Laboratorio N°3: ACIDEZ Y ALCALINIDAD Jose Javier Porras Rico

Fundación Universidad Autónoma de Colombia Ingenie ría Ambiental

Química ambiental RESUMEN En el siguiente laboratorio se realizaron cuatro prácticas de titulación ácido-base, para conocer la acidez o la alcalinidad de una solución muestra desconocida, para las cuales se utilizan como titulantes H2SO4 0.02N o NaOH 0.02N, según el pH de la sustancia que va a ser identificada. Primero se midió el pH de la sustancia desconocida con la tiras indicadoras de pH, posteriormente se usó el pHmetro para confirmar su pH y saber cuál procedimiento seguir, ya que los rangos de pH que se usarán en la siguiente práctica son de 4.4 y 8.3, porque a partir de estos rangos se determina la acidez o la alcalinidad de una sustancia. Se usó el método por triplicado en todas las titulaciones para tener una mayor veracidad en la toma de los datos. A partir de la práctica se obtuvo que la cantidad de CaCO3 influye directamente en la alcalinidad o acidez de las sustancias, lo cual está asociado con la dureza del agua, ya que el rango de aguas consumibles es de 100 mg/L hasta 500 mg/L de CaCO3 y en esta práctica las muestras son sustancias desconocidas. La presencia de calcio en las aguas naturales tiene su origen en la lixiviación de los terrenos calizos que atraviesa. ABSTRACT The following laboratory four practices of acid-base titration were performed to determine the acidity or alkalinity of an unknown sample solution, for which are used as titrants 0.02N NaOH or 0.02N H2SO4 as the pH of the substance to be to be identified. First the pH of the unknown substance with pH indicator strips was measured, then the pH meter was used to confirm pH and know which procedure to follow, since the pH ranges to be used in the following practice are 4.4 and 8.3, because from these ranges the acidity or alkalinity of a substance is determined. The method in triplicate in all degrees for greater accuracy in making the data was used. From practice it was found that the amount of CaCO3 directly influences the alkalinity or acidity of the substances, which are associated with water hardness, because the range of consumable water is 100 mg / L to 500 mg / L CaCO3 and samples in this practice are unknown substances. The presence of calcium in natural waters stems from the chalky soil leaching crossing. Palabras claves: Acidez, alcalinidad, dureza, pH, titulación ácido-base INTRODUCCION El pH es un indicador del carácter ácido o básico de una sustancia o de un sistema acuoso. Se denomina además como una medida de la intensidad ácida o alcalina de una muestra de agua, que define los términos de “Acidez y/o Alcalinidad”, en la medida en que estos últimos expresan especialmente “la

capacidad amortiguadora de la muestra”, más que su carácter ácido o básico propiamente dicho. En el siguiente laboratorio se usará un rango de pH de 4.4 a 8.3, haciendo tres pruebas diferentes para medir la alcalinidad o la acidez de una sustancia. A las sustancias con pH menor a 4.4 se les realizará una prueba de acidez, usando como titulante NaOH y como sustancia indicadora el metil naranja; esta prueba conlleva a medir la cantidad de CaCO3 mediante la acidez mineral. Las sustancias que presentan un pH entre 4.4 y 8.3 se les hará una prueba de acidez total, una de acidez por sales hidrolizables, una de acidez por CO2 y otra de alcalinidad por bicarbonatos; ya que son sustancias que tienden a ser neutras y su rango de pH puede conducir fácilmente hacia un ácido o hacia una base; para estas pruebas se usarán sustancias indicadoras de pH como la fenolftaleína y el metil naranja durante la titulación. Y por último, las sustancias que presenten n pH mayor a 8.3 se les hará una prueba de alcalinidad total, usando fenolftaleína y metil naranja; otra de alcalinidad por hidróxidos, usando las mismas dos sustancias indicadoras y otra de alcalinidad por carbonatos, usando únicamente el metil naranja, ya que este nos indica cuando el pH de una sustancia es menor de 4.4, y así sabremos la cantidad exacta de ácido usado en la titulación. La acidez de un agua es su capacidad cuantitativa para reaccionar con una base fuerte hasta un pH designado. Por tanto, su valor puede variar significativamente con el pH final utilizado en la valoración. En muchas aguas naturales, que se usan para propósitos potables, existe un equilibrio entre carbonato, bicarbonato y dióxido de carbono, por lo cual en esta práctica se realizarán estas mediciones. La alcalinidad se refiere a la presencia de sustancias hidrolizables en agua y que como producto de hidrólisis generan el ión hidroxilo (OH), también es la capacidad de un agua natural para donar con H+ y alcanzar el PH 4.4 que es el segundo punto de equivalencia en la valoración del carbono ( CO3). MATERIALES

