Determinación de un analito en una muestra comercial mediante una valoración complejométrica (Óxido de Zinc)

Universidad Nacional Autónoma De México

Facultad de Estudios Superiores Cuautitlán

Química Analítica I

Proyecto II

Determinación de un analito en una muestra comercial mediante una valoración complejométrica (Óxido de Zinc)

Equipo # 2:

Contreras Centeno Elesbaán Joel

Vázquez Chávez Andrea

Vilchis García Yomitzin Daniel

Grupo: 1351- AB

Carrera: Química Industrial

Periodo: 2016-01

14 de Octubre del 2015

Objetivos

Determinar en una muestra comercial de Óxido de zinc, el contenido de zinc, mediante titulación complejométrica con el uso del EDTA y un indicador metalocrómico.

Marco teórico:

Titulación Complejomética

Titulaciones por  formación de complejos

Los reactivos que forman complejos se utilizan ampliamente en la titulación de cationes. Los más empleados son compuestos orgánicos que tienen varios grupos donadores de electrones capaces de formar numerosos enlaces covalentes con iones metálicos.

Reacciones de formación de complejos

La mayoría de los iones metálicos reaccionan con donadores de pares de electrones formando compuetos de coordinación o complejos. La especie donadora, o ligando debe tener por lo menos un par de electrones no compartidos para formar el enlace. El agua, amoniaco y los iones halogenuros son ligandos inorgánicos comunes.

El número de enlaces covalentes que tiende a formar un catión con los donadores  de electrones correspondientes a su número de coordinación. Los números de coordinación más comunes son dos, cuatro y seis. La especie que se forma como resultado de la coordinación puede tener carga eléctrica positiva, negativa o neutra. Por ejemplo, el cobre (II), cuyo número de coordinación es cuatro, forma un complejo aminado catiónico con el amoniaco Cu(NH3)4+2.

Los métodos de titulación  que se basan en la formación de complejos (denominados también métodos complejométricos) se han utilizado desde hace más de un siglo; sin embargo, su verdadero crecimiento en las aplicaciones analíticas empezó alrededor de 1940, fundamentalmente con una clase particular de compuestos de coordinación denominado quelatos. Un quelato se produce cuando un ion metálico se coordina con dos o más grupos donadores de un solo ligando y formando un anillo heterocíclico de cinco o seis miembros.

Un ligando que sólo tiene un grupo donador disponible, como el amoniaco, se denomina unidentado, en tanto que los que tienen dos grupos disponibles, como la glicina, se denominan bidentados. También existen agentes quelantes tris-, tetra-, penta- y hexadentados.

Como titulantes, los ligandos multidentados, en especial los que cuentan con cuatro o seis grupos donadores, tienen  dos ventajas sobre los unidentados:

1. En general, reaccionan mejor con los cationes y, por lo tanto dan, puntos finales más definidos.
2. Comúnmente reaccionan con iones metálicos en una sola etapa, en tanto que la formación de complejos con ligandos unidentados implica la formación de dos o más especies intermedias.

M + L ← =➔ ML

Por estas razones, en las titulaciones complejométricas se utilizan de preferencia los ligandos multidentados

Ácido etilendiaminotetracético (EDTA)

El ácido etilendiaminotetracético [también llamado ácido (etilendinitrilo)tetracético], abreviado comúnmente como EDTA, es el titulante complejométrico más utilizado. El EDTA tiene la siguiente estructura.

La molécula de EDTA es n ligando haxadentado con seis sitios posibles para unirse a un ion metálico: los cuatro grupos carboxilos y los últimos grupos amonio, cada uno de estos últimos con un par de electrones no compartidos[pic 1]

Propiedades ácidas del EDTA

Las constantes de disociación ácidas para los grupos ácidos del EDTA son K1 = 1.02 x 10-2, K2 = 2.14 x 10-3, K3 = 6.92 x 10-7 y K4 = 5.50 x 10-11. Las dos primeras constantes son del mismo orden de magnitud, lo cual sugiere que los dos protones correspondientes se disocian de los extremos de la molécula preferentemente alargada. Debido a su separación física, la carga negativa creada por la disociación del primer protón o afecta mucho la separación del segundo protón. Por el contrario, esto no sucede en la disociación de los otros dos protones, ya que están más cerca de los iones carboxilato cargados negativamente que se forman en las primeras disociaciones.

