ANÁLISIS DE MEZCLAS ALCALINAS

ANALISIS DE MEZCLAS ALCALINAS.

Romero Ismael, Vera Eliana, Mena Julio.

Laboratorio de Química Analitica II, Facultad de ingeniería, Ingeniería Química, Universidad del Atlántico.  

Puerto Colombia, 12 de Mayo de 2016.

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Resumen

Se estandarizó HCl a partir de una Disolución de  Na2CO3(s) y agua destilada. Posteriormente se tituló con  el ácido Clorhídrico la solución de Na2CO3 como patrón primario; una sal que al disociarse en agua los iones CO3 2- le confieren un carácter básico a la disolución, que al reaccionar con el HCl en medio del indicador naranjado de metilo da una tonalidad como canela en el punto de equivalencia (para el naranjado de metilo rojo pH 3.1 y amarillo pH 4.4 ) , Esta misma solución de HCl se utilizó para la titulación de unas muestras desconocidas en las cuales se identificó su composición utilizando el método de  Warder el cual identifica por medio de dos indicadores (fenolftaleína y naranjado de metilo) y de las diferencias de volúmenes  gastados de HCl la presencia de : Na2CO3  , NaOH y Na2CO3  y sus posibles combinaciones.

Palabras claves: Titulación, método de warder, indicador

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INTROCUCCIÓN.

Las soluciones estándar son importantes en las valoraciones, por ser una disolución que contiene una concentración conocida de un elemento o sustancia específica, llamada patrón primario que, por su especial estabilidad, se emplea para valorar la concentración de otras soluciones.

Para estandarizar disoluciones de ácido: carbonato de sodio. Para estandarizar disoluciones de base: ftalato ácido de potasio (usada en esta práctica).

El patrón secundario es llamado también disolución valorante o estándar secundario. Su nombre se debe a que en la mayoría de los casos se necesita del patrón primario para conocer su concentración exacta. Debe ser estable mientras se efectúe el período de análisis, debe reaccionar rápidamente con el analito, la reacción entre la disolución valorante y el patrón primario debe ser completa, de igual forma la reacción entre la disolución valorante y el analito, debe existir un método para eliminar otras sustancias de la muestra que también pudieran reaccionar con la disolución valorante además de una ecuación ajustada o balanceada que describa la reacción.

MARCO TEORICO.

Método de Warder consiste en titular una mezcla alcalina con ácido clorhídrico valorado usando sucesivamente dos indicadores de pH: fenolftaleína y heliantina. Puede llevarse a cabo sobre una porción única de muestra (esto es lo habitualmente usado) o sobre dos iguales de ella. Cualquiera sea el caso, permite decidir qué componentes se encuentran presentes y la concentración de cada uno de ellos. La composición de la solución se calculará a partir de los volúmenes relativos de ácido patrón, necesarios para valorar la muestra. Una vez establecida la composición, los datos del volumen se pueden utilizar para hallar la cantidad de cada componente en la muestra.

Recordar que el H2CO3 es un ácido débil diprótico que ioniza en dos fases, por lo tanto tiene K1 y K2. El primer Ka de ácido carbónico es Ka1= 4,6 x 10-7 (su pKa1 es de 6,34) y el segundo Ka2= 4,4 x 10-11 (su pKa2 es de 10,36) por lo que existe una diferencia de 4,02 unidades podemos esperar una clara inflexión en la curva de titulación. Las reacciones que ocurren son las siguientes:

H2 CO3 → HCO3 - + H +           Ka1= 4,6*10-7 

HCO3 - → CO3 -2 + H+             Ka2= 4,4*10-11

 Lo que se acostumbra es titular el ión carbonato como una base, con un ácido fuerte como titulante. En este caso se obtienen dos inflexiones claras; como se muestra en la figura 1, y corresponden a las reacciones iónicas vistas anteriormente. Observando la curva de titulación para carbonatos y la disponibilidad de indicadores adecuados podemos evidenciar los distintos puntos finales. En el primer punto final, el pH de la solución de NaHCO3 es igual a 8,35 y la fenolftaleína, cuyo rango de pH es de 8,2 a 9,6; es un indicador adecuado. La heliantina tiene un rango de pH de 3,1 a 4,4 y es el indicador apropiado para el segundo punto final. Una solución saturada de CO2 tiene un pH cercano a 3,9.[1]

