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Actividad experimental

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La necesidad de medir la acidez cuantitativamente por primera vez se dio alrededor de finales del siglo XIX cuando los cerveceros en Dinamarca luchaban por mantener la calidad en sus cervezas claras. Ellos sabían que la acidez de la cerveza variaba mucho como consecuencia de la óptima fer-mentación de la levadura. Sin embargo no podían controlar la acidez, ni mucho menos medirla. Hasta que el danés Søren Sørensen propuso en 1909 la escala de pH para medir la acidez. A partir de esta aportación los cerveceros pudieron obtener la acidez de cualquier solución como un simple número, logrando así que alcanzaran las mejores condiciones para sus levaduras.

Un ácido es una substancia que se disuelve en agua y dona protones H+ a la molécula de agua para producir iones hidronio H3O

+, las bases son substancias que neutralizan a estos iones para formar agua H2O. De acuerdo a la teoría de Brønsted-Lowry sobre los ácidos y bases, un ácido de Brønsted es un donador de protones y una base de Brønsted es un receptor de protones.

El nombre de pH fue escogido con la finalidad de resaltar la idea de la fuerza (potenz en alemán) de los iones de hidrógeno. Es bien conocido que las concentraciones de iones hidronio varían en un amplio rango y como consecuencia la acidez, debido a este amplio rango Sørensen adoptó una escala loga-rítmica, donde pH es definido como menos el logaritmo base 10 de la concentración de iones hidronio [H3O

+] en solución acuosa medidos en mol/L:

pH = -log10[H3O+]

Por simplicidad, la expresión anterior se escribe muchas veces como:

pH = -log10[H+]

Los rangos típicos de la escala de pH van de 0 a 14, donde el agua con neutra tendrá un valor de 7.


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Actividad Experimental

EL pH EN LA VIDA DIARIA Medición del pH utilizando el simulador electrónico Crocodile Chemistry, el papel tornasol y el sensor

Asignatura (s) que apoyaQuímica I y Química II

Diseño y elaboración:Fernando Morales MoralesCarlota Francis Navarro León

INTRODUCCIÓN


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1. Investigar el concepto de pH.

2. Investigar definiciones de Brønsted-Lowry para ácido y para base.

3. Investigar los diferentes indicadores de pH usados en el laboratorio.

ACTIVIDADES PREVIAS

1. Comprender el concepto de pH

2. Manejar desde el experimento el concepto de pH

OBJETIVOS

Los indicadores y medidores de pH son usados para obtener los valores de pH. Los indicadores son substancias químicas solubles en agua que presentan diferentes colores a diferentes valores de pH. Los medidores de pH están integrados por tres partes, un par de electrodos que son sumergidos en la disolución, un circuito eléctrico y un dispositivo de lectura. El par de electrodos maneja un pequeño voltaje cuya magnitud depende de la concentración de iones hidronio [H3O

+] en la solución acuosa. El circuito eléctrico amplifica este voltaje lo suficiente para ser manejado por el dispositivo de lectura, por ejemplo un medidor de pH digital o un sensor de pH.


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3. Realizar la medición de pH utilizando papel tornasol, a través del simulador electrónico Crocodile Chemistry y utilizando un sensor.

4. Destacar la importancia del pH en la vida diaria.

Determinar el valor de pH de soluciones de NaOH 0.1 M y HCl 0.1 M pH a través del simulador electrónico Crocodile Chemistry

Determinar el valor de pH experimental de soluciones de NaOH 0.1 M y HCl 0.1 M, utilizando papel tornasol y el sensor de pH.

Determinar el pH de diferentes muestras de uso cotidiano como leche, coca cola, vinagre, jugos, etc., utilizando papel tornasol y el sensor de pH.

PROBLEMA (S) A RESOLVER

DISEÑO EXPERIMENTAL

Material y sustancias

MATERIAL SUSTANCIAS 1 computadora Lap top Indicador universal en solución1 Interfáz marca Coach Lab III Papel TornasolSimulador electrónico Crocodile Chemistry HCl 0.1 M1 sensor de pH NaOH 0.1 M3 tubos de ensayo Agua destilada1 gradilla o un vaso de precipitados de 250 mL para sostener los tubos.

