Informes prácticas, Ejercicios de Química

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Indicadores ácido-base, hidrólisis de sales y efecto de ion

común.

Introducción

Indicadores ácido base.

Los indicadores de ácido-base son sustancias que en disoluciones diluidas a un determinado pH experimentan cambios de propiedades físicas claramente perceptibles. En la mayoría de los casos, el cambio físico es un cambio de color; pero otros el viraje se manifiesta de forma de fluorescencia o cambio turbimétricos o físico-químicos.

Los indicadore s de PH mediante cambio de color tienen grupos cromóforos que proporcionan color gracias a la transición de electrones no enlazantes entre distintos átomos o grupos funcionales. Pero pueden aparecer formas del indicador en la que la disolución es incolora como es el caso de la fenolftaleina en medio básico. Los indicadores son por lo general bases o ácidos débiles cuyos cambios de color se deben a cambios estructurales ocasionados por el entorno del medio (cambio de pH) que afectan a los cromóforos de sus moléculas. Los indicadores coloreados tienen un color bien definido hasta un valor determinado de pH. Para otros valores de pH a partir de dos unidades por encima del anterior tienen otro color distinto. En la zona de viraje (zona de dos unidades entre ambos pH), presentan un color que es una mezcla, en diferentes proporciones, de los dos colores extremos. Los equilibrios de disociación son muy rápidos en general, aunque en algunos casos como el de la fenolftaleina, este cambio es lento.

Hidrólisis de sales

Cuando disolvemos ciertas sales en agua se altera el pH, esto se puede explicar mediante la teoría de Brönsted que introduce el concepto de hidrólisis o reacción con el agua:

Sal de ácido débil y base fuerte Es el caso del acetato de sodio. En presencia de agua esta sal se disuelve en sus iones: ion acetato (CH₃COO⁻) y en el ion sodio (Na⁺). Brönsted considera al ion sodio un ácido tan débil que es casi inerte. Por tanto, es el ion acetato, una base débil, el que va a reaccionar con el agua para recuperar el protón necesario para volver a formar el ácido del que proviene, el ácido acético, dando OH⁻ al medio formando un medio básico.

Sal de ácido fuerte y base débil Es el caso del cloruro de amonio. En presencia de agua esta sal se disuelve en sus

iones: Ion amonio (NH₄⁺) y ion cloruro (Cl⁻). Brönsted considera al amonio un ácido débil que se hidrolizará formando hidróxido de amonio, captando el OH⁻ de la molécula del agua y cediendo H⁺ al medio resultando un medio ácido.

Sal de ácido y base fuertes Como es el caso del cloruro sódico, esta sal en agua se disuelve en sus iones que proceden de ácidos y bases fuertes (NaOH y HCl). Según Brönsted estos iones son prácticamente inertes y no alteran el pH del medio.

Sal de ácido débil y base débil

En este caso, al disolverse esta sal en presencia de agua se separará en sus iones, en este caso como ambos iones proceden de ácidos y bases débiles sufrirán hidrólisis. La base captará el protón del agua para formar el ácido débil del que proviene cediendo al medio OH-, aumentando le pH. El ácido hará lo contrario, captará el ion hidróxido del agua para formar la base débil de la que proviene cediendo H⁺ al medio, disminuyendo el pH. De manera que el pH resultante de este medio será la diferencia entre la actividad del ácido y de la base, es decir, es independiente de la concentración de sales sino de su capacidad ácida o básica.

Efecto ion común

El efecto ion común se produce cuando añadimos dos sales a un medio que tenga un ion en común como es el caso del cloruro de sodio y el bromuro de sodio. Al disociarse ambas sales darían ion sodio lo que provocaría la disminución de la solubilidad de este, alterando el equilibrio, desplazándolo para compensar la variación de la concentración. Por ejemplo, si son ácidos los que están en juego: al encontrarse un ion común, se produciría una compensación a la izquierda y por tanto, el pH aumentaría ya que se protonaría el ion debido a la disminución de su solubilidad.