Soluciones buffer (4 y 7) de pH para calibrar el pHmetro

pHmetro

Vasos para medir el pH de la muestra

Papel indicador de pH

Probetas graduadas a 50 mL

Pipetas

3 Erlenmeyer de 50 mL

3 Erlenmeyer de 20 mL

Fenolftaleina

Metil naranja

Buretas

Pinzas

Soportes

Solución de ácido sulfúrico o ácido clorhídrico, 0,02N

Solución de hidróxido de sodio 0,02 N

Soluciones desconocidas: A, A2, B y C

MÉTODOS

Acidez:

1. Si pH > 4.4:

2. Si 4.4 < pH < 8.3

Tomar una muestra de la solución desconocida en un

Erlenmeyer de 20mL y medir su pH con la tira indicadora y

con el pHmetro

Según el pH arrojado en el pHmetro, hacer el

procedimiento correspondiente explicado a

continuación

Medir la acidez o la alcalinidad

a cada muestra.

Tomar una muestra de 50 mL de la soluciopn

desconocida

1. Agregarle Metil naranja 2. Agregarle fenolftaleina

1.1. Titular con NaOH

0.02 N 2.1. Titular con NaOH

0.02N

1.2. Observar el cambio de color a rojo

salmon 2.2. Observar el cambio de

color a rosado

Registrar el volumen de

titulante

Tomar dos muestra de 50 mL

de la solucion desconocida

Una de las muestras llevarlas

hasta ebullición

Agregar a las dos

muestras dos gotas

de fenolftalein

a

Titular con NaOH

0.002N

Observar el cambio de

color a rosado

Registrar el volumen de

tiitulante usado en la

muestra fría y en la muestra caliente

Alcalinidad:

1. Si ph > 8.3

2. Si 4.4 < pH < 8.3

Tomar una

muestra de 50 mL

de solucion

desocnocida

Agregarle dos gotas

de fenolftalin

a a la muestra

Titular con

H2SO4 0.02 N

Observar el cambio de color

de rosado a incoloro y registrar

el volumen

Agregar dos gotas

de M. Naranja

Titular con

H2SO4 0.02N

hasta que cambie a

Rojo salmón

Registrar el

volumen del

titulante

Tomar uan muestra de 50 mL de la

solución desconocida

Agregarle dos gotas de

Metil Naranja

Titular con H2SO4

0.002N hasta que cambie a un color rojo

salmon

Registrar el volumen del

titulante

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

1. Muestra A pH con tira indicadora: 0 – 1 pH con pHmretro: 0.46 Debido a que el pH de la solución “A” dio menor a 4.4, pasamos a hacer el procedimiento N°1 de Acidez:

Volumen de muestra A (mL) Volumen de NaOH usado

50 mL 200 mL Tabla N°1 Volumen de NaOH gastado con la muestra A

Al titular la muestra A con el NaOH no obtuvimos ninguna coloración con fenolftaleína ni con metil naranja, llegando a un volumen final de 200 mL, en donde fue suspendida la prueba debido a que había poco volumen de NaOH, por lo cual se llega a la conclusión de que si queremos llegar al punto de equivalencia mas fácilmente, se debe usar un NaOH mayor concentrado, o un volumen menor de la muestra A.

