El Pk De Un Indicador ay15

Práctica 9

Práctica # 9 “EL pK DE UN INDICADOR” Integrantes:  Martínez Hernández Martin  López Arellano Abraham  Zúñiga Estupiñan Sarai PROGRAMA EDUCATIVO DE QUÍMICO FARMACÉUTICO BIÓLOGO Q.F.B Grupo: 4° “C” Laboratorio de Análisis Químico Instrumental Unidad Académica de Ciencias Químicas – Área de Ciencias de la Salud – Universidad Autónoma de Zacatecas Campus Universitario UAZ siglo XXI Carretera Zacatecas-Guadalajara km 6 Ejido la Escondida - 98160 Zacatecas, Zacatecas

23 de Marzo del 2010 - 26 de Marzo del 2010

Resumen: Elaborando un espectro de absorción de las soluciones problema a pH de 1, 6.9 y 13 determinamos las longitudes de onda con las que trabajamos (445 y 565nm), y en base a las lecturas de absorbancia de las soluciones que contenían el indicador con pH de: ~4.5, 6.2, 6.5, 7.2, 7.59, 7.9 y ~9.1determinamos el pK del indicador azul de bromotimol. Palabras clave: Indicador (azul de bromotimol), pH, pK, espectro de absorción.

Análisis Instrumental

Zúñiga Estupiñan S.; López Arellano A.; Martínez Hernández M. UAZ, ACS, UACQ, QFB, CUARTO SEMESTRE GRUPO C

1

Práctica 9

INTRODUCCION Determinación del pK de un indicador En este experimento, la espectrofotometría se utiliza para medir el pKa de un indicador ácido-base conocido como azul de bromotimol. Este indicador (HIn) es un ácido monoprótico y podemos representar su disociación como sigue: HIn → H+ + InLa expresión de equilibrio para esta disociación se puede escribir como PH = pKa - log (HIn)/(In) Esto se puede re arreglar para dar: Log (In-)/(HIn) = pH - pKa Esto está en la ordenada al origen de una ecuación para una línea recta. y = mx + b En donde y es log (In)/(HIn), m = 1 y b = -pKa. Por lo tanto, si el término log se grafica Contra pH, la pendiente es 1, la ordenada en el origen es –pKa y la línea debe atravesar el eje del pH en donde pH = pKa En el último punto (In-) = (HIn) y, por tanto, el log de la razón de estos términos es cero y pH = pKa.[1] Los espectros de absorción son los espectros resultantes de intercalar una determinada sustancia entre una fuente de luz y un prisma; el espectro de absorción de un material muestra la fracción de radiación electromagnética incidente que el material absorbe dentro de un rango de frecuencias. Los espectros de absorción de luz del indicador a diferentes valores de pH constituyen un método excelente para el estudio de los cambios de color que se producen en los indicadores acido-base.[2] Un indicador es una sustancia que permite medir el pH de un medio, es ordinariamente un acido o una base débil que presenta color diferente dependiendo del estado de protonacion; capaz de captar o donar protones generando un cambio de color al producirse esta donación o captación de protones. Su uso y aplicación principal es la determinación del punto final de una neutralización, también puede servir para comprobar si un pH es acido o básico. El pH es una medida de acidez o alcalinidad de una solución; y el pK es la fuerza que tienen las moléculas para disociarse. Los espectros de absorción de la luz del indicador a diferentes valores de pH constituyen un método excelente para el estudio de los cambios de color que se producen en los indicadores acido-base. Al representar un indicador, el espectro de absorción a diferentes valores de pH en las proximidades del pK, se obtienen diferentes curvas con dos máximos cada uno de ellos se cortan en un punto isosbestico. El punto isosbestico es la longitud de onda a la cual la absorbancia de una disolución, en la que hay dos especies en equilibrio, no dependen del desplazamiento del mismo. [3]

OBJETIVO Determinar el pK de un indicador (azul de bromotimol) acido-base utilizando la espectrofotometría basándonos en la ley de Beer; tomando en cuenta tanto sus aplicaciones y desviaciones.

Análisis Instrumental

Zúñiga Estupiñan S.; López Arellano A.; Martínez Hernández M. UAZ, ACS, UACQ, QFB, CUARTO SEMESTRE GRUPO C

