u.7 equilibris Àcid-base · el fenomen conegut com pluja àcida hi té molt a veure. a.5 busqueu...

7.1

U.7 EQUILIBRIS ÀCID-BASE

1. Àcids i bases al nostre entorn 2. Caracterització dels àcids i les bases. Mesura de l'acidesa 3. Volumetries àcid-base

1. ÀCIDS I BASES AL NOSTRE ENTORN

Les paraules àcid i àlcali o base formen part del llenguatge habitual. Àcid és un sabor i procedeix de la paraula llatina acetum que significa vinagre, mentre que àlcal i és una paraula àrab que significa cendra, d'on abans s'extreia el lleixiu per fabricar sabó casolà. De fet hi ha moltes substàncies d'ús quotidià que podem considerar com a àcids o bases. Vegem-ho.

A.1 Digueu algunes substàncies corrents que usem com a aliments que siguen àcides i altres que siguen àlcalis o bases. L'àcid tartàric i el bicarbonat de sodi es troben presents en nombroses substàncies

efervescents, com els paperets de fer llimonada o les pólvores de mullar-hi regalèssia i d'altres llaminadures. Es tracta d'un àcid i una base prou familiars.

A.2 Comenteu amb quina finalitat es sol prendre el bicarbonat (hidrogencarbonat de sodi, NaHCO3) després d'un menjar especialment pesat o abundós. Per què no és aconsellable prendre'n com a hàbit més enllà d'un ús ocasional?

A.3 Si teniu per casa paperets de fer llimonada (un blanc i un blau) proveu a mesclar-los en aigua i observeu el que passa. Indagueu perquè s'utilitzen per a fer coques i bescuits. Hi ha molts altres àcids i bases al nostre voltant, la cuina n'és plena: moltes fruites

contenen àcids orgànics: els cítrics contenen l'àcid cítric (taronja, llima, aranja i d'altres fruites). També contenen àcids els olis fregits -com els àcids grassos saturats- tan temuts per provocar un augment de colesterol en la sang i la consegüent malaltia, anomenada arteriosclerosi. Finalment podem esmentar el iogurt, llet fermentada que conté l'àcid làctic, o el vinagre que és àcid acètic diluït un 5 % aproximadament. També hem vist que el bicarbonat és una base usada per apaivagar l'acidesa estomacal.

Un altre bloc de substàncies amb propietats àcid-base el trobarem al racó dels productes de neteja. Ací ja resulta perillós fer experiments perquè són substàncies molt verinoses o molt corrosives.

A.4 Indagueu quins productes de neteja de casa vostra són àcids o àlcalis i feu una llista amb els més importants.

Un altre lloc on, per desgràcia, trobem abundor de substàncies àcides i bàsiques és el medi ambient i, sobretot, l'atmosfera. El fenomen conegut com pluja àcida hi té molt a veure.

A.5 Busqueu la informació que pugueu sobre la pluja àcida: en què consisteix, quin n'és l'origen, qui es veu afectat pel fenomen, en quines zones pròximes s'ha detectat i què es podria fer per a evitar-ho. Feu un breu resum en la vostra llibreta de tot allò que recolliu.


7.2

2. CARACTERITZACIÓ DELS ÀCIDS I LES BASES. MESURA DE L'ACIDESA

Defini c ió conceptual d 'àc id i de base

Al segle XVIII Lavoisier va comprovar que determinades substàncies gasoses que tenien oxigen -llavors descobert com a component de l'aire- en dissoldre-les en aigua tenien propietats àcides, com ara el diòxid de carboni o el diòxid de sofre. Per tant, aquest autor expressà que el principi acidificant d'un compost hauria de ser l'oxigen, que tal com va comprovar entrava en la seua composició. Fou el mateix Lavoisier qui va proposar el nom d'oxigen, mot que en grec vol dir engendrador d'àcids.

Però el químic anglès Humphry DAVY (1778-1829) va analitzar l'àcid clorhídric elec-trolíticament l'any 1810, tot demostrant que contenia només clor i hidrogen; així doncs, s'abandonà la idea de l'oxigen com a principi acidificant i no es tardà en optar per l'opinió que tots els àcids tenien hidrogen com a constituent essencial. Anys després el químic alemany Justus von LIEBIG (1803-1873) enuncia la seua hipòtesi per a explicar el caràcter àcid d'aquests compostos, a partir de l'observació que els àcids ataquen els metalls actius, com el magnesi o el zinc, tot alliberant el gas hidrogen. Segons Liebig són àcides aquelles substàncies que contenen almenys un àtom d'hidrogen substituïble per un metall.

La teoria àcid-base del químic suec Svante August ARRHENIUS (1859-1927) és una part important de la seua teoria sobre la dissociació iònica, publicada l'any 1890, basada en les propietats iòniques que presenten les dissolucions àcides i bàsiques, ja que són electròlits, és a dir, condueixen el corrent elèctric de forma apreciable.