2. Muestra A2 pH con tira indicadora: 1 – 2 pH con pHmetro: 1.70 Ya que el pH de la solución “A2” dio menor a 4.4, procedemos a realizar el procedimiento N°1 de Acidez por triplicado y se obtienen los siguientes datos:

FENOLFTALEINA

#Erlenmeyer Volumen muestra A2 (mL) Volumen NaOH (mL)

1 50 17

2 50 17,4

3 50 17,5

Promedio 50 17,3

Desviación 0 0,26457513

Coeficiente de variación 0,00% 1,53%

Tabla N°2 Volumen de NaOH gastado con la muestra A2, usando el indicador fenolftaleina

METIL NARANJA

#Erlenmeyer

Volumen muestra A2 (mL) Volumen NaOH (mL) Acidez mineral (mg CaCO3 / L)

1 50 18,4 368

2 50 18,8 376

3 50 18,5 370

Promedio 50 18,5666667 371,3333333

Desviación 0 0,2081666 4,163331999

Coeficiente de variación 0,00% 1,12% 1,12%

Tabla N°3 Volumen de NaOH gastado con la muestra A2, usando el indicador Metil Naranja, y su acidez mineral correspondiente

Acidez mineral: MN

Acidez mineral: 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑡𝑖𝑡𝑢𝑙𝑎𝑛𝑡𝑒 (𝑚𝑒𝑡𝑖𝑙 𝑛𝑎𝑟𝑎𝑛𝑗𝑎)𝑥 [ ]𝑇𝑖𝑡𝑢𝑙𝑎𝑛𝑡𝑒

𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 x

50 𝑔

1 𝑒𝑞.𝑔 x

1000 𝑚𝑔

1 𝑔

Acidez mineral: 18.4 𝑚𝐿 𝑥 0.02𝑁

50 𝑚𝐿 x

50 𝑔

1 𝑒𝑞.𝑔 x

1000 𝑚𝑔

1 𝑔 = 368 mg CaCO3/ L

Se hizo la prueba de acidez mineral, ya que el pH dio menor a 4.4, lo que nos indica que los ácidos minerales están concentrados en la muestra. Como se observa en la tabla N° 2, el volumen aproximado de NaOH que se usa para que la solución cambie de incoloro a rosado es de 17.3 mL, y este dato presenta una confiabilidad elevada, ya que el coeficiente de variación entre ellos es de 1.53% Para la prueba de acidez mineral se tiene únicamente en cuenta el volumen gastado de NaOH con metil naranja (datos tabla N°3), encontrando que la sustancia desconocida “A2”, presenta en promedio un contenido de 371.33 mg de CaCO3, lo que nos indica que tiene una acidez elevada.

3. Muestra B pH con tira indicadora: 9 - 10 pH con pHmetro: 11.44 Ya que el pH de la solución “A2” dio mayor a 8.3, procedemos a realizar el procedimiento N°1 de Alcalinidad por triplicado. El pH arrojado por la tira indicadora fue de 9 – 10, y presenta un gran error, ya que este pH es medido por colores, los cuales son datos cualitativos y no presentan una exactitud adecuada. Se obtienen los siguientes datos:

#Erlenmeyer

Volumen muestra B (mL)

Volumen H2SO4 (mL) agregado con fenolftaleína

Volumen H2SO4 (mL) agregado con m.N

Volumen H2SO4 final

Alcalinidad total

Alcalinidad por hidróxidos

Alcalinidad por carbonatos

1 50 13 15,1 28,1 562 42 604

2 50 12,2 14,1 26,3 526 38 564

3 50 11,9 14,1 26 520 44 564

Promedio 50 12,3666667 14,43333333 26,8 536 41,3333333 577,333333

Desviación 0 0,56862407 0,577350269 1,135781669 22,7156334 3,05505046 23,0940108

Coeficiente de variación 0,00% 4,60% 4,00% 4,24% 4,24% 7,39% 4,00%

Tabla N°4 Volumen de H2SO4 gastado con la muestra B, usando el indicador Fenolftaleina, y posteriormente Metil Naranja, y su alcalinidad, alcalinidad por hidróxidos y alcalinidad por carbonatos correspondiente