2

Práctica 9

MATERIALES Y METODOS Para realizar la práctica del pK de un indicador, utilizamos el espectrofotómetro #4 (JENWAY 6305); además usamos cuatro celdas de 1cm en las cuales colocamos lo siguiente: Celda #1: solución blanco, que en esta ocasión fue agua destilada (debió haber sido una solución la cual debía de contener HCl y NaOH, pero no fue así ya que las muestras problema estaban preparadas con HCl y NaOH y recordemos que la solución blanco no debe contener lo que tiene la muestra problema). Celda#2: en esta celda colocamos la muestra de pH=1 que tenia un color amarillo, que contenía HCl (4 gotas), solución patrón del indicador azul de bromotimol(1ml) y agua destilada. Celda #3: aquí se coloco la muestra de pH=6.9 que tenia un color verde seco, esta muestra contenía 1ml del indicador, 5ml de Na2HPO4 0.10M, 5ml KH2PO4 0.10M y agua destilada. Celda #4: en esta celda se coloco la muestra de pH=13 que tenia un color azul rey, esta muestra contenía 1ml del indicador, 12 gotas de NaOH 4M y agua destilada. Prendimos el espectrofotómetro esperamos a que se estabilizara y ajustamos la longitud de onda a la cual empezaríamos a trabajar, que fue 365nm colocamos la solución blanco dentro del espectro, calibramos y después introducimos primero la celda #2, tomamos la lectura de absorbancia; volvimos a calibrar con el blanco, colocamos ahora la celda #3, tomamos lectura de absorbancia; y ultimo la celda #4, tomamos la lectura de absorbancia. Así lo realizamos sucesivamente para longitudes de onda que fueron de 365nm a 605nm, realizándolo en intervalos de 20 en 20nm. Al terminar de registrar las lecturas trazamos un curva en la cual graficamos longitud de onda (x) contra absorbancia (y); mediante esta curva pudimos determinar el PUNTO ISOSBESTICO (este punto lo pudimos observar donde se cruzaron la tres líneas en la grafica) que se encontró aproximadamente entre los 500nm. En base a este grafico también pudimos determinar las longitudes de onda con las cuales trabajaríamos las siguientes muestras a distintos pH, estas longitudes fueron de 445nm y 565nm. Ahora solo trabajamos con dos celdas (lavamos las que ya teníamos); la de la solución blanco, y en la otra estuvimos colocando las soluciones con azul de bromotimol a pH diferente. Matraz #1: solución de pH= ~4.5 (color amarillo fuerte); Matraz #2: solución de pH= 6.2 (color verde olivo); Matraz #3: solución de pH= 6.5 (color verde bosque); Matraz #4: solución de pH= 7.2 (color verde azulado); Matraz #5: solución de pH= 7.59 (color azul rey no tan fuerte); Matraz #6: solución de pH= 7.9 (color azul rey un poquito mas que el anterior); Matraz #7: solución de pH= ~9.1(color azul petróleo). Colocamos la solución blanco dentro del espectrofotómetro y calibramos, después tomamos la solución del matraz #1 le agregamos a una celda y la pusimos dentro del espectro para tomar la lectura de absorbancia que fueron para 445nm y 565nm respectivamente (tomamos tres lecturas por matraz de cada longitud de onda); así lo estuvimos realizando para las distintas soluciones de los matraz. Al tener todas las lecturas de cada una de las soluciones realizamos una curva, en la cual graficamos pH (x) contra absorbancia (y). Con cada grafica determinamos el valor de pK del indicador azul de bromotimol. Análisis Instrumental

Zúñiga Estupiñan S.; López Arellano A.; Martínez Hernández M. UAZ, ACS, UACQ, QFB, CUARTO SEMESTRE GRUPO C

3

Práctica 9

RESULTADOS: En las siguientes tablas se reportan tanto las concentraciones del acido y base utilizados en la práctica, así como los pH de cada solución; además las lecturas de absorbancia para el espectro de absorción y para la determinación del pK del indicador. También incluimos gráficas de los resultados en donde se observa el punto donde pH=pK (los cálculos se reportan en los anexos) Tabla 9.2 Lecturas de absorbancia de soluciones con indicador azul de bromotimol a diferentes pH para la determinación de los espectros de absorción correspondientes Soluciones con el indicador azul de bromotimol

λ Longitud de onda (nm)

A sol´n a pH 1

A sol´n a pH 6.9

A sol´n a pH 13

Color: Amarillo

Color: Verde

Color: Azul

365

0.344

0.288

0.240

385 405 425 445 465 485 505 525 545 565

0.420 0.512 0.585 0.580 0.465 0.320 0.203 0.116 0.079 0.040

0.384 0.459 0.478 0.441 0.373 0.283 0.221 0.206 0.239 0.313

0.308 0.292 0.170 0.087 0.096 0.166 0.258 0.403 0.576 0.834

585

0.029

0.406

1.086

605

0.027

0.502

1.306

Grafica#1 de los espectros de absorción de las soluciones de pH= (1,6.9 y 13)

4

Análisis Instrumental

Zúñiga Estupiñan S.; López Arellano A.; Martínez Hernández M. UAZ, ACS, UACQ, QFB, CUARTO SEMESTRE GRUPO C

Práctica 9

DETERMINACION DEL pK Tabla 9.4 Lecturas de absorbancia de las soluciones con azul de bromotimol a pH diferentes. Matraz

