QUIMICA

¿ QUE SIGNIFICA QUIMICA?

La química, es una disciplina indispensable en la actualidad, que estudia la estructura, composición y propiedades de la materia.

Se denomina química (del árabe kēme (kem, كيمياء), que significa “tierra”) a la ciencia que estudia la composición, estructura y propiedades de la materia, como los cambios que ésta experimenta durante las reacciones químicas y su relación con la energía. Históricamente la química moderna es la evolución de la alquimia tras la Revolución Química (1733).

Desde los primeros tiempos, los seres humanos han observado la transformación de las sustancias —la carne cocinándose, la madera quemándose, el hielo derritiéndose— y han especulado sobre sus causas. Siguiendo la historia de esas observaciones y especulaciones, se puede reconstruir la evolución gradual de las ideas y conceptos que han culminado en la química moderna.

La química ha tenido una influencia enorme sobre la vida humana. En otras épocas las técnicas químicas se utilizaban para aislar productos naturales y para encontrar nuevas formas de utilizarlos. En el siglo XIX se desarrollaron técnicas para sintetizar sustancias nuevas que eran mejores que las naturales, o que podían reemplazarlas por completo con gran ahorro. Al aumentar la complejidad de los compuestos sintetizados, empezaron a aparecer materiales totalmente nuevos para usos modernos. Se crearon nuevos plásticos y tejidos, y también fármacos que acababan con todo tipo de enfermedades. Al mismo tiempo empezaron a unirse ciencias que antes estaban totalmente separadas. Los físicos, biólogos y geólogos habían desarrollado sus propias técnicas y su forma de ver el mundo, pero en un momento dado se hizo evidente que cada ciencia, a su modo, era el estudio de la materia y sus cambios. La química era la base de todas ellas. La creación de disciplinas intercientíficas como la geoquímica o la bioquímica ha estimulado a todas las ciencias originales.

La Relación entre la Química, Física y Biología es muy fuerte, pues nos explican la estructura y relación entre materia y energía, componentes básicos de los seres vivos.

El progreso de la ciencia en los últimos años ha sido espectacular, aunque los beneficios de este progreso han acarreado los riesgos correspondientes. Los peligros más evidentes proceden de los materiales radiactivos, por su potencial para producir cáncer en los individuos expuestos y mutaciones en sus hijos. También se ha hecho evidente que la acumulación, en las plantas o células animales, de pesticidas (que antes se consideraban inocuos), o de productos secundarios de los procesos de fabricación, suele tener efectos nocivos. Este descubrimiento, lentamente reconocido al principio, ha llevado a establecer nuevos campos de estudio relacionados con el medio ambiente y con la ecología en general.

REACCIONES ACIDO-BASE

Introducción

El análisis volumétrico es un método utilizado para la determinación de cantidades de sustancias que componen una muestra, mediante una operación llamada titulación. La reacción puede ser acido-base, oxidación-reducción o formación de complejos. La reacción entre un ácido y una base se conoce como reacción de neutralización y el producto de la misma es una sal y agua, estableciendo el equilibrio ácido-base conjugado.

La titulación es una de las técnicas más comunes en la química analítica para la determinación de la concentración de sustancias en solución. Elconocimiento de esta técnica es esencial en el laboratorio químico.

Se puede establecer la concentración de una solución de ácido o base en particular a través de un proceso llamado "titulación". Para determinar la concentración de un ácido se mide con cuidado un volumen específico de la solución mediante una bureta y se coloca en un matraz. Después se le adicionan unas gotas de indicador ácido-base. A continuación se le agrega, desde otra bureta y con cuidado y lentitud, una base de concentración conocida, llamada "base estándar", hasta que una gota adicional de base modifica el color del colorante indicador. Éste es el punto final de la titulación. El punto donde han reaccionados cantidades estequiometrícamente iguales de ácido y base se conoce como "punto de equivalencia". (El punto final y el punto de equivalencia no son forzosamente iguales). Es preciso seleccionar un indicador apropiado para la titulación, de modo que el punto final esté tan cerca al punto de equivalencia como sea posible. Un ejemplo es la fenolftaleína, que pasa de color rosa en medio básico a incolora en medio ácido. En el punto de viraje, llamado "punto final", se considera que el número de moles de ácido monoprótico y de base monohidroxílica que han reaccionado es el mismo.

