Determinarea acidului [620733]

Universitatea Politehnica București
Facultatea de Chimie Aplicată și Știința Materialelor

Determinarea acidului
fosforic din băuturi
acidulate

Student: [anonimizat]: Protecția Consumatorului
Anul I

Cuprins

1. Introducere ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …… 3
2. Prezentare experimentală ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………… 4
3. Rezultate ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………. 8
4. Bibliografie ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……. 9

1. Introducere

Acidul fosforic – H3PO 4 este unul dintre acizi i slabi exist enți în băuturile
carbogazoase. Este o componentă a tuturor băut urilor răcoritoare de tip cola și are o
concentrație mult mai mare decât alți acizi, astfe lt concentrați a sa poate fi determinată printr -o
simplă titrare acido -bazică .
Conform literatur ii de spcialitate (Regulamentul 1333/2008 privind aditivii
alimentari), concentrația maximă de acid fosforic (E338) din băuturile pe bază de cola
(Coca -Cola , Pepsi) este de 700 mg/ L.
Nivelu l ridicat de fosfor din sânge, denumit "hiperfosfatemie", po ate duce la afectarea
organelor, în special a rinichilor. Funcția rinichilor slabi te poate crește concentrația de fosfor
în sânge, ceea ce la rândul său scade concentrațiile de calciu, crescând riscul de boală osoasă
fragilă. Mai mult, creșterea nivelului de fosfor seric, precum și alt e anomalii minerale, pot
contribui individual și colectiv la calcificarea vasculară și la bolile cardiovasculare .
Acidul fosforic este un acid triprotic care este relativ puternic în prima etapă de
protoliză. În cele din urmă se disociază cu ioni de fosfat și cu trei ioni de oxoniu în funcție de
valoarea pH -ului în trei etape de protoliză:

H3PO 4 + H 2O ⇌ H2PO 4- + H 3O+ prima protoliza
H2PO 4- + H 2O ⇌ HPO42- + H 3O+ a dou a protoliza
HPO 42- + H 2O ⇌ PO43- + H 3O+ a treia protoliza

Cu cât valoarea pH -ului este mai mare, cu atât există mai multe etape de protoliză. În
acest proces, fiecare etapă de protoliză reprezintă o reacție de echilibru. Acest proces este
tipic pentru acizii poliprotici, deoarece protonii dintr -o specie anionică sunt legați mai
puternic decât într -o specie neutră sau cationică.
Echilibrul etapelor individuale de protoliză poate fi considerat a fi independent unul
față de celălalt, deoarece valorile pK ale speciilor individuale variază cu un factor de 5. Prin
urmar e, la o titrare a acidului fosforic pot fi observate trei puncte de echivalență diferite,
fiecare din care corespunde unei conversii echimolare cu NaOH (aq.).
Titrarea este o tehnică analitică folosită pentru a găsi concentrația unui volum
cunoscut de substanță necunoscută prin adăugarea unei concentrații cunoscute de substanță
cunoscută. Pe măsură ce substanța necunoscută și cunoscută reacționează, este necesară
găsirea unei indicații că reacția este completă, ceea ce ne permite să determinăm concentrația
necunoscutului.
Una dintre cele mai frecvente tipuri de titrare este titrarea acido -bazică. În acest tip de
titrare, acesta începe cu o cantitate cu noscută (de obicei un volum) cu o concentrație
necunoscută de acid și îi adaugă cantități cunoscute de concentrație cunoscută de bază (sau
invers).
În experiment, pH -metrul este un material important folosit. Aceasta funcționează prin
măsurarea diferenței de tensiune generată între electrodul indicator și un electrod de referință.
Electrodul sau sonda de referință nu este sensibil la modificările de concentrație H + și este
utilizat pur și simplu ca punct de referință.