A.6 Escriviu les reaccions de dissociació iònica en dissolució aquosa d'àcids com HCl, HNO3, H2SO4, i de bases com NaOH, KOH, Ca(OH)2, i suggeriu quines espècies químiques poden ser responsables del seu caràcter àcid i bàsic, respectivament.

A.7 Interpreteu -a partir de la teoria d'Arrhenius- la reacció de neutralització entre un àcid i una base en dissolució aquosa. Considereu com a exemple la reacció entre el HCl i el Ca(OH)2 en sengles dissolucions aquoses.

Escala d 'ac idesa . Concepte de pH

Una vegada definit el concepte d'àcid i base segons Arrhenius, convé establir una escala per a mesurar l'acidesa o força dels àcids. La definició d'Arrhenius s'aplica als sistemes aquosos, per això s'usa l'aigua com a punt de referència. Considerem l'aigua com a substància neutra, és a dir, ni àcida ni bàsica. Això és perquè l'aigua produeix la mateixa quantitat d'ions hidrogen que d'ions hidròxid:

H2O(l) ⇔ H+(aq) + OH-(aq) Segons això, considerarem que una dissolució és àcida si conté una concentració d'ions

H+(aq) major que l'aigua i que és bàsica si la concentració d'ions H+(aq) és menor que en l'aigua.

Es pot demostrar que la concentració1 d'ions hidrogen i hidròxid en aigua pura val:

[H+(aq)] = [OH-(aq)] = 10-7 mol/L

1 El símbol que representa la concentració d'una dissolució en mol/L és la fórmula del solut tancada entre claudàtors:

[A] = concentració de la substància A en mol/L.


7.3

Així una dissolució serà:

àc ida s i [H+(aq)] > 10-7 mol/L

bàs i ca s i [H+(aq)] < 10-7 mol/L Tal com veiem aquestes concentracions resulten nombres molt menuts i el seu ús resulta

incòmode, per això s'utilitza un operador logarí tmic que transforma la concentració en un exponent positiu.

La necessitat de l'operador logarítmic per a transformar quantitats molt petites o molt grans fou intuïda pel químic danès Sören SÖRENSEN (1868-1939) i sovint rep el nom d'operador de Sörensen. Aplicat a la concentració d'ions hidrogen rep el nom abreviat de pH:

pH = − l og [H+(aq)] Com a exemple de la utilitat d'aquest operador pensem que si hem de representar en una

gràfica les concentracions 1 mol/L i 10-14 mol/L en la mateixa escala necessitaríem 1014 mm de paper mil·limetrat, és a dir, ¡100 milions de km! En una escala logarítmica només hem de representar valors entre 0 i 14 i la resta és qüestió de més o menys precisió.

Per tant, l'escala d'acidesa mesurada en pH quedarà així:

La mesura del pH es pot facilitar si combinem diferents indicadors acolorits de manera

que es puga apreciar la diferència de color sensiblement quan passem d'una unitat de pH a la següent. En aquesta idea es basa l'indicador universal, fet d'una barreja apropiada de diferents indicadors. Sol presentar-se en forma líquida o bé impregnat en un paper especial que ve enrotllat en espiral dins d'una caixeta que conté l'escala de colors, tal com podem veure a la figura següent.

Caixeta de paper indicador universal de pH amb l'escala de colors

A.8 Per a tenir sempre a mà l'escala de colors del paper indicador universal de pH podeu reproduir-la aproximadament en l'esquema següent. Fixeu-vos que el paper que tenim al laboratori només mesura el pH en unitats enteres i va des de pH = 1 fins a pH = 10.

COLOR

pH 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10


7.4

La força dels àcids i les bases es mesura amb el pH, ja que indica el grau en què estan dissociats i per tant quina concentració d'H+ presenten en equilibri. Com major és el pH, més forta és la base i més feble l'àcid. Per a verificar-ho, veurem en la següent experiència que si anem diluint una mostra d'àcid o bé si alcalinitzem l'aigua, podem recórrer pràcticament l'escala de colors del paper indicador.

A.9 Prepareu un got de precipitats d'uns 200 mL on col·locarem 50 mL d'aigua destil·lada. Podem mesurar el seu pH amb un trosset de paper indicador. Tot seguit afegirem HCl concentrat amb un comptagotes i amb molta cura. Recordem que aquest àcid concentrat és molt corrosiu i amolla fums sufocants. Anirem afegint gotes i mesurant gradualment el pH que disminuirà a mesura que augmente la concentració d'àcid. Anoteu els colors que pren el paper i el pH corresponent. Per a mesurar el pH correctament, després d'afegir les gotes d'àcid concentrat remenarem bé la dissolució amb una vareta de vidre massissa i n'agafarem unes gotes que deixarem caure sobre els trossets de paper indicador disposats en cercle sobre un vidre de rellotge o una placa de Petri, tal com es pot veure a la figura següent.

Manera de mesurar el pH amb paper indicador

A.10 Repetiu l'experiència anterior, a partir d'aigua destil·lada, però ara afegint gotes d'una dissolució concentrada d'hidròxid de sodi que us facilitarà el professor. Anoteu els colors observats en el paper a cada gota de base concentrada que afegiu.

