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Titulaciones Acido Base Quimica Analytical Essay

La química ácido-base en solventes no acuosos: Ácido acético glacial

Acid-base chemistry of non aqueous solvents: glacial acetic acid

Giaan A. Álvarez Romero[a] María Teresa Ramírez Silva[b] Alberto Rojas Hernández[c]

Resumen

La química en solventes no acuosos en muchas ocasiones ayuda al análisis cualitativo y cuantitativo de especies químicas que simplemente no son accesibles en medio acuoso. Hasta hoy, el conocimiento empírico ha establecido ciertas normas generales a seguir en cuanto a la aplicación de estos solventes en la industria y se cuenta con poco conocimiento científico acerca de los procesos fisicoquímicos que se establecen en este tipo de medios. En el presente trabajo se describen los principios de la química ácido-base cuando el solvente usado es ácido acético glacial. Siendo este solvente una especie ácida, es capaz de nivelar bases de forma que presentan un comportamiento fuerte mientras que en agua resultarían muy débiles para su análisis. Al ser un solvente de baja polaridad, los solutos presentarían un proceso químico de formación de pares iónicos que antecede a la ionización, siendo este último proceso poco favorecido. Considerando todo lo anterior, la interpretación fisicoquímica para la reacción de bases con un ácido (como el perclórico), disueltos en ácido acético glacial, tiene una orientación muy diferente a la que se usa comúnmente en medio acuoso.


Palabras clave: Solventes no acuosos, ácido acético glacial, química ácido-base.

Abstract

Chemistry in non-aqueous solvents often helps the qualitative and quantitative analysis of chemical species which are simply not accessible in aqueous media. To date, empirical knowledge has established some general rules regarding the application of these solvents in the industry, while there is poor scientific knowledge about the physicochemical processes related with this type of media. In this paper we describe the principles of acid-base chemistry when glacial acetic acid is used as solvent. Since this is an acidic solvent, it is capable of leveling bases so they would present a strong behavior while in water the same bases would be too weak for analysis. Being a low polarity solvent, solutes present an ion-pair formation process which precedes the ionization, which is less favored. Considering the above, the physicochemical interpretation for base reactions with acids (such as perchloric), both dissolved in glacial acetic acid, has very different scope that the one commonly used in aqueous media.


Key words: Non aqueous solvents, glacial acetic acid, acid-base chemistry.

Introducción

El uso del ácido acético glacial como solvente se remonta hasta el año de 1884 cuando Raoult realizaba mediciones crioscópicas en soluciones de compuestos orgánicos, y desde entonces se ha diversificado el estudio del comportamiento de especies en este medio para estudiar características que en otros solventes serían difíciles de apreciar. Según la clasificación para los diferentes tipos de solventes de Brönsted, el ácido acético glacial vendría a pertenecer a la clase protogénica, por su gran tendencia a donar protones a las especies químicas que se encuentran disueltas en él. Dada su alta estabilidad y el bajo grado de hidratación en condiciones normales de trabajo en un laboratorio, se ha convertido en el solvente protogénico más utilizado para el estudio y determinación de bases, en las cuales tiene un efecto nivelador, es decir, todas las bases fuertes en él tenderán a presentar la misma fuerza. Además de esta característica, el ácido acético glacial presenta una constante dieléctrica muy baja (6.17 a 25°C, mientras que la del agua es 78.5 a 25°C), lo cual reduce el poder disociante del medio.

Estas características hacen que la química ácido-base en este solvente sea diferente a la que se acostumbra considerar en agua. Considerando que en la industria farmacéutica y de síntesis química es común usar al ácido acético glacial como solvente, el entendimiento de su comportamiento fisicoquímico es indispensable para poder explicar y prever los procesos que se llevan a cabo dentro de este solvente.

El ácido acético desde el punto de vista de Brönsted y Lowry

(Bruckenstein y Kolthoff, 1956).

