Informe 4. Acido Cítrico - Documentos de Google

 

 

Universidad Nacional Autónoma de México Facultad de Estudios Superiores Zaragoza

 Equipo: 3

Lugar: Ciudad de México, México

“ Determinación de porcentaje de pureza de ácido cítrico mediante una valoración potenciométrica ácido- base”

Asesor: Irma Alejandre Razo

Semestre: 4° Grupo: 402 Fecha: 4 de Noviembre de 2020

 

 

Práctica 4. Titulaci Titulación ón potenciométrica (ácido poliprótico) del ácido cítrico materia prima ANTECEDENTES Ácidos polipróticos Estas sustancias pueden ceder más de un ion hidrógeno por molécula. Estos ácidos se ionizan por etapas, es decir decir,, pierden un patrón cada vez. Se puede escribir una expresión de la constante de ionización para cada etapa de ionización. Como consecuencia, a menudo deben utilizarse dos o más expresiones de la constante de equilibrio para calcular las concentraciones de las especies en la disolución del ácido.

Cuando se encuentre un ácido o una base, primero se debe decidir si se trata de una forma ácida, básica o intermedia. Las tres formas de ácidos y bases son: • ácida • básica • intermedia (anfiprótica) Para sistemas polipróticos vale el mismo razonamiento pero hay varios valores de pKa.

 

 

Valoración potenciométrica Una valoración potenciométrica es una valoración basada en medidas de potencial de un electrodo indicador adecuado en función del volumen del valorante. Las valoraciones potenciométricas proporcionan resultados más fiables que cuando se usan indicadores químicos. Resultan particularmente útiles en el caso de disoluciones coloreadas o turbias, y para detectar la presencia de especies insospechadas. Tienen el inconveniente de ser menos rápidas que las que utilizan indicadores. Por otra parte son fácilmente automatizadas Detección del punto final con un electrodo de pH Las valoraciones se utilizan bien para hallar la cantidad de analito presente en una muestra, bien para medir constantes de equilibrio del analito. Se puede obtener la información necesaria para ambos fines siguiendo el pH de la disolución a medida que se realiza la valoración. El uso de electrodos para medir voltajes y suministrar así información química se llama potenciometría. En el caso más simple, el analito es una especie electroactiva que forma parte de de una célula galvánica. galvánica. Una especie electroactiva es una especie que puede ceder o aceptar electrones en un electrodo. Se puede convertir una disolución problema en una semicelda introduciendo en su seno un electrodo, como un hilo de platino, para transferir electrones a o desde un analito.

 

 

Puesto que el electrodo responde al analito, el electrodo se s e llama electrodo indicador. Después se conecta esta semi célula a una segunda semi célula a través de un puente salino. La segunda semi célula tiene una composición fija, y por tanto tiene un potencial constante. Puesto que su potencial es constante, la segunda semi célula se llama electrodo de referencia. El voltaje de la célula es la diferencia entre el potencial variable de la semicelda del analito y el potencial constante del electrodo de referencia El tercer componente de una celda potenciométrica es un puente salino que previene que los componentes de la disolución de analito se mezclen con los componentes del electrodo de referencia. Electrodos de referencia

Tiene un potencial que se conoce con exactitud, que es constante y que es completamente insensible a la composición de la disolución del analito.  Además, este electrodo debe ser resistente, fácil de armar, y debe mantener un potencial constante al paso de pequeñas corrientes. Electrodos de referencia de calomelanos

Están hechos de mercurio en contacto con una disolución que está saturada con cloruro de mercurio(I) (calomelano) y que también contiene una concentración conocida de cloruro de potasio. El término “saturado” en un electrodo saturado de calomelanos se refiere a la concentración de KCl) y no a la concentración de calomelano. Todos Todos los electrodos de calomelanos están saturados con Hg2Cl2 (calomelano).

