Jesús-Física-y-Química: tec 2011-2012
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Jesús-Física-y-Química: TEC 2011-2012            EXPERIENCIAS CON pHUna reacción ácido-base o reacción de neutralización es una reacción química que ocurre entre un ácido y una base obteniendo como productos una sal y agua. ácido+ + base- → sal + agua Existen varios conceptos que proporcionan definiciones alternativas para los mecanismos de reacción involucrados en estas reacciones, y su aplicación en problemas en disolución relacionados con ellas. La definición de Arrhenius se puede resumir como "los ácidos forman iones hidrógeno en solución acuosa, mientras que las bases forman iones hidróxido". En la definición de Brønsted-Lowry, un "ácido es un compuesto que puede donar un protón, y una base es un compuesto que puede recibir un protón". Así que una reacción ácido-base es la eliminación de un ion hidrógeno del ácido y su adición a la base. Lewis define base al compuesto que puede donar un par electrónico, y ácido como un compuesto que puede recibir dicho par electrónico El pH (potencial de hidrógeno) es una medida de la acidez o alcalinidad de una disolución. El pH indica la concentración de iones hidronio [H3O+] presentes en determinadas sustancias. Se define como el logaritmo negativo en base 10 de la concentración de los iones hidrógeno. Esto es: pH = - log10[H3O+] El pH típicamente va de 0 a 14 en disolución acuosa, siendo ácidas las disoluciones con pH menores a 7 (el valor del exponente de la concentración es mayor, porque hay más protones en la disolución), y alcalinas las que tienen pH mayores a 7. El pH = 7 indica la neutralidad de la disolución (cuando el disolvente es agua). La determinación del pH es uno de los procedimientos analíticos más importantes y más usados en ciencias tales como química, bioquímica y la química de suelos. El pH determina muchas características notables de la estructura y actividad de las biomacromoléculas y, por tanto, del comportamiento de células y organismos. Objetivos 1) Obtención de indicadores de pH. 2) Determinación del carácter ácido o básico de muchas sustancias. 3) Realización de experiencias. Materiales Lombarda Pétalos de rosas rojas o geranios Cúrcuma en polvo o curry Fenolftaleína o laxante Amoniaco Lejía Hidróxido de sodio Etanol Ácido clorhídrico Vinagre Hidrogenocarbonato de sodio Agua Vasos de precipitados Rejilla Tubos de ensayo Espátula Embudo Papel de filtro Pajitas (usadas para refrescos) Agitador magnético Procedimiento En todas las prácticas el procedimiento es similar. Fabricar el indicador de pH y comparar el cambio de pH que se produce cuando se añaden al indicador sustancias ácidas o básicas. 1) INDICADOR DE pH A PARTIR DE LOMBARDA En primer lugar se trocea finamente un par de hojas de col lombarda y se introducen en el cazo. Se agrega agua y se calienta. Se mantiene en ebullición durante unos 10 minutos y posteriormente se retira del fuego para dejarla enfriar. A continuación se filtra el líquido de las hojas usando un embudo con papel de filtro. El líquido que se ha obtenido es el indicador de pH, que tendrá un intenso color violeta. Otra forma de obtener el extracto es machacar con un mortero las hojas de col lombarda finamente troceadas con unos 100 ml de alcohol etílico, en lugar de hervirlas con agua. Luego se filtra el extracto con el embudo y el papel de filtro. Para conservarlo más tiempo se puede congelar o bien agregarle una octava parte de su volumen de alcohol etílico. Se puede impregnar tiras de papel de filtro de café con el extracto y dejarlo secar sobre placas de vidrio limpias. La relación entre el pH y color del extracto de lombarda se muestra en la siguiente tabla. 2) INDICADOR DE pH A PARTIR DE PÉTALOS DE ROSA Para obtener el extracto de los pétalos de una rosa roja se sigue un procedimiento idéntico al empleado para obtener el extracto de col lombarda cuando se usa alcohol etílico. En primer lugar troceamos finamente los pétalos y se introducen en un recipiente. Después se agregan unos 50 ml de alcohol etílico y se machacan los pétalos con una maza y un mortero. Finalmente, se filtra el extracto usando un embudo con papel de filtro. El líquido obtenido es el indicador de pH, que tendrá un ligero color rojizo. La relación entre el pH y color del extracto de pétalos de rosa roja se muestra en la siguiente tabla. 