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Laboratorio 10.

Constante de disociación ácida de un tinte

Objetivo

Determinar la constante de equilibrio de la disociación de un indicador visual

ácido-base (rojo de metilo) utilizando medidas espectrofotométricas.

Introducción

En solución acuosa el rojo de metilo, un ácido orgánico débil, tiene estructura de

“zwitterion” y tiene una estructura resonante entre las dos formas, ácida y

básica. En soluciones ácidas el rojo de metilo existe en la forma de HMR

predominantemente y tiene un color rojizo. Cuando base es añadida se pierde

un protón y el HMR tiene estructura básica, MR- predominantemente, con un

color amarillo. La forma básica es amarilla porque absorbe azul y violeta pálido.

Entonces tenemos que la constante de ionización en equilibrio para el rojo de

metilo está dado por:

][

]][[HMR

MRHKC

(10-1)

basándonos en que la reacción existente es la siguiente,

HMR H+ + MR- ( 10-2)

2

Tomando log en ambos lados de la ecuacuión 10-1 tenemos que;

)][][log(

HMRMRpHpKC

( 10-3)

La constante de ionización puede ser calculada de medidas de la razón de

[MR-]/[HMR] a valores de pH conocidos.

Ya que las dos formas de rojo de metilo absorben fuertemente en el rango

visible, la razón de [MR-]/[HMR] puede ser establecida

espectrofotométricamente. Los espectros de absorción de rojo de metilo en

soluciones ácidas y básicas son determinadas y dos longitudes de onda son

seleccionados para analizar mezclas de ambas formas. Estas dos longitudes de

onda, 1 y 2, son escogidas de manera que en una la forma ácida tiene una

absortividad molar () mucho más alto comparado con la forma básica. Cuando

comparamos los valores de las absortividades molares de las soluciones básicas

en la longitud de onda de máxima absorción de las bases ocurre todo lo

contrario. Las absortividades molares de HMR y MR- son determinadas en la

longitud de onda que corresponde al máximo de absorción para cada una de las

especies. Construyendo una gráfica de Abs vs la concentración de la especie a

su longitud de onda máximo correspondiente podemos determinar el valor de

para [HMR] y [MR-]

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La composición de una mezcla (buffer) de [HMR] y [MR-] puede ser calculada a

partir de las absorbancias A1 y A2 a las longitudes de onda 1 y 2

respectivamente utilizado. Se establece de esta manera un sistema de

ecuaciones el cual se utiliza sistemáticamente para determinar las

concentraciones de las dos formas del rojo de metilo simultáneamente.

)510]([][

)410]([][

222

111

,

,

MRbHMRbA

MRbHMRbA

MRHMRtotal

MRHMRtotal

Estos valores entonces se utilizan en la ecuación de Henderson-Hasselbalch

para finalmente determinar el valor de pKc y Kc.

[ ]log[ ]a

MRpK pHHMR

( 10-4)

Procedimiento

1. En el laboratorio usted encontrará una solución estándar de rojo de metilo. Si

esta solución no está disponible, prepárela de la siguiente forma: tome 5.0 mL

de la solucion stock, añada 50 mL de etanol 95% en matraz erlenmeyer de 100.0

mL y diluir con agua destilada.

Formatted: Font: (Default)Arial, All caps, Lowered by 16pt

Deleted: A1 = a1,HMR [HMR] + a1,MR [MR-] ( 10-4)¶

A2 = a2,HMR [HMR] + a2,MR [MR-] ( 10-5)¶

Deleted: 6

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Solución “Stock”

300 mL Etanol 95% 1 g tinte sólido Matraz de 500 mL 50 mL etanol 95%

Matraz de 100 mL

Diluir con agua estilada

2. Preparación de las soluciones acidas: Agregar 5.0 mL de la solución

estándar, 5 mL de HCl 0.1 M a un matraz volumétrico de 50 mL. Diluir con agua

destilada. Luego tomar 25 mL de esta solución y diluya con HCl 0.01 M hasta 50

mL. Siga diluyendo hasta tener un total de cuatro soluciones. Para hacer el

calculo de las concentraciones de cada solución tome la concentración de la

solución estándar como 1.0 M.

