Análisis Potenciométrico de una cola Jesús Avilés Ortiz Nichole E. Montero Marín Jonathan Miranda Álvarez Angélica M. Hernández Ortiz

Introducción

Objetivos Obtener una curva de titulación de ácido fosfórico. Determinar la forma en que existe el ácido fosfórico a distintos pH. Entender porque se formaban dos puntos de equivalencia en la curva de titulación del ácido fosfórico.

Importancia Se utilizó el método de análisis potenciométrico para determinar la concentración de ácido fosfórico en la cola. También se aplica esta técnica en sondas sensibles a gases o líquidos, para realizar valoraciones potenciométrica. Este método es utilizado bastante debido a que es más preciso, exacto y seguro que utilizar una titulación manual. Titulación manual es una titulación que requiere indicadores en el momento de realizar la titulación. Análisis potenciométrico se utiliza cuando es difícil detectar concentraciones con un indicador.

Teoría El experimento se basa en un análisis potenciométrico el cual se refiere a una técnica electroanalítica con la que se determinan concentraciones de una especie electroactiva en una dilución utilizando un electrodo como referencia. Luego de realizar la gráfica, se determinaron los respectivos pKa de la solución. El pKa es la fuerza que presenta las moleculas para disociarse. Para calcular el pKa es a tráves del logaritmo negativo de su constante de acidez. La constante de acidez es una relación entre la concentración del producto dividido entre la concentración del reactivo. La misma se calcula como diez a la menos pKa. Las reacciones de equilibrio fueron determinadas con los puntos de equivalencias presentados en la gráfica.

Reacciones Imagen 1. Ionización de ácido fosfórico en sus reacciones

Breve descripción del experimento Durante este experimento se utilizó la interfase con el sensor y electrodo con el propósito de determinar los cambios en pH. Se realizó una titulación con base (NaOH) y con esto se observaron los cambios en pH. Con estos resultados se determinaron los primeros dos pKa y los moles de ácidos fosfórico.

Procedimiento

Descripción breve del procedimiento Se calibraro el metro de pH con los amortiguadores de pH 4 y pH 10. Y se corroboró la calibración con el amortiguador de pH 7. Se calentó 100 mL de cola. Luego de esperar, se enfrió con hielo y se comenzó a titular con NaOH. Se procedió a descargar 0.5ml de NaOH y se anotó el pH.

Instrumento y/o Solución Datos Experimentales Tablas 1: Datos pre-experimentales a la titulación de ácido fosfórico Instrumento y/o Solución Cantidad Probeta de 100 mL con Coca-Cola 100 mL Vaso Precipitado de 400 mL con Coca-Cola Coca-Cola Hirviendo 4 min Bureta con NaOH 50 mL Descargas 0.5 mL

Resultados

Datos Experimentales Tabla 2. Datos obtenidos durante la titulación potenciométrica del Ácido Fosfórico

Datos Experimentales Tabla 3. Resultados obtenidos luego de la titulación de ácido fosfórico con hidróxido de sodio. Datos Resultados pH en #1 punto de equivalencia 4.3 pH en #2 punto de equivalencia 7.9 V(NaOH) en el #1 punto de equivalencia en mL 5.5 V(NaOH) en el #2 punto de equivalencia en mL 13.0 pKa 1 (H3PO4) 2.7 pKa 2 (H2PO4-) 6.5 Moles (H3PO4) 0.00055 Concentración molar (M) de H3PO4 en la cola 0.0055

Datos Experimentales Gráfica #1: Cambios en pH de la cola durante la titulación de 0.1M NaOH ** pto equivalencia semejantes a los teoricos

Cálculos Moles de NaOH x moles NaOH= 0.1 𝑚𝑜𝑙 1 𝐿 0.0055𝐿 =0.00055 𝑚𝑜𝑙 𝑁𝑎𝑂𝐻 Moles de H3PO4 moles de NaOH = moles de H3PO4 0.00055mol NaOH = 0.00055mol H3PO4 Concentración molar de H3PO4 en la cola: 0.00055𝑚𝑜𝑙 0.100 L =0.0055 𝑀 𝐻 3 𝑃𝑂 4 Volumen en el cual se encuentra el pka #1 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒 𝑁𝑎𝑂𝐻 𝑒𝑛 𝑃.𝐸 2 = 5.5 𝑚𝐿 2 =2.75 Volumen del NaOH en el cual se encuantra el pKa #2: 13𝑚𝐿 −5.5 𝑚𝐿 2 =3.75 𝑚𝐿 3.75 + 5.5 = 9.25mL