Els àc ids i l e s bases produeixen dis t intes reacc ions

Veurem ara quines experiències podem fer al laboratori per a identificar una substància que és àcida o que és bàsica, caràcters complementaris i, de vegades, presents en una mateixa substància.

A.11 Consulteu en un llibre de química de les propietats empíriques que defineixen un àcid i una base i classifiqueu com a àcides o bàsiques aquestes dissolucions aquoses: salfumant, sal sosa, dissolució de sosa càustica, suc de llima, vinagre, dissolució d'hidrogencarbonat de sodi, amoníac, lleixiu. Per això cons-truïu una taula per a recollir informació sobre les diferents proves a que cal sotmetre cada substància per tal de classificar-la. Podeu assajar tots els colorants indicadors que tenim al laboratori: l'indicador universal, el tornassol, el vermell de metil, l'ataronjat de metil, la fenolftaleïna, l'extracte de pètals de rosa o l'indicador de col llombarda, que obtindrem a l'activitat següent.

El color que tenen moltes flors, plantes o fruites s'explica perquè produeixen unes substàncies amb la propietat d’estar acolorides.

Precisament, aquestes substàncies són capaces de canviar el seu color si es troben en presència d’un àcid o una base. Per això s'anomenen indicadors , perquè indiquen, per mitjà del canvi de color, si estan en contacte amb un àcid o una base.


7.5

Per als nostres experiments sobre àcids i bases utilitzarem el color de les prunes negres, de la col llombarda o de fruits i baies de color blau, morat o negre.

Extracc ió de l e s substànc ies co lorants o indicadors

Ara seguirem les indicacions que s'assenyalen i procedirem a preparar alguns extractes de plantes acolorides, com la col llombarda, que es poden emprar com a indicadors àcid-base.

A.12 a) En primer lloc caldrà separar el color de la planta utilitzada (extracció de la substància colorant) i per això caldrà fer servir algunes tècniques de laboratori bàsiques com la trituració, la filtració i el tamisat.

Material Reactius

• Un morter • Dos gots transparents • Un embut • Un filtre de cafetera • Una cullereta • Un filtre • Un clip • Un pot de vidre

• Alcohol de farmàcia (96°) • Arena fina rentada (serveix molt

bé la utilitzada en els filtres de les depuradores)

• Col llombarda, prunes negres o fruits de colors blau, morat o negre

b) Tot seguint aquest procediment, descrit en la figura, procediu a extraure el colorant de la col llombarda:

1. Introduïu uns trossets de fulla de col llombarda o les pells de dues prunes en el morter. Afegiu-hi una culleradeta d’arena.

2. Tritureu el vegetal fregant-ho fortament amb la mà del morter contra les parets del mateix i sense colpejar.

3. Quan hagueu obtingut una pasta, afegiu una xicoteta quantitat d’alcohol. Removeu bé la mescla.

4. Deixeu reposar la mescla un parell de minuts i aboqueu amb atenció el líquid (que ara estarà acolorit) a un filtre.

5. El fruit triturat amb arena ha de quedar-se en el morter. Afegiu al mateix una altra fracció d’alcohol nova i repetiu l’operació un parell de vegades.

6. Per a fer una bona extracció és millor afegir xicotetes quantitats del líquid extractor (en aquest cas alcohol de farmàcia) diverses vegades, en comptes d’afegir-ho tot d'una sola vegada.

7. Transvaseu el filtrat (líquid amb el colorant del fruit) a un pot, ajudant-vos d’una cullereta i un embut. Tanqueu el pot i poseu-hi una etiqueta.

Laboratori de Física i Química ESO IES Sant Vicent Ferrer Algemesí

3


7.6

A.13 Una vegada obtingut l'extracte de col llombarda construirem una escala de colors per a mesurar el pH. Per això ens caldrà una sèrie de dissolucions àcides per dilució de 10 en 10 perquè el pH varie una unitat a cada color i el mateix amb dissolucions alcalines. Començarem preparant 100 mL de dissolució d'àcid clorhídric 1 M (pH=0) que posarem en un tub d'assaig on marcarem el pH. A continuació agafarem un volum de la dissolució anterior i li afegirem 9 vegades el volum d'aigua destil·lada, així la dissolució obtinguda serà 0,1 M (pH=1) i així successivament fins arribar a pH=6. Per a pH=7 posarem simplement aigua destil·lada. Per a la sèrie alcalina començarem amb hidròxid de sodi 1 M (pH=14) i diluirem fins arribar a pH=8. Per acabar farem una foto de l'escala cromàtica i l'emprarem per a mesurar el pH aproximat d'alguna dissolució d'acidesa desconeguda. (Nota: l'explicació de la varietat de colors és que la col llombarda conté una mescla d'antocianines de diferents colors en els parells conjugats àcid-base, ja que un indicador pur sol tenir només dos colors, o bé algun més si té més hidrògens ionitzables).