Aún como solvente protogénico, el ácido acético glacial tendrá ciertas características protofílicas que lo harían aceptar protones de ácidos fuertes y de la autoprotólisis limitada del medio, cuyo equilibrio viene dado por la expresión:

donde HAc representa a la molécula CH3COOH, H2Ac+ al protón solvatado CH3COOH2+, y Ac- al ion acetato CH3COO-. El valor para pKs más aceptado en la actualidad es 14.45, que es muy cercano al del agua pero que no significa que sean solventes equivalentes. Cuando se tiene una base B o un ácido HA disueltos en ácido acético glacial, se presenta un primer proceso llamado ionización, donde el soluto interactúa con las moléculas de solvente para formar pares iónicos:

El siguiente proceso que se lleva a cabo se denomina disociación, donde el par iónico se separa para formar iones libres en solución:

Ya se ha mencionado que dada la baja constante dieléctrica de este solvente, su poder disociante es pobre, por lo que el proceso de ionización está más favorecido que el de disociación. Los valores de las constantes de equilibrio para los respectivos procesos no son fáciles de determinar experimentalmente, las técnicas de análisis nos generan resultados en términos de una combinación de los dos procesos descritos, llamada disociación total:

La fuerza de un ácido o una base vendría dada entonces por el análisis del proceso de disociación total y en consecuencia, de los valores para las constantes de disociación total.

La principal metodología para el análisis de bases en ácido acético glacial es la titulación potenciométrica usando ácido perclórico como titulante, dado que es el ácido más fuerte en este medio (pKHA= 4.87). A continuación se describe el análisis teórico cuantitativo para describir la evolución de un sistema de este tipo.

Análisis teórico cuantitativo de la valoración de una base con cido perclórico usando ácido acético glacial como solvente.

A pesar de que desde 1927 Conant, Hall y Werner (Conant y Hall, 1927; Hall y Conant, 1927; Hall y Werner, 1928) realizan titulaciones potenciométricas de bases y acetatos metálicos usando ácido acético glacial como solvente, no fue sino hasta 1957 cuando, después de realizar el cálculo espectrofotométrico de constantes de equilibrio de diferentes ácidos y bases en ácido acético glacial, Kolthoff y Bruckenstein (1957) desarrollan el tratamiento teórico cuantitativo de la neutralización de bases con ácido perclórico en el solvente ya mencionado. Con los datos de las constantes de equilibrio obtenidos, demostraron la validez de sus cálculos teóricos comparados con los datos experimentales; este análisis marca la partida al cálculo de constantes de equilibrio a partir de mediciones potenciométricas. A pesar de que en los años subsecuentes, algunos investigadores como Shkodin, Karkuzaki y Sadornichaya (Shkodin y Karkuzaki, 1959; Shkodin et al., 1961; Shkodin y Zadornichova, 1964) cuestionaron el trabajo de Kolthoff y Bruckenstein, poco a poco se fue consolidando éste gracias al seguimiento de numerosos investigadores como Schwarzenbach y Stenby (1959), Wegmann y Simon (1962), Tanaga y Nagasuka (1965), y más recientemente Barbosa, Cortina y Rosés (Barbosa et al., 1992a, 1992b).

A continuación se presenta el desarrollo de las ecuaciones encontradas por Kolthoff y Bruckenstein (1957). Cabe aclarar que, considerando la baja constante dieléctrica del ácido acético glacial, se usan concentraciones en lugar de actividades.


[H2Ac+] de una solución de base B. Sistema B/HAc


Ya se discutió y se planteó la expresión para la constante de disociación total de una base en ácido acético glacial:


donde


Dada la baja capacidad disociante del medio, la cantidad [B]' es prácticamente igual que la concentración analítica de la base, CB.

