Valoraciones Acido Base

1. OBJETIVOS

1.1. Entender la importancia de las reacciones ácido-base y las aplicaciones que estas tienen para la industria

1.2. Comprender la función de un indicador y poder elegir uno óptimo para algún tipo de valoración requerida.

2. MARCO TEORICO

2.1. VALORACIONES

Una valoración ácido-base (también llamada volumetría ácido-base, titulación ácido-base o valoración de neutralización) es una técnica o método de análisis cuantitativo muy usada, que permite conocer la concentración desconocida de una disolución de una sustancia que pueda actuar como ácido o base, neutralizándolo con una base o ácido de concentración conocida. Es un tipo de valoración basada en una reacción ácido-base o reacción de neutralización entre el analito (la sustancia cuya concentración queremos conocer) y la sustancia valorante. El nombre volumetría hace referencia a la medida del volumen de las disoluciones empleadas, que nos permite calcular la concentración buscada.

2.1.1. CURVAS DE VALORACION

Si representamos el pH medido por un electrodo en función del volumen añadido de sustancia valorante se obtienen curvas de valoración o curvas de titulación, similares a la de la figura. Se observa el rápido cambio del pH para un volumen determinado. El punto de inflexión de esta curva se llama punto de equivalencia y su volumen nos indica el volumen de sustancia valorante consumido para reaccionar con el analito. En ausencia de sistema medidor del pH, se pueden usar indicadores ácido-base, sustancias que mediante un cambio de color nos indican que se ha llegado al punto de equivalencia.

Ecuación general de la curva de titulación

Los cálculos hasta ahora realizados aplican las suposiciones que implican despreciar el aporte de protones u oxhidrilos del agua en relación con el del exceso de ácido o de hidróxido; estas suposiciones no son válidas para soluciones diluidas, en especial en las cercanías del pe. Por eso a continuación presentamos un método exacto para tratar esos casos. Partimos de un BM para Cl- y para Na+, válido en cualquier momento de la titulación:

[Cl-] = Va Ca / (Va + Vb) (1)

[Na+] = VbCb / (Va + Vb) (2)

La condición de EN válida para todo momento de la titulación es:

[H+] + [Na+] = [Cl-] + [OH-] (3)

Introduciendo (1) y (2) en (3) obtenemos:

[H+] = {(VaCa - VbCb)/ (Va + Vb)} + Kw / [H+] (4)

En la obtención de (4) no se desprecia la concentración de ninguna especie; es exacta, de acuerdo al uso que hacemos de este término. Haremos uso de esta ecuación en cálculos muy cercanos al pe durante la titulación de soluciones diluidas.

Imagen 1 Curva de titulación ácido fuerte- base fuerte mostrando el viraje de diferentes indicadores

2.1.2. PUNTO DE EQUIVALENCIA

Antes de iniciar la valoración se debe elegir un indicador de pH adecuado según el punto de equivalencia previsto de la reacción. El punto de equivalencia se corresponde con el valor teórico de la valoración, pero en la práctica no es posible saberlo con exactitud. En dicho punto habrán reaccionado cantidades estequiométricas de ambos reactivos, y el pH de dicho punto depende de la fuerza relativa del ácido y la base empleados. Para conocer dicho valor se pueden emplear las siguientes reglas:

• Un ácido fuerte reacciona con una base fuerte para formar una disolución neutra (pH = 7).

• Un ácido fuerte reacciona con una base débil para formar una disolución ácida (pH <7).

• Un ácido débil reacciona con una base fuerte para formar una disolución básica (pH> 7).

Cuando un ácido débil reacciona con una base débil, la disolución en el punto de equivalencia será básica, si la base es más fuerte que el ácido, y será ácida, si el ácido es más fuerte que la base. Si ambos son de igual fuerza, entonces el pH de equivalencia será neutro. Sin embargo, los ácidos débiles no se valoran normalmente frente a bases débiles, porque el cambio de color mostrado por el indicador suele ser rápido, y por lo tanto muy difícil de ver con claridad por el observador.

El punto final es el punto en que se detiene la valoración, por ejemplo, tras el viraje de color del indicador. Este cambio producido en la disolución permite establecer experimentalmente el punto final de la valoración.4

El punto final debe coincidir lo más exactamente posible con el punto de equivalencia. La diferencia entre ambos puntos constituye el error de valoración, que es propio del método (indicador empleado, uso de reactivos impuros, etc), y no debemos confundirlo con los errores accidentales debidos a manipulaciones o medidas de volumen defectuosas.

2.1.3. VALORACIÓN SIMULTÁNEA DE DOS ÁCIDOS EN UNA MEZCLA

La posibilidad de determinar la concentración de dos ácidos en una mezcla depende de sus fuerzas relativas. Si ambos ácidos son fuertes, en una titulación con NaOH la mezcla se comporta como una solución de un único ácido fuerte cuya concentración es igual a la suma de las concentraciones de ambos componentes. La razón es elemental: ambos ácidos están totalmente ionizados y se comportan como fuentes de H+ indistinguibles entre sí. Si la solución contiene dos ácidos débiles con valores de Ka muy parecidos, la curva de titulación será la correspondiente a un único ácido débil de concentración igual a la suma de las concentraciones de ambos componentes.

En cambio si la solución contiene un ácido fuerte y un ácido débil, o dos ácidos débiles con Ka suficientemente diferentes, la titulación con una base fuerte puede permitir la determinación de las concentraciones de ambos. Al adicionar la solución valorada de álcali reacciona primero el ácido más fuerte; el grado en que la neutralización de éste ácido es completada antes de que comience la neutralización del más débil depende de sus fuerzas relativas. Si los Ka difieren suficientemente la curva de titulación mostrará dos saltos de pH, uno para cada pe y, en teoría al menos, es posible elegir indicadores que se comporten adecuadamente a los pH de ambos pe.

Imagen 2 Titulación dos ácidos simultáneamente.

2.2. INDICADORES

El objetivo de toda valoración es el de adicionar la sustancia patrón en una cantidad tal que sea químicamente equivalente con la sustancia que reacción, condición que se consigue en el punto de equivalencia. El punto de equivalencia es un concepto teórico y lo que se aprecia al observar algún cambio físico cerca de dicho punto es el punto final la titulación. Las diferencias de volumen entre el punto final y el punto

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