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En las titulaciones de las mezclas de carbonatos y bicarbonatos o carbonatos e hidróxidos, se pueden titular con HCl estándar hasta los dos puntos finales que se mencionaron antes. Como se puede ver en la figura 2, en el punto final de la fenolftaleína el NaOH está completamente neutralizado, la mitad del Na2CO3 está neutralizada y el HCO3 no ha reaccionado. El bicarbonato se neutraliza en el punto final de la heliantina. El NaOH requiere sólo unas cuantas gotas de titulante para ir de un pH de 8 hasta un pH de 4 y esto se puede corregir corriendo una prueba en blanco con el indicador.[2]

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Las reacciones correspondientes de carbonatos y bicarbonatos y de carbonatos e hidróxidos son:

 VF → es el volumen en mililitros del ácido que se utilizó desde el inicio de la titulación hasta el punto final de la fenolftaleína (incolora).

VT (VTH) → es el volumen gastado desde el inicio hasta el punto final con heliantina.(sin recargar la bureta).

VH → es el volumen gastado a partir del punto final de la fenolftaleína hasta el de la heliantina, sin recargar la bureta.

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Recordar que el NaOH reacciona por completo en la primera etapa,(de pH=13 pasa a pH=7) que el NaHCO3 reacciona sólo en la segunda etapa (pasa de pH=8,3 a pH=3,9) y que el Na2CO3 (pH=12) reacciona en las dos etapas utilizando igual volumen de titulante en cada una de ellas. La mezcla de NaOH y de NaHCO3 no se considera, ya que estos dos compuestos reaccionan entre sí: HCO3 - + OH- ↔ CO3 = + H2O El producto resultante es una mezcla, ya sea de CO3 = y OH- , de HCO3- y CO3 = o bien sólo CO3 = u OH según las cantidades relativas de estos dos compuestos presentes en la muestra.[3]

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Figura 1. Intervalos de transición de pH y colores de algunos indicadores.[4]

METODOS EXPERIMENTALES:

En primera instancia se determinó la concentración real de una solución de HCl mediante la valoración con carbonato de sodio, luego se tomaron 25mL de 4 muestras alcalinas diferentes y se estandarizaron bajo el método 2 muestras (muestra alcalina y solución de HCl de concentración conocida), 2 indicadores  (fenolftaleína y naranja metilo).

RESULTADOS: PRESENTACIÓN Y DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS.

En la determinación de la concentración real de la solución de HCl se encontró que dicha concentración correspondía al valor de 0.1069N lo cual equivale a decir que es 0.1069M puesto que el HCl solo presenta un átomo de hidrógeno.

Para la muestra 1, al agregar las gotas de fenolftaleína se observó que la mezcla obtuvo un color rosado fuerte, esto se debe a que este indicador en medio básico presenta esa característica. En la titulación con este indicador se encontró que el volumen gastado fue 125mL, posteriormente en la titulación usando el indicador naranja metilo el volumen gastado fue 27.5mL.

Al comparar volúmenes gastados se tiene que , esto indica que la alcalinidad se basa solo de y . Lo que quiere decir que la basicidad de la muestra 1 se debe al compuesto  y la cantidad de él se puede determinar a partir de  y mediante la siguiente reacción.[pic 8][pic 9][pic 10][pic 11][pic 12]

      Reacción 1[pic 13]

Para determinar los mmol de  adicionados partimos de  y de la concentración de .[pic 14][pic 15][pic 16]

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A partir de la reacción 1 se tiene que la relación  es 1:1 lo que indica que si tenemos 13.3625 mmol  para reaccionar se necesitan 13.3625 mmol  con este valor es posible determinar la cantidad de  en la muestra 1.[pic 18][pic 19][pic 20][pic 21]

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