En una primera aproximación de la química inorgánica, las
sustancias se clasifican en cuatro tipos de funciones: Óxidos, Ácidos, bases y sales,
cada uno de estos grupos tiene sus características, su nomenclatura y sus
propiedades que les permiten diferenciarse entre ellas.
Las propiedades de ácidos y base son objeto
de análisis en todas las reacciones[1]: para la síntesis de nuevos productos, para
el análisis, tanto en la industria y también en las reacciones propias de los
seres vivos, el comportamiento de estas sustancias y especialmente su
equilibrio dinámico en soluciones acuosas
conduce a una definición de ácidos, como aquella especie que contiene un
átomo de hidrogeno acido, que puede transferirse como núcleo (protón) a otra
especie que actúa como base,
la trasferencia de protones se presenta por contacto directo por ejemplo: en
una solución diluida de ácido clorhídricos el hidrogeno del ácido se trasfiere
al agua, que en este caso actúa como una
base
HCl (aq) + H2O
(liquido) ®
H3 O+ (aq) + CL-(ac)
El ion H3O+
recibe el nombre ion hidronio, en este caso específico todas las
moléculas de HCl donan sus protones; este es un ácido fuerte. Adema del ácido
clorhídrico, entre los acido fuertes más comunes están:
Tabla No 01: principales ácidos fuertes
HBr
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ácido
bromhídrico
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HClO3
|
ácido
clórico
|
HI
|
ácido
yodhídrico
|
HClO4
|
ácido
perclórico
|
HNO3
|
ácido
nítrico
|
H2SO4
|
ácido
sulfúrico
|
Fuente: de la física a la vida. Pág
53. Luis Carlos Burgos, Pablo Javier Patiño
En el caso de las bases, se conoce como bases fuertes a
aquellas que se disocian completamente, a diferencias de los ácidos las bases
fuertes son pocas:
Tabla No 02: principales bases
fuertes
NaOH
|
Hidróxido
de sodio
|
LiOH
|
Hidróxido
de litio
|
KOH
|
Hidróxido
de potasio
|
Ca(OH)2
|
Hidróxido
de calcio
|
Fuente: de la física a la vida. Pág
53. Luis Carlos Burgos, Pablo Javier Patiño
Los ácidos débiles a diferencia de los ácidos fuertes, se
disocian parcialmente, su disolución
en solución acuosa se representa de la siguiente forma:
HCN(aq)+H2O
(liquido) D H3 O+ (aq)
+ CN-(ac)
la magnitud cuantitativa que permite establecer la fuerza de
un ácido o de una base se denomina constante de ionización que se expresa de la
siguiente manera
Esta expresión se deriva del análisis de la siguiente
ecuación:
Aa + Bb D Cc + Dd
Donde
Cc +Dd es la suma de los productos de las concentraciones molares de las sustancias finales.
Aa + Bb
es la suma de los productos de las concentraciones molares
de los reactivos
A, B, C y D corresponden al valor de los coeficientes de
balanceo de la reacción
La naturaleza acida la constante es Ka, la naturaleza alcalina es Kb, Estos valores se determinan así:
Los valores de esta constantes, alcanzan magnitudes menores
que uno. Al logarítmo de dicha expresión
cambiado de signo es lo que se conoce como pK
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|
|
Los Ácidos con valor de pKa en rangos entre−2 a 12 se
consideran débiles, y aquellos ácidos con valores de pKa menores que −2 se dice
que son ácidos fuertes.
El ácido clorhídrico es un ácido fuerte, porque se
desprotoniza completamente en agua
HCl (aq) + H2O
(liquido) ®
H3 O+ (aq) + CL-(ac)
En este caso CL-(ac) se denomina su
base conjugada, se deduce de este análisis, que se trata de una base débil.
Ejemplo de un ácido débil como el ácido cianhídrico será : (observar la doble flecha entre reactivos y productos)
HCN(aq)+H2O
(liquido) D H3 O+ (aq)
+ CN-(ac)
En
este caso, su base conjugada CN-(ac) se considera una base
fuerte, esto significa que el ion cianuro (CN-) , tiene
un alto porcentaje de aceptación de iones hidrogeno, restaurando el ácido
original, por eso se dice que el ácido cianhídrico es un ácido débil.
Parafraseando a Piter W. Atkins: “cuanto más fuerte es el ácido más débil es su
base conjugada, y cuanto más fuerte es la base más débil es su acido
conjugado”.