Colors de la col llombarda a diferents pH

3. VOLUMETRIES ÀCID-BASE

Una vegada presentat el caràcter àcid-base de diferents substàncies químiques, ens queda la part més útil del seu coneixement: la descripció operativa de les reaccions entre àcids i bases i les seues aplicacions analítiques.

Encara que les reaccions àcid-base són de fet equi l ibr is químics, farem un tractament genèric com si només tinguérem àcids o bases forts. Els àcids i bases dèbils que utilitzem els farem reaccionar sempre amb alguna espècie forta per a que les reaccions entre l'àcid i la base siguen completes.

El problema pràctic que ens plantegem és la determinació quanti tat iva de l 'ac idesa o basi c i tat d 'una mostra. Un exemple seria tractar de conèixer la concentració d'àcid cítric en un suc de fruita. Després veurem com resoldre aquest cas concret.

La tècnica analítica que permet la determinació de l'acidesa o acidimetria és un dels molts exemples de volumetria que veurem enguany.

S'anomena volumetr ia la tècnica d'anàlisi quantitativa basada en la determinació el més exacta possible del volum d'una dissolució que reacciona completament amb una mostra problema.

L'acidimetr ia és, concretament, la mesura del volum de dissolució de base que cal per tal de reaccionar de forma estequiomètricament completa amb una mostra problema de caràcter àcid. S'anomena acidimetria perquè volem conèixer finalment la concentració d'àcid present a la


7.7

mostra. El cas contrari, on el problema té caràcter bàsic, s'anomena alcal imetr ia , però es resol de la mateixa manera.

La volumetria àcid-base es fonamenta en l'estequiometria o relació de quantitats d'àcid i base que reaccionen de forma completa. Tal com hem vist, l'àcid aporta ions hidrogen que reaccionaran amb els ions hidròxid de la base, per això podem escriure que:

n(H+) = n(OH-) És a dir, si mesurem la quantitat d'ions en mols, el nombre de mols d'ions hidrogen que

reaccionen amb els ions hidròxid ha de ser el mateix, ja que cada ió hidrogen reacciona amb un ió hidròxid.

A.14 Deduïu la relació estequiomètrica de combinació entre un àcid i una base en funció de les magnituds que es mesuren al laboratori: a : nombre d'ions hidrogen aportats per una partícula àcida. b : nombre d'ions hidròxid aportats per una partícula bàsica. [A] , [B] : concentracions molars de l'àcid i la base. Va , Vb : volums en L d'àcid i base que calen per a la reacció completa.

A.15 Calculeu el volum d'una dissolució de Ca(OH)2 0,02 mol/L que cal per a reaccionar de forma completa amb una mostra de 25,0 mL de H3PO4 0,05 mol/L, que dóna com a productes fosfat de calci i aigua. Establiu un algoritme senzill per a la resolució d'aquests càlculs estequiomètrics. (R: 93,8 mL d'hidròxid de calci)

Plante jament operat iu per a rea l i tzar una ac id imetr ia

L'exemple que acabem de descriure és inventat, però convé que aclarim quines magnituds són desconegudes en una acidimetria o alcalimetria experimental. Amb l'ajut de l'esquema següent podem explicar la manera de resoldre el problema pràctic.

ÀCID BASE

a o b Mirar a la fórmula (a = hidrògens per molècula àcida)

Mirar a la fórmula (b = hidròxids per unitat bàsica)

[àcid] o [base] INCÒGNITA a l'acidimetria CONEGUDA per ser ja valorada

Va o Vb VOLUM DE MOSTRA arbitrari

VOLUM PROBLEMA a determinar experimentalment

Tal com veiem en aquest quadre hi ha informació que hem de conèixer prèviament per a poder realitzar la volumetria. Com ara, les fórmules de l'àcid i la base, per a conèixer els números a i b. També hem d'usar una dissolució de base de concentració coneguda, que haurem preparar amb exactitud o bé haurem valorat prèviament amb un àcid patró. En l'alcalimetria s'usa una dissolució d'àcid de concentració coneguda i la incògnita serà la concentració de la base.

El problema final és trobar la concentració d'àcid, recordem que per això s'anomena acidimetria.


7.8

El volum de mostra problema el triarem amb criteris pràctics i com el mesurem ens serà conegut, però és arbitrari i, finalment, ens queda el volum problema de base. Convé deixar clar que

el volum problema de base és aquell volum que reacciona completament amb la mostra d'àcid problema.

Ací està precisament la clau per a resoldre el problema experimental:

com saber quin volum cal exactament per a que es produesca la reacció completa entre l'àcid i la base?

Hem vist que hi ha substàncies acolorides que canvien de color segons el valor del pH del medi on es troben. Durant la volumetria es va produint un canvi en el pH del medi que és especialment brusc a prop de l'anomenat punt d 'equivalènc ia , que correspon al volum que busquem. El que interessa saber és que, si triem l ' indicador apropiat , quan canvie de color sabrem que s'ha produït el canvi del pH que correspon al punt d'equivalència. Aquest problema també es pot resoldre amb l'estudi de les corbes de valoració com farem després en la valoració del vinagre.

