informe de potenciometria
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Universidad de Carabobo
Facultad de Ciencias de la Educación
Departamento de Biología y Química
Asignatura: Química Analítica II
Determinación de Ácido Fosfórico en Refrescos de Cola por
medio de la Titulación Potenciométrica
Alvarado Olga C.I.: 23.438.000
Bastidas Yugenis C.I.: 22.224.923
Martínez Adrián C.I.: 21.241.451
Ramos Luis C.I.: 24.457.271
Sección: 71
Prof.: Álvaro Iván Zarate
Bárbula, 18 de noviembre de 2014
Resumen
Se realizó una titulación potenciométrica para determinar la concentración del
ácido fosfórico en diferentes bebidas gaseosas, haciendo uso de un electrodo de
membrana para medir las variaciones del pH de la solución causadas por la
agregación del valorante (NaOH) y determinar, así, el primer punto de equivalencia.
Palabras Claves: potenciometría, ácido fosfórico, pH, análisis.
Introducción
La titulación potenciométrica es un
método moderno de análisis químico
que permite conocer la concentración
del analito mediante un pHmetro,
instrumento que posee un electrodo de
membrana permeable que permite el
paso de los iones de la especie que se
quiere estudiar. En lo que respecta a la
práctica realizada se analizaron
muestras de diferentes refrescos de
cola para conocer la concentración de
ácido fosfórico en cada una de ellas,
por lo que fue necesario eliminarle el
dióxido de carbono, que le da su
peculiar condición de gaseosa, para
que el analito fuera más fácil de
detectar. El ácido fosfórico es un ácido
poliprótico, por lo tanto en el presente
se podrá observar su comportamiento
mediante el método de la segunda
derivada y su representación gráfica.
Trabajo Experimental
La práctica se inició pesando
2,1713g de NaOH para preparar una
solución a 0,054 N la cual se diluyó en
un litro de agua. Esta solución serviría
de valorante para determinar el
porcentaje de ácido fosfórico en
refrescos de cola, por medio de la
titulación potenciométrica.
Posterior a esto, se añadieron 40 ml
del refresco de cola desgasificado en
un beacker puesto sobre una plancha
magnética con su respectivo agitador,
se introdujo un electrodo de membrana
permeable y uno de referencia
plata/cloruro de plata del pHmetro,
equipo que determinaría la acidez de la
solución; y se procedió a realizar la
titulación tomando en consideración 1
ml desde el inicio hasta la séptima
titulación y luego de allí hasta indicar
10 ml en la bureta se añadieron por
alícuotas de 0,5 ml. Por último se
continuó el proceso hasta llegar a
gastar 20 ml de valorante, nuevamente
en porciones de 1 ml. Paralelamente se
iban tomando los datos de pH
respectivo en cada titulación; todo esto
en procesos por separados para
refrescos de las marcas Coca Cola,
Pepsi Cola y Big Cola.
Tabla de Resultados
Determinación de Ácido Fosfórico en Coca-Cola por medio de la Titulación
Potenciométrica.
Tabla de relación volumen/pH
Vol. NaOH pH Volumen dpH/dV Vol.NaOH d2pH/dV
2
Añadido medio
(mL)
0,000 3,080 0,50 0,10 0,00
1,000 3,180 1,50 0,11 1,00 0,01
2,000 3,290 2,50 0,17 2,00 0,06
3,000 3,460 3,50 0,39 3,00 0,22
4,000 3,850 4,50 2,02 4,00 1,63
5,000 5,870 5,50 0,40 5,00 -1,62
6,000 6,270 6,50 0,11 6,00 -0,29
7,000 6,380 7,25 0,12 7,00 0,01
7,500 6,440 7,75 0,42 7,50 0,60
8,000 6,650 8,25 0,20 8,00 -0,44
8,500 6,750 8,75 0,20 8,50 0,00
9,000 6,850 9,25 0,22 9,00 0,04
9,500 6,960 9,75 0,56 9,50 0,68
10,000 7,240 10,50 0,27 10,00 -0,58
11,000 7,510 11,50 0,53 11,00 0,26
12,000 8,040 12,50 0,75 12,00 0,22
13,000 8,790 13,50 0,38 13,00 -0,37
14,000 9,170 14,50 0,20 14,00 -0,18
15,000 9,370 15,50 0,28 15,00 0,08
16,000 9,650 16,50 0,10 16,00 -0,18
17,000 9,750 17,50 0,07 17,00 -0,03
18,000 9,820 18,50 0,08 18,00 0,01
19,000 9,900 19,50 0,11 19,00 0,03
20,000 10,010 10,00 0,50 20,00 0,39
Volumen del Punto de Equivalencia
4,502 ml
Determinación de Ácido Fosfórico en Pepsi por medio de la Titulación
Potenciométrica.