1 2 3

Indicador

1.0ml 1.0ml 1.0ml

KH2PO4

Na2PO4

Amarillo

1

0.580

0.040

Amarillo

4.5

0.595

0.017

4x10 M

Verde olivo

6.2

0.577

0.098

0.04M

0.02M

Verde bosque

6.5

0.510

0.183

0.10M

0.10M

Verde

6.9

0.441

0.313

0.04M

7.2

0.329

0.470

7.59

0.190

0.732

7.9

0.104

0.728

Azul petróleo

9.1

0.092

0.874

Azul

13

0.087

0.834

-3

0.02M

4

1.0ml

0.02M

5

1.0ml

4X10 M

6

1.0ml

4X10 M

7

1.0ml

-3

0.02M

-3

0.04M

Grafica#2 de absorbancias (A

445

y A

565)

Verde esmeralda Azul rey bajito Azul rey

A

565

pH

0.02

A

445

Color

a pH diferentes

5

Análisis Instrumental

Zúñiga Estupiñan S.; López Arellano A.; Martínez Hernández M. UAZ, ACS, UACQ, QFB, CUARTO SEMESTRE GRUPO C

Práctica 9

1 4,5 6,2 6,59 6,9 7,2 7,59 7,9 9,1 13

log(base/acido) -5,9 -2,4 -0,69 -0,30 0 0,30 0,69 1 2,2 6,1

Grafica#3 log (base/acido) vs pH

log(base/acido)vspH 8 y = x - 6,9 R² = 1

6 4 log (base/acido)

pH

2 0 log(base/acido)

-2

Lineal (log(base/acido))

-4

-6 -8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 pH

En la Gráfica#1se presentan los espectros de absorción de las soluciones con pH de 1, 6.9 y 13 donde el punto isosbestico resulto en 505nm por lo tanto tomamos una longitud de onda antes que fue 445nm y otra después 565nm como ondas de trabajo en esta ocasión. En la Grafica#2 quedaron representadas las absorbancias de la muestras de pH (1,4.5, 6.2, 6.59, 6.9, 7.2, 7.59, 7.9, 9.1 y 13) diferentes a las dos ondas de trabajo (445 y 565) nm, extrapolando desde el punto en el que se cruzan ambas curvas hacia el eje x obtenemos que en ese punto pH=pK=7.1 Al construir la Gráfica #3 obtuvimos como resultado ordenado al origen (que es donde log(base/ácido)=0)un valor de pH=pK=6.9. DISCUSIÓN Al realizar la practica obtuvimos que el dato de absorbancia del matraz 5 fue mayor que el del matraz 6 sabiendo de antemano que el matraz seis era mas colorido por lo tanto tenia mayor concentración que el matraz 5 entonces diremos que hay una fuente de error importante por lo que hay también una desviación a la ley de Beer. Otra cosa que paso fueron las dificultades para construir la tercera gráfica ya que en realidad no se nos proporciono la información específica de cómo se prepararon las soluciones de pH 1, 6.9 y 13 por lo que para obtener los datos optamos por utilizar la ecuación de HendersoHasselbach. Obtuvimos gráficamente un valor de pK=7.1 mientras que el pK que reporta la literatura para el indicador azul de bromotimol

CONCLUSIÓN 6

En base al trabajo desarrollado utilizando el punto isosbestico pudimos concluir que 445nm y 565nm son las longitudes de onda de trabajo que usaremos para determinar el pKa del azul de bromotimol. La determinación del pKa de un indicador es uno de los procedimientos más sencillos e Análisis Instrumental

Zúñiga Estupiñan S.; López Arellano A.; Martínez Hernández M. UAZ, ACS, UACQ, QFB, CUARTO SEMESTRE GRUPO C

Práctica 9

Ilustrativos de la técnica espectrofotométrica. Obtuvimos por el primer método que el pKa del indicador es 7.1 lo cual es muy bueno ya que la literatura reporta que este indicador tiene un pKa igual a este valor, mientras que realizando la gráfica #3 obtuvimos una variación de 0.2 con respecto a la reportada ya que nuestro valor fue de 6.9, esto se debió tal vez a la falta de datos. Pero en general cumplimos nuestros objetivos para esta práctica, determinamos el pKa del indicador y nos familiarizamos con los principios aplicaciones, conceptos y ecuaciones que nos permitieron determinar el valor del pKa.

Bibliografía [1] Vogel Arthur “Química Analítica Cuantitativa: Teoría y Practica” 2da edición, Vol. II, Cap.V, Editorial Kapelusz, Buenos Aires, 1969. [2]www.reeme.arizona.edu/.../Acido%20Base%20Equilibrio.pdf [3]http://www.telepolis.com/cgibin/web/DISTRITODOCVIEW?url=/1489/doc/ph/indicadores .htm

7

Análisis Instrumental

Zúñiga Estupiñan S.; López Arellano A.; Martínez Hernández M. UAZ, ACS, UACQ, QFB, CUARTO SEMESTRE GRUPO C