A.16 A partir de la informació anterior raoneu quina mena d'aparell volumètric haurem d'usar per a determinar el volum de base i trobar el punt d'equi-valència correctament. Comenteu també quins altres aparells haurem de preparar per a fer la volumetria. Fets tots els raonaments anteriors estem en condicions de resumir el procés complet per a

fer una volumetria àcid-base:

1. Usarem una bureta per a col·locar-hi la base de concentració coneguda. Recordem que la bureta es munta amb un suport adequat -tal com es veu a la figura- i s'ha d'omplir, omplir el seu bec i enrasar-la correctament. Com posarem una base forta, cal prendre les precaucions adequades per al seu ús correcte.

2. Prepararem tres mostres d'àcid problema en sengles matrassos erlenmeyers. Cada mostra contindrà el volum d'àcid escollit, mesurat amb una pipeta, i unes gotes de l'indicador adequat. Com no tenim més informació de moment, caldrà preguntar al professor quin és el més apropiat per a cada problema que fem. Finalment podem diluir un poc la mostra amb aigua destil·lada per a augmentar el volum i visualitzar millor el canvi de color.

3. Iniciarem el procés de vessar la dissolució bàsica des de la bureta i remenarem contínuament per apreciar millor el viratge o canvi de color de l'indicador.

4. Quan detectem que una gota de base afegida ja dóna el nou color de forma persistent tancarem la bureta i llegirem el volum utilitzat.

5. Repetirem el mateix procés amb les tres mostres i amb el volum mitjà farem els càlculs que ja hem explicat.

En la manipulació de la bureta convé controlar la clau amb la mà esquerra i remenar el matràs amb la dreta, tal com indiquen les figures següents.


7.9

Bureta muntada en suport i matràs per a volumetries

Manera de manipular la bureta i l'erlenmeyer durant una volumetria

Com a assaig previ resoleu aquestes activitats numèriques sobre problemes reals.

A.17 Volem trobar l'acidesa del vinagre comercial i per això en preparem una mostra de 5 mL que fem reaccionar amb hidròxid de sodi 0,2 mol/L. La reacció arriba al punt d'equivalència quan s'han usat 25 mL de base. De-termineu la concentració molar en àcid acètic del vinagre comercial.

A.18 Per a trobar la concentració d'una dissolució de sosa càustica comercial preparada al laboratori usem una dissolució d'àcid clorhídric ja valorat que té 0,1 mol/L. Durant el procés emprem en les tres valoracions 2,3 mL, 2,4 mL i 2,3 mL d'àcid respectivament. Si la mostra de dissolució de sosa valorada tenia en els tres casos 5 mL, trobeu la seua concentració molar.

Finalment farem ara diverses volumetries de forma totalment pràctica.

A.19 Valoreu una dissolució d'hidròxid de sodi que us facilitarà el professor. Feu servir com a indicador el vermell de metil i com a patró una dissolució d'àcid clorhídric 0,1 mol/L.

A.20 Prepareu sengles mostres de suc de llima i de taronja i valoreu el seu con-tingut en àcid cítric usant com a indicador la fenolftaleïna i com a valorant una dissolució valorada d'hidròxid de sodi. Convé saber que l'àcid cítric conté tres ions hidrogen per molècula.

HOOC-CH2-COH-CH2-COOH ⏐

COOH

Àcid 3-carboxi-3-hidroxipentandioic Àcid cítric

A.21 Determineu l'acidesa del vinagre comercial, fent servir la dissolució de sosa valorada anteriorment i usant com a indicador la fenolftaleïna. Per això seguiu les instruccions que es donen tot seguit.


7.10

ACIDESA TOTAL DEL VINAGRE

El vinagre és un líquid agre que té entre un 4 % i un 12 % d’àcid acètic i que s’empra com a ingredient per a la preparació i el cuinat d’aliments, com també en l’elaboració de salses. Es pot usar també com a conservant en vegetals i peixos per les propietats de l’àcid acètic, el seu principal component. No modifica el valor nutritiu dels aliments, per la petita quantitat que s’afegeix i perquè la presència de nutrients al vinagre és ínfima. Qualsevol producte que puga produir una fermentació alcohòlica (pomes, raïms, peres, préssecs, taronges, mel, sucre, malt, cervesa, vi) es pot utilitzar per elaborar vinagre, però vi i sidra són els millors materials de partida. A més de l’acètic, altres àcids orgànics i esters donen l’aroma característica de la matèria primera. Es poden aromatitzar els vinagres amb herbes o espècies (romaní, estragó, all...), que s’afegeixen una vegada finalitzada la fermentació.

L’acidesa to ta l de l v inagre o grau acè t i c es de f ine ix com la to ta l i ta t de l s àc ids vo làt i l s i f ixes que conté e l v inagre expressada en grams d’àc id acè t i c per 100 mL de v inagre .