Realizando el análisis de concentraciones al equilibrio y utilizando la reacción de disociación total se tiene:


donde


de manera que la expresión de la constante de disociación total queda como:


como la base es débil en ácido acético, CB >> [Ac-]:


despejando [Ac-]:


De la autoprotólisis del ácido acético se tiene:


cuya constante de equilibrio (constante de autoprotólisis Ks) viene dada por:


Despejando [Ac-] de 16, sustituyendo en 14 y rearreglando se obtiene:


donde finalmente de (17) se obtiene el pH (sabiendo que pH= -log[H2Ac+]) de una solución de B en ácido acético.


[H2Ac+] en soluciones de base y su perclorato. Sistema B/HClO4/HAc


Antes del punto de equivalencia, los equilibrios de disociación total a considerar y sus respectivas expresiones para la constante de equilibrio son los siguientes:


cuya expresión para la constante está dada por (8),


donde


donde


Sin embargo, el equilibrio importante en la presencia de HClO4 es la siguiente reacción de formación:


Utilizando la ley de Hess para obtener KfHClO4 a partir de (8), (16), (20) y (23) se obtiene la siguiente expresión:


Ahora, del principio de electroneutralidad se tiene:


Despejando [Ac-] de (16) y sustituyendo en (8):


Sustituyendo (29) en (23):


Despejando de (30) [ClO4-], [Ac-] de (16), sustituyendo estas expresiones junto con (29) en (28) y rearreglando se obtiene:


A menos que la base a titular sea tan débil que no pudiera ser titulada en ácido acético glacial, se cumple que:


Considerando esto para (31) y rearreglando una vez más, se obtiene:


la cual es la expresión que describe los cambios de pH antes de alcanzar el punto de equivalencia. En general, es suficiente despreciar la disociación de la base, la de la sal, y la solvólisis de la sal respecto a las concentraciones totales, y asumir que CB y CBHClO4 representan las cantidades estequiométricas, es decir, asumir que la reacción (25) es bastante cuantitativa.


[H2Ac+] en soluciones de la sal pura (punto de equivalencia). Sistema BHClO4/HAc


Dado que en este punto para la mayoría de las bases se cumple que KBCB << KBHClO4 CBHClO4, considerando esto en la ecuación (31) se tiene:


Despreciando la disociación de las especies en solución CB = CHClO4 , sustituyendo esto en (26), despejando CB2 y sustituyendo en (34):


que nos describe el pH en el punto de equivalencia. Es importante observar que según (35) el pH en el punto de equivalencia es independiente de las concentraciones de base y ácido.


[H2Ac+] en mezclas de sal y ácido perclórico en exceso. Sistema HClO4/BHClO4/HAc.


Después de alcanzado el punto de equivalencia, es conveniente expresar [H2Ac+] en términos de CHClO4 y CBHClO4.

Despejando CB de (26) y sustituyendo en la expresión resultante la ecuación (27), se obtiene:


Sustituyendo (36) en (31) y reduciendo:


Cuando se tiene suficiente ácido en exceso en el sistema KHClO4 CHClO4 >>Ks, por lo que (37) se puede simplificar a:


En la vecindad del punto de equivalencia, si KBHClO4 >> KHClO4 la ecuación (38) queda como:


Conclusiones

El uso y estudio del agua como solvente en procesos químicos es común dadas las características de los procesos naturales en la Tierra, sin embargo, no es exclusiva de ella ya que otros solventes con características muy diferentes abren la puerta a investigaciones y síntesis que en agua simplemente no serían capaces de llevarse a cabo. Algunos procesos industriales donde se usan solventes no acuosos como el ácido acético glacial suelen controlarse empíricamente, por lo que un conocimiento adecuado de los procesos químicos formales que se llevan a cabo dentro de ellos es esencial para la mejora de procesos y el aumento de rendimientos en el producto final. Como se ha descrito en este ensayo, la química ácido-base del ácido acético glacial como solvente, difiere mucho de la del agua al llevarse a cabo procesos termodinámicos diferentes y que implican un replanteamiento de los equilibrios y constantes correspondientes, así como de las reacciones que se llevan a cabo en titulaciones de bases de Brönsted en este solvente. Estudios similares en otros solventes son más que necesarios para tener un entendimiento fundamental de los procesos químicos en solventes no acuosos.