Tabla de relación volumen/pH
Vol. NaOH pH Volumen dpH/dV Vol.NaOH d2pH/dV
2
Añadido medio
(mL)
0,000 3,160 0,50 0,03 0,00
1,000 3,190 1,50 0,07 1,00 0,04
2,000 3,260 2,50 0,15 2,00 0,08
3,000 3,410 3,50 0,31 3,00 0,16
4,000 3,720 4,50 1,10 4,00 0,79
5,000 4,820 5,50 0,69 5,00 -0,41
6,000 5,510 6,50 0,32 6,00 -0,37
7,000 5,830 7,25 0,26 7,00 -0,06
7,500 5,960 7,75 0,20 7,50 -0,12
8,000 6,060 8,25 0,24 8,00 0,08
8,500 6,180 8,75 0,24 8,50 0,00
9,000 6,300 9,25 0,20 9,00 -0,08
9,500 6,400 9,80 0,18 9,50 -0,03
10,100 6,510 10,60 0,20 10,10 0,03
11,100 6,710 11,60 0,23 11,10 0,03
12,100 6,940 12,60 0,24 12,10 0,01
13,100 7,180 13,60 0,34 13,10 0,10
14,100 7,520 14,60 0,51 14,10 0,17
15,100 8,030 15,60 0,68 15,10 0,17
16,100 8,710 16,60 0,31 16,10 -0,37
17,100 9,020 17,60 0,22 17,10 -0,09
18,100 9,240 18,60 0,15 18,10 -0,07
19,100 9,390 19,60 0,13 19,10 -0,02
20,100 9,520 10,05 0,47 20,10 0,34
Volumen del Punto de Equivalencia
4,658 ml
Determinación de Ácido Fosfórico en Big Cola por medio de la Titulación
Potenciométrica.
Tabla de relación volumen/pH
Vol. NaOH pH Volumen dpH/dV Vol.NaOH d2pH/dV
2
Añadido medio
(mL)
0,000 2,110 0,50 0,82 0,00
1,000 2,930 1,50 0,04 1,00 -0,78
2,000 2,970 2,50 0,07 2,00 0,03
3,000 3,040 3,50 0,08 3,00 0,01
4,000 3,120 4,50 0,09 4,00 0,01
5,000 3,210 5,50 0,13 5,00 0,04
6,000 3,340 6,50 0,19 6,00 0,06
7,000 3,530 7,25 0,26 7,00 0,07
7,500 3,660 7,75 0,30 7,50 0,08
8,000 3,810 8,25 0,30 8,00 0,00
8,500 3,960 8,75 0,44 8,50 0,28
9,000 4,180 9,25 0,34 9,00 -0,20
9,500 4,350 9,80 0,03 9,50 -0,61
10,100 4,370 10,60 0,60 10,10 0,94
11,100 4,970 11,60 0,45 11,10 -0,15
12,100 5,420 12,60 0,39 12,10 -0,06
13,100 5,810 13,60 0,32 13,10 -0,07
14,100 6,130 14,60 0,25 14,10 -0,07
15,100 6,380 15,60 0,17 15,10 -0,08
16,100 6,550 16,60 0,43 16,10 0,26
17,100 6,980 17,60 0,20 17,10 -0,23
18,100 7,180 18,60 0,52 18,10 0,32
19,100 7,700 19,60 0,31 19,10 -0,21
20,100 8,010 10,05 0,40 20,10 0,09
Volumen del Punto de Equivalencia
5,116 ml
Cálculos Típicos
Primera Etapa:
H3PO4(ac) H+(ac) + H2PO4
-(ac)
Segunda Etapa:
H2PO4-(ac) H+
(ac) + H2PO4=
(ac)
Tercera Etapa:
H2PO4=
(ac) H+(ac) + PO4
3- (ac)
Cálculo de la concentración del
Valorante:
2,1713𝑔 𝑒𝑥𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙𝑒𝑠 𝑥98 𝑔 𝑝𝑢𝑟𝑜𝑠
100 𝑔 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙𝑒𝑠
= 2,1279 𝑔 𝑝𝑢𝑟𝑜𝑠
𝑛 =𝑔𝑠𝑡𝑜
𝑃𝑀=
2,1279 𝑔
29,997 𝑔
𝑚𝑙⁄
= 0,0532 𝑚𝑜𝑙
𝑀 =𝑛𝑠𝑡𝑜
𝑙𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐
=0,0532 𝑚𝑜𝑙
1 𝑙
= 0,0532 𝑀 ≈ 𝑁
Volumen del punto de equivalencia en
Coca-Cola: 4,502 𝑚𝑙
Cálculo de la concentración del ácido:
0,004502 𝑙
𝑛𝑁𝑎𝑂𝐻 = 𝑛𝐻3𝑃𝑂4
𝑛 = 𝑀 𝑥 𝑙 = 0,004502 𝑙 𝑥 0,0532 𝑀
= 0,000239 𝑚𝑜𝑙
𝑀 =0,000239 𝑚𝑜𝑙
0,04 𝑙
= 0,0059 𝑀 𝑒𝑛 𝐶𝑜𝑐𝑎
− 𝐶𝑜𝑙𝑎
𝑀 = 0,0061 𝑀 𝑒𝑛 𝑃𝑒𝑝𝑠𝑖