3) INDICADOR DE pH A PARTIR DE CURCUMINA La curcumina se obtiene de una especia que procede de la raíz de la cúrcuma (cúrcuma longa), una planta herbácea de la India, cuyas raíces se emplean como condimento, tinte y estimulante medicinal desde hace siglos. Se emplea en alimentación (E-100) como colorante amarillo o como aromatizante (BOE, 1996). La cúrcuma en polvo, necesaria para obtener la curcumina, puede encontrarse en la sección de especias de las tiendas de comestibles o supermercados. Si no se dispone de cúrcuma se puede usar curry en su lugar. El procedimiento a seguir para obtener el indicador de curcumina es el siguiente. En primer lugar se agrega una cucharadita de cúrcuma o curry a unos 50 ml de alcohol etílico o etanol. Se agita vigorosamente y se deja reposar un par de minutos. Debe repetirse el proceso anterior unas tres veces con el fin de extraer la mayor cantidad posible de extracto. A continuación se emplea un embudo con papel de filtro para separar el líquido obtenido del sólido. El líquido tendrá un intenso color amarillo. El extracto se puede conservar tal cual o bien se pueden impregnar tiras de papel de filtro con el extracto y dejarlas secar. La relación entre el pH y color del extracto de pétalos de rosa roja se muestra en la siguiente tabla. 4) INDICADOR DE pH A PARTIR DE FENOLFTALEÍNA La fenolftaleína es un indicador de pH muy conocido que se utiliza sobretodo para valoraciones ácido-base en química analítica, aunque también puede usarse para medir el pH de una disolución, pero de forma cualitativa. La principal dificultad que surge a la hora de preparar este indicador de pH es conocer dónde puede adquirirse sin tener que recurrir a una distribuidora de reactivos químicos. Afortunadamente, la fenolftaleína se usa ampliamente en la industria farmacéutica como principio activo de algunos medicamentos laxantes, lo cual facilita su adquisición en cualquier farmacia. El procedimiento a seguir para obtener el indicador de fenolftaleína es el siguiente. En primer lugar se agrega la pastilla laxante a 50 ml de alcohol etílico. Se tritura la pastilla todo lo que se pueda con el fin de extraer la fenolftaleína. Se remueve y se deja reposar un par de minutos. A continuación se separa el líquido obtenido del sólido, empleando un embudo con papel de filtro. Puede que el líquido tenga un ligero color amarillo por los excipientes y otros principios activos que contiene el medicamento. El extracto se puede conservar tal cual en un recipiente cerrado para evitar que el alcohol se evapore. La relación entre el pH y color de la fenolftaleína se muestra en la siguiente imagen. 5) CARÁCTER ÁCIDO O BÁSICO DE LAS SUSTANCIAS Para observar los cambios de color que se producen en los extractos obtenidos al variar el pH, se coloca un poco de agua en los tubos de ensayo. A continuación se agrega a cada uno de los tubos un poco del extracto que queramos estudiar. El tubo central se usará como patrón, mientras que los restantes se usarán para determinar las variaciones de color al agregarles diversas sustancias (amoniaco; lejía; hidróxido de sodio; etanol; ácido clorhídrico; vinagre). En principio, no tiene por qué conocerse el carácter ácido o básico de las sustancias empleadas. Conviene destacar que es más fácil observar los colores colocando un folio blanco debajo de la gradilla. 6) EXPERIENCIAS 6.1) ACIDEZ DEL AIRE EXPULSADO POR LOS PULMONES Haciendo uso del extracto de col lombarda se puede demostrar fácilmente que el CO2 que espiramos se disuelve parcialmente en el agua y que, además, es capaz de acidificar una disolución ligeramente básica. En primer lugar, se vierten unos 50 ml agua en un vaso y se le añade la cantidad necesaria de indicador de pH de col lombarda para que la disolución tenga un color apreciable. A continuación se agregan unas gotas de amoniaco a la disolución coloreada hasta que ésta adquiera una coloración verdosa. Se toma la mitad de esa disolución y se introduce en otro vaso o tubo, que será el color de referencia. Seguidamente se sopla a través de la pajita en el interior de la disolución durante un minuto (parando para respirar). La disolución cambiará de color volviéndose azul. 6.2) TRANSFORMAR AGUA EN VINO Transformar agua en vino (y vino en agua) es un truco clásico de magia. En este truco el mago toca con su varita un tubo o vaso lleno de “agua” y rápidamente lo vierte en una típica copa de vino, pero vacía. De repente el “agua” se convierte en “vino rosado”. Luego añade el “vino rosado” a un tercer vaso y se transforma de nuevo en “agua”. Se puede hacer este truco sin saber nada de magia, empleando