Valoracion Conductimetrica Acido-Base

OBJETIVOS

Definir los conceptos bsicos que involucran la conductimetra y el fundamento de las valoraciones conductimtricas.

Determinar los puntos de equivalencia de una mezcla de cidos a partir de una valoracin conductimtrica, utilizando como reactivo titulante una solucin estandarizada de NaOH 2N.

Elaborar un grafico conductividad especifica versus volumen de titulante, con el fin de evaluar los puntos de equivalencia de cada uno de los cidos involucrados en la mezcla.

RESUMEN

La conduccin de una corriente elctrica a travs de una solucin de un electrolito involucra la migracin de especies cargadas positivamente hacia el ctodo y especies cargadas negativamente hacia el nodo. La conductancia de una solucin, que es una medida del flujo de corriente que resulta de la aplicacin de una fuerza elctrica dada, depende directamente del nmero de partculas cargadas que contiene. Todos los iones contribuyen al proceso de conduccin, pero la fraccin de corriente transportada por cada especie est determinada por su concentracin relativa y su movilidad inherente en el medio.

En el presente trabajo se desarrolla el anlisis de la valoracin de una mezcla de un acido fuerte (HCl) y uno dbil (cido actico), siendo el reactivo valorante una base fuerte como el hidrxido de sodio, presentando los resultados grficamente, ya que de dicha manera el comportamiento de las sustancias se describe muy bien; en el anlisis especifico de la practica los resultados obtenidos de la muestra de cidos es una presencia de 5.0025% para el acido clorhdrico y 4.1744% para el cido actico, ambos valores expresados en porcentaje masa volumen.

Las valoraciones conductimtricas son de gran utilidad para el caso de evaluar puntos de equivalencia de sustancias con alto grado de coloracin, as tambin para la determinacin de puntos de equivalencia de mezclas de cidos, ya que la variacin de la conductividad o conductancia especifica es lineal respecto al volumen de titulante adicionado caracterstica ideal para representar dicho fenmeno grficamente.

MATERIALES Y MTODOS

1. Fundamentos tericosValoraciones conductimtricasLa conductancia elctrica de una solucin es una propiedad no especfica, por lo cual sus aplicaciones analticas directas se limitan al anlisis de mezclas binarias de un electrlito y agua, o a la determinacin del contenido total de electrlitos de una solucin.Sin embargo, durante una valoracin ocurren cambios en el nmero y el tipo de los iones presentes en la solucin que se valora, de tal modo que en muchos casos puede seguir el transcurso de la valoracin midiendo la conductancia de dicha solucin a intervalos regulares. Consideremos, por ejemplo, la valoracin del cido HCl con una solucin de NaOH:

Inicialmente, la conductividad de la solucin se puede atribuir a los iones H+ y Cl- presentes. Durante la valoracin, el ion H+, que es de gran movilidad, va desapareciendo para formar H2O, siendo reemplazado por el ion Na+. Ya que la movilidad inica equivalente del ion sodio es slo de una sptima parte de la del ion hidrogeno, la conductancia de la solucin decrece de modo considerable. Despus del punto de equivalencia, la adicin continuada de reactivo valorante introduce en la solucin iones Na+ y OH-, y la conductancia aumenta. La curva de valoracin representada en la figura 1 que indica el tipo de variacin que experimenta la conductancia durante esta neutralizacin.

Figura 1. Curva de valoracin conductimtricas: (a) Aparato de valoracin; (b) Curva de valoracin de un cido fuerte con una base fuerte; (c) curvas de valoracin de cidos dbiles (Ka entre 10-1 y 10-4) con una base fuerte; y (d) curva de una valoracin de precipitacin, por ejemplo, de la valoracin de cloruro de sodio con nitrato de plata.

