Equilibrio Acido-Base Vinasco J.a, Jaramillo D.b, Betancourt R.c Departamento Tecnología Química, Universidad del Valle, Campus Meléndez, Santiago de Cali, Valle del Cauca, COL Miércoles, 14 de marzo del 2007 Resumen En esta practica se realizaron 4 titulaciones acido-base con el fin de encontrar la concentración de acidez para el caso del vino y el vinagre y se determinó la cantidad de acido acetilsalicílico (AAS) que hay en una tableta de aspirina clásica y en la efervescente. Se estandarizó el NaOH con un patrón primario (Biftalato de potasio), luego se preparó la muestra de aspirina clásica para ser titulada, igualmente se hizo para la aspirina efervescente y el vinagre. Para la titulación del vino se calentó la muestra y se valoró posteriormente. Se recolectaron los datos de todos los grupos y se realizó un análisis estadístico. Ulteriormente se realizaron los cálculos para determinar la cantidad de AAS en la aspirina clásica y efervescente y estos fueron los datos obtenidos: 86,75%; 56,46%; para la acidez total, fija y volátil del vino: 3.359, 3.291 y 0.07 g/L de ácido tartárico (AT) y finalmente el pH del vinagre fue de 9,28 después de ser titulado. Palabras clave: patrón primario, AAS, Biftalato de potasio 1. Introducción La técnica de valoración o titulación consiste en medir el volumen de una solución de concentración exactamente conocida (solución estándar) que reacciona cuantitativamente con un volumen determinado de la solución de concentración desconocida a la cuál se le desea determinar la concentración exacta. Una reacción ácido-base termina cuando ocurre una completa neutralización. En este punto llamado Punto de Equivalencia los moles de la base reaccionan completamente con los moles del ácido. Un método para visualizar el término de la reacción es mediante el uso de indicadores ácidobase que son sustancias que presentan color diferente en medios ácido y básico. Por ello se puede seguir el desarrollo de una titulación a través del cambio de color de un indicador. Ejemplos de indicadores son: Azul de timol, Rojo de metilo, Fenolftaleína. Para realizar una titulación se debe conocer exactamente la concentración utilizada del agente titulante y para esto se hace una estandarización del titulante ya sea acido o base fuerte. Esto se realiza en un proceso de valoración donde la cantidad de una sustancia en disolución se a b c determina a partir de la cantidad consumida de un reactivo patrón. Las condiciones mínimas de este patrón es que este sea un compuesto de alta pureza ya que este se toma como referencia.¹ La aspirina es un medicamento analgésicoantipirético y antiinflamatorio que es muy utilizado, es talvez la droga mas utilizada en el mundo entero por esta razón debe tener un control de calidad muy minucioso. El acido acetilsalicílico es el principio activo de la aspirina y uno de los métodos de cuantificación de este, es por medio de la titulacion. La aspirina viene en dos presentaciones la clásica y la efervescente. La aspirina efervescente tiene dos ventajas sobre el organismo que no posee la tradicional. En primer lugar, ahorra al organismo el tiempo necesario para disolverla, ya que el componente gaseoso rompe, por decirlo de alguna manera, la pastilla en minúsculos trozos fácilmente solubles. Esto hace que, al llegar al estómago, el componente activo sea absorbido rápidamente, a lo que también ayuda el gas carbónico contenido en las burbujas.² La segunda ventaja es que una vez disociada, la aspirina -químicamente muy ácida- no puede volver a cristalizar y por tanto depositarse en las mucosas. Esto es así sólo en el caso de la efervescente.