La determinació es realitza mitjançant una volumetria de neutralització amb f enol f ta le ïna com a indicador.

En aquest experiment es valorarà un l’àcid feble (àcid acètic, CH3COOH) del vinagre amb la base forta hidròxid de sodi, NaOH, mentre es registren els valors de pH. Amb les dades arreplegades construirem el gràfic del pH versus el volum de base afegida. En la corba de valoració localitzarem el punt final de la valoració. Aquest punt se suposa que és el punt mitjà de la part vertical de la corba, que és on el pH varia bruscament. D'aquesta mateixa gràfica deduirem la quantitat de volum de base que s'ha necessitat per a aconseguir el punt final de la valoració i s'estudiarà i compararà amb la valoració d'un àcid fort com HCl traient les diferències entre elles.

Mater ia l necessar i Productes químics Utillatge EXAO

Dissolució de NaOH (0,5 M) Fenolftaleïna (10 g en alcohol etílic 96 % fins a 1 L) Vinagre comercial Carbó actiu Aigua destil·lada

Base suport Pinces de bureta Bureta de 25 mL Erlenmeyer de 250 mL Pipeta graduada de 10 mL Embut Flascó rentador

Equip EXAO amb sensor de pH (o pH-metre)

Pràctiques de Química Acidesa total del vinagre

Pàg.1 /9


Categoria Pràctica alumnes. Quantitativa

Nivell Batxillerat

Introducció El vinagre és un líquid agre que té entre un 4% i un 12% d’àcid acètic i que s’empra com a ingredient per a la preparació i el cuinat d’aliments, com també en l’elaboració de salses. Es pot usar també com a conservant en vegetals i peixos per les propietats de l’àcid acètic, el seu principal component. No modifica el valor nutritiu dels aliments, per la petita quantitat que s’afegeix i perquè la presència de nutrients al vinagre és ínfima. Qualsevol producte que pugui produir una fermentació alcohòlica (pomes, raïms, peres, préssecs, taronges, mel, sucre, malt, cervesa, vi) es pot utilitzar per elaborar vinagre, però vi i sidra són els millors materials de partida. A més de l’acètic, altres àcids orgànics i èsters donen l’aroma característic de la matèria primera. Es pot aromatitzar els vinagres amb herbes o espècies (romaní, estragó, all...), que s’afegeixen una vegada finalitzada la fermentació. L’acidesa total del vinagre o grau acètic es defineix com la totalitat dels àcids volàtils i fixes que conté el vinagre expressada en grams d’àcid acètic per 100 mL de vinagre. La determinació es realitza mitjançant una volumetria de neutralització amb fenolftaleïna com indicador. En aquest experiment es valorarà un l’àcid feble (àcid acètic, CH3COOH) del vinagre amb la base forta hidròxid sòdic, NaOH, mentre es registren els valors de pH. Amb les dades arreplegades construirem el gràfic del pH versus volum de base afegida. En la corba de valoració localitzarem el punt final de la valoració. Aquest punt se suposa que és el punt mitjà de la part vertical de la corba, que és on el pH varia bruscament. D'aquestes mateixa gràfica deduirem la quantitat de volum de base que s'ha necessitat per a aconseguir el punt final de la valoració i s'estudiarà i compararà amb la valoració d'un àcid fort com HCl traient les diferències entre elles.

Objectius 1. Identificar substàncies de la vida quotidiana, com ara el vinagre, com a àcids i bases. 2. Comprovar que la volumetria àcid-base és un mètode quantitatiu d’anàlisi i determinar la

concentració en àcid acètic d’un vinagre comercial. 3. Observar les característiques de la volumetria àcid feble – base forta 4. Aprofundir en el concepte àcid-base.

Material Productes químics Utillatge EXAO

Dissolució de NaOH (0,5 M) Fenolftaleïna (10 g en alcohol etílic 96% fins a 1 L) Vinagre comercial Carbó actiu Aigua destil·lada