Durante la valoracin, el volumen total de la solucin vara, siendo necesario hacer la correccin correspondiente en el valor medido de la conductancia. Este efecto de dilucin se puede hacer mnimo empleando una solucin de reactivo valorante que sea mucho ms concentrada que la solucin problema.Las curvas de valoracin conductimtricas siempre se desvan de la linealidad en las proximidades del punto de equivalencia, quedando bien definidas las proporciones rectilneas de dichas curvas solamente en puntos alejados del punto final. En consecuencia, en las valoraciones conductimtricas la prctica comn cosiste en tomar algunas lecturas de la conductividad antes y algunas despus del punto de equivalencia, y en unir luego los puntos representativos con sendos segmentos de recta. El punto final de la valoracin viene determinado por el punto de interseccin de las dos rectas.Los aparatos necesarios son bastante simples. Como indica la Figura 1 (a), el conjunto de valoracin consiste generalmente en un sistema de electrodos (que se conectan a un puente de medida) inmersos en la solucin, sometida a la agitacin adecuada. Para la adicin de reactivo valorante se emplea una bureta corriente.La mayor ventaja del procedimiento conductimtrico de deteccin del punto final es su aplicabilidad a soluciones muy diluidas. La tcnica de valoracin esta sujeta a muchas interferencias, y es tanto menos exacta y satisfactoria cuanto mayor es la concentracin del electrlito en la solucin. La falta completa de especificidad de las mediciones conductimtricas restringe severamente el nmero de ocasiones en que es posible aplicar esta tcnica.Estas aplicaciones se pueden subdividir en grupos tales como: valoraciones de neutralizacin (en medio acuoso o no acuoso), valoraciones de precipitacin, valoraciones complexomtricas y volumtricas de oxidacin-reduccin. El intervalo de concentraciones que se puede estudiar comprende desde 10-1 a 10-6 M, y en la mayora de los casos se indica que se puede obtener una precisin mejor que la del 0,5 %.Los tipos de las curvas obtenidas en las volumetras de neutralizacin y de precipitacin se presentan en la Figura 1 (c) y (d).

2. Procedimiento experimentalPrimero se calibr el conductmetro que se utiliz, se siguieron las indicaciones respectivas del manual. Luego, en un vaso de precipitados se introdujeron 10mL de mezcla problema, se le agreg la cantidad de agua necesaria para que los electrodos quedaran sumergidos en el contenido del vaso. Se coloc posteriormente un imn agitador y se aadi fenolftalena como indicador y sucesivamente se agregaron pequeos volmenes de NaOH (1.8294 N). La solucin se agit por unos segundos cada vez que se le agreg NaOH y despus se tom la lectura respectiva. Por ltimo, se graficaron los puntos obtenidos, se determinaron los puntos de equivalencia y las concentraciones de cido fuerte y dbil de la mezcla problema.

3. Observaciones

Tanto la solucin de NaOH como la de mezcla de cidos HCl/CH3COOH presentan una coloracin cristalina, es decir, son transparentes y sin ningn tipo de turbidez.

La conductividad de la mezcla de cidos (HCl/CH3COOH) va decreciendo con forme se le va agregando los pequeos volmenes de solucin bsica (NaOH 1.8294 N) hasta llegar a un punto donde en lugar bajar empieza a aumentar lentamente su valor. No se observa ningn cambio de coloracin en las soluciones.

La conductividad de la mezcla de cidos contina aumentando con forme se le agrega ms NaOH (este aumento es muy pequeo), hasta que se llega al punto donde hay un cambio de coloracin de la solucin a valorar a un tono rosado, en este punto los aumentos de la conductividad son mayores.

La temperatura se mantuvo aproximadamente constante durante todo el anlisis conductimtrico.

4. Materiales y equipos empleados

EquipoImagenDescripcin

Conductmetro

Marca Control-Company Conductivity, Resistivity T.D.S./PPM, equipo utilizado en la medicin de conductividad y resistividad, es necesario su calibracin con la solucin incluida en el kit del equipo, para medir conductividad se tiene que calibrar a 1409S/cm

Bureta

Utiliza en volumetra para medir con gran precisin el volumen de lquido vertido, en diferentes tipos de valoraciones.ToleranciasV(mL) Tolerancia (mL)10 0.0225 0.0350 0.05

Hot-plate

Instrumento utilizado para revolver y calentar la solucin en anlisis. La calefaccin y el stirring magntico se pueden realizar simultneamente; Ajustar la energa de la calefaccin a la temperatura deseada en este caso 25C y girar la velocidad para alcanzar el mejor resultado con la ayuda del agitador magntico.

Pipeta volumtrica

Es un instrumento volumtrico de laboratorio que permite medir la alcuota de lquido con bastante precisin, en este caso se utilizo pipeta de 10mL con un lmite de error hasta 0.02 mL

Agitador Magntico

Pequea barra magntica la cual esta cubierta por una capa de plstico (Tefln) y una placa debajo de la cual se tiene un magneto rotatorio o una serie de electromagnetos dispuestos en forma circular a fin de crear un campo magntico rotatorio, al introducir el agitador magntico a la solucin es de tener cuidado que no choque con el electrodo del conductmetro.

REACTIVOS

Solucin estandarizada de NaOH 1.8294N Mezcla problema de acido clorhdrico y cido actico.

