Universidad Gran Mariscal de Ayacucho

Facultad de Ingeniería

Escuela de Ingeniería Ambiental y de los Recursos Naturales

Núcleo Maturín

24/01/2006

INDICE

INTRODUCCIÓN…………………………………………………………….... 2

OBJETIVOS GENERALES……………………………………………………..3

OBJETIVOS ESPECIFICOS…………………………………………………....3

MARCO TEORICO……………………………………………………………..4

MARCO EXPERIMENTAL…………………………………………………….9

RESULTADOS………………………………………………………………...12

ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS………………………………………….13

CONCLUSIÓN………………………………………………………………...15

BIBLIOGRAFÍA……………………………………………………………….16

INTRODUCCION

Una de las características que presentan las soluciones, además de los solutos y solventes que la componen, es su grado de acidez o de basicidad, la cual se determina mediante un estudio de su pH.

En otras oportunidades hemos dicho que el pH es una medida de la actividad del ión hidronio en una determinada muestra, concepto que a lo largo del presente trabajo será más desarrollado, por la diferencia de soluciones los científicos se han visto en la necesidad de desarrollar diversos tipos de materiales o equipos para determinar el pH de la solución, entre estos tenemos: los papeles tornasol, Azul de bromofenol, Anaranjado de metilo, Rojo de metilo, Azul de bromotimol, Tornasol, Fenolftaleína, Amarillo de alizarina y el pHmetro. Cada uno de los cuales presentan caracteristicas diferentes en medios ácidos y básicos, pero que serán explicados posteriormente.

Ahora bien cuando una mezcla de compuestos o puede separarse ni por diferencias en las propiedades físicas ni por las diferencias de velocidad entonces debe recurrirse a las diferentes propiedades químicas de los componentes, lo cual proporciona en muchos casos una mayor facilidad para la separación. El principio fundamental para la separación requiere que haya diferencia marcada en el carácter polar de los componentes. En muchos casos esta diferencia puede ser inducida por una transformación simple que generalmente conduce a la formación de sales. Una vez establecida la diferencia en la polaridad se puede efectuar la separación por extracción, que es el método más utilizado en los laboratorios, y es el que se dará a conocer para la realización de esta práctica.

OBJETIVOS GENERALES

Determinar los grados de acidez y de basicidad de determinadas soluciones.

Separar los componentes de una mezcla homogénea por el método de extracción.

OBJETIVOS ESPECIFICOS

Obtener el pH de una solución ácida (H2SO4) a través de métodos cualitativos y cuantitativos.

Obtener el pH de solución básica a través de métodos cualitativos y cuantitativos.

Extraer un compuesto orgánico de una solución usando diferentes tipos de solventes orgánicos.

Analizar el comportamiento de los distintos solventes orgánicos en un compuesto orgánico definido.

Estudiar las densidades de los compuestos orgánicos en reacción con el agua.

Determinar la característica de inmiscibilidad con el agua de los solventes orgánicos.

MARCO TEORICO

PH, término que indica la concentración de iones hidrógeno en una disolución. Se trata de una medida de la acidez de la disolución. El término (del francés Pouvoir hydrogène, 'poder del hidrógeno') se define como el logaritmo de la concentración de iones hidrógeno, H+, cambiado de signo:

pH = -log [H+]

donde [H+] es la concentración de iones hidrógeno en moles por litro. Debido a que los iones H+ se asocian con las moléculas de agua para formar iones hidronio, H3O+, el pH también se expresa a menudo en términos de concentración de iones hidronio.

En agua pura a 25 °C de temperatura, existen cantidades iguales de iones H3O+ y de iones hidróxido (OH-); la concentración de cada uno es 10-7 moles/litro. Por lo tanto, el pH del agua pura es -log (10-7), que equivale a 7. Sin embargo, al añadirle un ácido al agua, se forma un exceso de iones H3O+; en consecuencia, su concentración puede variar entre 10-6 y 10-1 moles/litro, dependiendo de la fuerza y de la cantidad de ácido. Así, las disoluciones ácidas tienen un pH que varía desde 6 (ácido débil) hasta 1 (ácido fuerte). En cambio, una disolución básica tiene una concentración baja de iones H3O+ y un exceso de iones OH-, y el pH varía desde 8 (base débil) hasta 14 (base fuerte).