Seguretat

Pràctiques de Química Acidesa total del vinagre

Pàg.1 /9


Categoria Pràctica alumnes. Quantitativa

Nivell Batxillerat

Introducció El vinagre és un líquid agre que té entre un 4% i un 12% d’àcid acètic i que s’empra com a ingredient per a la preparació i el cuinat d’aliments, com també en l’elaboració de salses. Es pot usar també com a conservant en vegetals i peixos per les propietats de l’àcid acètic, el seu principal component. No modifica el valor nutritiu dels aliments, per la petita quantitat que s’afegeix i perquè la presència de nutrients al vinagre és ínfima. Qualsevol producte que pugui produir una fermentació alcohòlica (pomes, raïms, peres, préssecs, taronges, mel, sucre, malt, cervesa, vi) es pot utilitzar per elaborar vinagre, però vi i sidra són els millors materials de partida. A més de l’acètic, altres àcids orgànics i èsters donen l’aroma característic de la matèria primera. Es pot aromatitzar els vinagres amb herbes o espècies (romaní, estragó, all...), que s’afegeixen una vegada finalitzada la fermentació. L’acidesa total del vinagre o grau acètic es defineix com la totalitat dels àcids volàtils i fixes que conté el vinagre expressada en grams d’àcid acètic per 100 mL de vinagre. La determinació es realitza mitjançant una volumetria de neutralització amb fenolftaleïna com indicador. En aquest experiment es valorarà un l’àcid feble (àcid acètic, CH3COOH) del vinagre amb la base forta hidròxid sòdic, NaOH, mentre es registren els valors de pH. Amb les dades arreplegades construirem el gràfic del pH versus volum de base afegida. En la corba de valoració localitzarem el punt final de la valoració. Aquest punt se suposa que és el punt mitjà de la part vertical de la corba, que és on el pH varia bruscament. D'aquestes mateixa gràfica deduirem la quantitat de volum de base que s'ha necessitat per a aconseguir el punt final de la valoració i s'estudiarà i compararà amb la valoració d'un àcid fort com HCl traient les diferències entre elles.

Objectius 1. Identificar substàncies de la vida quotidiana, com ara el vinagre, com a àcids i bases. 2. Comprovar que la volumetria àcid-base és un mètode quantitatiu d’anàlisi i determinar la

concentració en àcid acètic d’un vinagre comercial. 3. Observar les característiques de la volumetria àcid feble – base forta 4. Aprofundir en el concepte àcid-base.

Material Productes químics Utillatge EXAO

Dissolució de NaOH (0,5 M) Fenolftaleïna (10 g en alcohol etílic 96% fins a 1 L) Vinagre comercial Carbó actiu Aigua destil·lada



Seguretat


7.11

PROCEDIMENT EXPERIMENTAL 1. Filtreu el vinagre en cas de presentar terbolesa.

2. En l’erlenmeyer net aboqueu 5 mL de vinagre i diluïu amb 100 o 150 mL d’aigua destil·lada fins aconseguir una solució dèbilment acolorida.

3. Si no heu aconseguit un vinagre prou decolorat, afegiu al vinagre diluït una espàtula de carbó actiu agitant la mescla amb la vareta.

4. Filtreu la mescla anterior amb un filtre de plecs recollint-ho en un erlenmeyer.

5. Afegiu 5 gotes de solució indicadora de fenolftaleïna.

6. Renteu la bureta primer amb aigua destil·lada i després amb uns 10 mL de solució de NaOH, 0,5 M.

7. Ompliu i enraseu la bureta amb solució valorada. Cal assegurar-se que no han quedat

bombolles d’aire dintre de la bureta i que s’ha omplert l’extrem de la bureta.

8. Comenceu a afegir dissolució valorada a la dissolució problema agitant aquesta alhora (amb una mà es controla la clau i amb l’altra s’agita l’erlenmeyer). L'eixida del líquid no ha d’ésser molt ràpida i mai superior a la velocitat de lliscament del líquid per les parets.

9. Anoteu el volum afegit al punt d’equivalència (aparició d’un color rosat pàl·lid persistent). Es convenient posar un full de paper blanc baix de l’erlenmeyer per apreciar millor el canvi de color).

10. Aquesta primera anàlisi és aproximada. Amb l'ajut de l'equip EXAO i els sensors de pH, repetiu la valoració prenent nota del volum que es va afegint i del pH corresponent construint una taula. Afegiu ara gota a gota i remenant constantment en les proximitats del punt d’equivalència i continueu afegint base i prenent dades fins que el pH de la dissolució problema ja no variï. Si teniu agitador magnètic engegueu-lo a poca velocitat per tal que no espatlle les membranes de vidre dels sensors de pH.

11. En acabar renteu bé tot el material amb detergent i després amb aigua destil·lada.

CÀLCULS I RESULTATS

1. Escriviu la reacció de neutralització.

2. Construïu el gràfic pH en front del volum de base afegida. En la corba de valoració localitzeu el punt final de la valoració (podeu fer una captura de pantalla de l'ordinador quan acabeu de fer la corba).

3. Calculeu la molaritat d’àcid acètic del vinagre comercial.


7.12

4. Calculeu l’acidesa total del vinagre expressada en grams d’àcid acètic per 100 mL de vinagre (grau del vinagre).

QÜESTIONS

1. ¿La dissolució final en el punt d’equivalència és àcida, bàsica o neutra? Raoneu la resposta.

2. Per què s’utilitza fenolftaleïna com indicador? ¿El blau de timol seria un bon indicador per aquesta volumetria? (El blau de timol és groc a pH < 8 i blau a pH > 9,6). Quins altres indicadors serien adequats?

3. ¿Es podria fer servir ataronjat de metil com a indicador si sabem que l’ataronjat de metil és roig a pH < 3,1 i groc a pH > 4,4?

4. A la vista de la gràfica pH-volum de NaOH afegit, raoneu com varia el pH en anar afegint base en comparació amb una valoració àcid fort-base forta i justifiqueu la resposta.