El objetivo de la práctica es la comprensión de la teoría antes descrita mediante una serie de experimentos que tienen como finalidad la observación de los efectos que se dan cuando añadimos un indicador de pH, cuando se produce la hidrólisis de sales procedentes de ácido/base o el efecto del ion común mediante la formación o redisolución de precipitados.

La realización la dividiremos en los tres campos de conocimiento (estudio de la acción de indicadores, la hidrólisis de sales y el efecto de ion común)

Para estos experimentos no es necesario ser tan preciso en la medición de concentraciones como en otras prácticas.

Efecto del ion común Cogemos un tubo de ensayo y añadimos 2 o 3 ml de agua y agregamos una gota de NH4OH 2N. Agregaremos una gota de fenolftaleína y podremos observar como la disolución se vuelve de color morado. Después añadiremos a nuestra disolución varias gotas de NH4Cl y observaremos como el color se clarea.

En un tubo de ensayo añadiremos 20 gotas de MgCl2 2N y agregaremos 10 gotas de NH4OH 2N. Observaremos un precipitado que volverá a disolverse en el momento en el que añadamos 20 gotas de NH4Cl y agitemos.

Esterificación y saponificación

Introducción

Llamamos esterificación a toda reacción de sustitución nucleófila sobre el grupo carbonilo de las sales, cloruros de ácido o anhídridos de ácido que en presencia de un catalizador ácido con alcoholes permiten obtener ésteres. Los ésteres son mucho menos reactivos que los cloruros de ácido o los anhídridos de ácido. Por consiguiente, para hidrolizar un éster a ácido carboxílico es necesario calentarlo con agua y un ácido o una base como catalizador.

Si una reacción de hidrólisis se lleva a cabo en medio básico, se denomina reacción de saponificación. Las grasas de animales son mezclas de ésteres de ácidos de cadena larga y glicerina. Calentando los ésteres en presencia de una base y agua, se obtiene glicerol y las sales de los ácidos de cadena larga, que en medio acuoso forman micelas y, por ello, tienen la propiedad de emulsionar y solubilizar la grasa.

El objetivo de la práctica es el ensayo de las reacciones de esterificación y saponificación a pequeña escala utilizando como reactivos de partida el acetato sódico y un aceite vegetal, utilizando el material de laboratorio necesario para esta práctica (mecheros y soluciones de ácidos y bases concentradas)

La realización de la práctica consta de dos experimentos.

El primero se realizará utilizando un tubo de ensayo en el que se añadirá la suficiente cantidad de acetato sódico como para que se cubra el fondo del tubo y añadiremos, primero, veinte gotas de etanol y, luego, 5 gotas de ácido sulfúrico. Calentaremos con el mechero bunsen (para no quemarnos utilizaremos una pinza de madera). Oleremos que el producto desprende un olor parecido a la cola. Después, añadiremos 1 ml de agua destilada para diluirlo y agregaremos una gota más de ácido sulfúrico. Volveremos a calentar en el mechero y el olor del producto debe ser algo parecido al vinagre.

Para el segundo experimento cogeremos un tubo de ensayo al que añadiremos 60 gotas de hidróxido sódico 10N, después agregaremos 20 gotas de aceite y calentaremos durante más de cinco minutos, procurando que no llegue a ebullir. Finalmente observaremos como se va solidificando nuestra muestra obteniendo una masa amarillenta que huele a jabón. Esto se explica por la saponificación del éster con la base, formando jabón.

El resultado del primer experimento ha sido formar cola, la cola industrialmente se puede obtener de distintas maneras en el caso de los adhesivos de fusión por calor están conformados por termoplásticos y elastómeros que se funde sobre la superficie a pegar si son calentados, siendo el grupo de alto rendimiento poliésteres. El resultado del segundo experimento la saponificación directamente sobre la grasa al reaccionar el álcali con la grasa, obteniendo el jabón y glicerina.