mediciones potenciometricas

8/16/2019 Mediciones Potenciometricas

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PRINCIPIOS TEÓRICOS:

CONCEPTOS PREVIOS

Electrolitos fuertes

Sustancias moleculares o iónicas buenos conductores eléctricos. Estándisociados prácticamente en un 100% y pueden ser:

Sales ._ Son de naturaleza iónica.

Ácidos Fuertes. _Son compuestos covalentes, se analizan en medioacuoso, estos son . !l" # , $, r, !l, &" ' , ( S" #

Bases Fuertes. _ Son compuestos iónicos, se analizan en medio acido,estos son: &a" , )" , !s" , !a*" + ( ,Sr*" + ( y a*" + (

Electrolitos Débiles

Sustancias de naturaleza molecular o iónica ue se disocian parcialmente,estableciendo un estado de e uilibrio u-mico llamado EquilibrioI !ico . !ada e uilibrio posee constante de e uilibrio iónico *) i+.!uantomayor sea el valor de ) i mayor será el porcenta e de disociación delelectrolito.

Ácidos Debiles. _! ' !"" , !&, ( !" ' , ( S, !l", etc. /lcanza un estadode e uilibrio caracterizado por la constante de acidez *)a+ ,los ácidos

débiles pueden ser monopróticos y poliproticos.Bases Débiles ._ /lcanzan el estado de e uilibrio caracterizado por laconstante de basicicidad *) b+. & ' , ! ' & (, etc.

E" P#$ %N& FOR'& DE 'EDIR "& &CIDE(El p de una disolución se de ne como el lo aritmo ne ativo de laconcentración del ión 2idró eno *en mol34+.

5 67 lo 8 9Esta ecuación es solo una de nición establecida con el n de tener n;merosconvenientes para traba ar con ellos. El lo aritmo ne ativo proporciona un

valor positivo para el p , el cual, de otra manera ser-a ne ativo debido alpe uepresarla concentración del ión 2idró eno, las disoluciones ácidas y básicas, a(?@!, pueden identi carse por sus valores de p , como si ue:=isoluciones ácidas: 8 9 A 1.0 > 107B C p D B=isoluciones básicas: 8 9 D 1.0 > 107B C p A B=isoluciones neutras: 8 9 6 1.0 > 107B C p 60

!on el lo aritmo ne ativo de la concentración de iones 2idró>ido de unadisolución se puede obtener una escala del p" , análo a a la del p . /s-, elp" se de ne como:

5" 67lo 8" 7/2ora al considerar la constante del producto iónico del a ua:8 9 8" 7 6) 61.0>1071#


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/l tomar lo aritmo ne ativo en ambos lados, obtenemos:5 95" 61#

Esta ecuación nos proporciona otra Forma de e>presar la relación entre laconcentración de los iones 9 y la concentración de los iones " G.

El )#*'ETRO5ara realizar las medidas potencimetricas es necesario el uso de unelectrodo combinado el cual en contacto con la solución inco nita produceun potencial ue esta relacionado con el 5 de la misma por medio de laecuación de &erst.

E6E o7 RT nF

lna 9 6 E o 9(.'0 RT nF

5

Este electrodo normalmente esta construido por elementos inertes de plata7cloruro,plata o mercurio y e>ternamente de vidrio e>tremadamente sensible

al 5 , y esta 2ec2o para un ran o determinado de 5 y temperatura.El electrodo de vidrio y el de reFerencia act;an como un enerador detensión cuando están sumer idos en la solución a medir, la tensiónproducida por ellos, de ?H,1I milivoltios por cada unidad de 5 atemperatura ambiente, es aplicada a un ampli cador con entrada por JEK*Jield ELect Kransistor+ con alta impedancia de entrada, con el n de nocortocircuitar las ba -simas corrientes producidas.El electrodo para la medición de p es un elemento relativamente caro, lasi uiente Foto es una versión económica del mismo con un el interno enlu ar del electrolito,

C&"IBR&CION

Electrodo ideal produce 0 mM a un p de B, la salida real de un electrodo pserá variable, especialmente con la edad, y re uiere la calibración Frecuenteen una solución tampón de p conocido para mantener la precisión de la

medida. Se debe usar calibración de dos puntos, una solución tampón parap B, con la cual la salida del electrodo deber-a ser de 0 volts, si di ere de


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este valor se a usta el instrumento. 4os accesorios re ueridos para lacalibración del instrumento utilizan una solución tampón para p B y otrasolución tampón para p #, si se uiere medir unas soluciones ácidas y otrasolución tampón para p 10, si la solución a medir es básica.