Con la prueba B se realizaron las pruebas de alcalinidad, ya que el pH dio mayor a 8.3, lo que nos indica que la solución desconocida es de carácter básico y presenta una gran alcalinidad. El primer volumen gastado en la titulación para que la solución cambiara de rosada a incolora fue en promedio 12.36mL, lo que nos indica que ese es el volumen que se necesita para llegar al primer punto de equivalencia. Cuando se le agrega a la muestra desconocida dos gotas de indicador fenolftaleína y aparece un color rosa, esto indica que la muestra tiene un pH mayor que 8.3 y es indicativo de la presencia de carbonatos, por lo cual se realizó la prueba de alcalinidad por carbonatos y dio un resultado de 577.33 mg CaCO3 en promedio para las tres muestras. Posteriormente se le agregó metil naranja a la solución y se le siguió agregando ácido sulfúrico hasta que la solución tomara un color rojo salmón, y para llegar a este punto se necesitó de un volumen adicional de 14.43mL de ácido en promedio, lo que nos indica que para medir la alcalinidad total (la suma de fenolftaleína con metil naranja) en promedio se manejó un volumen de 26.8mL, lo que arroja unos valores muy altos de alcalinidad como era de esperarse, ya que la alcalinidad es la cantidad de ácido que se requiere por litro para disminuir el pH a un valor aproximado de 4.3 y como la solución era demasiado básica, tiene mayor cantidad de mg de CaCO3.

Alcalinidad total: 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑡𝑖𝑡𝑢𝑙𝑎𝑛𝑡𝑒 (𝑚𝑒𝑡𝑖𝑙 𝑛𝑎𝑟𝑎𝑛𝑗𝑎+𝑓𝑒𝑛𝑜𝑙𝑓𝑡𝑎𝑙𝑒𝑖𝑛𝑎)𝑥 [ ]𝑇𝑖𝑡𝑢𝑙𝑎𝑛𝑡𝑒

𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 x

50 𝑔

1 𝑒𝑞.𝑔 x

1000 𝑚𝑔

1 𝑔

Alcalinidad por hidróxidos: 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑡𝑖𝑡𝑢𝑙𝑎𝑛𝑡𝑒 (𝑓𝑒𝑛𝑜𝑙𝑓𝑡𝑎𝑙𝑒𝑖𝑛𝑎−𝑀.𝑁)𝑥 [ ]𝑇𝑖𝑡𝑢𝑙𝑎𝑛𝑡𝑒

𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 x

50 𝑔

1 𝑒𝑞.𝑔 x

1000 𝑚𝑔

1 𝑔

Alcalinidad por carbonatos : 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑡𝑖𝑡𝑢𝑙𝑎𝑛𝑡𝑒 (2 𝑥 𝑚𝑒𝑡𝑖𝑙 𝑛𝑎𝑟𝑎𝑛𝑗𝑎)𝑥 [ ]𝑇𝑖𝑡𝑢𝑙𝑎𝑛𝑡𝑒

𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 x

50 𝑔

1 𝑒𝑞.𝑔 x

1000 𝑚𝑔

1 𝑔

4. Muestra C pH con tira indicadora: 5 - 6 pH con pHmetro: 6.35 Ya que el pH de la solución “C” dio entre 4.4 y 8.3, procedemos a realizar el procedimiento N°2 de acidez por triplicado. El pH arrojado por la tira indicadora fue de 5 – 6, y presenta un pequeño error, ya que este pH es medido por colores, los cuales son datos cualitativos y no presentan una exactitud adecuada. Se obtienen los siguientes datos a partir del experimento:

METIL NARANJA

#Erlenmeyer

Volumen muestra B

(mL)

