Equilibrio iónico. Titulación ácido base
MishotaInforme8 de Junio de 2023
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1. Equilibrio iónico. Titulación ácido base
2. Resumen
El tema principal del laboratorio fue la titulación de un ácido fuerte () y un ácido débil () con una base fuerte (). Los objetivos estuvieron relacionados con calcular las concentraciones desconocidas de las soluciones ácidas. La sesión consistió en el registro del pH de la solución titulada en función del volumen de la base agregada con el fin de hallar el punto de equivalencia. Estos datos sirvieron para realizar la gráfica de la curva de titulación. Así mismo, se calculó la concentración de las dos soluciones ácidas y . Se obtuvo como resultado el valor de pH 7 en el punto de equivalencia entre el y , y el valor de pH 8.72 entre el y , además la concentración del fue 0,15 M y la concentración del fue 0,16 M. Respecto a la medición del pH, las posibles fuentes de error son una mala calibración del pH-metro y mala percepción del cambio de color de los indicadores. En esta sesión aprendimos sobre la importancia de conocer el pH en el punto de equivalencia de una reacción de neutralización y el uso de los indicadores correctos en una titulación.[pic 1][pic 2][pic 3][pic 4][pic 5][pic 6][pic 7][pic 8][pic 9][pic 10][pic 11]
3. Introducción
El procedimiento más ampliamente usado para poder determinar la concentración desconocida de una solución es la titulación ácido-base. Para ello, es útil el empleo de indicadores que cambien de color cuando se ha conseguido cantidades estequiometricamente iguales entre la solución cuya concentración deseamos determinar y la solución titulante. Sin embargo, para llevar a cabo este procedimiento no se puede escoger cualquier indicador. Las curvas de titulación son de gran utilidad para seleccionar el indicador con el cual trabajar. Los valores de pH que se registran en estos gráficos se podrán obtener mediante el uso de un pH-metro. En esta sesión de laboratorio, se llevó a cabo principalmente titulaciones de un ácido fuerte () y un ácido débil () con una base fuerte ().[pic 12][pic 13][pic 14]
Neutralización ácido-base
Una reacción de neutralización ocurre cuando se mezclan una solución de un ácido y una solución de una base. Los productos de este proceso químico no comparten las mismas propiedades características de la solución ácida, pero tampoco las de la solución básica. Estos productos son agua y una sal. El término sal se utiliza para señalar cualquier compuesto iónico cuyo catión proviene de una base (por ejemplo, de ), y cuyo anión proviene de un ácido (por ejemplo, de ).1[pic 15][pic 16][pic 17][pic 18]
Fuerza de ácidos y bases
Por un lado, se denomina ácidos y bases fuertes a aquellas sustancias ionizadas completamente en solución acuosa. Por otro lado, se denomina ácidos y bases débiles a aquellas sustancias que no se encuentran ionizadas completamente en solución acuosa y en reacción pueden establecer un equilibrio. De acuerdo a la fuerza de ácidos y bases, las reacciones de neutralización se pueden distinguir en cuatro casos. Esta sesión de laboratorio se centra en dos de ellos: reacciones entre un ácido fuerte y una base fuerte, y reacciones entre un ácido débil y una base fuerte.
Ejemplo 1. Reacción de neutralización entre el y el [pic 19][pic 20]
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Ácido fuerte Base fuerte Sal Agua
Ejemplo 2. Reacción de neutralización entre y el [pic 22][pic 23]
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Ácido débil Base fuerte Sal Agua
Hidrólisis
Cuando uno de los iones de una sal puede reaccionar fácilmente con el agua, la disolución de la sal no resulta neutra, sino que es ácida o básica. Esta reacción recibe el nombre de hidrólisis.2 El pH de la sal en disolución dependerá de la naturaleza de los dos iones de los que está compuesta. Es decir, si estos son ácidos o bases débiles o fuertes.