El pH de una disolución puede medirse mediante una valoración, que consiste en la neutralización del ácido (o base) con una cantidad determinada de base (o ácido) de concentración conocida, en presencia de un indicador (un compuesto cuyo color varía con el pH). También se puede determinar midiendo el potencial eléctrico que se origina en ciertos electrodos especiales sumergidos en la disolución.

Un indicador es una sustancia natural o sintética que cambia de color en respuesta a la naturaleza de su medio químico. Los indicadores se utilizan para obtener información sobre el grado de acidez o pH de una sustancia, o sobre el estado de una reacción química en una disolución que se está valorando o analizando. Uno de los indicadores más antiguos es el tornasol, un tinte vegetal que adquiere color rojo en las disoluciones ácidas y azul en las básicas. Otros indicadores son la alizarina, el rojo de metilo y la fenolftaleína; cada uno de ellos es útil en un intervalo particular de acidez o para un cierto tipo de reacción química.

En la tabla se muestran algunos indicadores ácido-base, o de pH, con sus intervalos de viraje (intervalos de pH en los que cambian de color) y sus distintos colores según se encuentren en medio ácido o básico.

NOMBRE	INTERVALO DEL PH	COLOR ÁCIDO	COLOR BÁSICO
Azul de bromofenol	3,0 - 4,6	Amarillo	Púrpura
Anaranjado de metilo	3,1 - 4,4	Rojo	Amarillo
Rojo de metilo	4,2 - 6,2	Rojo	Amarillo
Azul de bromotimol	6,0 - 7,6	Amarillo	Azul
Tornasol	5,8 - 8,0	Rojo	Azul
Fenolftaleína	8,0 - 9,8	Incoloro	Rojo-violeta
Amarillo de alizarina	10,1 - 12,0	Amarillo	Violeta

Ya que el pH es simplemente una manera de expresar la concentración del ión hidrógeno, las disoluciones ácidas y básicas pueden identificarse por sus valores de pH, como se muestra a continuación:

Disoluciones ácidas	[H+] > 1.0x 10-7 M, pH < 7.00
Disoluciones básicas	[H+] < 1.0x 10-7 M, pH > 7.00
Disoluciones neutras	[H+] = 1.0x 10-7 M, pH = 7.00

En el laboratorio el pH se mide con un pH-metro. Los electrodos conectados al pH-metro se sumergen en la disolución a prueba y el pH se lee directamente en la escala.

Una escala análoga a la de pH puede obtenerse usando el logaritmo negativo de la concentración del ión hidróxido. Entonces se define el pOH como:

pOH= - log [OH-]

La materia se presenta bajo la forma de materiales, los cuales pueden clasificarse en sustancias puras y mezclas. Las sustancias puras poseen propiedades constantes, mientras que las mezclas presentan propiedades que varían según su composición.

Las mezclas son materiales formados por la unión de dos o más componentes o sustancias en proporciones variables. Estos componentes se pueden separar por medio de procedimientos o técnicas; mecánicos o físicos dependiendo del tipo de mezcla. Las propiedades de las mezclas están en función de la naturaleza y proporción de sus componentes.

Las mezclas se clasifican en homogéneas y heterogéneas a simple vista, es decir, opticamente las mezclas heterogéneas son aquellas en las cuales sus componentes se pueden distinguir como en el caso de las suspensiones, por ejemplo arena en agua. En las mezclas homogéneas no se pueden distinguir los componentes ni aun con el microscopio común.

Las mezclas son separables por procedimientos o técnicas específicas, según sea el tipo, para las mezclas heterogéneas se usan procedimientos mecánicos que incluyen las técnicas de:

• Filtración: es el proceso de separar un sólido suspendido (como un precipitado) del líquido en el que está suspendido al hacerlos pasar a través de un medio poroso por el cual el líquido puede penetrar fácilmente. La filtración es un proceso básico en la industria química que también se emplea para fines tan diversos como la preparación de café, la clarificación del azúcar o el tratamiento de aguas residuales. El líquido a filtrar se denomina suspensión, el líquido que se filtra, el filtrado, y el material sólido que se deposita en el filtro se conoce como residuo.