Volumen H2SO4

(mL) agregado Acidez mineral

1 50 1,6 32

2 50 1,8 36

3 50 1,7 34

Promedio 50 1,7 34

Desviación 0 0,1 2

Coeficiente de variación 0,00% 5,88% 5,88%

Tabla N°5 Volumen de H2SO4 gastado con la muestra C, usando el indicador Metil Naranja, y su acidez mineral correspondiente

En la tabla N°5 se observa el volumen necesario de H2SO4 en la titulación para que el metil de naranja cambie del color inicial amarillo naranja a un color rojo salmón, el cual fue de 1.7 mL en promedio para los tres experimentos, lo que conlleva a hacer la prueba de acidez mineral que se hace con el volumen gastado de NaOH y el volumen de la muestra C. El valor promedio de acidez mineral fue de 34 y presenta una variación de 5.88%, lo que indica mayor confiabilidad porque el porcentaje es muy pequeño. En esta prueba no se pudo realizar los cálculos para la acidez por sales hidrolizables, ni tampoco el de la acidez por CO2, porque en la práctica no hubo plancha de calentamiento, por lo cual fue imposible llevar hasta el punto de ebullición a la sustancia desconocida y para calcular estos valores se necesita el valor de titulante gastado con fenolftaleina.

FENOLFTALEINA

#Erlenmeyer

Volumen muestra B

(mL)

Volumen NaOH(mL) agregado Acidez total

1 50 0,1 2

2 50 0,1 2

3 50 0,1 2

Promedio 50 0,1 2

Desviación 0 1,6997E-17 0

Coeficiente de variación 0,00% 0,00% 0,00%

Tabla N°6 Volumen de NaOH gastado con la muestra C, usando el indicador fenolftaleína, y su acidez total correspondiente

La tabla N°6 muestra el volumen necesario de NaOH en la titulación para que la fenolftaleína cambie del color inicial incoloro a un color rosado suave, el cual fue de 0.1 mL para los tres experimentos, lo que conlleva a hacer la prueba de acidez total, que se hace con el volumen gastado de NaOH y el volumen de la muestra C El valor promedio de acidez total fue de 2, ya que en los tres casos presentó la misma acidez y presenta una variación de 0.00%, lo que indica una total confiabilidad.

CONCLUSIONES

Las pruebas de acidez se le practican a sustancias que presenten un pH menor a 4.4, ya que se necesita saber con cuanta base reacciona para llegar a un pH de 8.3; o se puede realizar la prueba de acidez por sales hidrolizables y acidez por CO2 a las sustancias que se encuentren en un rango de pH entre 4.4 y 8.3, pero esta prueba necesita de ebullición.

La alcalinidad se le realiza a las sustancias que presenten un pH mayor a 8.3, y se usa como titulante el H2SO4 para hacer que el pH disminuya y llegar a un pH de 4.4, usando el indicador metil naranja. También se le puede hacer la prueba de alcalinidad por bicarbonatos a las sustancias que se encuentren en un pH entre 4.4 y 8.3.

El rango de aguas consumibles es de 100 mg/L hasta 500 mg/L de CaCO3,

y según el anterior laboratorio, la única sustancia desconocidas que se encuentra en este rango es la A2 (371), porque las demás sustancias son muy ácidas o muy alcalinas

En aguas naturales la alcalinidad es debida principalmente a la presencia de bicarbonatos, carbonatos e hidróxidos, los cuales se forman por la acción del CO2 sobre los materiales básicos del suelo, la acidez se debe principalmente a la presencia de CO2 como resultado de la oxidación de la materia orgánica

BIBLIOGRAFÍA

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Quimica Inorganica Editorial: Mc Graw-hill Autor: Atkins Categoría: Química

Tema: Quimica Ano: 2008 Idioma: Español

Titulaciones ácido-base, Silvia Cerdeira, Helena Ceretti y Eduardo Reciulschi,

tomado en línea: https://www.educ.ar/dinamico/UnidadHtml__get__ce0b0fdf-

635e-4cba-9e7f-c58667d1324d/15081-edi/data/9481e7b0-c851-11e0-8287-

e7f760fda940/index.htm el día 25 de Septiembre de 2015