² El vino es una bebida ácida por naturaleza, el zumo de cualquier fruta sin madurar en exceso lo es. La acidez no es una característica del vino excesivamente tenida en cuenta por el consumidor salvo que predomine en exceso en el vino y provoque rechazo. Puede parecer que los ácidos no deban conferir cualidades particularmente beneficiosas al vino, pero, como casi todo en esta vida, si tienen que estar y parece claro que forman parte esencial de un vino, como el agua, el alcohol, o los taninos, mejor que estén en su justa medida. El vino contiene varios ácidos pero el principio activo de este es el acido tartárico ya que este es el que esta en mayor cantidad y por eso su acidez se da en unidades de g/L de este acido.³ El vinagre es un líquido agrio y astringente, producido por la fermentación ácida del vino, y compuesto principalmente de ácido acético y agua. Se utiliza como condimento y conservante de sabor agrio que contiene cerca de un 4% de ácido acético. El vinagre es el resultado de dos fermentaciones. En la primera, una levadura convierte el azúcar en alcohol, dando lugar a un caldo con un contenido alcohólico de un 6 a un 9%. Éste es sometido a una segunda fermentación por Acetobacter, un género de bacterias aeróbicas, dando lugar a ácido acético. 2. Parte experimental Se realizo el experimento conforme a la guía5 exceptuando la estandarización del acido clorhídrico. 3. Resultados Tabla 1 datos obtenidos de los 9 grupos GRUPO 1 2 3 4 5 6 7 8 9 x s DESCRIPCION Peso Biftalato 0,1001g 0,1001 g 0,1006g 0,1118 g 0,1001 g 0,1006 g 0,1003 g 0,1019 g 4,348*10-3 Estandarización NaOH 5,5 mL NaOH 5,5 mL NaOH 6,0 mL NaOH 6,4 mL NaOH 5,5 mL NaOH 5,4 mL NaOH 5,4 mL NaOH 6,1 mL NaOH 5,7 mL NaOH 5,72 mL NaOH 0,359 Peso Aspirina clásica 0,6024g 0,6026 g 0,6067g 0,6226 g 0,6067 g 0,5982 g 0,6002 g 0,6017 g 0,6018 g 0,6048 g 7,53*10-3 0,3008g 0,3024 g 0,3048g 0,3004 g 0,3007 g 0,3005 g 0,3002 g 0,3072 g 0,3020 g 0,3020 g 2,40*10-3 Peso muestra Aspirina clásica Valoración Blanco 0,3 mL 0,3 mL 0,9 mL 0,1 mL 0,8 mL 0,1 mL 0,6 mL 0,5 mL 0,5 mL 0,455 mL 0,283 Determinación acidez Asp. Clásica 10,0 mL NaOH 16,5 mL NaOH 17,0 mL NaOH 19,7 mL NaOH 16,2 mL NaOH 16,5 mL NaOH 16,0 mL NaOH 16,3 mL NaOH 16,4 mL NaOH 16,067 mL NaOH 2,535 Peso Aspirina efervescente 3,5612 g 3,5825 g 3,5750 g 3,6003 g 3,6003 g 3,5612 g 3,5835 g 3,5835 g 3,6003 g 3,2623 g 0,301 Peso muestra Asp. Eferves. 0,3005g 0,3003 g 0,3227g 0,3006 g 0,3006 g 0,3007 g 0,3001 g 0,3003 g 0,3025 g 0,3037 g 9,03*10-3 Determinación acidez Asp. Efervescente 9,7 mL NaOH 10,5 mL NaOH 11,2 mL NaOH 4,1 mL NaOH 4,0 mL NaOH 6,0 mL NaOH 12,2 mL NaOH 16,9 mL NaOH 21,4 mL NaOH 10,667 mL NaOH 5,777 Determinación acidez vinagre 21,2 mL NaOH 19,4 mL NaOH 6,6 mL NaOH 21,2 mL NaOH 19,7 mL NaOH 20,0 mL NaOH 20,3 mL NaOH 21,5 mL NaOH 11,2 mL NaOH 17,9 mL NaOH 5,279 Vol. de vino acidez total 3,0 mL 5,7 mL 5,0 mL 5,0 mL 10.0 mL 10.0 mL 5,0 mL 10.0 mL 5,0 mL 6,522 mL 2,707 Determinación acidez total 1,5 mL NaOH 3,6 mL NaOH 2,8 mL NaOH 4,0 mL NaOH 5,6 mL NaOH 5,0 mL NaOH 2,3 mL NaOH 5,0 mL NaOH 2,5 mL NaOH 3,589 mL NaOH 1,415 Volumen de vino acidez fija 15,0 mL 15,0 mL 15,0 mL 15,0 mL 10.0 mL 30,0 mL 30,0 mL 15,0 mL 15,0 mL 17,778mL 7,120 Determinación acidez fija 6,6 mL NaOH 6,5 mL NaOH 7,8 mL NaOH 6,3 mL NaOH 10,9 mL NaOH 13,4 mL NaOH 13,4 mL NaOH 8,0 mL NaOH 6,6 mL NaOH 8,822 mL NaOH 2,959 Estandarización de NaOH 0.1019gKC8H 5O 4 1molKC8 H 5O 4 1molNaOH x x = −3 5,26x10 L 204.22gKC8 H 5O 4 1molKC8 H 5O 4 0,093 M Porcentaje teórico del AAS (clásica) %= 0.500gC8O 2 H 7 COOH x100 = 82.67% 0,6048gAspirina Porcentaje experimental de AAS (clásica) 0.093molNaOH 15,612mL 180,064gC 8 O 2 H 7 COOH x x = 1000mL 1molNaOH 0.262 g AAS Porcentaje error 82,67 − 86,75 x100= 4,94% 82,67 Acidez fija del vino (g/L Acido tartárico) %= 0.262gC 8 O 2 H 7 COOH x100 = 86,75% 0,302gAspirina Porcentaje teórico del AAS (efervescente) %= 0.500gC8O 2H 7COOH x100 = 15,33% 3,2623gAspirina AF = (8,367 mLNaOH)( 0,0932molNaOH gtartárico )(75,04 ) 1000mL molNaOH −3 17,778x10 L AF= 3,291 g/L Acido tartárico Acidez volátil del vino (g/L Acido tartárico) Porcentaje