CONFIGURACIÓ DE L’EQUIP EXAO

Com que ja coneixem com es connecten els sensors d'altres experiències anteriors indicarem els passos bàsics i només detallarem els que són propis d'aquest experiment:

1. Connecteu la unitat USB link a un port lliure de l’ordinador.

2. Connecteu el sensor de pH al detector i aquest al dispositiu d’intercanvi a l’USB. En DataStudio apareixerà una pantalla que us permetrà posar en marxa el programa “DataStudio”. El muntatge quedarà aproximadament com veiem a la fotografia:

No se puede mostrar la imagen. Puede que su equipo no tenga suficiente memoria para abrir la imagen o que ésta esté dañada. Reinicie el equipo y, a continuación, abra el archivo de nuevo. Si sigue apareciendo la x roja, puede que tenga que borrar la imagen e insertarla de nuevo.


7.13

3. El programa mostrarà una pantalla com aquesta:

4. Per a poder introduir els valors del volum de hidròxid de sodi que anirem afegint seleccionarem el botó “Configuración” i després “Opciones”. Marcarem les opcions que s’indiquen en la imatge:




7.14

5. Seguidament passarem a calibrar el sensor de pH. Necessitem dues dissolucions tampó que veiem a la figura 1. En el nostre cas en tenim de pH = 4 i pH = 10, (sempre necessitarem dos valors del pH, per a realitzar el calibratge). En primer lloc rentem el sensor de pH amb aigua destil·lada i seguidament l’introduïm en la primera dissolució tampó de pH = 4. Açò ho farem cada vegada que canviem el sensor de dissolució per a no contaminar la següent lectura.

Figura 1. Dissolucions tampó de pH = 4 i pH = 10.

Per al calibratge anem al programa DataStudio i seleccionem el botó “Configuración”, després “Opciones” i finalment “Calibrar”. En primer lloc, en el “Punto 1” col·loquem 4 i observem con el marcador situat dalt d’aquest (cercle blau) va canviant de valor. Quan aquest siga estacionari polsem el botó “Aplicar”.



7.15

6. Procedirem de la mateixa forma per al pH = 10.

7. Per començar seleccionem “Inicio” i cada vegada que vulguem introduir valors

seleccionarem “Conservar”. El pH s’enregistrarà automàticament i el Volum l’introduirem amb el teclat. D’aquesta manera enregistrarem els valors desitjats.



7.16

8. Crearem un gràfic seleccionant “Gráfico” en la finestra “Pantallas” i arrossegant-lo fins estar damunt de les dades de pH. Apareixerà un gràfic pH – Temps. Per a que represente pH – Volum hem d'arrossegar les dades de Volum sobre l’eix d’abscisses.

9. Al final de la valoració es poden obtenir dues gràfiques: a) la variació de la temperatura en funció del temps i b) la variació del pH en funció del volum d’hidròxid introduït. Ens quedarem amb la segona que és la corba de valoració.




7.17

Normes de segure tat

els àcids i els àlcalis forts són corrosius en contacte amb la pell i els ulls, ens fixarem especialment en aquests dos:

Àcid acètic (vinagre) Evitar el contacte amb ulls i la ingestió directa Riscs específics R: 36/38 Consells de seguretat S: 26 Pell 1.1 / Ulls 2.1 / Ingestió 3.1

Fitxa de seguretat Àcid acètic Hidròxid de sodi Evitar el contacte i la ingestió Riscs específics R: 35 Consells de seguretat S: 26-37 / 39-45 Pell 1.3 / Ulls 2.2 / Ingestió 3.2 /Desactivació. 3

Fitxa de seguretat Hidròxid sòdic

els vapors d'àcid clorhídric i d'amoníac són irritants als ulls i les vies respiratòries

Prote c c ió necessàr ia

guants i ulleres

Tractament de res idus

Les dissolucions que contenen àcids i àlcalis s'han de neutralitzar abans de reciclar-les al

contenidor per a dissolucions neutralitzades que us indique el professor.

NO S'HA DE LLANÇAR RES PEL FORAT DE LA PICA!!!

Els recipients emprats s'han de rentar molt bé amb detergent perquè les dissolucions de bases fortes ataquen el vidre de les buretes.

B

U.1 OPERACIONS BÀSIQUES I NORMES DE SEGURETAT

1.10

Tot seguit podem veure les mostres d'alguns pictogrames indicadors del tipus de perillositat dels diferents reactius amb els que convé familiaritzar-se. El primer model és el que encara trobarem en les etiquetes dels productes químics usuals:

Heus ací com s'han modificat en la legislació recent aquests pictogrames a fi de tenir un sistema internacional, que encara és poc freqüent trobar al laboratori escolar:

Una última advertència important és que mai no hem de mesc lar react ius desconeguts ni que s iga de prova. Molts reactius innocus quan els barregem esdevenen verins mortals. A banda, mai mesclarem una substància inflamable i, doncs, combustible amb un comburent, que genera la combustió.

u.7 equilibris Àcid-base · el fenomen conegut com pluja àcida hi té molt a veure. a.5 busqueu...

Documents