En los procesos de filtración se emplean cuatro tipos de material filtrante: filtros granulares como arena o carbón triturado, láminas filtrantes de papel o filtros trenzados de tejidos y redes de alambre, filtros rígidos como los formados al quemar ladrillos o arcilla (barro) a baja temperatura, y filtros compuestos de membranas semipermeables o penetrables como las animales. Este último tipo de filtros se usan para la separación de sólidos dispersos mediante diálisis.

• Centrifugación: En el método de centrifugación el mecanismo está dispuesto de forma que el vapor fluya hacia abajo en la parte exterior del cilindro giratorio, y hacia arriba en la región central del cilindro. Este procedimiento es utilizado cuando se requiere acelerar la sedimentación.

• Tamizado: permite separar partículas sólidas de distintos tamaños haciendo pasar la mezcla por un tamiz, el cual no es más que una malla que deja entre sus hilos una luz constante y conocida.

• Imantación: este proceso se aplica solo para reparar mezclas formadas por material magnético de otro componente que no lo es.

• Extracción o decantación: este proceso tiene su fundamento en la diferencia de densidades que hay en los componentes de la mezcla. Consiste en separar un componente de una mezcla por medio de un disolvente.

En el caso especifico de mezclas heterogéneas, por lo general, se utiliza una sustancia que sirve para extraer compuestos orgánicos de diferentes suspensiones. Ejemplo: tetracloruro de carbono (CCl4), acetona, benceno (solventes orgánicos), estos solventes cumplen la función de extraer especies químicas que en su composición contiene el elemento carbono, y usualmente, elementos tales como el oxigeno (O), hidrogeno (H), fósforo (P), Yodo (I) y nitrógeno (N), con la excepción del anhídrido carbónico, los carbonatos y los cianuros.

En el caso de que sea una mezcla de dos o más líquidos no miscibles, resulta útil emplear un instrumento diseñado especialmente para ello, llamado embudo de decantación, el cual posee una llave por donde el líquido más denso pasa, quedando el menos denso en el embudo. La densidad es la relación que existe entre masa y volumen de un cuerpo.

Para las soluciones se usan procedimientos físicos que incluyen las técnicas de:

• Destilación: proceso que consiste en calentar un líquido hasta que sus componentes más volátiles pasan a la fase de vapor y, a continuación, enfriar el vapor para recuperar dichos componentes en forma líquida por medio de la condensación. El objetivo principal de la destilación es separar una mezcla de varios componentes aprovechando sus distintas volatilidades, o bien separar los materiales volátiles de los no volátiles, la finalidad principal de la destilación es obtener el componente más volátil en forma pura. Por ejemplo, la eliminación del agua de la glicerina evaporando el agua, se llama evaporación, pero la eliminación del agua del alcohol evaporando el alcohol se llama destilación, aunque se usan mecanismos similares en ambos casos.

• Evaporación: conversión gradual de un líquido en gas sin que haya ebullición. A temperaturas por debajo del punto de ebullición, es posible que moléculas individuales que se aproximen a la superficie con una velocidad superior a la media tengan suficiente energía para escapar de la superficie y pasar al espacio situado por encima como moléculas de gas. Como sólo se escapan las moléculas más rápidas, la velocidad media de las demás moléculas disminuye; dado que la temperatura, a su vez, sólo depende de la velocidad media de las moléculas, la temperatura del líquido que queda también disminuye. Es decir, la evaporación es un proceso que enfría; si se pone una gota de agua sobre la piel, se siente frío cuando se evapora. En el caso de una gota de alcohol, que se evapora con más rapidez que el agua, la sensación de frío es todavía mayor.

• Cristalización: técnica de separación de disoluciones en la que las condiciones se ajustan de tal forma que sólo puede cristalizar alguno de los solutos permaneciendo los otros en la disolución. Esta operación se utiliza con frecuencia en la industria para la purificación de las sustancias que, generalmente, se obtienen acompañadas de impurezas.

En este proceso, una sustancia sólida con una cantidad muy pequeña de impurezas se disuelve en un volumen mínimo de disolvente (caliente si la solubilidad de la sustancia que se pretende purificar aumenta con la temperatura). A continuación la disolución se deja enfriar muy lentamente, de manera que los cristales que se separen sean de la sustancia pura, y se procede a su filtración. El filtrado, que contiene todas las impurezas, se suele desechar.