SO"%CI+N &'ORTI,%&DOR& O B%FFERNna solución amorti uadora es a uella ue resiste un cambio de p aun uese le a


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Pm (mmHg) 760

T (ºC) 23

HR 97%

Tabla # : $ato! E%perimentale!

Sol&ci'n (&ffer )cida

Tabla "

COOH CH V 3 (ml)

COONaCH W 3 (g)

0,57 0,8661

Sol&ci'n (&ffer (*!ica

Tabla "

OH NH V 4 (ml)

C NH W 4 (g)

0,68 0,5389

+aloraci'n de NaO, con (,-

Tabla ".

BHK W

(g) gNaOH V (ml)0,2205 11,9


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Tabla # .: $ato! Te'rico!

Pe!o! 1olec&lare!

Tabla ." 456Com#u!" o P- (g.mol)

CH3COOH 60,1

CH3COO+ 82,0

+H OH 35,0

+H C 53,5

Con!tante de $i!ociaci'n7 como )cido a 08C

Tabla ." 4556

'ci o / &mul 1 2

'ci o c ico CH3COOH 1,75 104 5

n monio +H4 5,70 10 10

( ) S oog :;:, 6 < ici n, # & ! #o" !&io& ( ) S oog :;:, 6 < ici n, ;# n ic! 2

CÁLCULOS Y EJEMPLOS DE CÁLCULOS:

1) Determinaci n !e "a# c$ncentraci$ne# e%acta# !e ca!a &na!e "a# #$"&ci$ne# 'a"$ra!a#:

NaO( ≈ *1 N

Primero estandarizaremos el hidróxido de sodio con el biftalato de potasio (patrón primario), con esto hallaremos sunormalidad que será igual a su molaridad y por ser basefuerte esta será su concentración exacta.

N NaOH x V NaOH = W BIFTALATO

P . E . BIFTALATO DATOS:


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- W BHK = 0.2205 g

- P. M . BHK = 204.22 gmol

- P. E .BHK

= 204.22 geq − g

0.1 eq − g L

xV NaOH = 0.2205 g

204.22 geq − g

- V Teo ico NaOH

= 10.79 mL

- V !as"ado NaOH

= 11.9 mL

# =V " V g

# = 10.79 mL11.9 mL

= 0.906

N c= N " $ #

N c= 0.1 N x 0.906

N c= 0.0906 N

− ¿OH ¿

¿ M NaOH = ¿

(C" ≈ *1 N

partir de la estandarización del !a"# se $alora al #%l. Por ser ácido fuerte su concentración será igual a su molaridad

por disociarse por completo, y esta es igual a su normalidad.

N NaOH x V NaOH = N H%l xV H%l$ato!:

V NaOH = 10 mL N NaOH = 0.0906 N V H%l= 9.18 mL


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0.0906 N x10 mL= N H%l x9.18 mL

N H%l= 0.0987 N

+ ¿

H ¿

¿

M H%l= ¿

C( +COO( ≈ *1N

&l ácido ac'tico debe ser tratado de diferente forma, puesademás de encontrar su concentración debemos hallar el n mero de iones hidronio que se disocian pues es un ácidod'bil.