𝑀 = 0,0067 𝑀 𝑒𝑛 𝐵𝑖𝑔 𝐶𝑜𝑙𝑎
Contenido de ácido fosfórico en
bebidas gaseosas:
Marca de bebida
gaseosa
Contenido de H3PO4
(g por 100ml)
Coca-cola 42,5
Pepsi 35
Centro de nutrición Larissa Páez
Por consiguiente:
La concentración experimental de la
coca-cola en relación gramos de ácido
fosfórico por 100 ml es:
0,1𝑙𝑥0,0059 𝑀 = 5,9𝑥10−04𝑚𝑜𝑙
5,9𝑥10−04 𝑚𝑜𝑙 𝑥98𝑔
𝑚𝑜𝑙= 0,058𝑔
0,058𝑔𝑥1000𝑚𝑔
1𝑔= 58 𝑚𝑔
58 mg por 100ml de coca-cola.
59,78 mg por 100ml de pepsi.
65, 66 mg por 100ml de big
cola.
Error relativo (porcentual):
Para la coca-cola
%𝑬 =|42,5𝑚𝑔 − 58𝑚𝑔|
42,5 𝑚𝑔𝒙𝟏𝟎𝟎 = 36,47%
70,80 % error relativo en la
Pepsi
69,44 % error relativo en la Big
cola
Nota: Se promedia el valor real de la
Coca-cola y la Pepsi para asignarle un
valor real a la big-cola(38,75 mg por
100ml), ya que se desconoce su
concentración.
Análisis y Discusión de
Resultados
La determinación de la
concentración del ácido fosfórico en
las distintas marcas de bebidas
gaseosas se logró gracias al
mecanismo de la titulación
potenciométrica; “haciendo uso de un
electrodo de membrana que mide el
potencial que se genera entre el
interior de la misma con el exterior en
base a la actividad del ion hidrógeno”,
comenta Underwood (1986), en
consecuencia, considerando así que
dicha actividad se ve afectada por la
adición de valorante, que disminuye la
cantidad de iones hidronios en la
solución; logrando que ocurra un
cambio de potencial relativamente
grande que indica el primer punto de
equivalencia alcanzado en un
determinado volumen.
Por consiguiente, en la práctica el
reporte de valores arrojados (pH) por
el método potenciométrico, permite
analizar tales variables de manera
matemática con el criterio de la
primera y segunda derivada, según
Underwood, A (1986), logrando así,
hallar los máximos y mínimos que
facilitan las relaciones para encontrar
el volumen de equivalencia y así
determinar las concentraciones de
ácido fosfórico en las distintas bebidas
gaseosas, y representarlo gráficamente.
En tal sentido, analizando los dos
primeros puntos de inflexión que
reportan las gráficas en razón a los
cambios de potenciales por unidades
de volumen agregados de titulante, se
puede evidenciar la diferencia entre
dichos puntos, donde el primero es
claramente notorio, el segundo se
presenta como un ligero cambio o
pequeña inflexión.
En consecuencia, tal fenómeno
responde a las constantes de ionización
del ácido fosfórico, la primera etapa de
ionización se presenta casi completa,
en la segunda etapa la molécula iónica
(dihidrógeno de fosfato) se le hace
difícil ceder un ion hidronio al medio,
es decir, en tal etapa la neutralización
es intermedia, esto demuestra el
comportamiento de los dos primeros
puntos de equivalencia, como
manifiesta Whitten (2008).