Electrodos indicadores

 

 

Un electrodo indicador ideal responde de manera rápida y reproducible a los cambios en la concentración de un ion analito (o de un grupo de iones analito). Aunque ningún electrodo indicador tiene una respuesta absolutamente específica, en la actualidad existen algunos que son muy selectivos. Los electrodos indicadores son de tres tipos: metálicos, de membrana y transistores de efecto de campo sensible a iones. El electrodo de vidrio

El electrodo de vidrio que se usa para medir el pH es el ejemplo más común de electrodo selectivo de iones. Un electrodo combinado de pH típico, que incorpora tanto al electrodo de vidrio como el electrodo de referencia. La celda está formada por un electrodo indicador de vidrio y un electrodo de referencia saturado de calomelanos que está sumergido en la disolución de pH desconocido. El electrodo indicador está formado por una membrana delgada de vidrio sensible al pH que está sellada a uno de los extremos de un tubo de vidrio de paredes gruesas o de plástico. delsaturado tubo se con encuentra un volumen pequeño de ácido clorhídrico diluido Dentro que está cloruro de plata. La disolución interna en algunos electrodos en una disolución amortiguadora que contiene el ion cloruro. Un alambre de plata en esta disolución forma un electrodo de referencia plata/cloruro de plata, el cual está conectado a una de las terminales de un potenciómetro. El electrodo de calomelanos está conectado a la otra terminal. En el caso del electrodo de vidrio, la concentración (y la actividad) de los protones dentro de la membrana es constante. La concentración fuera de la membrana se determina por la actividad de los iones hidrógeno en la disolución del analito. Esta diferencia de concentraciones provoca la diferencia de potenciales que se mide con un pHímetro. Los potenciales de los dos electrodos de referencia dependen de las características electroquímicas de sus pares redox respectivos, pero el potencial a través de la membrana de vidrio v idrio depende de las características fisicoquímicas del vidrio y de su respuesta a las concentraciones iónicas en ambos lados de la membrana.

 

 

Objetivo: Calcular el porcentaje de pureza del ácido cítrico materia prima, mediante una valoración ácido - base potenciométrica.

Hipótesis: De acuerdo con la Farmacopea de los Estados Unidos Mexicanos (FEUM), 11a ed., página 636. Contiene no menos del 99.5% y no más del 100.5% de ácido cítrico, calculado con referencia a la sustancia anhidra.

Solución volumétrica -Nombre: Hidróxido de sodio (NaOH) -Normalidad 0.1 N -Volumen -V olumen a preparar: 250 mL -Peso molecular: 40 g/mol b) Cálculos -Reacción de equilibrio:

NaOH (s) ↔ Na+(ac) + OH- (ac) -Peso equivalente:

 

 

-Miligramos que corresponde a 1 miliequivalentes:

-Gramos para preparar la solución volumétrica:

d)Técnica oficial con referencia bibliográfica En un matraz volumétrico de 1000 mL disolver 4.2 gramos de hidróxido de sodio en agua libre de dióxido de carbono. Llevar a volumen con el mismo disolvente. Según la Farmacopea Mexicana de los Estados Unidos Mexicanos (FEUM) 11° Ed., p.156 e) Explicación de la técnica El hidróxido de sodio se pesa en la balanza granataria, ya que es higroscópico y una base fuerte, además es un patrón secundario y no requiere precisión y exactitud, por eso mismo no se realiza la solución en un matraz volumétrico, sino en un vaso de precipitados de 400 mL, en el que anteriormente se tuvo que pesar el hidróxido y se posteriormente agregarle agua libre de CO2. Para obtener el agua libre de CO 2 se tiene que llevar a ebullición antes de utilizarla y dejarla enfriar. Esto es con el fin de evitar la formación de carbonatos. En el vaso ocurre una reacción exotérmica, se desprende calor y por lo tanto se deja enfriar la solución.

 

 

f) Grupo funcional cuantificable:Hidróxido (OH-)

PATRÓN P PRIMARIO RIMARIO

-Nombre: Biftalato de potasio -Peso molecular: 204,23 g/mol b) Cálculos: -Reacción de equilibrio:

