Analisis Volumetrico Volumetria Acido - Base

EJERCICIOS DE REPASO

¿Cuál es el nombre correcto de los siguientes

compuestos?

• a) [Au(OH)4]-

• b) [Cu(CN)2]-

• c) [Cd(NH3)4]2+

• d) [TiF6]2-

• Anión tetrahidroxoaurato (III) Anión dicianocuprato (I) Catión tetraamino de cadmio (II) Anión hexafluorotitaniato (IV)

Ing. Ma. Flor Suarez S.

ANÁLISIS QUÍMICO

Análisis Cualitativo

Análisis Cuantitativo

Identificación de las especies

que componen la muestra

Determinación de la cantidad relativa

de los componentes de la muestra en

términos numéricos


CLASIFICACIÓN DE LOS MÉTODOS DE ANÁLISIS

● Métodos clásicos: Se basan en propiedades químicas de los analitos.

Volumetría y Gravimetría

● Métodos instrumentales: Se basan en propiedades químico-

físicas de los analitos. Se clasifican según la propiedad que se mide (espectroscópicos,electroquímicos, etc.)

Mediciones en Análisis Cuantitativo

Peso o volumen de muestra Determinación de la cantidad de analito en la muestra


ANALISIS VOLUMÉTRICO

VOLUMETRIA ACIDO - BASE


VOLUMETRIA

• En el análisis volumétrico se mide el volumen de una disolución de concentración exactamente conocida que se necesita para reaccionar, de forma completa, con el analito (sustancia a analizar).

• Los métodos volumétricos tienen la misma exactitud que los gravimétricos, pero tienen la ventaja de ser más rápidos y cómodos. Además, la misma naturaleza de estos métodos permite trabajar con muestras más pequeñas o con disoluciones más diluidas.


VENTAJAS

El análisis volumétrico nos permite:

• Aprender a preparar y usar de forma adecuada disoluciones estándar.

• Comprender la técnica de valoración, las curvas de valoración y las posibles fuentes de error.

• Aprender a determinar la concentración de disoluciones utilizando un valorante estándar y un indicador o una curva de valoración para todo tipo de reacciones químicas.


CONCEPTOS BASICOS

• Una disolución estándar de reactivo es una disolución de reactivo de concentración conocida que se usa para realizar un análisis volumétrico.

• Una valoración se hace añadiendo lentamente una disolución estándar de reactivo, desde una bureta, a una disolución de analito, hasta que la reacción entre los dos sea completa.

• El punto de equivalencia (P.E.).- Es el punto de la valoración en el que la cantidad añadida de reactivo estándar equivale exactamente a la de analito en la muestra.

• El punto final es el punto de una valoración en el que se produce un cambio físico asociado a la condición de equivalencia química.


PATRONES PRIMARIOS

Patrón o estándar primario es un compuesto de

elevada pureza, que sirve como material de referencia

en todos los métodos volumétricos.

Los requisitos de un estándar primario son:

• Elevada pureza. Se toleran impurezas de 0.01-0.02% si son conocidas exactamente.

• Estabilidad al aire y a las temperaturas normales de secado.

• Que no tenga moléculas de hidratación.

• Que sea fácil de adquirir y un costo moderado.

• Que sea fácilmente soluble en el medio de valoración.

• Que tenga un peso molecular elevado para que sean mínimos los errores de pesada. Ing. Ma. Flor Suarez S.

DISOLUCION ESTANDAR

La disolución estándar ideal para un método volumétrico debe :

• 1. Ser suficientemente estable de forma que solo se necesite determinar una vez su concentración.

• 2. Reaccionar rápidamente con el analito. • 3. Reaccionar completamente con el analito. • 4. Reaccionar selectivamente con el analito de

acuerdo con una ecuación ajustada sencilla.

La exactitud de un método volumétrico no puede ser mejor que la exactitud de la concentración de la disolución patrón utilizada en la valoración.

Se utilizan dos métodos para la preparación de disoluciones estándar.


METODO DE PREPARACION

• 1. Método directo.- Se dispone de un compuesto estándar primario.

Una vez seco el patrón, se pesa con exactitud una determinada cantidad del compuesto, se disuelve, se diluye y se enrasa cuidadosamente a un volumen exactamente conocido, en un matraz volumétrico.

• 2. Método indirecto. Se da cuando el compuesto químico no es patrón primario. Se prepara una disolución de concentración aproximada y se estandariza frente a un patrón.