Referencias Bibliográficas

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Barbosa J., Cortina J. L., Rosés M., 1992b. Ionic equilibria in amphiprotic solvents of low dielectric constant: Part 2. Titration curves and buffer capacity of bases in anhydrous acetic acid. Anal. Chim. Acta 256(1): 211-220.

Bruckenstein S., Kolthoff I. M., 1956. Acid-Base Equilibria in Glacial Acetic Acid. III. Acidity Scale. Potentiometric Determination of Dissociation Constants of Acids, Bases and Salts. J. Am. Chem. Soc. 78(13): 2974–2979.

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Hall N. F., Conant J. B., 1927. A study of superacid solutions I: The use of the chloranil electrode in glacial acetic acid and the strength of certain weak bases. J. Am. Chem. Soc. 49(12): 3047–3061.

Hall N. F., Werner T. H., 1928. A study of superacid solutions III: The titration and dilution curves of bases dissolved in acetic acid. J. Am. Chem. Soc. 50(9): 2367–2386.

Kolthoff, I. M., Bruckenstein S., 1957. Acid-Base Equilibria in Glacial Acetic Acid. IV. Quantitative Interpretation of Acid-Base Titrations in Glacial Acetic Acid. J. Am. Chem. Soc. 7(1): 1–7.

Schwarzenbach G., Stenby P., 1959. Die Acidität der schweren Halogenwasserstoffe und der Perchlorsäure in Essigsäure als Lösungsmittel, Helv. Chim. Acta 42(7): 2342-2355.

Shkodin A. M., Karkuzaki L. I., 1959. Ukr. Khim. Zh. 33: 2795-2802.

Shkodin A. M., Izmailov N. A., Karkuzaki L. I., 1961, Ukr. Khim. Zh. 27: 155-161.

Shkodin A. M., Zadornichova L. P., 1964. Izv. Vysshykh Uchebn. Zavedenii, Khim i Khim. Teknol. Zh.7: 568-574.

Tanaga M., Nagasuka G., 1965. General considerations in the acid-base titrations in glacial acetic acid: An extension of the concept of ligand buffer. Anal. Chim. Acta (33): 543-553.

Wegmann D., Simon W., 1962. Potentiometrische Mikrobestimmung von scheinbaren Dissoziationskonstanten in Essigsäure. Helv. Chim. Acta 45(3): 962-973.

[a]Profesor Investigador del Área Académica de Química de la UAEH, Miembro del Cuerpo Académico de Química Analítica y Química Física de Soluciones y Superficies. Egresado del Doctorado en Ciencias Químicas de la UAM-I. Miembro del SNI con nivel I.

[b]Profesora Investigadora del Área de Química Analítica de la UAM-I, Miembro del Cuerpo Académico de Química Analítica. Egresada del Doctorado en Ciencias Químicas de la UAM-I. Miembro del SNI con nivel III.

[c]Profesor Investigador del Área de Química Analítica de la UAM-I, Miembro del Cuerpo Académico de Química Analítica. Egresado del Doctorado en Ciencias Químicas de la UAM-I. Miembro del SNI con nivel III.

Didáctica de la química

 

Titulaciones ácido-base con el empleo de software

 

Acid-base titration using software

 

Diógenes Hernández Espinoza y Luis Astudillo Saavedra*

 

* Instituto de Química de Recursos Naturales. Universidad de Talca, Curicó, Chile. Correo electrónico: dhernandez@utalca.cl

 

Fecha de recepción: 5 de septiembre de 2012.
Fecha de aceptación: 22 de marzo de 2013.