Para que la cristalización fraccionada sea un método de separación apropiado, la sustancia que se va a purificar debe ser mucho más soluble que las impurezas en las condiciones de cristalización, y la cantidad de impurezas debe ser relativamente pequeña.

• Cromatografía: técnica de análisis químico utilizada para separar sustancias puras de mezclas complejas. Esta técnica depende del principio de adsorción selectiva (no confundir con absorción). A medida que la disolución va filtrándose por la columna, cada componente de la mezcla precipita a diferente velocidad, quedando la columna marcada por bandas horizontales de colores, denominadas cromatogramas. Cada banda corresponde a un pigmento diferente.

La cromatografía en columna utiliza un amplio espectro de adsorbentes sólidos, incluidas la sílice, la alúmina y la sílice gelatinosa. También los líquidos pueden ser adsorbidos en estos sólidos y a su vez sirven como adsorbentes (un proceso denominado cromatografía de reparto) permitiendo al químico elaborar columnas de diferentes propiedades para diversas aplicaciones. En la cromatografía con líquidos de alto rendimiento, una variante de esta técnica de uso frecuente hoy en día, se utilizan líquidos adsorbidos en partículas muy pequeñas y uniformes, lo cual proporciona una sensibilidad bastante alta. Para llevar la mezcla a través de la columna se precisa una bomba. La cromatografía de capas finas es otra forma de cromatografía en columna en la cual el material adsorbente reposa en un cristal o en una película de plástico.

El uso de la cromatografía está ampliamente extendido en el análisis de alimentos, medicinas, sangre, productos petrolíferos y de fisión radiactiva.

MARCO EXPERIMENTAL

Experimento # 1

Determinación del incremento o decremento del pH en soluciones diluidas o variados volúmenes

Materiales y Equipos:

• Solución ácida (H2SO4 0,1N).

• Solución básica.

• Tubos de ensayo (14).

• Cilindro graduado (30ml).

• Vaso de precipitado.

• Piceta con agua.

• pH- metro.

• Buffer pH 4, pH 7 y pH 14.

• Indicador mixto.

• Fenolftaleina.

Procedimiento:

Para prepara diluciones ó soluciones diluidas de ácidos y de bases a las siguientes concentraciones, 3:30, 6:30, 9:30, 12:30, 15:30, 18:30, 30:30.

Usando la preparación anterior (solución de H2SO4 0,1N), se procedió a prepara 7 diluciones. Tomando 3ml de H2SO4 0,1N y trasvasándolo a el cilindro graduado de 30ml.

Luego se procedió a completar con agua hasta la línea de aforo.

Esta dilución se trasvaso a un tubo de ensayo, colocándole con marcador la concentración correspondiente (3:30).

Este proceso se repitió 6 veces más, con la diferencia de que en cada nueva dilución se aumentaba la cantidad de ácido, manteniéndose el volumen general de 30ml (3ml, 6ml, 9ml, 12ml, 15ml, 18ml, 30ml)

Este mismo proceso se aplico a la solución básica, indicando en el tubo de ensayo no solo su concentración sino también que es una base, para así no confundir las 7 diluciones de ácido con las 7 de base.

Primeramente se realizo el estudio cuantitativo de las diluciones ácidas y básicas

Se procedió a calibrar el pH- metro, de la siguiente manera, luego de encenderlo se introdujo el electrodo en el buffer de pH 7, se presiono calibrar y luego leer, posteriormente se limpio el electrodo con agua destilada y se seco bien, para seguidamente introducirlo en el buffer de pH 4, se presiono calibrar y luego leer, se limpio el electrodo y por ultimo se introdujo en el buffer de pH 14, se presiono calibrar y luego leer, quedando demostrado el buen funcionamiento del pH- metro se procedió a hacer las medidas en las muestras de ácidos y de bases.

El electrodo se introdujo en el primer tubo de ensayo (que contenía la dilución ácida), se presiono leer, y arrojo un resultado, este proceso se repitió en los 6 tubos de ensayos restantes.