La estandarización es un proceso por el cual se determina la concentración exacta de una disolución, utilizando la disolución para valorar una cantidad conocida de otro reactivo. La disolución valorante obtenida de esa forma se llama disolución patrón o estándar secundario.


Características de la reacción volumétrica

Si:

R + X

RX

Selectiva

Estequiométrica

Rápida

Cuantitativa ( se complete en un 99,9%)

Punto final detectable


Valoración ácido - base


Factor de valoración

El factor de valoración establece la equivalencia entre el volumen de valorante y la cantidad de sustancia que se está valorando.

Es importante porque permite simplificar los cálculos finales y facilita un procedimiento rápido para calcular la cantidad de analito en la muestra.

f = mg analito/mL valorante consumido


Unidades de concentración

Masa/Volumen (g/L, kg/L): masa de soluto disuelta en un volumen de disolución.

MOLARIDAD (M): número de moles de soluto disueltos en un litro de disolución.

NORMALIDAD (N): número de equivalentes de

soluto disueltos en un litro de disolución.


Unidades de concentración

• Porcentaje masa en masa (%m/m): masa de soluto expresada en gramos, disuelta en 100 g de disolución.

• Porcentaje masa en volumen (% m/v): masa de soluto expresada en gramos, disuelta en 100 mL de disolución.

• Partes por millón (ppm): masa de soluto expresada en mg, disuelta en 1 kg de disolución (1 000 000 de mg).

• Partes por billón (ppb): masa de soluto expresada en g, disuelta en 1 kg de solución (1 000 000 000 de g).



• Basada en una reacción ácido-base (reacción volumétrica).

• La valoración puede realizarse tanto en medios acuosos como en disolventes orgánicos.

• El fundamento es la transferencia de protones entre el ácido y la base.

• En el Punto de Equivalencia (P.E.) existe un cambio brusco y nítido en el valor del pH del medio.

• Precisan de un indicador químico o de un pHmetro para detectar el Punto Final (P.F.)


Curvas de titulación de ácido fuerte con una base fuerte

Punto de equivalencia Punto final Ing. Ma. Flor Suarez S.

APLICACIONES

• Valoración de ácido fuerte con base fuerte.

• Valoración de base fuerte con ácido fuerte.

• Valoración de ácido o base débil con base o ácido fuerte.

Aplicaciones de una curva de titulación

– Permiten estudiar los diferentes casos de valoración.

– Ayudan a predecir el intervalo de pH del salto (P.F).

– Facilitan la selección del indicador.


RECIPIENTES Los recipientes de medida son: - Matraces aforados: Se utilizan para la

preparación de disoluciones patrones y para la preparación de las muestras.

- Pipetas: Se utilizan para medir volúmenes pequeños. Para tomar un determinado volumen de la disolución preparada de la muestra e introducirla rápidamente en el matraz de reacción.

- Buretas: Las de 25 o 50 mL son las más utilizadas. Normalmente en ella se pone la disolución estándar.

- Probetas graduadas: Se utilizan para medidas aproximadas. Hay que tener en cuenta que la exactitud absoluta de la medida depende del diámetro, cuánto más ancha sea la probeta, menor será su precisión.

Los volúmenes pequeños no deben medirse nunca con recipientes grandes.


INDICADORES Son sustancias orgánicas con propiedades ácido-base de

carácter débil y cuyas formas disociadas (par conjugado)

presentan coloraciones distintas o diferenciadas. HInd Ind + H+

Color 1 Color 2

Puede existir una gamma amplia de colores en la transición.

Propiedades ideales:

• Posee carácter (ácido/base) mas débil que el analito

• Presenta concentraciones muy bajas que no interfieren con

la curva de valoración

• Produce cambios perceptibles y nítidos de color en el punto

final de valoración.


CURVAS DE TITULACION

Son representaciones gráficas de la variación del pH en el transcurso de la valoración:

Hay que resaltar tres zonas:

• Antes de alcanzar el P.E. (1)

• El Punto de Equivalencia (P.E.) (2)

• Rebase del Punto de Equivalencia (3)

(3)

(2) (1)

%Valorado o mL de agente valorante Ing. Ma. Flor Suarez S.

Valoración ácido fuerte y base fuerte



La neutralización de un ácido/base con una base/ácido de concentración conocida se consigue cuando n(OH–) = n(H3O

+).