 

Resumen

La experiencia que se presenta a continuación es un aporte a los conceptos básicos que se deben conocer en la asignatura de Química General. Su desarrollo fue gracias a experiencias aplicadas en los últimos años en la enseñanza de la Química de manera teórica y práctica en la Universidad de Talca, con alumnos de las carreras de Ingeniería Mecánica e Ingeniería en Construcción. Específicamente la experiencia se realizó cuando se abordó la unidad de ácido base, donde con el apoyo del software llamado Datastudio y con el material correspondiente (sensores de pH y cuenta gotas, Explore GLX y computadores), los alumnos de las diferentes carreras debieron realizar un proceso de titulación de una solución acuosa de ácido clorhídrico 0,1 M, con una solución acuosa de hidróxido de sodio 0,1 M, permitiéndoles llevar a cabo la obtención de datos, inferir e interpretar los resultados obtenidos gráficamente, que determinaron el punto exacto de neutralización del ácido con la base (pH 7,0).

Palabras clave: experimentos asistidos por ordenador, software educativo, fuerza ácido-base, titulación.

 

Abstract

This paper represents a support of the basic concepts for General Chemistry syllabus. This development was an outcome thanks to the experiences applied in the last two years, where theoretical and experimental chemistry was taught at the University of Talca with students from Mechanical and Construction Engineering fields. Specifically in the experiment of the acid-base unit, the support came from Datastudio software, with the corresponding material (pH sensor and drop counter, Explore GLX and PC). Different students from various fields performed the titration of a 0.1 M hydrochloric acid solution with 0.1 M sodium hydroxide, enabling data entry, deduction and the interpretation of the graphically obtained results, that determined the exact neutralization point (at pH 7.0).

Keywords: computer assisted experiments, educational software, acid-base strength, tritation.

 

Introducción

El software educativo se viene desarrollando desde la década de los 60, adquiriendo su mayor relevancia en la década de los 80, principalmente con el avance de las tecnologías y la aparición de las microcomputadoras. Software educativo se define como "los programas de computación realizados con la finalidad de ser utilizados como facilitadores del proceso de enseñanza" (Marqués, 1995). Actualmente existen más denominaciones para este mismo concepto, entre las que destacan "programas didácticos" y "programas educativos", y donde todos ellos cumplen con la función de incentivar a los alumnos en los procesos de enseñanza y aprendizaje mediante recursos informáticos (Marqués, 1998).

Si se analiza la historia de estos nuevos procesos de enseñanza/aprendizaje, se puede observar que han evolucionado considerablemente, destacando tres líneas distintas. En una primera se desarrolla un nuevo lenguaje de programación denominado Logo, que permite al alumno construir el conocimiento con base en sus propias capacidades. Como segunda línea de desarrollo surge la implementación de lenguajes y herramientas tales como; lenguajes visuales, lenguajes orientados a objetos, herramientas multimediales y herramientas de autoría. Finalmente, como tercer punto, con la difusión de las computadoras personales se ha producido cada vez más software educativo especializado, el que se enmarca en tres instancias distintas: a) las computadoras como tutores (enseñanza asistida por computadoras o EAC); b) como aprendices, y c) como herramientas (Larreal et al., 2008), donde todas estas líneas de desarrollo apuntan a que el alumno construya su propio aprendizaje en función de las herramientas que posee (Bruner, 1988).

En la actualidad es posible considerar además otras formas metodológicas de enseñanza utilizando computadoras, en lo que se denomina EXAO (Experimentos Asistidos por Ordenador), MBL (Microcomputer Based Laboratory), CBL (Computer Based Laboratory), LAO (Laboratorio Asistido por Ordenador) o el nombre de los proveedores de los equipos (PASCO). Así, por medio de las computadoras los estudiantes aprenden a programar, desarrollando de mejor forma las habilidades intelectuales, además de contribuir en la resolución de problemas, su modelación y su división, permitiendo detectar errores, donde dichas situaciones no sean posibles de resolver de forma tradicional (Schunk, 1997).