Muestras de diferentes líquidos, refrescos normales y light, Té, Café, Leche, jugos, vinagre, etc.

1 piseta3 vasos de precipitado de 50 mL

Precauciones

HCl

Los vapores son irritantes a los ojos y membranas mucosas. Es soluble en agua, desprendiéndose calor. Es corrosivo de metales y tejidos. Para su manejo es necesario utilizar lentes de seguridad. No deben usarse lentes de contacto cuando se utilice este producto. Al trasvasar pequeñas cantidades con pipeta, siempre utilizar propipetas, NUNCA ASPIRAR CON LA BOCA.


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1.- USANDO EL SIMULADOR ELECTRÓNICO

a. Determina el pH del HCl 0.1 M y NaOH 0.1 M con ayuda del simulador electrónico Crocodile Chemistry 605©

b. Ejecuta el archivo pH.exe con ayuda de Crocodrile Chemistry 605©

Procedimiento

NaOH Para el manejo del NaOH es necesario el uso de lentes de seguridad, bata y guantes de neopreno, nitrilo o vinilo. Siempre debe manejarse en una campana y no deben utilizarse lentes de contacto al trabajar con este compuesto. El hidróxido de sodio es irritante y corrosivo de los tejidos. Los casos más comunes de accidente son por contacto con la piel y ojos, así como inhalación de neblinas o polvo.

c. La primera medición se realizará con ayuda del papel pH (como si lo estuvieras haciendo en el laboratorio con indicador universal y/o papel pH), por lo que en el archivo selecciona la sec-ción de papel pH y sigue las instrucciones que aparecen en la pantalla. No olvides realizar tus anotaciones.


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d. La segunda medición es como si lo realizaras con ayuda de un potenciómetro (medidor de pH), por lo que tienes que seleccionar la opción Medidor de pH. Sigue las instrucciones de la pantalla y realiza tus anotaciones.

Imagen del profesor Fernando Morales

Imagen del profesor Fernando Morales


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2.- USANDO EL SENSOR DE pH

a. Arma el sensor de pH como se indica en las imágenes

Imágenes del profesor Fernando Morales


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b. Una vez armado el sensor determina el pH del agua destilada.

c. Coloca 10 mL de NaOH 0.1 M y determina su pH. Repite el mismo procedimiento para el HCl 0.1 M.

d. Finalmente determina el pH de tus diferentes muestras (jugos, refrescos, etc.).

e. No olvides apuntar tus observaciones.

3.-Medición tradicional de pH

a. Puedes realizar tus mediciones con ayuda de papel pH, indicador universal (en caso de dis-oluciones no coloridas) o potenciómetro.

A continuación te anexamos una tabla de indicar universal con su valor aproximado de pH.

No olvides anotar tus observaciones.

Nota: No olvides lavar y enjuagar con agua destilada el de vidrio material después de cada medición.

Anota tus resultados en las tablas propuestas.

REGISTRO DE OBSERVACIONES, DATOS, RESULTADOS Y EVIDENCIAS EXPERIMENTALES

Solución pH con simulador pH con papel pH pH con sensorAgua destiladaAgua de la llaveHCl 0.1 MNaOH 0.1 M


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Muestra pH con simulador pH con papel pHpH

con sensor

La importancia del pH

El pH tiene una importancia muy significativa en diferentes áreas de nuestra vida que van desde la me-dicina hasta la agricultura. En el caso de la agricultura el pH determina el buen desarrollo de las plantas o bien la correcta absorción de los nutrientes, esto debido a una inadecuada solubilidad de minerales, por ejemplo en un suelo con pH que oscila entre 7 y 8 la solubilidad del hierro disminuye provocando que las hojas se vuelvan amarillas en las plantas. En el caso de suelos ácidos estos provocan proble-mas en el crecimiento de plantas ya que dificultan la absorción de calcio, magnesio y potasio.