Objetivos

? Aprender a utilizar un equipo de titulación, en una volumetría ácido-base.

? Conocer la fundamentación de una reacción ácido-base.

? Determinar el punto de equivalencia de una reacción ácido-base.

? Determinar el punto final de una reacción utilizando indicadores.

? Determinar la naturaleza de una solución, si es ácida o básica.

? Reconocer que cuando se titula un ácido fuerte con una base fuerte la concentración de H3O+ es igual a la concentración del ácido fuerte.

? Identificar por medio de la curva de titulación ácido-base el volumen y el pH en el punto de equilibrio.

Parte experimental

Figura 1. Esquema general

Tabla 1. Materiales y reactivos utilizados

Erlenmeyer de 250 ml

Pipeta volumétricas de 10 ml

Pipeta volumétricas de 25 ml

Soporte universal

Bureta de 50 ml

Fenolftaleína: 1 % en etanol

Solución de NaOH 0,1 M

Solución de HCl 0,1 M

Solución de CH3COOH 0,1 M

Vinagre blanco

Leche bovina

Jugo de naranja

Para la elaboración del laboratorio los pasos seguidos fueron los siguientes:

a) En un matraz erlenmeyer de 250 ml se adicionaron 25 ml de la solución de ácido clorhídrico aproximadamente 0,1 M, y luego se añadieron dos gotas de fenolftaleína. Luego se adiciono lentamente desde la bureta, la solución de hidróxido de sodio aproximadamente 0,1 M, en volúmenes pequeños. Hasta que se observo un cambio de color en la solución del matraz. Se anoto el volumen de NaOH consumido.

b) En otro matraz erlenmeyer de 250 ml se añadieron 25 ml de solución de ácido acético aproximadamente 0,1 M, y luego se titulo con NaOH aproximadamente 0,1 M. Una vez realizado este proceso se anoto el volumen de NaOH consumido.

c) Se agrego 10 ml de solución de vinagre blanco en un matraz erlenmeyer más 20 ml de agua destilada, dos gotas de fenolftaleína, y se titulo con solución de NaOH aproximadamente 0,1 M. Hasta que se observo un cambio de color en la solución del matraz. Se anoto el volumen de NaOH consumido.

d) Se realizó el procedimiento anterior, con 10 ml de jugo de naranja. Y luego, con 10 ml de leche bovina.

Figura 2. Aparato para titulación

Resultados y preguntas

Tabla 2. Puntos de equivalencias obtenidos con NaOH 0,1 M & 25ml de analito.

Titulante	Analito (25 ml)	Pto. equivalencia
NaOH 0,1 M	HCl 0,1 M	22,5 ml
NaOH 0,1 M	CH3COOH 0,1 M	21,5 ml
NaOH 0,1 M	Jugo de naranja	12 ml
NaOH 0,1 M	Vinagre blanco	45 ml
NaOH 0,1 M	Leche bovina	2 ml

1. Construya la curva de valoración del ácido clorhídrico (Ácido Fuerte), con el Hidróxido de sodio (Base Fuerte), pH vs ml de NaOH consumidos durante la valoración.