2. Prezentare experimentală

Obiectivu l acestui experiment este de a determina concentrația molară și de a calcula
cantitatea de acid fosforic conținută într -un produs pe bază de cola.
Mod de lucru
Cu o zi înainte de experiment, proba de cola este transferată într -un pahar de 4 00 ml și
agitată timp de 2 ore sau este lăsată să stea peste noapte în paharul de laborator pentru a
îndepărta CO 2.
20 mL de cola (decarbonatat ă în prealabil) a fost introdusă într -un pahar . Paharul a fost
plasat pe partea superioară a unei plăci de agitare și electrodul de pH a fost imersat alături de
un agitator magnetic . S-a observat pH -ul soluției înainte de a se începe titrarea . S-au adăugat
câte 1 mL de NaOH 0,1 M . S-a înregistrat valoarea pH -ului. S-a continuat procedura până la
atingerea punctului de echivalență

Fig.1. Configurarea experimentului
Proba de cola a fost încălzită înainte de analiză, deoarece încălzirea poate elimina
acidul carbonic și alte substanțe nedorite din probă, făcând astfel proba de cola gata de
determinar e prin reacția de neutralizare.
Experimentul a dus la o schimbare drastică a pH -ului în timpul efectuării titrării
acido -bazice, aceasta se mnalizând punctul de echivalență . Numai primul punct de inflexiune
este luat în considerare în experiment, ceea ce înseamnă că numai primul Ka este implicat.
Standardizarea NaOH este cheia importantă în determinarea concentrației analitului.
Au fost efectuate două studii în cadrul experimentului în care au fost recuperate următoarele
informații:
Cantitate NaOH, g = 0.2003
Cantitate KHP, (1) g = 0,0317 (2) g = 0,0265
Volumul inițial NaOH, ml = 0,00

Volumul final de NaOH, ml = 15,20
Concentrația de NaOH, M:
Trial 1: 0,01021 M
Trial 2: 0,007723 M
Media: 0,00897 M

Concentrația de NaOH poate fi calculată prin împărțirea numărului de moli de KHP
(divizarea greutății prin masa moleculară care este de 204,23 g) la volumul de NaOH
consumat în titrare.
Interpretarea datelor este o modalitate de determinare a punctului de echivalență al
experimentului. Nu numai că poate oferi o imagine mai clară a rezultatelor, ci poate și să
ofere informații despre punctul de echivalență prin reprezentarea grafică a rezultatelor și prin
prisma derivatelor ( reprezentarea grafică a primei și a doua derivată) .

Tabelul.1. Date expe rimentale

Prima derivat ă a funcției f (x), care se scrie f '(x) sau df / dx, este panta liniei
tangente la funcția de la punctul x. Pentru a pune acest lucr u în termeni non -grafici, prima
derivat ă arată cum se mărește sau scade o funcție și c ât de mult crește sau scade.

În timp ce prima derivat ă descrie dacă funcția este în creștere sau descreștere, a doua
derivat ă arată dacă prima derivat ă crește sau scade. [4]
Tabelul 1 prezintă rezumatul tuturor informațiilor care au fost utilizate în plotarea
graficelor necesare în experiment.
Pentru a aproxima grafic punctul final al titrării utilizând Fig.2 , se observă punctul de
mijloc al concentrației unde a avut loc o schimbare drast ică a pH -ului. Î n acest caz, punctul
echivalent al experimentului este de 4,50 ml.

Fig.2. Variația pH -ului în funcție de volumul de NaOH folosit la titrare
Figurile 3 și 4 reprezintă derivata 1 și respectiv a doua derivată 2. Datel e din acest
grafic susțin fiabil itatea punctului de echivalenț ă.

Fig.3 . Prima derivată

Fig.4 . A doua derivată

3. Rezultate

Concentrația acidului fosforic poate fi determinată utilizând următoarele informații
recuperate:
Volumul de cola, ml = 20,0
Concentrația de NaOH, M = 0,00897 M

Concentrația soluției va fi:

Cs=( )

= 2.02 x 10-3 M H 3PO 4.
Cantitatea de acid fosforic m din proba analizată este :
m=cs x M
m=2.02 x 10-3 x 98
m=197,97 mg/L
M = masa molară a acidului fosforic (g/mol)
m= cantitatea de acid fosforic din proba de cola

4. Bibliografie

1. Dorota Kregiel (2015) – Health Safety of Soft Drinks: Contents, Containers, and
Microorganisms , BioMed Research International, Vol. 2015, pg.15
2. P.I. Utange, R.A. Wuana and T.V. Akpoghol (2015) – Potentiometric and
spectrophotometric determination of phosphoric acid content in some beverages , Der Chimica Sinica,
Vol. 6(3), pg. 93 -99
3. Jarvin E. Nipales (2016) – Phosphoric Acid Determination in Cola by Acid -Base
Titration , Biochemistry, Group 6, 2A
4. L.D. (2015) – Determination of the content of phosphoric acid in a cola drink , Food
Analytics