Luego se limpiar bien el electrodo se introdujo en el tubo de ensayo que contenía la dilución básica, se presiono leer, y arrojo un resultado, proceso que se repitió en las otras 6 diluciones.

Posteriormente se realizo el análisis cualitativo de las diluciones ácidas y básicas

Se agregaron 3 gotas de un indicador mixto en 3 tubos de ensayo de dilución básica y en 4 tubos de ensayo de dilución ácida, agitando enérgicamente hasta observar los cambios.

Por ultimo se agregaron 3 gotas de fenolftaleina en 4 tubos de ensayo de dilución básica y en 3 tubos de ensayo de dilución ácida, igual que en el caso anterior se agito con fuerza hasta observar el cambio esperado.

Experimento # 2

Separación de Mezclas por Extracción

Materiales y Equipos:

• Compuesto Orgánico: Cristal Violeta.

• Solventes Orgánicos: Benceno, Tetracloruro de carbono Acetona, cloroformo.

• Vaso de precipitado (150ml).

• Embudo de Extracción con tapón (500ml).

• Soporte Universal con pinza nuez y tipo aro.

• Campana de extracción de gases.

• Espátula.

Procedimiento:

• Primeramente se agregó agua en el vaso de precipitado de 150ml.

• Usando una espátula se sacó granitos de cristal de violeta y se añadieron en el vaso de precipitado, se agitó constantemente hasta lograr que se disolviera completamente.

• Dentro de la campana de extracción de gases se procedió a colocar tres embudos de decantación, limpios y secos, sobre un aro en un soporte universal (esta práctica se realizó en el interior de la campana ya que durante su desarrollo se aunaban vapores tóxicos por los solventes orgánicos). Y procedió a encenderse la campana.

• Se trasvaso 50ml de la solución de cristal de violeta al embudo, y se le agrego 45ml del solvente orgánico (benceno).

• Se tapo el embudo y se invirtió, se sujeta firmemente la tapa y se agita con un poco de fuerza, abriendo constantemente la llave para liberar los gases del interior y disminuir la presión. Este proceso se repitió varias veces.

• Se colocó nuevamente el embudo sobre el soporte, se destapó y se espero un rato hasta que se visualizó la separación de las dos capas.

• Se colocó un vaso precipitado en la parte inferior (válvula) y se abrió la llave para recoger la fase inferior y la superior en otro.

• Este mismo proceso se repitió dos veces más, pero usando un solvente orgánico diferente en cada proceso. En el segundo se utilizó el tetracloruro de carbono y en el tercero acetona.

RESULTADOS

Experimento # 1

• Análisis Cuantitativo del pH en las diluciones ácidas y básicas:

Dilución Ácida	pH	Dilución Básica	pH
0:50		0:50
1:50		1:50
3:50		3:50
6:50		6:50
9:50		9:50
12:50		12:50
15:50		15:50

• Análisis Cualitativo del pH en las diluciones ácidas y básicas:

Dilución Ácida	Indicador	Cambio de color	Dilución Básica	Indicador	Cambio de color
0:50	Fenolftaleina	Incoloro	0:50	Mixto	Verde
1:50	Fenolftaleina	Incoloro	1:50	Mixto	Verde
3:50	Fenolftaleina	Incoloro	3:50	Mixto	Verde
6:50	Mixto	Rojo	6:50	Fenolftaleina	Fucsia
9:50	Mixto	Rojo	9:50	Fenolftaleina	Fucsia
12:50	Mixto	Rojo	12:50	Fenolftaleina	Fucsia
15:50	Mixto	Rojo	15:50	Fenolftaleina	Fucsia

Experimento # 2

Separación de Mezclas por Extracción

	En el Embudo de decantación
Solvente Orgánico	Fase Acuosa	Fase Orgánica
Benceno	quedo arriba	quedo abajo
CCl4	quedo abajo	quedo arriba
Cloroformo	quedo abajo	quedo arriba
Acetona	No se observó diferencia de fase

ANALISIS DE LOS RESULTADOS

Experimento # 1

• Análisis Cuantitativo del pH en las diluciones ácidas y básicas:

El pH depende de la concentración de iones H+ que presente la solución, en las que se estudiaron durante la realización de esta práctica se pudo observar, en el caso de las diluciones ácidas, que mientras mayor es la concentración del ácido diluido menor fue el número que arrojó el pH- metro, lo que indica (según la regla de la escala de pH) que mayor es la acidez de la dilución; mientras que en el caso de las diluciones básicas se pudo observar que mientras mayor es la concentración, mayor fue el número que arrojó el pH- metro, lo que indica (según la regla de la escala de pH) que mayor es la basicidad de la dilución.