5.0 mL

Solución estándar

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3. Preparación de las soluciones alcalinas: Agregar 5.0 mL de la solución

estándar, 10 mL de acetato de sodio 0.04 M a un matraz volumétrico de 50.0

mL. Diluir con agua destilada. Luego tomar 25 mL de esta solución y diluya con

acetato de sodio 0.01 M hasta 50 mL. Siga diluyendo hasta tener un total de

cuatro soluciones. Para hacer el calculo de las concentraciones de cada solución

tome la concentración de la solución estándar como 1.0 M.

50 mL 50 mL 50 mL 50 mL

25.0 mL

Matraz 50 mL Diluir con agua destilada

LUIS F. DE LA TORRE Y OLIVA M. PRIMERA

5.0 mL solución

5 mLHCL 0.1 M

25.0 mL 25.0 mL 25.0 mL

Diluir con HCl 0.01 M

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4.Preparación de las soluciones amortiguadoras:

- Agregar 5.0 mL de la solución estándar, 10 mL de acetato de sodio 0.04

M, 1.0 mL de ácida acético 0.1 M y luego completar el volumen hasta 50.0

mL con agua destilada.

- Preparar otras cuatro soluciones utilizando 5 mL de solución estándar y 10

mL acetato de sodio 0.04 M. Además añadir 2, 4, 6, y 10 mL de ácido

acético 0.1 M a cada una respectivamente y diluir con agua destilada

hasta 50 mL.

- Determinar el pH de cada una de las soluciones preparadas utilizando el

metro de pH.

Matraz 50 mL Diluir con agua destilada

25.0 mL

50 mL 50 mL 50 mL 50 mL

25.0 mL

5.0 mL de la Solución

10 mL de acetato de Sodio

LUIS F. DE LA TORRE Y OLIVA M. PRIMERA

25.0 mL 25.0 mL

Diluir con acetato de sodio 0.01 M

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5. Medidas espectrofotométricas

- Determine la longitud de onda máxima (λ1 y λ2) realizando un rastreo (barrido)

de Absorbancia vs λ entre 300 – 600nm con las solución ácida y básica mas

concentrada.

- Determine las absorbancias de las soluciones en ambos largos de onda.

Cálculos

1. Determinar la concentraciones partiendo que la concentración del estándar es

1.0 M.

2. Graficar Absorbancia versus concentración del tinte para las soluciones

ácidas y básicas a ambos largos de onda, λ1 y λ2. Determine las pendientes de

las graficas utilizando los cuadrados mínimos.

1.0 mL de acido acético 0.1M

Diluir con agua destilada

5.0 mL solución estándar 10.0 mL de acetato de sodio

0.04M

Matraz 50.0 mL Matraz 50.0 mL Matraz 50.0 mL Matraz 50.0 mL Matraz 50.0 mL

2.0 mL de acido acético 0.1M

4.0 mL de acido acético 0.1M

6.0 mL de acido acético 0.1M

10.0 mL de acido acético 0.1M

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Estos valores de las pendientes corresponden a los coeficientes de extinción

molar para ambas especies a ambos largos de onda.

(I) 1, HMR (III)

1,MR

(II) 2, HMR (IV)

2,MR

3. Resolver el Sistema de 2 Ecuaciones y 2 Desconocidas para obtener HMR

y MR para cada Solución Amortiguadora.

][][

][][

222

111

,

,

MRbHMRbAMRbHMRbA

MRHMRtotal

MRHMRtotal

4. Determinación de pKa usando la ecuación de Henderson-Hasslebach. Para

las soluciones amortiguadoras grafique pH versus log [MR-]/[HMR] y obtenga el

pKa a partir del intercepto. Incluya la gráfica con el reporte.

[ ]log[ ]a

MRpK pHHMR

5.Compare el valor de pKa reportado en la literatura

pKA PROMEDIO = __________ pKA LITERATURA = 5 % ERROR = _______ KA PROMEDIO = ___________ KA LITERATURA = 1.05 X 10-5 % ERROR = _________

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Referencias

Atkins, P., Physical Chemistry. 5Th ed. C8-C14. Freeman, New York. 1994

Castellan, G., Fisicoquímica. 2nd ed. 140-141. Addison Wesley. N.Y. 1971.

CRC Handbook of Chemistry and Physics. 58Th ed. Weast, Robert ed. CRC

Daniels, F. et.al, Experimental Physical Chemistry. 7Th ed. 18-21. McGraw Hill,

New York. 1971

Press. West Palm Beach, 1978.