En ciencia, dentro del software educativo específico, están los LAO (laboratorio asistido por ordenador), o los laboratorios virtuales, que corresponden a un sitio informático que simula una situación de aprendizaje propia del laboratorio tradicional, lográndose por medio de ellos desarrollar objetivos educativos propios del trabajo experimental. Los laboratorios virtuales se agrupan actualmente en lo que se denomina Entornos Virtuales de Aprendizaje (EVA) que, aprovechando las funcionalidades de las Tecnologías de la Información y la Comunicación (TIC), ofrecen nuevas aplicaciones para la enseñanza y el aprendizaje, que están libres de restricciones impuestas por el tiempo y el espacio que se genera con la enseñanza presencial, pero que sin lugar a dudas mantienen la comunicación entre estudiantes y profesores (Marqués, 2000). De igual manera, se pueden observar los laboratorios virtuales, que presentan ventajas muy significativas. Sin embargo, existe una cierta resistencia a su integración en el currículo de ciencias, por el elevado costo en tiempo y dinero necesarios para su implementación, y por la falta de resultados empíricos acerca de su uso, aunque ya existen experiencias que avalan su viabilidad técnica y su contribución educativa (Morcillo et al., 2006, García y Gil, 2006).

Es importante destacar que cuando los estudiantes interactúan con la simulación dentro de un laboratorio virtual, comprenden mejor los sistemas, procesos y fenómenos reales, debido a que exploran conceptos y comprueban hipótesis (Lópe y Morcillo, 2007; Borghi, de Ambrosis y Mascheretti, 2003).

Finalmente, los equipamientos existentes en el mercado (laboratorio asistido por computadora o los laboratorios virtuales), están constituidos por software y sensores de varias magnitudes (cuenta gotas, pHmetro, manómetro, termómetro, etc.), los que tienen la función de transformar medidas químicas y físicas en una tensión eléctrica. La señal del sensor es recibida por una interfaz que transforma la tensión eléctrica en código binario que las computadoras son capaces de interpretar, para posteriormente mostrar diversas pantallas que se van generando con tablas de datos y gráficos, los que se pueden observar, interpretar y modificar de acuerdo con las necesidades de los alumnos y profesores (Pintó, Couso y Hernández, 2010).

 

Objetivo

Utilizar experiencias didácticas basadas en experimentos asistidos por computadora, para explicar de forma simple y exacta el proceso de neutralización de un ácido fuerte con una base fuerte.

 

Metodología

La metodología de esta experiencia se da en dos etapas:

— Etapa 1 (conexión y puesta en marcha del hardware y software). Los estudiantes deben conectar al hardware cada una de las partes y piezas que requiere el software, poner en marcha y seleccionar los iconos que se requieren en pantalla para realizar la experiencia.

— Etapa 2 (preparación de disoluciones y determinación de gráficos). Una vez que el hardware y software están en marcha los estudiantes preparan dos disoluciones, una de HCl y la otra de NaOH —ambas 0,1 M—, que posteriormente son agregadas a sus respectivos depósitos y comienzan el proceso de titulación.

 

Etapa 1

1. Encienda el ordenador y seleccione el programa Data-Studio, conecte el sensor de pH PS-2147 (figura 1) y el sensor de cuenta gotas PS-2117 (figura 2) a los puertos USB del ordenador.

2. Una vez dentro del programa, el equipo mostrará automáticamente en la pantalla la interfase de pH y cuenta gotas, como también le creará un grafico que indica pH para el eje X y cuenta gotas para el eje Y (figura 3), quedando en condiciones listas para el análisis.

Etapa2

1. Preparar una disolución de 100 mL de HCl 0,1 M, a partir del ácido concentrado que posee una densidad de 1,19 g/cm3 y % p/p = 37%).

2. Preparar un disolución 0,1 M de NaOH.

3. Tomar una bureta y ambientar con 10 mL de la disolución de NaOH 0,1 M, y posteriormente ubicar en el soporte universal con la ayuda de una pinza de tres dedos y una nuez.

4. Vertir y llenar la bureta con el resto de la disolución de NaOH(aq) 0,1 M.

5. Dejar caer disolución de la bureta hasta eliminar las burbujas de aire que pudieran estar en el extremo inferior de la misma. Luego volver a rellenar y ajuste en cero.

