Volumetria

VOLUMETRÍA DE NEUTRALIZACIÓN

OBJETIVOS

• Determinar la concentración Normal de una solución alcalina (solución de NaOH) titulando con una solución valorada de un ácido (solución de HCl).

• Determinar la concentración Normal de una solución ácida (solución de HNO3) titulando con la solución alcalina (solución de NaOH).

INTRODUCCIÓN:

• Volumetría: análisis químico cuantitativo que consiste en determinar el volumen de solución de concentración conocida (solución valorada) necesario para la reacción cuantitativa con un volumen dado de solución de concentración incógnita.

• Volumetría de Neutralización: volumetría en la cual la reacción que se desarrolla es entre ácidos y bases. Existen además volumetrías de óxido-reducción, de complejometría y de precipitación.

• Solución Valorada: solución de concentración exactamente conocida, que contiene una masa conocida de soluto en un volumen definido de solución o de solvente.

• Sustancia Patrón Primario: sustancia que se debe obtener, purificar y secar fácilmente, no debe alterarse al aire (no debe absorber humedad, ni oxidarse, ni combinarse con el dióxido de carbono atmosférico), ni alterarse por acción de la luz o el calor. Además su contenido en impurezas no debe exceder de 0,01-0,02 %, deben ser fácil de disolver y mantener su composición aún después de largo tiempo. En las reacciones de neutralización ácido-base los patrones primarios más usados son: carbonato de sodio (Na2CO3) y biftalato de potasio (KH.C8H4O4).

• Titulación (valoración): operación que permite determinar la concentración de una solución mediante el agregado de una solución valorada en la cantidad adecuada para que la reacción entre ambos reactivos sea total.

• Punto de Equivalencia: momento en el cual el número de equivalentes del ácido y de la base se igualan.

• Punto Final: etapa en que se finaliza la titulación, idealmente debería coincidir con el punto de equivalencia. En la práctica la coincidencia se da (o se aproxima a ella) cuando se utiliza un instrumento (por ejemplo un peachímetro) para detectar el punto final. En cambio cuando se utiliza un reactivo indicador puede haber diferencia entre ambos puntos, en muchos casos la diferencia es menor a una gota de solución del titulante.

• Indicadores: sustancia orgánica que produce un cambio visualmente nítido, cambio de color o enturbiamiento, en la solución que se titula cuando se llega al punto final de la titulación. En ciertos casos una de las sustancias reaccionantes funciona como indicador como por ejemplo el KMnO4 y el IO3-.

En las reacciones de neutralización, los indicadores utilizados (indicadores ácido-base), se caracterizan por presentar diferentes colores según la concentración de ión hidrógeno H+, del medio en el cual están disueltos. Su característica fundamental es que producen un cambio gradual del color en cierto intervalo de pH (generalmente de dos unidades) denominada zona de viraje del indicador, la cual debe contener el pH correspondiente al punto de equivalencia.

• Curva de Titulación: representación gráfica del desarrollo de la valoración, en el eje de ordenada se representa las variaciones de pH y en el eje de abscisa el volumen de reactivo titulante agregado.

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La titulación ácido-base es una técnica de análisis que se usa para conocer la Normalidad de las soluciones acuosas ácidas (acidimetría) y alcalinas (alcalimetría). La alcalimetría es la valoración de una sustancia alcalina mediante el uso de una solución valorada de un ácido fuerte y la acidimetría es la valoración de una sustancia ácida mediante una solución valorada de un álcalis fuerte, siendo ambos procesos de neutralización. Según la teoría de Arrhenius, ácido es toda especie que en medio acuoso genera cationes hidrógenos, H+, y base o álcalis es toda especie que en medio acuoso genera aniones hidróxidos, OH-.

El agua pura es una sustancia neutra, al disociarse genera igual cantidad de iones H+ y OH-, teniéndose H2O  H+ + OH-. Su constante de disociación iónica es Ki = = 1,8.10-16 a temperatura ambiente, lo cual indica que se disocia muy poco y que es un electrolito extremadamente débil. La concentración molar del agua no disociada , [H2O], es prácticamente constante en el agua pura y en las soluciones acuosas comunes, su valor es [H2O] = = 55,5 mol/l. El producto Ki.[H2O]= 1,8.10-16. 55,5 = 10-14 , se simboliza Kw y recibe el nombre de producto iónico del agua; Kw= [H+][OH-].

Cuando se disuelve un ácido en agua aumenta la concentración de H+, lo cual determina una disminución en la OH-; en cambio cuando se disuelve un álcalis aumenta la concentración de OH-, lo cual determina una disminución en la H+ y una variación en el pH del medio ya que pH = - log H+

Estos conceptos se expresan matemáticamente y ya que pH=-logH+ y pOH=-logOH- y que pH+pOH=14, se tiene:

* H2O pura o solución neutra H+ = OH- = 10-7M; pH = pOH = 7

* Soluciones ácidas H+  10-7M OH-  10-7M; pH  7 y pOH  7

* Soluciones alcalinas OH-  10-7M H+  10-7M; pH  7 y pOH  7

En una acidimetría, entre un ácido fuerte y una base fuerte,(tener presente que en una alcalimetría el proceso es inverso) inicialmente en la solución que se titula la H+ es máxima, por ello el pH del medio es mínimo, a medida que se adiciona solución alcalina titulante valorada, los H+ se combinan equivalentemente con los OH- agregados, formándose H2O en proporciones estequiométricas. El agregado de solución alcalina se debe realizar hasta llegar a un punto de equivalencia, donde OH- agregada es igual a la H+iniciales , ya que las sustancias reaccionan equivalente a equivalente.

Antes del punto de equivalencia existe en el medio un exceso de H+ , al llegar a éste las concentraciones de H+ y de OH- son iguales y luego del mismo existe un exceso de OH- , por ello en sus inmediaciones se produce un cambio brusco del pH, pasando de ácido a neutro e inmediatamente a alcalino.

Para reconocer el punto de equivalencia se puede agregar un reactivo indicador o bien medir el pH de la solución resultante, midiéndose también el volumen titulante agregado.

Cuando se usa indicador, su zona de viraje

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