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Estudio de una Reacción de Neutralización


 
 

 

Por: Atenea Josefina Chong Santiago

6 de noviembre de 2007

 RESUMEN

         Se determinó experimentalmente la concentración del ácido  HNO3, mediante un proceso químico  en el cual fue utilizado como patrón primario el carbonato de sodio (Na2CO3), utilizando la técnica de titulación potenciométrica posteriormente se manejaron estadísticamente los datos obtenidos (aplicando los aprendizajes de la unidad 1) y cuyos resultados arrojaron un valor de 0.07378 ± 0.007167861, los cuales nos dan una cierta aproximación a la concentración teórica la cual es de 0.1N.

ABSTRACT

         It was experimentally determined the HNO3 acid concentration by means of a chemical process, with a primary pattern a natium carbonate (Na2CO3); the technique of the degree was applied I harness metric, from which the values the collected data of the experimentation were handled statistically (applying the learning of unit 1); and the obtained results threw a value of 0.07378 ± 0.007167861 which gives an approach us to the theoretical concentration which is of 0.1N.

INTRODUCCIÓN                                                                                                                  

         Para determinar la concentración de un ácido con una base, es necesario tener conocimiento previo con respecto de lo que son los ácidos y las bases, es por ello que a continuación se explican brevemente algunas definiciones para entender mejor la naturaleza de estos conceptos:

        Ácidos y Bases según Arrhenius, un ácido lo define como una sustancia que disociada en agua para producir iones H3O, los cuales algunas veces se indican como iones H+(ac), además hay ácidos monoprótico que son los que pueden perder solamente un protón por molécula, ácido poliprótico un ácido que puede perder más de un protón por molécula y una base es una sustancia que contiene iones de hidróxido OH-, o que se disuelve en agua para producir iones de hidróxido hidratados OH-(ac), también existen ácidos y bases fuertes son los que se ionizan o disocian completamente en una solución acuosa, y los ácidos y bases débiles solo se disocian parcialmente en solución acuosa, la ecuación iónica neta para una ecuación de neutralización es:

    H+(ac)  +  OH-(ac)    H2O

         Concepto de Bronsted – Lowry, un ácido es una sustancia que puede donar un protón y una bese es una sustancia que puede aceptar un protón, los ácidos y bases pueden ser moléculas o iones, también se maneja el concepto de ácido conjugado es aquella especie que tiene un protón de más y una carga positiva, la base conjugada es aquella especie que tiene un protón de menos y pierde una carga.

    HCl(ac)  +  H2O(ac)   «   H3O+(ac)  +  Cl-(ac)

      ácido       base                ácido         base

        En términos de Bronsted, un ácido fuerte, que presenta gran tendencia a perder protones, esta conjugado necesariamente con una base débil, la cual tiene pequeña tendencia para ganar y retener protones, de lo anterior mientras más fuerte es el ácido, más débil será la base conjugada. En forma similar, una base fuerte atrae protones fuertemente y es conjugada necesariamente a un ácido débil, uno que no pierda protones rápidamente, entre más fuerte sea la base, más débil será el ácido conjugado.

        El concepto de Lewis, plantea que un ácido es un sustancia que puede formar un enlace covalente aceptando un par de electrones de la base, y una base como una sustancia que posee un par de electrones sin compartir, con la cual puede formar un enlace covalente con un átomo, una molécula o un ión.

       En términos generales la reacción entre cantidades equivalentes de ácidos y bases se llama neutralización o reacción de neutralización, la característica de una reacción de neutralización es siempre la combinación de hidrogeniones que proceden del ácido, con hidroxiliones procedentes de la base para dar moléculas de agua sin disociar, con liberación de energía calorífica como calor de neutralización y formación de una sal.

      En las titulaciones se pueden utilizar indicadores internos. Los indicadores son compuestos orgánicos de estructura compleja que cambian de color en solución a medida que cambia el pH. A continuación se describen algunos de ellos.

INDICADOR COLOR ÁCIDO RANGO DE pH DEL CAMBIO DE COLOR COLOR ALCALINO
Azul de timol Rojo 1.2 – 2.8 Amarillo
Anaranjado de metilo Rojo 3.1 – 4.5 Amarillo
Verde de bromocresol Amarillo 3.8 – 5.5 Azul
Rojo de metilo Rojo 4.2 – 6.3 Amarillo
Papel de tornasol Rojo 5.0 – 8.0 Azul
Azul de bromotimol Amarillo 6.0 – 7.6 Azul
Azul de timol Amarillo 8.0 – 9.6 Azul
Fenolftaleina Incoloro 8.3 – 10.0 Rojo
Amarillo de alizarina Amarillo 10.0 – 12.1 Alhucema

        La titulación es un proceso en el cual la solución estándar (del patrón primario) se combina con una solución de concentración desconocida para determinar dicha concentración, la curva de titulación es la gráfica que indica como el pH de la solución cambia durante el transcurso de la misma (el pH se gráfica contra el volumen de base o ácido agregado).