Dado
que el comportamiento de estas moléculas parte de la consideración que están
como soluciones acuosas, es el agua la recibe en el caso de ácidos, o que dona
en el caso de bases Protones (H+). La concentración molar de iones hidronio [H3 O+],
permite establecer una magnitud de la acidez que se conoce como pH.
El pH es utilizado para medir el grado de alcalinidad o
acidez de una sustancia, tiene mucha importancia biológica, ya que varios de
los procesos que ocurren en los seres vivos están influenciados por pH.
pH se
define como el logaritmo cambiado de signo de la concentración molar de iones
hidronio contenidos en una solución.
pOH, es el logaritmo negativo de la
concentración de hidroxilos (base conjugada) contenidos en la misma solución.
El valor del pH está ubicado en una escala de 1
a 14; este valor es el resultado de la ionización del agua.
Para determinar el pH de una sustancia, existen dos tipos de
métodos: cualitativos y cuantitativos, los primeros utilizan reactivos
indicadores, el más conocido de ellos es el papel tornasol; el papel tornasol
azul se utiliza para identificar sistemas ácidos, en este caso el papel cambia
de azul a rojo. el papel tornasol rojo
se utiliza para identificar sistemas alcalinos y en este caso el papel cambia
de rojo a azul; sin embargo, se trata de un método muy elemental; existen
indicadores que permiten determinar la acidez-alcalinidad, dentro de unos
rangos determinados como lo indica la siguiente tabla
Tabla No 03: principales sustancias
tituladora de pH
Sustancia Indicadora
|
Rango de pH
|
Coloración alcanzada
|
Azul de
timol
|
1.2
– 2.8
|
Amarillo
|
Naranja de
metilo
|
3.2
– 4.4
|
Amarillo
|
Azul de
bromofenol
|
3.0
- 4.6
|
Azul
|
Verde de
bromocresol
|
3.8
– 5.4
|
Azul
|
Rojo de
metilo
|
4.8
– 6.0
|
Amarillo
|
Tornasol
|
5.0
– 8.0
|
Azul
|
Azul de
bromotimol
|
6.0
– 7.6
|
Azul
|
Rojo fenol
|
6.6
– 8.0
|
Rojo
|
Azul de
timol
|
8.0
– 9.6
|
Azul
|
Fenolftaleína
|
8.2
– 10.0
|
Rosa
|
Amarillo
de alizarina
|
10.1
– 12.0
|
Rojo
|
alizarina
|
11.1
– 12.4
|
Violeta
|
Fuente: principios de química los
caminos del descubrimiento. Pág 493. Peter W. Atkins
Los métodos cuantitativos pueden ser: instrumentales y
analíticos; el método instrumental utiliza el peachimetro
El pH se obtiene mediante el análisis de las variables:
volumen adicionado de sustancia tituladora vs concentración de sustancia a
titular, técnicamente llamada analito, a partir esta relación se obtiene un
diagrama que se conoce como curva de pH.
Los
sistemas amortiguadores o sistemas tampón son una mezcla de un ácido débil y su
base conjugada o base débil y su ácido conjugada, el cual tiene por función
mantener estables los niveles de pH, gracias a la capacidad que tienen para
captar o liberar protones de forma inmediata en respuesta a las variaciones de
pH que se produzcan, en el
organismo todas las moléculas biológicas son muy sensibles a los cambios
de pH, por eso son tan importantes las soluciones tampón, es por esto que todos
los líquidos corporales tienen varios amortiguadores de pH, los amortiguadores
se estudian mediante la ecuación de Heder Hasselbach:
Cuando
el pH es igual a la
se
dice que el sistema tampón está en el rango de amortiguamiento efectivo.
En
condiciones normales el pH de la sangre se ubica en un intervalo de 7.35 a 7.45
en promedio 7.4, para regular este pH el organismo utiliza las propiedades
iónicas del ácido carbónico, el cual se disocia en ion bicarbonato e ion
hidrogeno.
H2CO3 (aq)
D HCO3-(aq) + H+(aq)
La
relación normal entre ion bicarbonato y acido carbónico en la sangre es de 20 a
1, con la mayor parte del ácido en forma de CO2 disuelto. Si la concentración
de HCO3- se
incrementa el pH de la sangre se eleva, a esta alteración se le conoce como
alcalosis, de manera contraria si el pH sanguíneo disminuye significa que HCO3-
disminuye a esta alteración se le conoce como acidosis. Ambos
trastornos amenazan seriamente la vida. El organismo regula el pH a través de
dos vías: respiratoria y metabólica.