Figura 3. Curva de valoración del HCl con NaOH

Tabla 3. Titulación de HCl y CH3COOH con NaOH

Titulación de HCl con NaOH			Titulación de CH3COOH con NaOH
Volumen (ml) de NaOH 0,1M agregado		pH	Volumen (ml) de NaOH 0,1M agregado		pH
0,0		1,00	0,0		2,88
1,0		1,04	1,0		3,45
2,0		1,07	2,0		3,77
3,0		1,11	3,0		3,97
4,0		1,15	4,0		4,12
5,0		1,19	5,0		4,24
6,0		1,23	6,0		4,34
7,0		1,27	7,0		4,44
8,0		1,31	8,0		4,53
9,0		1,36	9,0		4,61
10,0		1,40	10,0		4,70
11,0		1,45	11,0		4,78
12,0		1,50	12,0		4,86
13,0		1,56	13,0		4,94
14,0		1,62	14,0		5,03
15,0		1,68	15,0		5,12
16,0		1,75	16,0		5,22
17,0		1,84	17,0		5,33
18,0		1,93	18,0		5,47
19,0		2,05	19,0		5,64
20,0		2,21	20,0		5,88
21,0		2,44	21,0		6,38
22,0		2,93	21,5		8,61
22,5		7,00	22,0		11,03
23,0		11,02	23,0		11,49
24,0		11,49	24,0		11,71
25,0		11,70	25,0		11,85
26,0		11,84	26,0		11,95
27,0		11,94	27,0		12,02
28,0		12,02	28,0		12,09
29,0		12,08	29,0		12,14
30,0		12,14	30,0		12,19
31,0		12,18	31,0		12,23
32,0		12,22	32,0		12,27
33,0		12,26	33,0		12,30
34,0		12,29	34,0		12,33
35,0		12,32	35,0		12,35
36,0		12,35	36,0		12,38
37,0		12,37	37,0		12,40
38,0		12,39	38,0		12,42
39,0		12,41	39,0		12,44
40,0		12,43	40,0		12,45

2. Construya la curva de valoración del ácido acético (ácido débil) con el NaOH (base fuerte), pH vs ml de NaOH.

Figura 4. Curva de valoración del HAc con NaOH

3. Señale en los gráficos, el pH inicial, o sea, antes de adicionar NaOH; el pH del Punto de Equivalencia (punto final) y el pH final, después de agregar 40 ml de NaOH.

4. Explique las diferencias y similitudes que se observan en las curvas.

Figura 5. Relaciones entre las curvas de valoración del HCl y el HAc con NaOH.

Una de las diferencias observadas entres las curvas de valoración del HCl y el CH3COOH con el NaOH, es que en la primera (curva I) el pH inicial es menor que en la segunda (curva II), teniendo estas dos soluciones la misma concentración.

El crecimiento del pH en función del volumen de la base, en la curva I tiene un comportamiento más exponencial en comparación con la curva II, la cual muestra un cambio menor de pH a la medida que se le agregaba el NaOH.

Para una reacción de neutralización de un ácido fuerte con una base fuerte, el pH en el punto de equivalencia siempre es igual a siete, y este valor para una reacción de neutralización de un ácido débil con una base fuerte es mayor que siete, ya que dependerá del valor de pKa del ácido. En la grafica se puede observar que el pH en el punto de equivalencia para el CH3COOH es mayor que en el HCl (pH=7).

Una de las similitudes de las dos sustancias en la grafica, es que después del valor de pH para el HCl en el punto de equivalencia (pH=7), estas dos curvas tienden a interponerse ya que los valores de pH después de este punto tienden a ser iguales.

5. Calcule el %(p/p) o %(p/v) de ácido acético en el vinagre, del ácido láctico en la leche y del ácido cítrico en jugo de naranja.

Tabla 4. Porcentaje peso volumen de los ácidos en las soluciones

Ácido

Masa molecular

C NaOH

Vol. NaOH

Volumen Sln.

C ácido

Mol ácido

Peso ácido

% P/V

Acético

60,05 g/mol

0,1M

45 ml

30 ml

0,1500

4,5x10-3

0,270 g

0,90

Cítrico

192,13 g/mol

0,1M

12 ml

30 ml

0,0400

1,2x10-3

0,231 g

0,77

Láctico

90,08 g/mol

0,1M

2 ml

30 ml

0,0067

2,0x10-4

0,018 g

0,06

Conclusiones

Para terminar podemos decir que dependiendo al rango de pKa que contenga o presente el ácido débil o la base débil que se vaya titular este presentara un valor de pH diferente, y el punto de equivalencia variara en comparación a las diferentes soluciones trabajadas. Por otro lado se pudo observar el volumen en el cual el número de moles de H3O+ era igual al número de moles de OH- . Se concluye que una de las formas más simples y fáciles de comprender una reacción de neutralización es a través del uso de las curvas de valoración, ya que en estas se resumen las características generales en este tipo de reacciones.

Además aprendimos que para poder apreciar el cambio de ácido a base o viceversa, el ojo humano no lo detecta fácilmente y por eso es indispensable el uso de un buen indicador, el indicador a utilizar dependerá del rango de pH que estemos trabajando. Se deduce que en cada etapa de la titulación, se debe satisfacer la expresión [H3O+]?[OH-] ? 1?10-14.