Discusión

Discusión/Conclusión Se midió el pH mediante una celda electroquímica sin paso de corriente apreciable. Punto de equivalencia con pH de 4.3. → H2PO4-. Base añadida completa la reacción Moles del ácido son semejantes a los moles de la base. 5.5 mL volumen de la cola reaccionando con NaOH. Punto de equivalencia con pH de 7.9 → HPO42-. Exceso de base = 13.0 mL HPO43- + H2O ↔ HPO4 2- + OH- [HPO4 2-] = [OH-] Punto de equivalencia teórico PO43-

Discusión / Conclusión Tabla 4. Comparaciones entre el pKa 1 y pKa 2 con los sus volúmenes tanto teóricos como experimental. pKa 1 pKa 2 Volumen (mL) Teórico 2.15 7.20 Pto. Eq. 1 Pto. Eq. 2 5.5 Experimental 2.7 6.5 7.5 pKa 1 pKa 2 Razón de variación: Diferencia en los pKa experimentales y el teórico: H3PO4 se encuentra de manera impura esto es debido a que la cola no es sustancialmente pura en el medio a analizarse ya que se encuentra con agua carbonatada, azúcar, caramelo entre otros compuestos.

Referencias Trujillo-Piña, A. L., Vega Sánchez, P., & Barajas Bermúdez, L. (n.d.). Potenciometría: Usos y Aplicaciones. Retrieved March 09, 2016, from http://www.posgradoeinvestigacion.uadec.mx/CienciaCierta/CC38/4.html#.VuDE25wrLIV Potenciometra. (n.d.). Retrieved March 09, 2016, from http://ciencia-basica-experimental.net/potenciometria.htm Química y Ciencia. (n.d.). Retrieved March 09, 2016, from http://laquimicaylaciencia.blogspot.com/2011/03/potenciometria.html ÁCIDO FOSFÓRICO. (n.d.). Retrieved March 09, 2016, from http://www.ehu.eus/biomoleculas/buffers/buffer1.htm

Apéndice

Discusión/Conclusión El método potenciométrico consiste en medir el pH mediante una celda electroquímica sin paso de corriente apreciable. El mismo fue sumergido en una solución de 100 ml de refresco, el cual se procedió a titular con una solución de NaOH a 0.1M, esta solución básica se aplicaba a la bebida de cola cada 0.5 ml. El primer punto de equivalencia fue determinado con un pH de 4.3. En ese punto, el ácido fosfórico se encontraba en su forma de H3PO4. El segundo punto de equivalencia fue a un pH de 7.9 y el ácido fosfórico se encontraba como HPO42-. Luego del segundo punto de equivalencia, se considera un exceso de NaOH en la solución (cola). Resumir -> bullets

Discusión/Conclusión Uno de los objetivos del experimento fue conocer la cantidad de moles de NaOH en la sustancia luego de titularse y para esto se tomó la concentración con los mililitros del primer punto de equivalencia, 5.5 ml dando como resultado 0.00055 moles de NaOH. Conociendo esa cantidad de moles, se concluyó que la misma cantidad de base es la misma que reacciona con el ácido.

Formas en las que se encuentra el ácido fosfórico en diferentes puntos de la curva de titulación Antes del primer pKa ( pH=2.5) 𝐻 3 𝑃𝑂 4 > 𝐻 2 𝑃𝑂 4 − En el primer pKa (pH=2.7) 𝐻 3 𝑃𝑂 4 = 𝐻 2 𝑃𝑂 4 − Después del primer pKa (pH=3.0) 𝐻 3 𝑃𝑂 4 < 𝐻 2 𝑃𝑂 4 − En el primer punto de equivalencia (pH=4.3) 𝐻 2 𝑃𝑂 4 − Antes del segundo pKa (pH=5.9) 𝐻 2 𝑃𝑂 4 − > 𝐻𝑃𝑂 4 −2 En el segundo pKa (pH=6.5) 𝐻 2 𝑃𝑂 4 − = 𝐻𝑃𝑂 4 −2 Después del segundo pKa (pH=6.9) 𝐻 2 𝑃𝑂 4 − < 𝐻𝑃𝑂 4 −2 En el segundo punto de equivalencia (pH=7.9) 𝐻𝑃𝑂 4 −2 *Nota: En la siguiente grafica aparecen los puntos identificados.

Datos Experimentales Gráfica: Cambios en pH de la cola durante la titulación de 0.1M NaOH