Los mecanismos respiratorios se
relacionan con la regulación en la concentración del CO2, aquella
situaciones o trastornos que reduce la capacidad para respirar, elevan la
concentración del CO2 es lo que se conoce como acidosis
respiratoria, su tratamiento natural es la ventilación
mecánica; existen medicamentos bronco dilatadores que cumplen con dicho
objetivo. En la alcalosis respiratoria el aumento del pH está asociada a la
hiper ventilación.
La acidosis metabólica está relacionada con la
liberación excesiva de subproductos metabólicos como el ácido láctico, estas
sustancias inducen a la producción de H2CO3 llevando la
relación a valores por debajo de lo normal. si se incrementa el pH por
enfermedades o por ingestión química o por el exagerado uso de diuréticos, este
trastorno se conoce como alcalosis metabólica.
Además
del ácido carbónico que es un ácido diprotico en el organismo encontramos otros
ácidos poliproticos, hay que tener presente que se denominan ácidos
monoproticos cuando en la estructura molecular encontramos la presencia de un
hidrogeno, diproticos si hay dos y triprotico si hay tres; los sistemas
biológicos utilizan los ácidos polipróticos y sus aniónes liberados en la
regulación del pH. Al titular el ácido poliprótico se puede observar que tiene
tantos puntos de equivalencia como protones de hidrógenos se encuentren en la
molécula, es decir: ácidos monoproticos un punto de equivalencia, ácidos
diproticos, dos puntos de equivalencia y así sucesivamente.
ANALICEMOS EL PH DE DIFERENTES SUSTANCIAS UTILIZANDO EXTRACTO DE LA COL
LOMBARDA
Objetivo general
-
Utilizar el pigmento de la hortaliza Brassica oleracea nombre
vulgar Repollo morado, como método cualitativo para determinar el pH de
diferentes sustancias
Objetivos específicos
-
Identificar la acidez-alcalinidad de una
sustancia, como una propiedad química fundamental de la materia o sus
disoluciones
-
Analizar cualitativamente el pH y relacionar
esta característica con otras propiedades físicas, color, olor o sabor.
-
Elaborar material reactivo de análisis para el
pH, utilizando el extracto de la col lombarda o repollo morado.
Materiales
-
200 gramos de repollo morado pequeño, limón,
naranja, bicarbonato, detergente, leche y otras de acuerdo al listado que se
indico en el aula de clase. Alcohol, papel filtro, libreta de registro
-
Elementos de cocina, olla, estufa, frascos con
su tapa de cierre hermético, gotero
Procedimientos
Selecciones, lave y ralle de dos a cuatro hojas de repollo; coloque la
ralladura en una olla pequeña, agregue agua en cantidad que permita calentar la
sustancia y extraer el pigmento a utilizar y caliente en la estufa a fuego
lento.
Coloque la tintura producida en un frasco, de preferencia de color
oscuro, agregue un poco de alcohol a este extracto y proteja con una tapa
hermética.
En frascos de análisis, coloque muestras (aproximadamente un volumen
de una cuarta parte), de sumo de cítricos, champú comercial, detergente (si es
en polvo previamente disuelva una pequeña cantidad en agua), leche de magnesia;
de acuerdo a las sustancias del listado. Recuerde rotular y evite así cometer
errores en el registro de las observaciones. A cada una de las muestras
rotuladas, agregue la tintura obtenida, agite y observe los cambios.
Informe de laboratorio:
Registre
en su cuaderno los resultados, se recomienda utilizar colores.
Presente en una tabla las observaciones observadas cambio de color y pH que usted considere de acuerdo al cambio de coloración.
Cuál es el pH de
las sustancias analizadas?
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limón
|
agua
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Sustancia
asignada
|
Bicarbonato
de sodio
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Color obtenido
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pH - sustancia
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Consulte con sus compañeros otros los resultados y presente una tabla que contenga sustancia y pH
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Elabore papel indicador utilizando papel filtro y el pigmento extraído,
Corte tiras de papel filtro de aproximadamente 1 centímetro de ancho, impregne en la solución del extracto obtenido, deje secar y almacene en un frasco que proteja de la humedad. Verifique el funcionamiento, del papel tornasol, con soluciones de diferente pH. Presente en el informe los resultados obtenidos.
Consulta con el docente día y hora de asesoría virtual, utiliza el siguiente enlace
https://forms.gle/9tE7h7uX2HrvGVmr9
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