EL MUNDO DE LA CIENCIA Y TÚRelación Ciencia, Tecnología, Sociedad y Cuidado del Ambiente (CTS – A)

El pH de la piel es aproximadamente de 5.5 de media, variando ligeramente de una zona a otra del cuerpo. Este valor es posible mantenerlo gracias al sudor y sebo que se mezclan en la superficie corporal dando este pH. El buen estado de la piel y el cabello se mantendrá si este valor de pH no sufre grandes variaciones. El uso indiscriminado de productos que lo transforman en alcalino supone favorecer la penetración en la piel de microorganismos y por lo tanto la aparición de enrojecimientos y afecciones diversas.


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El contenido de la mayoría de las células animales y vegetales no es ni fuertemente ácido ni alcalino, sino que es una mezcla esencialmente neutra de sustancias ácidas y básicas, por ejemplo, el cuerpo humano está conformado por células, contiene una solución electrolítica llamada sangre, cuyo pH debe estar comprendido entre 7.3 y 7.5. El pH mide la alcalinidad o acidez en la sangre.

Cualquier cambio significativo en el pH de las células es incompatible con la vida. Hay muchos mecanismos homeostáticos que operan para mantener el pH entre límites apropiados. Por ejem-plo, el pH de la sangre humana es de 7.4, y debe mantenerse dentro de límites muy estrechos. Si la sangre llega a acidificarse demasiado, las consecuencias probables son el estado de coma y la muerte; la alcalinidad excesiva da por resultado una sobre-excitación del sistema nervioso y hasta convulsiones.

Guía de debate

1. ¿Cómo fueron los valores de las disoluciones de HCl y NaOH medidos con el simulador, papel pH y el sensor?

2. ¿Cómo fueron los valores del pH del agua destilada y del agua de la llave?

3. Si tienes problemas de acidez ¿cuáles son los alimentos que consideras debes evitar?

Ácido IndicadoresBase Ión hidronioNeutro Reacción ácido-basepH Simulador electrónicoSensor Papel pH

Mapa conceptual


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Mezcla la solución de HCl 0.1 M con la solución de NaOH que usaste para tus determinaciones. Si el pH es neutro puedes desecharlo en la tarja.

Las muestras de productos tales como jugos, leche, refresco, pueden ser desechados directamente a la tarja.

MANEJO DE RESIDUOS

1. Ácidos y bases de BrönstedEn esta teoría el ácido se define como un donador de iones H+ y las bases se definen como sub-stancias capaces de aceptar iones H+, lo que permite incluir a muchas substancias básicas que no cumplen con la definición de Arrhenius.

2. Definiendo pHEl valor de pH está relacionado con la concentración de iones H+ que hay en una disolución, con la ventaja de ser más fácil de manejar que las concentraciones de H+ (dado que son números muy pequeños), por lo que en 1909 Søren Sørensen propuso una medida más práctica que llamo pH. El pH de una disolución se define como menos el logaritmo de la concentración de iones H+.pH = -log [H+]

3. La escala de pHLa escala de pH se establece en una recta numérica que va desde 0 a 14 y mide que tan acida o básica es una substancia. Un pH de 7 es neutro, mientras que un pH menor a 7 será acido. Finalmente un pH mayor a 7 será básico.

4. Mediciones de pHExisten diferentes formas de medir el pH:

La más rápida sencilla y económica es mediante un indicador colorido como el indicador univer-sal. Otro tipo de mediciones sencillas se hacen mediante el uso de papel pH o de papel tornasol. Sin embargo si queremos realizar mediciones más precisas podemos usar un pH-metro o poten-ciómetro o un sensor de pH.

Es importante destacar que en muchos casos estas mediciones pueden realizarse con ayuda de indicadores caseros los cuales pueden ser obtenidos de hortalizas, flores o frutas.

PUNTOS CLAVE


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1. Clugston, Michael, Flemming, Rosalind (2000). Advanced Chemistry, Oxford Press; UK, pág. 190-192.

2. Garritz, Andoni, Gasque, Laura (2005). Química Universitaria, 1ª Edición; Pearson Prentice Hall, México, pág. 572-577.

3. Chang, Raymond (2007) Química, Novena Edición, Mc Graw Hill, México.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

1. Imágenes fotográficas: I.Q. Fernando Morales Morales

REFERENCIAS DE IMÁGENES

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