         El pH es un coeficiente  que caracteriza la acidez o la basicidad de una solución acuosa, una solución es ácida si su pH es inferior a 7, y básica si su pH si es superior a 7.

         El problema consistió en llevar a cabo una reacción de neutralización con la siguiente expresión:

Ácido   +  Base    Sal   +   Agua

        El objetivo fue determinar la concentración normal de un ácido fuerte (HNO3) mediante un patrón primario (Na2CO3). 

2HNO3  +  Na2CO3   2 NaNO3  +  CO2+  H2O

        La hipótesis planteada fue que  la concentración del ácido era de 0.1N.

DISEÑO EXPERIMENTAL

MATERIAL: SUSTANCIAS y REACTIVOS:
Soporte Universal Agua.
Pinzas de tres dedos   Carbonato de Sodio  (Na2CO3)
Potenciómetro de aguja Ácido Nítrico ( HNO3 )
Bureta de 50 mL

Solución Buffer pH   4

Vasos de precipitado de 250 mL

Solución Buffer pH   7

Pipeta graduada de 10 mL

Solución Buffer pH 10

Parrilla de agitación  

Agitador magnético

 

Saca magneto

 

Matraz aforado de 1 lt.

 
Mufla  

Desecador

 
Cápsula de porcelana  
vidrio de reloj  

METODOLOGÍA:

        Se preparó una solución 0.1 N de Ácido Nítrico (HNO3), para lo cual se tuvo que investigar su densidad, pureza y calcular el peso molecular, realizados los cálculos de la cantidad de ácido requerido, se procedió a agregar en un matraz aforado 6.8 mL de ácido y aforar a 1lt.según se aprecia en la Fig. 1.0  

 

 

 

Fig. 1.0 "Preparación de la solución de HNO3"

 

 

Fig. 2.0 "Preparación

del patrón primario"

 

        Por otro lado se preparó el patrón primario, que en este caso se requirió de 2 g. carbonato de sodio de (Na2CO3) en forma pulverizada, él que se depositó en una cápsula de porcelana y se calentó en una mufla a 250°C durante 30 minutos para posteriormente enfriarlo en un desecador. Ver Fig. 2.0

        Para realizar la titulación,  se calibró el potenciómetro mediante las soluciones buffer, posteriormente se agregaron 50 mL de la solución 0.1 N de HNO3 a una bureta. Fig.3.0

 

 

 

Fig. 3.0 "Calibración del potenciómetro"

 

Fig. 4.0 "Titulando el HNO3"

 

        Se disolvieron 0.1325g (Na2CO3)  en agua, ésta disolución se colocó en la parrilla de agitación con el agitador magnético,  en seguida se introdujo el electrodo del potenciómetro en el vaso de precipitados, se obtuvo la primera lectura del volumen de reactivo agregado y del  pH de la solución, a partir de esta lectura empezó la primera titulación.  Ver Fig. 4.0

        Para el tratamiento estadístico de los datos experimentales este proceso se repitió en siete corridas experimentales.

 RESULTADOS EXPERIMENTALES

Ver Gráficas de Resultados Experimentales

No. Corridas

Volumen Reactivo

Normalidades Experimentales

Normalidad Promedio

Desviación Estándar

Normalidad Experimental

1

25.25

0.099

     

2

24.15

0.104

     

3

25.05

0.100

     

4

24.25

0.103

     
      0.102 0.003 0.102 ± 0.003

Nota: Se presentan los resultados solo de cuatro corridas experimentales, pero los cálculos se realizaron con  los resultados de las siete corridas experimentales

DISCUSIÓN DE RESULTADOS:

        Para poder interpretar los resultados hay que recordar que nuestro principal objetivo fue determinar la concentración de un ácido, mediante la titulación.   Al realizar la determinación de la concentración nos encontramos con varios factores que alteraron nuestro sistema, el principal fue; que el ácido que manejamos presentaba otras sustancias desconocidas, además del agua, el carbonato de sodio debió estar deshidratado pero por descuido varias ocasiones lo dejamos al aire libre lo cual ocasionaba que el carbonato recuperara su humedad, además el potenciómetro que ocupamos fue de aguja, instrumento con el cual al momento de hacer las lecturas no presentaba una buena precisión, esto mismo ocurrió con el volumen, por consiguiente existe un cierto porcentaje de error en todas las mediciones.

CONCLUSIONES:

        Podemos decir que la hipótesis planteada si se cumplió parcialmente debido a que calculamos la concentración del ácido nítrico al iniciar la experimentación cuyo valor fue de 0.1 N y después de la experimentación  la concentración que se determinó fue algo menor esto debido a los factores ya mencionados.

        Para poder mejorar los resultados debemos manejar más cuidadosamente los reactivos, hacer las mediciones o lecturas con más precisión y utilizar un potenciómetro digital que nos dé las lecturas exactas, y así lograr menos errores.

BIBLIOGRAFÍA

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  • http://www.es.wikipedia.org/wiki/pureza

 

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