-Peso equivalente: 204.22. g/eq -mg que se van a pesar: 100 mg -Miliequivalentes que equivalen a 100 mg 1 meq – 204,23 mg X – 100mg X= 0.489644029meq -Mililitros gastados de la solución volumétrica 0.1 N al pesar 0.489644029meq del patrón primario N= meq/ mL mL= meq/N = (0.489644029meq) / (0.1 meq/ml) = 4.9 mL gastados d) Técnica oficial con referencia bibliográfica: Se pesan 5 g de Biftalato de potasio (previamente molido y secado a 120°C durante 2h), y pasarlos a un matraz Erlenmeyer Erlenmeyer,, disolver en 75mL de agua libre de dióxido de carbono, agregar 2 gotas de SI de fenolftaleína. Según la Farmacopea Mexicana de los Estados Unidos Mexicanos (FEUM) 11° Ed., p. 156. e)Explicación de la técnica: Pesar por triplicado (3 pesadas individuales de 100mg) en una balanza analítica ya que se requiere exactitud y precisión (por ser el patrón primario). Disolver en agua libre de CO 2 para evitar precipitados de Na2CO3 al titular con

 

 

la solución volumétrica. Para el Biftalato no importa en qué cantidad de agua libre de CO2 se ponga, solo que se disuelva, ya y a que seguirá habiendo la misma cantidad de meq en la solución. f)

Grupo funcional cuantificable: Ácido carboxílico (COOH)

g)

Reacción entre el patrón primario y la solución volumétrica:

h)

Cuantitatividad de la reacción: 99.9%

De una base fuerte y un ácido débil OH+

HA

↔

A-

SUSTANCIA SUST ANCIA A ANALIZAR a)Datos generales ● Nombre Nombre:: Ácid Ácido o ccítri ítrico co mon monohi ohidra dratad tado o ● Materia Materia prima prima o form forma a farm farmacé acéuti utica: ca: materia prima ● Peso Peso mo mole lecu cula lar: r: 210.14 g/mol b) Cálculos: ● Reac Reacci ción ón de equi equililibr brio io::

 

 

 Ácido cítrico + H2O→ ion citrato + 3H+

● Peso Peso eq equi uiva vale lent nte: e: Peq = 210.14 g/mo g/mol/l/ 3H+ = 70.04 g/eq ● Miligr Miligramo amoss que corre correspo sponde nde a 1 mil milieq iequiv uivale alente nte:: 1 meq → 70.04 mg ● Mililitros Mililitros gastados gastados de la so solució lución n vol volumétri umétrica ca 0. 0.1 1 N al al pesar pesar 1 miliequivalentes de la sustancia problema: N= meq/mL ; mL= meq/N ; mL= (1 meq) / (0.1meq/ml)= 10 mL gastados de NaOH con exceso: 20 mL d) Técnica oficial con referencia bibliográfica: Titulación directa. Colocar en un matraz erlenmeyer 3.0g de la muestra, disolver con 40 mL de agua y titular con SV de hidróxido de sodio 1.0N, utilizando SI de fenolftaleína. Hacer una determinación con un blanco y efectuar las correcciones necesarias. Cada mililitro de solución s olución de hidróxido de sodio 1.0N consumido equivale a 64.04 mg de ácido cítrico. Según la FEUM, 11° edición, página 637 e) Explicación de la técnica: Para esta práctica no se utilizó una titulación directa ya que el ácido cítrico es un ácido poliprótico, es decir, tiene 3 protones que se pueden ionizar y por lo

 

 

tanto, tiene 3 puntos de equilibrio, por lo que aun con el uso de un indicador indicador,, es un método impreciso,y sólo la tercera disociación del ácido cítrico (ion citrato) es cuantificable. Por ello se utilizó una titulación potenciométrica, que es un método más preciso ya que mide el potencial de hidrógeno. Se usará un electrodo de vidrio, el cual es un electrodo compuesto por ser combinado. El electrodo indicador es el de la membrana de vidrio y el electrodo de calomel es el electrodo de referencia, f) Grupo funcional cuantificable: ácido carboxílico (COOH) g) Reacción entre la sustancia problema y la solución volumétrica:

INSUMOS a) ● ● ● ● ● ● ● ●

Material:

1p pip ipet eta ag gra radu duad ada a de de 5 m mL L 1 vvid idri rio os d de e rre elo lojj 3 ma matra trace cess E Erl rlen enme meye yerr de 50 m mL L 1 va vaso so d de e pr prec ecip ipita itado doss de 25 250 0 mL 1 va vaso so d de e pr prec ecip ipita itado doss de 40 400 0 mL 3 va vaso soss de pr prec ecip ipititad ados os de de 10 100 0 mL 1b bu uret reta d de e2 25 5m mL L 1p pip ipet eta a vvol olum umét étric rica ad de e 1 mL