N NaOH x V NaOH = N HAc xV HAc$ato!:

V NaOH = 10 mL N NaOH = 0..0906 N V HAc= 9.47 mL

0.0906 N x10.00 mL= N HAc x 9.47 mL

N HAc= 0.0957 N

M HAc= 0.0957 M

- hora analizando en el equilibrio

− ¿+ ¿ + %H 3 %OO

¿

%H 3 %OOH &'

H ¿

% i 0.0957 −− ¿%# x x x% eq (0.0957 − x) x x

- %on la constante en el equilibrio hallamos la cantidad deiones hidronio disociados

K %H 3 %OOH = 1.75 x 10− 5

+¿ H ¿

¿− ¿

%H 3 %OO¿

¿¿

K %H 3 %OOH

= ¿


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1.75 x 10− 5= $ x $

(0.0957 − $ )

Por ser muy peque*o se le desprecia en la diferencia

(1.75 x10−5

) (0.0957 )= $ 2

+¿ H ¿

¿ $ = ¿

N(,O( ≈ *1 N

+e forma similar al ácido ac'tico, es necesario considerarque se trata de una base d'bil

N NH 4 OH x V NH 4 OH = N H%l x V H%l$ato!:

V NH 4 OH = 10.9 mL N H%l= 0.0987 N V H%l= 10.0 mL

0.0987 N x10.0 mL= N NH 4 OH x10.9 mL

N HAc= 0.0906 N

M HAc= 0.0906 M

- Puesto que para obtener el hidróxido de amonio esnecesario disol$er amoniaco en agua, se forma unequilibrio, pero al titular con el ácido clorh drico todo el amoniaco inicial se transformará en una sal (cloruro deamonio), es por esto que se considera en este equilibrioel b

− ¿+ ¿ + OH

¿

NH 3 + H 2 O&'

NH 4¿

% i 0.0906 −− ¿%# x x x% eq (0.0906 − x) x x

- %on la constante en el equilibrio hallamos la cantidad deiones hidronio disociados

K NH 4 OH = 1.75 x10−5


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− ¿O H ¿

¿+¿

NH 4¿

¿¿ K NH 4 OH = ¿

1.75 x 10− 5= $ x $

(0.0906 − $ )

Por ser muy peque*o se le desprecia en la diferencia

(1.75 x10 −5 ) (0.0906 )= $ 2

− ¿OH

¿

¿ $ = ¿

SOLUCIÓN BU--ER ÁCIDO

e deben preparar /00 m1 de la solución con concentración0./ ! del ácido y 0./ ! de la sal, para esto tomamos unácido de una normalidad mayor y lo diluimos hatsa laconcentración deseada, y el peso de la sal para unaconcentración 0./ ! lo obtenemos de cálculos para luegodisol$erlo en la solución.

o %# 2%""# ≈ 0./ !

N 1 x V 1= N 2 x V 2 N %H 3 %OOH x100 mL= 17.4 N x0.57 mL N %H 3 %OOH = 0.0992 N

o %# 2%""!a ≈ 0./ !

W g= N xV x P . E .

0.8661 g= N x100 mL x 82 geq − g

N %H 3 %OONa = 0.106 N

%onsiderando los equilibrios y que la sal se disuel$e porcompleto tenemos.


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− ¿+ ¿ + %H 3 %OO

¿

%H 3 %OOH &'

H ¿

% i 0.0992 −− ¿%# x x x% eq (0.0992 − x) x x

❑

− ¿+¿+%H 3 %OO

¿

%H 3 %OONa&'

Na¿

0.1060.1060.106

+e esto3

+¿ H ¿¿

−¿%H 3 %OO

¿

¿¿

K a= ¿

1.75 $ 10− 5= $ x( $ +0.106 )(0.0992 − x)

1.736 x10−6= x2+0.1060 x

Por la fórmula cuadrática3

x= −0.106 ( √ (0.106 )2 − 4 (1 )(− 1.736 x 10 − 6 )

2 (1 )

x= 1.64 x10−5

e descarta el otro resultado pues las concentraciones no pueden ser negati$as

SOLUCIÓN BU--ER BÁSICO

&n este caso se procede como el anterior3

o !# 4"# ≈ 0./ !

N NH 4 OH = 0.100 N

o !# 4%l ≈ 0./ !