Igualmente, si se analizan las
curvas de titulación en el trayecto del
primer punto de equivalencia entre el
ácido débil y la base fuerte, se observa
claramente como la solución en las
primeras adiciones de base fuerte
busca mantener el pH en el intervalo
inicial; conociendo la naturaleza de los
ácidos débiles, como comenta
Underwood, A(1986), “forman un
solución amortiguadora al aumentar la
concentración de su par conjugado”, es
decir, el ácido fosfórico antes de
adicionar el valorante se encuentra
disociado débilmente de la siguiente
manera:
H3PO4+H2O H3O++H2PO4-
A medida que ocurre la titulación
incrementa la concentración del ion
H2PO4-, por lo tanto, la velocidad con
la que comienza a incrementar el pH
es lenta y gradual, ha dicho fenómeno
también se le conoce como
tamponamiento químico, y es lo que
hace difícil seleccionar indicadores
para señalar el punto de equivalencia
en titulaciones manuales; pero tal
hecho no presenta ningún
inconveniente con la potenciométrica
directa.
Por otra parte, el contenido de
ácido fosfórico en relación a los
gramos por cada 100 ml de volumen
de la bebida gaseosa sobrepasa a los
estándares nutricionales recomendados
por diversas organizaciones de salud,
que consideran que la alta ingesta de
ácido fosfórico afecta la asimilación
del calcio en el organismo. Igualmente,
están por encima de los valores que
dicta el centro nutricional Larissa Páez
para la marca de Coca-cola y Pepsi, sin
embargo, dicho centro de salud afirma
que el contenido de ácido fosfórico en
las bebidas gaseosas son
extremadamente bajos como para
asociarlos a la mala absorción o
asimilación del calcio, si el consumo
no es en exceso.
Por último considerando los
errores experimentales cometido
durante el manejo de las muestras y el
desarrollo de las titulaciones, además,
que el análisis se efectuó una sola vez
se debe considerar así un margen de
error determinado en los resultados
para efectuar los análisis
correspondientes sobre la gravedad de
las altas concentraciones de ácido
fosfórico en las bebidas gaseosas
reportados en el presente informe.
Conclusiones
La potenciometría directa se
encuentra dentro de los métodos
electroquímicos de análisis basados en
la medida del potencial de celdas sin el
paso de corriente apreciable. Por ello
el método utilizado de la
potenciometría directa es rápido, y
factible, ya que permitió el estudio de
la actividad de la especie aniónica en
el caso del ácido fosfórico (H3PO4) que
poseen los refrescos de cola.
En cuanto al electrodo de
membrana utilizado para determinar el
pH de la solución de refresco de cola,
este posee una concentración constante
en el interior de la membrana, esto le
permitió la medición de la actividad de
los protones en la disolución del
analito que se encuentra en el exterior.
Ahora tocando el punto concerniente al
ácido fosfórico; este es un compuesto
químico utilizado en la industria
alimenticia, comúnmente en bebidas
carbonatadas con sabor a cola o limón,
y tiene la finalidad de acidular la
solución, es decir, sirve como
regulador de la acidez.
Asimismo, se pudo apreciar en la
curva de titulación que el H3PO4 es la
un ácido poliprótico, que posee tres
átomos de hidrogeno ionizables, es un
ácido débil, y en la experiencia se notó
fácilmente el primer punto de
equivalencia y en cuanto al segundo
fue notado ligeramente, estos sirvieron
para la realización del método de la
segunda derivada y obtener las gráficas
que expresan los determinados valores.
Por último, comparando los valores
en relación a la concentración del
ácido fosfórico en los refresco en
contraste a los estándares y
recomendaciones de los organismos de
salud, es recomendable hacer el
llamado para que se realicen análisis
sobre el contenido de bebidas gaseosas
aquí estudiadas y verificar así si dichas
compañías están incurriendo en los
procesos de elaboración de las mismas.
Referencias
Chang, R (2013) “Química undécima
edición” Editorial McGraw-Hill,
México.
Day Jr. R, Underwood A. Química
Analítica Cuantitativa. (1989).
Pearson. Naucalpan de Juárez, Estado
de México.
Whitten, K (2008) “Química octava
edición” Editorial Cengage Learnig,
México.
Fuente electrónica sobre el contenido
del ácido fosfórico en las bebidas
gaseosas:
http://www.centrodenutricion.co.cr/co
ntent/articulo/contenido-de-
%C3%A1cido-fosf%C3%B3rico-en-
bebidas.html