• La reacción de neutralización puede escribirse:

b HaA + a B(OH)b BaAb + a·b H2O

• En realidad, la sal BaAb (aBb+ + bAa–) se encuentra disociada, por lo que la única reacción es: H3O

+ + OH– 2 H2O

n(ácido) x a = n(base) x b



Vácido x [ácido] x a = Vbase x [base] x b

• Se usa la concentración expresada como

Normalidad.

Normalidad = Molaridad x n (H+ u OH-)

Vácido x Nácido = Vbase x Nbase

• En el caso de sales procedentes de ácido o base

débiles debe utilizarse un indicador que vire al pH

de la sal resultante de la neutralización.


Estándares o patrones

El agente valorante debe ser de preferencia patrón primario.

Patrones ácidos

El valorante mas frecuente es el HCl que se prepara a partir de HCl (c) (12M).

No se suelen usar otros ácidos minerales (HNO3, H2SO4) porque pueden modificar el analito (orgánico) o provocar precipitaciones (inorgánico).

No es patrón primario y necesita estandarización.


Estandarización del HCl

Patrones primarios alcalinos

Carbonato de sodio Na2CO3 .- Sustancia pura que

una vez desecada es el patrón de uso mas

frecuente en la estandarización de ácidos.

El desprendimiento de CO2 puede provocar

dificultades en la percepción del P.F.

La estandarización con NaOH (patrón secundario)

induce a la acumulación de errores.


Estandarización del NaOH

Patrones primarios ácidos Pftalato ácido de potasio:

• P.M. = 204, 2 (grande), pKa = 5.4

• Elevada pureza

• Cinética rápida

• Estable térmicamente


Curvas de valoración

Los casos más frecuentes son:

• 1 valoración de ácido fuerte con base fuerte.

• 2 valoración de base fuerte con ácido fuerte.

• 3 valoración de ácido o base débil con base o ácido fuerte.

Son representaciones gráficas de la variación del pH en el transcurso de la valoración:

%Valorado o mL de agente valorante

Hay que resaltar tres zonas: (1) Antes de alcanzar el

P.E. (2) El Punto de Equivalencia

(P.E.) (3) Después del Punto de

Equivalencia

(1) (2)

(3)


Valoración de ácido fuerte con base fuerte

H+ =OH- = 10-7

P.E

P.E. 100 200 10-7 7


Valoración de base fuerte con ácido fuerte

Los cálculos de los puntos de la curva serían

similares y la representación tendría el sentido inverso.

Conclusiones

El salto se ve afectado por el valor de las concentraciones enfrentadas

Disminución [valorante]

Disminución [analito]


Valoración de un ácido débil con una base fuerte


Valoración de un ác. diprótico con una base fuerte


Indicadores

Efecto de la concentración de Indicador

P.E

% valoración % valoración

Curva en ausencia de indicador

Concentración elevada de indicador

Se debe de usar la cantidad mínima de indicador necesaria para producir el cambio perceptible de coloración en el P.E.

El indicador no altera su color significativamente hasta que se sobrepase el P.E.

Selección del indicador



FENOLFTALEINA

Ejemplos

Fenoftaleina

Azul de bromotimol

Rojo de metilo


Intervalos de viraje de indicadores


Viraje del indicador debe coincidir con el salto de pH que se produce en el punto de equivalencia

Caso: Valoración de un ácido fuerte con una base fuerte


Errores del indicador

• Errores determinados: Asociados al consumo de valorante por el indicador.

Se minimizan valorando blancos de muestra con el indicador presente. El consumo del indicador, se resta del volumen consumido en la valoración de la muestra.

• Errores indeterminados: Son asociados a la forma con la que el analista percibe el viraje del indicador.

Se pueden minimizar valorando blancos (en ausencia del analito) o bien preparando una disolución de referencia como blanco en la que se ajusta el pH exacto del punto final deseado.


Disoluciones reguladoras o buffer

• Son disoluciones que tienen la particularidad de mantener su pH constante.

• Su pH no varía apreciablemente tras la adición, dentro de ciertos márgenes, de ácidos o bases fuertes. (Capacidad reguladora o buffer)

• La naturaleza ofrece muchos ejemplos de la existencia de dicho tipo de disoluciones que consisten en una mezcla en disolución ácido/base conjugada.

Aparecen en la valoración de ácidos y bases débiles con bases-ácidos fuertes.


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