experimental de AAS (efervescente) AV= (3,359 - 3,291) g/L Acido tartárico 0.093molNaOH 10,212mL 180,064gC8O 2 H 7 COOH x x = 1000 mL 1molNaOH AV= 0,07 g/L Acido tartárico 0,171 g AAS 4. análisis Para la estandarización del NaOH se utilizó biftalato de potasio que es un patrón primario o referente para el NaOH inicialmente se definió estandarizar 0,1 M de la base pero al realizar los cálculos se registró una concentración promedio de 0,0932 M esto es debido a que el punto final de la titulacion del biftalato no fue cercana al punto de equivalencia por que siempre el punto final de una titulacion es mayor al punto de equivalencia. La concentración de ácido acetilsalicílico en las tabletas de aspirina se determinó por valoración con NaOH hasta punto final de la fenolftaleína. Como el ácido acetilsalicílico se hidroliza fácilmente para dar acético y ácido salicílico, el disolvente agua no resulta adecuado como medio para llevar a cabo dicha valoración por este motivo se disolvió inicial mente la muestra en un disolvente no acuoso como el etanol por que este reduce la temperatura para que la reacción de la hidrólisis del producto sea mas lenta.6 De no ser así los protones carboxílicos tanto del ácido acético como del salicílico se neutralizan hasta punto final de la fenolftaleína, haciendo que la hidrólisis del producto de partida arroje resultados más altos y, en consecuencia, un error por exceso. Lo anterior puede ser la explicación al error producido en la determinación de AAS en la aspirina clásica pues, teóricamente el porcentaje de AAS fue 82,67% y experimental mente fue 86,75% obteniendo un error relativo de 4,94% eventualmente por exceso, sin mencionar que la dispersión de los datos de los grupos es notable ocasionando mas fuentes de error. En la aspirina efervescente se observa un error del 268,3%, un error muy grande, uno de los errores puede ser atribuido al tratamiento estadístico por que la desviación estándar es muy grande por no decir desastrosa debido a que hubo una incorrecta valoración por parte de cada grupo. Esto es demostrable si se realiza el calculo de el volumen de equivalencia del agente titulante. 0,171gC 8 O 2 H 7 COOH x100 = 56,46% 0,3037gAspirina Porcentaje error %= 15,33 − 56,46 15,33 x100= 268,3% pH del vinagre en el equilibrio 0,0932molNaOH n NaOH = 17,445mLx = 1,63 x 10ˉ³ 1000mL n NaOH = n CH 3COOH 1,63x10 −3 molCH 3 COOH 100mL 1000mL x = 25mL 10mLVinagre 1L 0,652M CH3COOH + NaOH CH3COONa + H2O CH3COOˉ + H20 I 0,652 E 0,652-x CH3COOH + OHˉ 0 0 x x Kb = x2 0,652 − x Kb = Kw 1.0x10 −14 = Ka 1,75x10 −5 x = (5,71x10 −10 )(0,652) x = [OH] = 1,93x10 −5 pH= 14-(-log [OHˉ]) pH= 9,28 Acidez total del vino (g/L Acido tartárico) (mLbase)(Mbase)(75,4) * Ref. 10 Lmuestra 1moltartárico 150,048gtartárico *= x 2molNaOH 1moltartárico AT = AT = (3,134mLNaOH)( 0,0932molNaOH gtartárico )(75,04 ) 1000mL molNaOH −3 6,522x10 L AT=3,359 g/L Acido tartárico [AAS] = 0,5gAAS 1molAAS 0,3037gAsp. x x 3,2623gAsp. 180,16gAAS 50mL [AAS]= 5,2 x 10ˉ³M Veq = 50mLx 5,2 x10 −3 molAAS 1molOH − 1000mL x x 1000mL 1molAAS 0,0932molOH − Veq = 2,74 mL NaOH 2,74 − (16,067 − 0,455) x 100=469,8% 2,74 2,74 mL es la cantidad necesaria para la titulación del AAS y si se compara con la media de los volúmenes de los grupos se observa un error grande. En la Determinación del pH del ácido acético en el equilibrio arrojó un pH de 9,28. Para llegar a este resultado primero se estableció la relación estequiometrica Es decir, 1 mol de NaOH reacciona con 1 mol de HAc como se ve en la siguiente reacción: CH3COOH + NaOH ⇔ CH3COO- + H2O + Na+ El valor de la constante de equilibrio de la reacción anterior es bastante grande, lo que indica que esta reacción tiene lugar hasta completarse prácticamente y, por lo tanto, apta para ser utilizada como base de métodos volumétricos de análisis pero hay que tener en cuenta que en la