En el momento de la neutralización se cumple que el número de equivalentes de ácido que han reaccionado (N • V) es igual al número de equivalentes de la base (N' • V'): N • V = N' • V' MATERIALES: Para este proceso experimental utilizamos los siguientes materiales: Pues primero debemos tener listo el vaso con los 50 ml de agua destilada, luego de esto como nos dice la ficha práctica le vertimos medio limón y empezamos a mezclar para que pueda asumir la nueva concentración. La cual arrojaba valores de pH entre 3 – 4 y 4 – 5 y pues como mencione antes podríamos decir que debido a ese puntaje la presencia del Ácido Cítrico (C6H8O7) el cual le da esa característica ácida. Ácidos y Bases ● Vaso precipitado, Papeles indicadores de pH, Vaso precipitado, Leche de magnesia, Jugo de limón y Leche de magnesia. 11 Luego como procedí a echar una alícuota de Leche de Magnesio y mezclar pude ver como el pH cambio de repente y me botaba a un 6 -7 intervalo para que sea un neutro en su totalidad. 2C6H8O7(ac) + 3Mg (OH)2(ac) ---------- Mg8(C6H507)2 (ac) + 6H2 O(I) A Ahora pondríamos la forma en la que se encuentra así sería su ecuación química. ÁCIDOS FUERTES Y DÉBILES En tres vasos de precipitado de 100 ml adicionar 25 ml de ácido clorhídrico (HCL) 0.1M, 25 ml de vinagre (CH3 COOH) y una solución de jugo de limón (C6H8O7 ), respectivamente. Al medir las distintas soluciones encontramos un orden especifico de cómo influye la electronegatividad dado que en el siguiente orden fuero como se desempeñaron empezando de Esto lo sabemos debido a como esta alumbrando cada foco en la cual cabe hacer énfasis en la palabra Luminosidad para saber cómo se relacionan con los electrolitos. Ácidos y Bases IZQUIERDA A DERECHA. (HCl > C6H8O7 > CH3COOH). Observando que el HCl tiene mejor conductibilidad. 12 BASES FUERTES Y DÉBILES En tres vasos de precipitado de 100 ml adicionar 25 ml de una solución de Leche de Magnesia, 25 ml de una solución de Bismutol y 25 ml de lejía, respectivamente. Pues el resultado fue algo esperado debido a que la lejía (NaClO) gano en el tema de conductividad Lo que pude observar fue como la Lejía brillaba con alta intensidad opacando a las demás precedida con una luz media en donde se encontraba el Bismutol y finalmente la Leche de Magnesia con una luz muy baja que notaba su poca conductibilidad frente a las demás. Ahora debido a que se da esto, pues sencillo como dice la teoría la Lejía (NaClO) tiene una característica que hace que tenga esa conductividad. que es poder aceptar mejor los protones Ácidos y Bases viniendo luego el Bismutol (HOC6H4COOBiO) y finalmente la Leche de Magnesio Mg (OH)2. 13 cumpliendo el principio de Bronsted – Lowry. Así que por ley la lejía es una base fuerte debido a lo mencionado de sus propiedades, así que decimos que es más fuerte que el Bismutol y el Bismutol es más fuerte que la Leche de Magnesia la cual es débil y no solo eso, sino que además posee una DISOCIACIÓN PARCIAL sumado a que como no es un buen aceptor de protones tiene baja y mala conductividad. HIDRÓLISIS DE SALES 1. Añadir 50 ml de agua destilada en un vaso de precipitado de 100 ml. Medir y anotar el pH. 2. Agregar 0.1 g de cloruro de sodio sólido y agitar hasta total disolución de los cristales, 4. Repetir los pasos del 1 al 3 utilizando 0.1 g de carbonato de sodio. Ácidos y Bases proceder a medir el pH de la solución. 14 CLORURO DE SODIO Primero empezamos midiendo el pH del agua destilada la cual analizamos ya al principio de este informe ahora agregaremos 0.1 g de NaCl procediendo como dice debemos mezclar provocando una disociación teniendo así una base neutral dado que obtenemos el pH de 7. Ahora que podemos decir de esto pues primeramente analizamos al ion cloruro el cual cuando interactúa con el medio acuoso haciendo que en la reacción se vayan a los reactivos además que NO GENERA AUMENTO DE IONES DE HIDROXILO. Así que debido a estas disociaciones podemos decir ahora con el Sodio este si genera un hidróxido de sodio que es contraria (Se entiende que es inversa). Esto fundamenta el porque el pH llega a ser 7 por el hecho de que no se aumenta en ninguna parte las concentraciones. CARBONATO DE SODIO Ácidos y Bases Al agregar 0.1 g de carbonato de Sodio al vaso de 100ml donde ya previamente hemos llenado a 50ml con agua destilada, mezclamos para poder tener la solución concentrada la cual al poner el papel de pH nos da un intervalo del pH comprendido de 10 a 11. Aquí todo se resume en la sustitución de los átomos componentes de sodio para reemplazarlos por protones donados según el principio de Lowry, pero esto sería también una hidrolisis. Así que podemos decir si cumple con la Ley de Bronsted. Lowry diríamos que el agua es el ácido y el Sodio la base. Así nos dejaría una base fuerte y un ácido débil, esto nos dice que si agregáramos más agua destilada por teoría el pH debería subir. 15 CONCLUSIONES Después de haber realizado la práctica, podemos llegar a las siguientes conclusiones: • • • • • • • • • • • La solución que tienen un mayor pH es el legía con un pH de 13 a 14, por ende, sería la sustancia más básica La solución que tienen un menor pH es el ácido clorhídrico con un pH de 0 a 1, por ende, sería la sustancia más ácida. En la reacción de neutralización, si a un ácido le añadimos una base el producto resulta una solución neutra. En la neutralización el resultado de mezclar un acido y una base nos da agua y una sal que está en forma de precipitación. Se requiere una cantidad proporcional de base para neutralizar cierto acido, por ejemplo, si queremos neutralizar jugo de limón puro necesitamos una mayor cantidad de leche de magnesia para neutralizarla, en comparación de la cantidad necesaria para neutralizar agua con limón. Entre el ácido clorhídrico, el vinagre y el limón, el ácido clorhídrico es el ácido que conduce mejor la energía, por ende, es el ácido más fuerte. Entre la leche magnesia, el bismutol y el legía, el legía es la base que conduce mejor la energía, por ende, es la base más fuerte. Mientras un ácido o base sean más fuertes, se disociarán de manera más completa, por ende, serán unos mejores conductores de electricidad. Mientras un ácido presente un menor pH la solución será un mejor conductor. Mientras una base presente un mayor pH la solución será un mejor conductor La hidrólisis de sales seda como resultado de la unión de un ácido y una base La fuerza de las bases y ácidos determinara si el producto se neutraliza totalmente o en el producto se observa una sal acida o básica. o Acido fuerte + base débil = sal neutra o Ácido débil + base fuerte = sal básica o Ácido fuerte + base débil = sal ácida Ácidos y Bases • 16