● 1p pro rob bet eta ad de e2 25 5 mL ●  1 soporte universal ●  1 pinza de doble presión ●  1 barra magnética de 1 pulgada

c)

Instrumentos

Balanza Granataria ● Po Pote tenc nció ióme metr tro oH HAN ANNA NA ● El Elec ectro trodo do iind ndic icad ador or de de vi vidr drio io ● Ele Electr ctrodo odo de ref refere erenic nica a de cal calome omell ●

 

d)

Reactivos:

 

 

● ● ● ● ● ●

Hi Hidr dróx óxid ido od de e ssod odio io ((Na NaOH OH)) R. R.A A Ác Ácid ido o ccítr ítric ico o (m (mat ater eria ia p pri rima ma)) Bift Biftal alat ato o de po pota tasi sio o R.A R.A So Solu luci ción ón Bu Buff ffer er pH 4 So Solu luci ción ón Bu Buff ffer er pH 7 So Solu luci ción ón Bu Buff ffer er pH 10

f)

Diagrama de bloques del procedimiento experimental

 

 

PROPIEDADES FÍSICAS Y QUÍMICAS DE REACTIVOS UTILIZADOS

 

 

RESULTADOS ● Estandarización de la SV de NaOH

Peso (mg)

muestra meq primario

patrón mL gastados de la N = meq/ml solución volumétrica

100.5

0.4920922489

4.9

0.1004269896

101.0

0.4945404691

5.2

0.09510393636

100.9

0.4940508251

5.0

0.09881016501

Cálculos estadísticos ● Pro Promed medio: io: 0.0 0.0981 981136 136969 96988 meq meq/ml /ml ● Des Desvia viació ción nE Está stánda ndar: r: 0.0 0.0027 027290 290153 15333 ● %C %CV V: 2. 2.7729 2901 015533 33% % La normalidad del NaOH es 0.098N ± 0.002N Determinación de porcentaje de pureza de ácido cítrico.

Repetición 1. Tabla 1. Tabla de datos de valoración potenciométrica de ácido cítrico con NaOH, primera pesada (70.1 mg)

 

 

 

 

Tabla 2. Cálculos de la 1° y 2° derivada de la titulación potenciométrica de ácido cítrico con NaOH

Gráfico. 1. Curva de valoración potenciométrica de ácido cítrico con NaOH 0.098N (pH vs mL de NaOH)

 

 

Gráfica 2. Curva de valoración potenciométrica de ácido cítrico con NaOH 0.098N (pH vs mL de NaOH) Método de los círculos concéntricos.

Gráfica 3. Curva de valoración potenciométrica de ácido cítrico con NaOH 0.098N (pH vs mL de NaOH) Método de tangentes.

Gráfico 4. Curva de Valoración potenciométrica de ácido cítrico con NaOH 0.098N (pH vs mL de NaOH) Método de la 1° derivada.

 

 

Gráfico 5. Curva de valoración potenciométrica de ácido cítrico con NaOH 0.098N (pH vs mL de NaOH) Método de la 2° Derivada.

Tabla 3. Resumen de resultados obtenidos de mL de NaOH gastados por los 4 métodos

Valoración potenciométrica de ácido cítrico cítri co con NaOH 0.098N Método Usado

mL de NaOH reales gastados

Círculos concéntricos

9.8

Tangentes

9.9

1° Derivada

9.9

2° Derivada

9.8

Tabla 4. Determinación del porcentaje de pureza del ác. cítrico. Repetición 1. Repió n

1

m de mur a

70.1

Méto utad

Círculos concéntri cos

m S gad (NaO)

me de áci cíti

9.8

0.960 4

m de áci cíti

67.2664 16

Susca pol g/100m

6.72664 16

% pu de la suna pol

95.957797%

 

 

Tangentes

9.9

0.970 2

67.9528 08

6.7952 808

96.936959%

1° derivada

9.9

0.970 2

67.9528 08

6.7952 808

96.936959%

2° derivada

9.8

0.9604

67.2664 16

6.72664 16

95.957797%

Cálculos estadísticos: ● Promedio: 96.44737803 ● Desviación estándar: 0.565318981 ● % de Coeficiente de Variación: 0.005861424

REPETICIÓN 2 Tabla.1 Datos de valoración ácido-base potenciométrica, de ácido cítrico con NaOH 0.098N.