valoración de un ácido débil (como el HAc) con una base fuerte (como el hidróxido de sodio), antes de llegar al punto de equivalencia, en la disolución coexistirán moléculas sin disociar de ácido acético e iones acetato, y la disolución se comportará como una disolución amortiguadora. En el punto de equivalencia, la disolución tendrá sólo acetato de sodio, que en medio acuoso se hidroliza según la ecuación: CH3COO- + H2O ⇔ CH3COOH + OHEs decir, que en el punto de equivalencia la disolución será básica y, por lo tanto, para detectar el punto final de esta valoración se eligió un indicador que cambie de color a pH alto, como la fenolftaleína.7 Fenolftaleína 8 – 10 Incoloro-rosado-fucsia La acidez total y fija del vino se expresa en g/L de acido tartárico por que este es el acido mas importante8 y se determinó por medio de la titulacion con NaOH en este caso la relación de NaOH con el HOOC(CHOH)2COOH no es de 1:1 por que el Acido tartárico se disocia dos veces es decir que pierde 2 H+ como se ve en la siguiente reacción: HOOC(CHOH)2COOH + 2NaOH ⇔ ˉOOC(CHOH)2COOˉ +2H2O+ 2Na+ Pero igual que las anteriores titulaciones esta también es una titulacion de base fuerte con acido débil en consecuencia su punto de equivalencia es alcalino. La diferencia de la acidez total de la fija es que en la total se valora con todos los componentes volátiles del vino y en la fija las muestras se hierven, con el fin de eliminar la interferencia causada por el ácido carbónico producido en la fermentación incluyendo otros ácidos como el acido acético que es el que determina la acidez volátil. Generalmente El límite de acidez total debe estar en un rango de 4,5 – 6,5 g/l de ácido tartárico. Dependiendo del tiempo de fermentación, entre más tiempo, menor será la acidez total por que la acidez volátil será mayor a causa de bacterias acéticas (Aceto-bacter) las cuales transforman el alcohol en ácido acético. Habitualmente La acidez volátil puede oscilar entre 0,2 - 1 g/L es decir que el grado de acido acético en los vinos debe ser mínimo. Tabla 2 acidez total en vinos Vino (4 meses en barrica, 13,5%vol.) Acidez total (gr. tartárico/L) 6 (8 meses en barrica, 13,5% vol.) 5.7 (24 meses en barrica, 12,5% vol.) 4.65 Los resultados fueron próximos a los estipulados pues la acidez fija fue de 3,291 y la total fue 3,359 g/L Acido tartárico y la acidez volátil fue de 0,07. Las fuentes de error para el vino pueden ser que el volumen de la muestra fue incorrecta, la titulacion fue muy rápida y que había gas carbónico en la muestra además del tratamiento estadístico por que los resultados de los ensayos no deben variar en más de un 2% para garantizar buenos resultados. lo anterior se aplica para todas las titulaciones realizadas.9 5. Conclusiones El punto final de una titulacion siempre será mayor al punto de equivalencia. El patrón primario debe ser de alta pureza para obtener una valoración exacta El punto de equivalencia en una titulacion de un acido débil con una base fuerte es alcalino o una base débil con un acido fuete es acido en los únicos casos donde el punto de equivalencias es neutro es cuando se trata de ácidos y bases fuertes. La acidez de un producto se da en unidades del acido mas importante presente en este. Bibliografía 1. Ayres, Gilbert H.; Análisis Químico Cuantitativo. Harla Ed., México 1970 2. www.bayer.com/ 22/mar/07 3. www.acenologia.com/ciencia69_02.htm 20/mar/07 4.www.consumaseguridad.com/web/es/investigaci on/2002/08/02/2910.php 20/mar/07 5. Universidad del Valle. Departamento de Química Ed. Guía laboratorio de química analítica. 6. Universidad Santo Tomas. Departamento de Ciencias Básicas .Química General y Orgánica Ed. Guía laboratorio de química. 7. Chang, R.; Química 7ª ed. McGraw-Hill Ed, México 2003. Cáp.4, P. 671 8. www.aoac.org/sitesearch.htm 23/mar/07 9. 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