6. En un matraz Erlenmeyer o vaso precipitado añadir 20 mL de disolución de HCl(aq) 0,1 M tomado con una pipeta total, colocarlo sobre el agitador magnético y agregar un magneto al interior.

7. Colocar el electrodo de pH al interior del vaso o matraz Erlenmeyer.

8. Colocar el cuenta gotas junto al soporte y alinearlo hacia la bureta.

9. Dejar caer la primera gota y presiona Start en la pantalla del ordenador, hasta obtener la curva final.

10. La figura 4 representa el montaje del sistema y la obtención de datos.

11. Repetir la experiencia utilizando otras concentraciones para el ácido (0,05; 0,2; 0,5 M).

Dificultad

Durante el desarrollo de la experiencia, las mayores dificultades que se pueden presentar son las siguientes:

— Calibración de los sensores de pH y los sensores cuenta gotas.

— Preparación de las disoluciones 0,1 M de NaOH y HCl.

— Uso del software.

— Interpretación del gráfico mostrado en la pantalla por el software durante el proceso.

 

Conclusiones

Cuando se encaran las actividades experimentales resultan atractivas, interesantes y efectivas, con gran participación por parte de los alumnos y un recurso innovador para el docente, porque permiten tratar contenidos conceptuales de una manera no tradicional. El contar con un laboratorio con estas características constituye una herramienta fundamental, ya que se logra la adquisición de datos que facilitan enormemente la experimentación y su posterior análisis. La realización de la experiencia utilizando experimentos con base en laboratorios asistidos por ordenador permitió, por una parte, explicar de una manera didáctica, concreta y eficaz los procesos de interacción y titulación de un ácido con una base, hasta alcanzar el grado de neutralización (pH 7,0) en un proceso de titulación, mientras que por otra, se logró un mayor acercamiento, disposición e interés por parte de los educandos a aprender, porque pudieron observar, interactuar e interpretar a través de un computador y dispositivos las reacciones químicas que ocurrían durante el proceso, además de utilizar a las TIC como una herramienta al servicio de la enseñanza/aprendizaje de la química.

De la experiencia realizada con el software y hardware en una clase de Química General cuando se trataba la unidad de ácido-base para alumnos de primer semestre de las carrera de Ingeniería Mecánica y en Construcción de la Universidad de Talca, se puede concluir que el 97% de un universo de 93 estudiantes que la realizaron (gráfico 1), comprendió el proceso de titulación, neutralización, concentración y pH cuando se hace reaccionar un ácido con una base. Por otra parte, también comprendieron que los ácidos y bases son compuestos químicamente opuestos y que en la naturaleza juegan un papel importante para mantener el grado de acidez de la materia.

En el momento que los estudiantes experimentaron con otras concentraciones observaron que la curva de pH cambia en función de ellas, permitiéndoles concluir que el pH depende de la concentración de las disoluciones (pH = -log [H+] y pOH = -log [OH-]).

Para dar cuenta de lo anterior se realizó un análisis estadístico simple con base en preguntas mostradas a continuación que se solicitó completar a los estudiantes luego de finalizada la unidad:

1. ¿Qué significa que en el gráfico de la figura 4 se observe que la curva pasa por el valor de pH 7,0?

2. ¿Por qué en química se habla de neutralización cuando un ácido fuerte y una base fuerte alcanzan un pH de 7,0?

3. ¿Qué importancia juega la concentración del ácido y la base en la experiencia?

4. ¿Qué características químicas tienen un ácido y una base?

5. ¿Cuál es el papel que juega la fenolftaleína en el proceso de titulación?

6. ¿Qué ocurrió con la curva de pH cuando las concentraciones del ácido se disminuyeron y aumentaron al doble o más?

7. ¿Qué ocurriría si en la experiencia se utilizara en vez de una base fuerte una base débil y en vez de ácido fuerte un ácido débil?

 

Bibliografía

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