 

 

Tabla.2 Cálculos del método de la 1° y 2° derivada para titulación potenciométrica de ácido cítrico con NaOH.

Gráfico. 1. Curva de valoración potenciométrica de ácido cítrico con NaOH 0.098N (pH vs mL de NaOH)

 

 

Gráfica 2. Curva de valoración potenciométrica de ácido cítrico con NaOH 0.098N (pH vs mL de NaOH) Método de los círculos concéntricos.

Gráfica 3. Curva de valoración potenciométrica de ácido cítrico con NaOH 0.098N (pH vs mL de NaOH) Método de tangentes.

Gráfico 4. Curva de Valoración potenciométrica de ácido cítrico con NaOH 0.098N (pH vs mL de NaOH) Método de la 1° derivada.

 

 

Gráfico 5. Curva de valoración potenciométrica de ácido cítrico con NaOH 0.098N (pH vs mL de NaOH) Método de la 2° Derivada.

Tabla 3. Resumen de resultados obtenidos de mL de NaOH gastados por los 4 métodos Valoración potenciométrica de ácido cítrico cítri co con NaOH 0.098N Método Usado

mL de NaOH reales gastados

Círculos concéntricos

9.9

Tangentes

9.9

1° Derivada

10

2° Derivada

10

 

 

Tabla 4. Determinación del porcentaje de pureza del ác. cítrico. Repetición 2.

Repión

m de mur

me de áci cíti

m de áci cíti

Susca pol g/100m

% pu de la suna pol

9.9

0.9702

67.9528 08

6.7952 808

96.523875%

Tangente s

9.9

0.9702

67.9528 08

6.7952 808

96.523875%

1° derivada

10.0

0.98

68.6392

6.8639 2

97.4988636 4%

2° derivada

10.0

0.98

68.6392

6.8639 2

97.4988636 4%

Méto utad

Círculos concéntr icos

2

m S gad (NaO)

70.2

Cálculos estadísticos: ● Promedio: 97.01136932 ● Desviación estándar: 0.5629099538 ● % de Coeficiente de Variación: 0.580251529

% de pureza del ácido cítrico. Repetición 2 : 97.0% ± 0.5%

 

 

Tabla de resultados del porcentaje de pureza del ácido cítrico de las 3 repeticiones con el promedio de los 4 métodos.

Repión

m de mur

% pu de la suna pol

1

70.1

96.4%

2

70.2

96.5%

3

70.3

-

CÁLCULOS ● Cálcul Cálculos os pa para ra la est estand andari arizac zación ión d de e SV NaOH NaOH.. Muestra 1.

 

 

● Cálculos Cálculos para para la d determi eterminació nación n del porce porcentaje ntaje de pureza pureza (Repeti (Repetición ción 1 1))

 

 

 

 

● Cálculos Cálculos para para la d determi eterminació nación n del porce porcentaje ntaje de pureza pureza (Repeti (Repetición ción 2 2))

 

 

 

 

● Cálculos Cálculos para para la d determi eterminació nación n del porce porcentaje ntaje de pureza pureza (Repeti (Repetición ción 3 3))

ANÁLISIS DE RESULTADOS.

CONCLUSIÓN

ANEXOS

REFERENCIAS ● Chang, Chang, R. Qu Químic ímica. a. 7ma edic edición ión.Mé .Méxic xico: o: Mc Graw-H Graw-Hill ill Interamericana;2003. pág. 621. ● Harris C. Dani Daniel. el. A Análisi nálisiss quím químico ico cuantita cuantitativo. tivo. 6ta 6ta edi edición. ción. Barcelona: Barcelona: Reverté; 2016. pág. 213-235. ● Skoog Dougl Douglas as A. Fundamentos Fundamentos de Química Química Analítica.9 Analítica.9na na edición edición.. México: Cengage Learning; 2015. pág. 537-540.