Se pueden identificar cuatro tipos distintos de sales dependiendo de la clasificación de ácidos y bases. Pero en esta sesión, se prioriza el estudio de los 2 siguientes tipos de sales:
Sales de bases fuertes y ácidos fuertes
Como ya se mencionó, en solución diluida acuosa, los ácidos y bases fuertes se ionizan o disocian por completo. Las sales que resultan de bases fuertes y ácidos fuertes producen soluciones neutras porque ni el catión ni el anión reaccionan de manera apreciable con el .3[pic 25]
Ejemplo 4. Se considera una solución de la , la cual es una sal de la base fuerte y el ácido fuerte . Esta sal es soluble y se disocia por completo en agua. El se ioniza poco para producir concentraciones iguales de iones hidronio, , e iones hidróxido, .[pic 26][pic 27][pic 28][pic 29][pic 30][pic 31]
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Las soluciones acuosas de contienen cuatro iones: , , y . El catión de la sal () es un ácido tan débil y el anión de la sal () es una base tan débil que no reaccionan de modo apreciable con el agua. Por lo tanto, las soluciones de sales de ácidos fuertes y bases fuertes son neutras, debido a que ningún ion de esta sal reacciona para romper el balance del agua.[pic 34][pic 35][pic 36][pic 37][pic 38][pic 39][pic 40][pic 41]
Sales de bases fuertes y ácidos débiles
Cuando las sales que se forman en la reacción de bases fuertes con ácidos débiles se disuelven en agua, las soluciones resultantes siempre son básicas. Esto se debe a que los aniones de los ácidos débiles reaccionan con el agua para dar iones hidróxido.4
Ejemplo 3. Se considera una solución de acetato de sodio, , que es la sal de la base fuerte y el ácido débil . Esta sal es soluble y se disocia por completo en agua.[pic 42][pic 43][pic 44]
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El ion acetato es la base conjugada del ácido débil . Este ion reacciona en cierto grado con los iones hidronio, , para formar . Conforme el se elimina de la solución, el equilibrio se desplaza hacia la derecha. Es decir, el se ioniza más y se favorece la formación de . En consecuencia, la solución se vuelve básica.[pic 49][pic 50][pic 51][pic 52][pic 53][pic 54][pic 55]
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Hidrólisis de los iones acetato
¿Qué es una titulación?
Cuando se quiere conocer la concentración de un soluto dado en una solución, se suele efectuar una titulación. Esto consiste en combinar un volumen específico de esta solución de concentración desconocida con una solución de reactivo de concentración conocida, a la cual llamaremos solución titulante, patrón o estándar. Esto se debe realizar hasta llegar al punto final de reacción, es decir hasta que la reacción entre ambos reactantes sea total. Esta sesión de laboratorio se centra en las titulaciones que pueden efectuarse utilizando reacciones ácido-base. Es importante tener en cuenta lo siguiente:
- Alícuota: Volumen usado de la solución de concentración desconocida.
- Gasto: Volumen usado de la solución titulante.
- Punto de equivalencia de la titulación: punto en el que se reúnen cantidades estequiometricamente equivalentes del gasto y la alícuota.
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Figura 1. Implementos de laboratorio para llevar a cabo una titulación ácido-base. No es necesario el empleo de un agitador magnético, pero es de gran ayuda.
Ejemplo de titulación
Solución titulante: Solución A
Solución de concentración desconocida: Solución B
Reacción de neutralización entre A y B: [pic 58]
Volumen usado de la Solución A = [pic 59]
Volumen usado de la Solución B = [pic 60]
Concentración de la Solución A (conocida) = [pic 61]
Concentración de la Solución B (desconocida) = [pic 62]
En el punto de equivalencia:
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(1)[pic 64]
Si reordenamos la Ecuación 1., podemos obtener las siguientes relaciones
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Curva de titulación: ácido fuerte + base fuerte, ácido débil + base fuerte.
Cuando se agrega una base en pequeñas cantidades a la disolución de un ácido, el pH de la disolución aumenta con cada adición de la base. Cuando se hace una gráfica de pH en función de la cantidad agregada de la base, el aumento más rápido sucede en el punto de equivalencia (cuando el ácido está exactamente neutralizado). La gráfica que muestra el cambio de pH durante la titulación se llama curva de titulación.5[pic 67]
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