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N NH 4 %l= 0.101 N

&n los equilibrios3

− ¿+ ¿ + OH

¿

NH 3 + H 2 O&'

NH 4¿

% i 0.100 −− ¿%# x x x% eq (0.100 − x) x x

− ¿+¿+%l¿

NH 4 %l&'

NH 4¿

0.101 0.1010.101

+e esto3

+ ¿

NH 4¿

¿− ¿

OH ¿

¿¿

K b= ¿

1.75 $ 10− 5= $ x( $ +0.101 )(0.100 − x)

1.75 x 10− 6= x2+0.1010 x

Por la fórmula cuadrática3

x= − 0.101 (√ (0.101 )2− 4 (1)(− 1.75 x10−6)

2(1)

x= 1.74 x10−5

e descarta el otro resultado pues las concentraciones no pueden ser negati$as.

.) Ca"c&"ar "$# /( te ric$# c$n "a# c$ncentraci$ne# me!i!a#0 a""ar e" /$rcenta2e !e err$r:

NaO( ≈ *1 N

)H = 14 * )OH


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+ ¿

H ¿

¿− ¿

OH ¿

(¿¿ )

− log ¿¿− log ¿

)H = 14 − 1.04

)H "eo ico= 12.96

)H medido = 13.64

+E =|12.96 − 13.6413.64 | $ 100+E = 4.99

(C" ≈ *1 N

+¿ H ¿

¿ )H =− log ¿

)H "eo ico= 1.00

)H medido = 1.54

+E =|1.00 − 1.541.54 | $ 100+E = 7.62

C( +COO( ≈ *1N

)H "eo ico= 2.88

)H medido = 2.68

+E =|2.88 − 2.682.68 | $ 100+E = 7.46

N(,O( ≈ *1 N


14/15

)H "eo ico= 12.9

)H medido = 11.16

+E =|12.9 − 11.1611.16 | $ 100+E = 16.1

SOLUCIÓN BU--ER ÁCIDO

)H "eo ico= 4.78

)H medido = 4.65

+E =|4.78 − 4.654.65 | $ 100+E = 2.8

SOLUCIÓN BU--ER BÁSICO )H "eo ico= 9.24

)H medido = 9.82

+E =|9.24 − 9.829.82 | $ 100+E = 5.9

DISCUSIÓN DE RESULTADOS:

• Po& lo" &!"ul o" o= !ni o" #o !mo" o="!&> & ?u! @u=o un=u!n m! ici n, #u!" lo" #o&c!n A!" ! !&&o& no "u#!& n !l 16:1%, lo cu l "!B l !l !"#!ci l cui o ?u! "! u>o !n l m! ici n


15/15

• Vimo" como l m! i& !l #H ! lo" =u !& !" o" > &i = n, !n unc n i n im , !l > lo& in ic o, !" o "! !=i l !m#!& u& ,#u!" l " con" n !" ! !?uili=&io "u!l!n c m=i & con l

!m#!& u& , D !l #H !#!n ! ! !" con" n !:

• ;l &! liE & nu!" &o" c*lculo" # & @ ll & l " conc!n & cion!", >!mo"como no "! #u! ! #&oc! !& ! igu l m n!& # & o " l ""u" nci ", !" o !" #u!", #o&?u! l " "u" nci " n liE & !n n

i !&!n !" c & c !& " ic " D "u" conc!n & cion!" > &i = n !m n!& i" in #o& i>!&"o" c o&!", como lo !" !l i n comFn o !l!?uili=&io ?u! "! !n un i ul ci n ! un *ci o o un = "! =il:

• Gn c o& ! !&&o& ?u! no "! @ con"i !& o, !" !l ! lo" ion!"o @i &ilo ! @i &onio ?u! #u! ! #o& & !l gu , ?u! #!"! "!& in"igni ic n !" &!n ! l c n i ?u! li=!& n l " o & " "u" nci ",#&o uc! > &i cion!" !n lo" &!"ul o":

• lo& &! l, #u!"!" @ on ! con"i !& mo" conc!n & cion!" # & #&o im &lo l> lo& &! l ! l " c i>i !" ! lo" ion!" @i &onio:

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