• Análisis Cualitativo del pH en las diluciones ácidas y básicas:

Para determinar el tipo de pH de una dilución por medio de indicadores es necesario conocer como reacciona cada medio (ácido o base) frente a cada uno de los distintos tipos que existen (indicadores). En esta práctica se usaron un indicador mixto y la fenolftaleina. Se pudo observar que en el medio ácido el indicador mixto hizo que la dilución pasara de incolora a un leve color rojo, mientras que en el medio básico hizo que la dilución pasara de ser incolora a tener un tono verde claro. Por su parte la fenolftaleina en el medio ácido no produjo cambio alguno en la dilución, mientras que en el medio básico hizo que la dilución pasara de incolora a tener un tono fucsia.

Experimento # 2

Separación de Mezclas por Extracción

Con la utilización del Benceno como solvente orgánico:

Utilizando el benceno como solvente orgánico se observó que la fase acuosa quedó arriba y la fase orgánica quedó abajo (en el embudo de decantación), ésta es compuesto orgánico + solvente orgánico. Esto se reconoce por que el trabajo del solvente orgánico es atrapar el compuesto orgánico para separarlo del agua. El compuesto (benceno) es más denso que el agua y se dice que inmiscible por que no se mezcla con la fase acuosa.

2) Con la utilización del Tetracloruro de carbono como solvente orgánico:

En este caso la fase acuosa quedo abajo y la fase orgánica arriba, lo que nos indica que el agua es más densa que el solvente orgánico (CCl4) por la razón es Inmiscible.

3) Con la utilización de la Acetona como solvente orgánico:

En este caso no se observó diferencia entre el solvente y el compuesto, esto se debe a que no hay mucha diferencia de densidad entre ambos, esto también nos dice que la acetona no es miscible en agua, ya que se mezcla con gran facilidad.

4) Con la utilidad del cloroformo como solvente orgánico:

Utilizando el Cloroformo como solvente orgánico se observó que la fase acuosa quedó arriba y la fase orgánica quedó abajo (en el embudo de decantación),Esto se reconoce por que el trabajo del solvente orgánico es atrapar el compuesto orgánico para separarlo del agua y el cloroformo es inmiscible.

CONCLUSION

En la vida diaria hay situaciones que requieren una serie de conocimientos acerca del pH, como es el caso de la siembra, ya que para saber que tipo de suelo se pretende cultivar es necesario determinar su pH para no equivocarse en el fruto a sembrar. Existen distintos tipos de formar para determinar el pH, mediante indicadores que dependiendo del medio en el que se le coloquen adquirirán una tonalidad especifica, papeles tornasoles, fenolftaleina etc., y procesos más precisos como la medición por del pH- metro. Para utilizar correctamente este equipo es necesario conocer la escala del pH, la cual nos indica que el pH se mide del 0 al 14, del 0 al 6 el pH es ácido (y mientras más se acerca al 0 es más ácida), del 8 al 14 el pH es básico (mientras más se acerca al 14 es más básica), y 7 es neutra.

En cuanto a la separación de mezclas por extracción se utilizaron tres solventes, Benceno, Tetracloruro de Carbono y Acetona, confirmando de esta manera que la base en la cual se fundamenta la separación por extracción es correcta, ya los resultados esperados se obtuvieron con el benceno y el CCl4 ya que son de distinta densidad con respecto a el agua, es decir, inmiscibles con el agua; mientras que con la acetona se vio que necesariamente para ver la separación del compuesto se necesita un solvente inmiscible, el cual no era su caso, por lo tanto no produjo cambio alguno.

bibliografía

• CHANG, Raymond: Química. Cuarta Edición. Mc Graw. México, 1993.

• sherman, alan: conceptos básicos de química. primera edición. cecsa, méxico 1998

Intenet:

www.elrincondelvago.com

Titulo: El Ph y sus reacciones.

16/01/06

15:30