Con frecuencia, las distintas especies de EDTA se abrevian como H4Y, H3Y-, H2Y2-, HY3- y Y4-.

La especie H2Y2- predomina en un medio moderadamente ácido (de 3 a 6). Solo en un pH mayor de 10 la especie Y4- es el principal componente de la solución.

Reactivos

El ácido libre H4Y y el dihidrato de la sal  sódica, Na2H2Y – 2H2O grado reactivo, se pueden obtener fácilmente en el comercio. El primero puede servir como patrón primario después de secarlo durante varias horas a temperatura de 130° a 145° C. Luego se disuelve completamente en la mínima cantidad de base necesaria para tal fin.

Bajo condiciones atmosféricas normales,  el dihidrato Na2H2Y – 2H2O contiene un exceso de 0.3 % de humedad respecto de la cantidad estequiométrica. No obstante, para la mayoría de los trabajos rigurosos, este exceso es lo suficientemente reproducible, por lo que se puede corregir en el peso de la sal y preparar directivamente la solución patrón.

También se han estudiado varios compuestos químicamente relacionados con el EDTA, pero al parecer no ofrecen más ventajas que éste.

Complejos de EDTA con iones metálicos

Las soluciones de EDTA son particularmente valiosas como titulantes gracias a que, con independencia de la carga del catión, el reactivo se combina con los iones metálicos en relación 1:1.

El EDTA es un reactivo excepcional no sólo porque forma quelatos con todos los cationes, también porque la mayoría de estos quelatos son suficientemente estables como para formar las bases de un método de titulación. Sin duda, esta gran estabilidad proviene de los distintos sitios complejantes dentro de la molécula, los cuales le confieren una estructura en forma de jaula en la que el catión se encierra y aíslan de manera efectiva de las moléculas del disolvente. Una de las estructuras del complejo de EDTA se muestra en la siguiente figura.

[pic 2]

 Cada constante se refiere al equilibrio en la que participa la especie Y4- con el ión metálico:

[pic 3]

[pic 4]

En la siguiente tabla se enlistan las constantes de formación KMY para complejos típicos de EDTA

[pic 5]

Equilibrio en las titulaciones con EDTA

Considerando que un metal como el Cu2+, que busca electrones en sus reacciones, es análogo a un ácido como el H3O+ y que el anión Y4- del EDTA, que es un donador de electrones, es una base. Entonces, la reacción Cu2+ + Y4-             CuY2-  es semejante a una reacción de neutralización ordinaria y debe ser sencillo calcular los valores de pCu en ciertas condiciones, calcular las curvas de titulación, considerar su factibilidad. Sin embargo, en realidad la situación es más complicada debido a que en la titulación están manifiestos otros equilibrios. En las secciones posteriores trataremos algunos de ellos.[pic 6]

Efecto del pH

Las cuatro constantes de disociación del ácido H4Y son las siguientes:

[pic 7]

En valores de pH mayores a 12 la mayor parte del EDTA existe en forma de tetraanión Y4-. En valores de pH más bajos predominan las especies protonadas HY3-, y es claro que a partir de Kabs no se puede discernir directamente la tendencia de formación de un quelato metálico en un valor de pH.

Es obvio que conforme baje el pH, el equilibrio se desplaza en contra de la formación del quelonato CuY2- y podemos esperar que exista un pH debajo del cual no sea posible la titulación de Cu con EDTA. Deseamos ser capases de estimar este valor. En realidad, es posible estimar con mucha facilidad el valor mínimo de pH para que sea posible la titulación de un ion metálico a partir del valor de Kabs y de una gráfica sencilla.

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