algunos de los compuestos químicos que se han usado en este trabajo. Para ello se necesita una cucharilla, dos vasos, una copa de vino, sosa cáustica, agua fuerte (disolución de HCl), fenolftaleína y agua. El procedimiento, añadiendo la teatralidad que se quiera, sería el siguiente. Se llena un vaso con agua y se le añade unos mililitros de fenolftaleína. Esta disolución sería el “agua”. A continuación se prepara una disolución de NaOH y otra de HCl de similar concentración. Se añade 1 gota de NaOH a una copa, 2 gotas de HCl a un vaso, 3 gotas de NaOH a otra copa y 4 gotas de HCl a otro vaso. Seguidamente se añade el “agua” contenida en el vaso a la copa de vino, que contiene 1 gota de NaOH, y adquirirá inmediatamente un color rojo violáceo, que es el de la fenolftaleína en medio básico. A continuación se vierte el “vino” al siguiente vaso, donde se ha añadido 2 gotas de HCl, y la disolución pierde de nuevo su color, pues la fenolftaleína en medio ácido es incolora. Finalmente, se repite el procedimiento con la copa y el vaso que queda, convirtiendo el “agua” en “vino” y el “vino” en “agua” una vez más. Memoria Escribir un artículo científico sobre las experiencias realizadas, prestando especial interés en los resultados, discusión y conclusiones. Responder además a las siguientes cuestiones: ¿Qué estructuras moleculares tiene la cianina (presente en la lombarda) cuando está en medio ácido y en medio básico? ¿Por qué es necesario congelar o mantener en el frigorífico el extracto de lombarda? ¿Qué estructura molecular tiene la curcumina en medio ácido? ¿Qué estructuras moleculares tiene la fenolftaleína cuando está en medio ácido y en medio básico? ¿Qué estructura química tiene la lejía? ¿Qué reacciones químicas ocurren cuando se expulsa el CO2 con el agua? ¿Qué otras sustancias que posees en casa tienen carácter ácido o básico, a parte de las usadas en esta práctica? EXPERIENCIAS CON pH RESUMEN Esta practica relacionada con trabajos con el pH de algunas sustancias la hemos dividido en tres partes principales que son: indicadores de pH ( que a su vez se divide en cinco partes), acidez del aire expulsado por los pulmones y transformar el agua en vino. INTRODUCCIÓN El pH es un parámetro que nos indica si una sustancia es base (pH 8 - 14), neutra (pH 7) o ácida (pH 1- 6). En esta practica hemos trabajado con el realizando indicadores caseros y averiguando el pH de algunas sustancias como el aire que expulsan nuestros pulmones. MATERIALES Y MÉTODOS Los materiales utilizados en esta practica han sido los siguientes: Lombarda, pétalos de rosas rojas o geranios, cúrcuma en polvo o curry, fenolftaleína o laxante, amoniaco, hidróxido de sodio, etanol, ácido clorhídrico, vinagre, hidrogenocarbonato de sodio, agua, vasos de precipitados, tubos de ensayo, espátula, embudo, papel de filtro, pajitas (usadas para refrescos), agitador magnético, gradilla, mortero, ácido sulfúrico, balanza electrónica, pipetas, vasos de precipitados, ácido nítrico, cuentagotas y tiras indicadoras de pH. Los métodos que utilizamos fueron diferentes en cada parte: Indicadores de pH: en esta parte primero troceábamos y machacábamos el material deseado ( lombarda, rosa,…) con ayuda del mortero en caso de que fuera necesario. Posteriormente preparamos una disolución con agua o con alcohol etílico. Acto seguido filtrábamos (en caliente en caso de la lombarda cocida) la disolución y ya teníamos nuestros indicadores de pH preparados. Después añadíamos las sustancias a estudiar y analizamos los resultados. Acidez del aire expulsado por los pulmones: en esta parte utilizamos el indicador de lombarda sobrante de la primera parte con 50 ml de agua, añadíamos unas gotas de amoniaco y posteriormente soplábamos sobre la mezcla hasta que cambiara de color. Transformar el agua en vino: al inicio preparábamos tres disoluciones, una de fenolftaleína otra de NaOH y la ultima de HCl. A continuación preparábamos cuatro vasos, los cuales contenían en este orden: 1 gota de NaOH, 3 gotas de HCl, 3 gotas de NaOH y 5 gotas de HCl. Para finalizar se añadía la fenolftaleína a los vasos por el orden en el que los hemos nombrado cambiando su color al pasar de un vaso a otro. RESULTADOS Los resultados obtenidos fueron los siguientes: - Indicadores de pH: en todos los casose orden del contenido de los tubos de ensayo es: amoniaco(1), vinagre(2), etanol(3), indicador solo(4), ac. Nítrico(5), ac. Clorhídrico(6) y ac. Sulfúrico(7). Lombarda cocida: Lombarda con alcohol etílico: Curcumina: Pétalos de rosa: Fenolftaleína: Agua: Debido a que el agua no cambio su color hicimos uso de las tiras de papel. - Acidez del aire expulsado por los pulmones: conseguimos soplando de forma continua este cambio de color: - Transformación del agua en vino: el resultado obtenido fue el esperado como se muestra en el video que se entregará en un Pen-drive. DISCUSIÓN - Indicador de pH: según los resultados obtenidos podemos valorar los indicadores que hemos realizado de la siguiente manera: la lombarda cocida, tiene un pH neutro y nos indica que los tubos 5,6 y 7 tienen un pH menor que 2, por lo tanto, ácido al igual que el vinagre cuyo pH resultante es 6 y por otro lado los tubos 1 y 3 son bases con pH mayor que 13 y 9 respectivamente; la lombarda con alcohol etílico, es incoloro por lo que no le podemos atribuir ningún pH siguiendo el indicador de esta práctica, sin embargo los tubos 5,6 y 7 tienen un pH menor que 2, el vinagre un pH 4, el tubo uno indica una base con pH 12 y el 3 un pH aproximadamente neutro cercano al 7; el indicador realizado con pétalos de rosa muestra resultados confusos ya que los colores resultantes no coinciden con los de la tabla que utilizamos para medir el pH con este indicador, posiblemente te deba a un exceso de agua , es decir, que la concentración de indicador sea menor que la necesaria; el curry como indicador marca que el tubo 1 tiene un pH superior a 9 mientras que los demás se quedan con un pH entre el 6 y el 9, podemos decir entonces que el curry no es un buen indicador puesto que que no aporta precisión sino que muestra valores aproximados, esto mismo ocurre con la fenolftaleína que indica un pH 12 para el amoniaco mientras que a los demás un pH inferior a 7; finalmente utilizamos como indicador el agua, pero debido a que no cambia de color utilizamos las tiras de papel que indican el pH, estas tiras muestran que los tubos 5,6 y 7 son ácidos con pH 1 al igual que el tubo 4 con pH 4 y los tubos 1 y 3 bases con pH 11 y 10 respectivamente y finalmente el agua muestra un pH 9. - Acidez del aire expulsado por los pulmones: con la mezcla de agua, indicador de lombarda y amoniaco queda una mezcla con pH 13, es decir, una base. Cuando soplamos lo que hacemos es hacer reaccionar el CO2 que expulsamos con la mezcla haciendo que esta pase a tener un color azulado, por lo tanto, la mezcla pasa a tener un pH menor acercándose a la neutralidad. - Transformación del agua en vino: lo que ocurre en esta practica es que la fenolftaleína actúa como indicador de pH y al tener contacto con el NaOH que es una base se vuelve rojo “convirtiéndose en vino”, lo contrario ocurre al entrar en contacto con el HCl, el indicador adquiere su color original indicando que este es ácido. CONCLUSIÓN - Indicador de pH: concluimos que el indicador mas preciso y fiable es el obtenido con la lombarda cocida gracias al cambio de color que experimenta la cianina en presencia de medio ácido o básico. - Acidez del aire expulsado por los pulmones: la conclusión obtenida es que el aire que expulsamos de nuestros pulmones es ácido ya acidifica la mezcla indicador que utilizamos disminuyendo su pH. - Transformación del agua en vino: la fenolftaleína adquiere color rojizo en medio básico y recupera el blanco o transparente en medio ácido. CUESTIONES - ¿Qué estructuras moleculares tiene la cianina (presente en la lombarda) cuando está en medio ácido y en medio básico? La cianina adquiere un color rojizo en medio ácido y amarillento-verdoso en medio básico. - ¿Por qué es necesario congelar o mantener en el frigorífico el extracto de lombarda? Porque al ser un liquido orgánico se puede descomponer y perder sus propiedades. - ¿Qué estructura molecular tiene la curcumina en medio ácido? Adquiere una estructura que le hace tener un color naranja oscuro casi marrón. - ¿Qué estructuras moleculares tiene la fenolftaleína cuando está en medio ácido y en medio básico? En medio ácido tiene un rolor rojo y en medio básico es transparente. - ¿Qué estructura química tiene la lejía? Hipoclorito de sodio (NaClO) - ¿Qué reacciones químicas ocurren cuando se expulsa el CO2 con el agua? El CO2 tiene carácter ácido lo que hace que la mezcla adquiera un color mas azulado gracias al indicador de lombarda. - ¿Qué otras sustancias que posees en casa tienen carácter ácido o básico, a parte de las usadas en esta práctica? El detergente (pH 10), la leche (pH 6,5), zumo de limon (pH 2), cerveza (pH 5),… 19 Experiencias con pH Página de |
