Complexometria, Titulación Con EDTA.

TITULACIÓN COMPLEXOMÉTRICA: DETERMINACIÓN DE COBRE Y NIQUEL.

Laboratorio Principio de análisis químico.

Profesor: Pedro José Hernández.

Universidad Nacional de Colombia. Ciencias.

Introducción:

Para el experimento se utilizará una aleación de los metales cobre y níquel. Estas aleaciones son muy comunes porque son materiales de alta resistencia de corrosión. Es de común uso en aplicaciones donde el material se exponga a ácidos. El procedimiento consiste en analizar cuantitativamente níquel y cobre presentes en una muestra de la aleación pulverizada por medio de titulación con EDTA (complexometría).

Marco teórico:

Muchos de los iones metálicos reaccionan con dadores de pares de electrones para formar compuestos de coordinación o “los complejos”. La especie dadora (ligando), debe tener por lo menos un par de electrones sin compartir disponible para la formación del enlace.

Las valoraciones basadas en la formación de complejos o complexometría, han sido usadas por más de un siglo. Se ha incrementado su uso en la década de los 40, y ha sido basada en una clase particular de compuestos de coordinación denominados quelatos.

“Los quelatos son complejos formados por la unión de un metal y un compuesto que contiene dos o más ligandos potenciales. El proceso de formación del quelato se conoce como quelatación o quelación. El producto de tal reacción es un anillo heterocíclico. Un quelante es un ligando polidentado que se coordina a un ion central por dos o más átomos dativos. Los anillos de 5 a 6 miembros poseen más estabilidad, por lo que se diseñan quelantes polidentados, es decir, multiligantes, para lograr complejos de alta estabilidad. La formación de quelatos polidentados da por resultado un compuesto mucho más estable que cuando el metal se une solamente con un átomo ligante (monodentado). Esto se debe sobre todo a efectos entrópicos, ya que después de la primera coordinación las demás etapas suelen producirse liberando los ligandos coordinados anteriormente y aumentando así la entropía del sistema.

La estabilidad de los quelatos varía con el metal y con los átomos ligantes. Por ejemplo, el mercurio y el plomo tienen mayor afinidad por el azufre y el nitrógeno que por el oxígeno. Estas diferencias sirven como base de la acción de los quelantes en el cuerpo humano.

Los quelatos resultantes que se forman en el cuerpo son solubles en agua y se excretan intactos en gran parte por la orina, a una velocidad más rápida y que la esperada”. (Wikipedia - Agentes Quelantes)

El ácido etilendiaminotetraacético (o simplemente etilendinitrilo, EDTA), es de común uso en los métodos analíticos. La molécula de EDTA que se encuentra totalmente desprotonada es capaz de formar seis enlaces coordinados con un solo ion metálico.

Figura 1.

El EDTA tiene seis posibles sitios de enlace para unirse con metales: cuatro con grupos carboxilo y dos con grupos amino. Ver la figura 1.

Del equilibrio de formación de complejos, siendo M la representación del ion de metal y L la representación del ligando, se tiene que

M+L ↔ML β_1= ([ML])/[M][L] =K_1 Ecn. 1.

M+2L ↔ML_2 β_2= ([ML_2])/([M] [L]^2 ) =〖K_1 K〗_2 Ecn. 2.

M+3L ↔ML_3 β_3= ([ML_3])/([M] [L]^3 ) =K_1 K_2 K_3 Ecn. 3.

M+nL↔ML_n β_n= ([ML_n])/([M] [L]^n )=K_1 K_2 K_3 K_4 Ecn. n.

La valoración con ácidos aminocarboxílicos, y para el caso particular de la presente práctica, se tiene que se forman quelatos muy estables con muchos iones metálicos. El EDTA es un ligando hexadentado. En la siguiente gráfica se puede observar la composición de las disoluciones de EDTA en función del pH.

Figura 2.

Reactivos para la valoración con EDTA:

El ácido libre H_4 Y y la sal sódica hidratada, 〖Na〗_2 H_2 Y∙2H_2 O, están disponibles comercialmente con calidad de reactivo. El primero puede servir como patrón primario tras desecarlo durante varias horas a 130-145°C. Posteriormente, se disuelve en la cantidad mínima de base requerida para la disolución completa.

En condiciones atmosféricas normales, el hidrato de 〖Na〗_2 H_2 Y∙2H_2 O contiene un 0,3% de humedad en exceso sobre la cantidad estequiométrica. Salvo en los trabajos que requieran gran precisión, este exceso es suficientemente reproducible para permitir el uso de un peso corregido de la sal en la preparación directa de una disolución patrón.

Complejos del EDTA con iones metálicos:

Las disoluciones de EDTA son valiosas para la titulación porque presentan se combina con los iones metales en proporción 1:1 independientemente de la carga del catión. El EDTA es un reactivo notable no solo porque forma quelatos con todos los cationes (excepto los metales alcalinos), sino también porque muchos de esos quelatos tienen la estabilidad suficiente para llevar a cabo las valoraciones. Esa considerable estabilidad resulta de los diversos sitios complejantes de la molécula que da lugar a una estructura de “jaula”, en la que el catión queda rodeado de manera efectiva y aislado de moléculas de disolvente.

Figura 3.

La constante de formación de complejos con EDTA viene dada por la siguiente expresión.

M^(n+)+ Y^(4-)↔MY^((n-4)+) K_MY= ([MY^((n-4)+)])/[M^(n+) ][Y^(4-) ]

(SOOK, 2009)

Procedimiento:

Preparación de la muestra:

Reciba una muestra del metal pulverizado y conténgala en un vidrio de reloj; llévela a secado por mucho menos de una hora a 160°C. Se debe disecar antes de leer el peso de la muestra.

Pese aproximadamente 1.1 g de la aleación muestra pulverizada y llévela a un beaker de 250 mL.

Poco a poco agregue 10 mL de HNO_3 concentrado a la muestra, usando una pipeta aforada. Esta adición inicialmente causará efervescencia, ya que algo del níquel metálico ocidado, presente en la muestra, reaccionará con el ácido y se liberará hidrógeno gaseoso. Luego de que todo el volumen de HNO_3 a hiso agregado a la muestra, coloque un vidrio de reloj sobre el beaker y caliéntelo

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