RESULTADOSTabla 1. Estandarizacin de la Solucin de NaOH 2NEstandarizacin de la Solucin de NaOH 2N

Formula Qumica: NaOHPeso Molecular: 40.01 g/mol

Estndar Primario: Biftalato acido de PotasioPeso Molecular: 204.22 g/mol

N de Repeticiones123

Masa de Biftalato acido de Potasio (g)6.12756.12686.1270

Volumen gastado de NaOH (mL)816.316.5

Concentracin exacta de la Solucin de NaOH (Normalidad)3.75061.81821.8406

Promedio de concentracin NaOH: 2.4698 N

Desviacin estndar: 1.10926

% de Error: 44.91%, Sumamente elevado, mayor al 5% por lo que se descarta el valor atpico 3.7506 N

Nuevo promedio de concentracin NaOH: 1.8294 N

Desviacin estndar: 0.01584

% de Error: 0.8658%

Tabla 2. Valoracin Conductimtrica Acido BaseValoracin Conductimtrica Acido Base

Muestra Problema: Mezcla de cidos: Acido Clorhdrico Acido Actico

Alcuota de la muestra: 10 mL

Sustancia titulante: Solucin estandarizada de NaOH 1.8294 N

Temperatura de titulacinThotPlate = 25 CTconductimetro = 26.3 CTtermometro = 24 C

Adiciones de NaOH 1.8294 N (mL)Conductancia Especifica (S/cm)

0.0034.20

0.8031.70

1.6028.70

2.0027.60

2.7025.50

3.0024.40

3.5023.00

4.0021.40

4.5019.57

5.0018.80

5.5016.61

6.0014.79

6.5013.24

7.0011.95

7.6010.65

8.0010.97

8.5011.38

9.0011.79

9.5012.20

10.0012.57

10.2012.71

10.4012.87

10.6012.99

11.0013.30

11.3013.80

11.5013.94

11.6014.41

11.9014.84

12.2015.80

12.6016.52

13.1017.58

13.5018.66

14.0019.56

14.6020.80

15.0021.60

15.5022.60

16.0023.40

16.5024.40

17.0025.40

17.6026.30

18.0027.10

18.5028.00

19.1028.80

19.5029.50

20.6031.20

21.0031.70

22.0033.30

22.5034.00

22.7034.30

Grafico 1. Conductancia Especifica (S/cm) Volumen de NaOH 1.82094 N (mL)

DISCUSIONLas valoraciones conductimtricas son de gran utilidad para la determinacin de puntos de equivalencia de mezclas de cidos, ya que la variacin de la conductividad o conductancia especifica es lineal respecto al volumen de titulante adicionado; en esta grafica se presenta la disminucin de la conductancia debido a la neutralizacin del cido fuerte hasta el primer punto de equivalencia, posteriormente se da un leve ascenso de la conductancia hasta llegar al segundo punto de equivalencia que se da por la neutralizacin del cido dbil que en este caso fue cido actico, como en toda valoracin los puntos de equivalencia se definen como el punto en el que los equivalentes mol de ambas sustancias se igualan, para el caso de anlisis los volmenes de equivalencia son:Volumen de equivalencia para el acido fuerte (HCl): 7.5 mL de NaOH 1.8249 NVolumen de equivalencia para el acido dbil (CH3COOH): 11.3 mL de NaOH 1.8249 NLos clculos de las concentraciones de acido fuerte y dbil de la mezcla problema se basaran en la siguiente relacin:

Los resultados obtenidos para la concentracin de cada uno de los cidos en porcentaje masa volumen se presentan a continuacin:Concentracin de HCl5.0025%

Concentracin de CH3COOH4.1744%

Destacando la presencia en mayor cantidad, 0.8281 puntos porcentuales, de acido clorhdrico con respecto al cido actico, a esto se debe la necesidad de un mayor volumen de neutralizacin para dicho cido.CONCLUSIONES Las mtodos analticos conductimtricos nos generan otro punto de vista para la realizacin de valoraciones acido base, e incluso es aplicable a titulaciones por precipitacin y complejomtricas; dicho mtodo nos facilita la percepcin del punto de equivalencia (meollo del anlisis), a partir de la variacin lineal, tanto decreciente como creciente, de la conductividad respecto a la adicin del reactivo titulante, esta variacin se puede representar grficamente y de esta manera determinar los puntos de inters.

La variacin de la forma de la grafica de una titulacin conductimtrica depende de las especies que se estn valorando y del titulante que se est utilizando; teniendo como punto en comn las cambios marcados en los puntos de equivalencia, los cuales son claramente apreciados (en caso de existir dos o mas), por lo que dicha tcnica analtica tiene gran campo de aplicacin.

El fundamento de las valoraciones conductimtricas se basa en el desplazamiento de iones de mayor conductividad por iones de menor conductividad en el caso de valorar una acido o mezcla de cidos con una base fuerte, disminuyendo la conductancia especifica, hasta el punto de equivalencia en donde con la gota de exceso de base, la conductancia especifica comienza a aumentar, dndose un punto de inflexin el cual se puede observar de mejor forma grficamente.

La aplicacin de las valoraciones conductimtricas en la vida cotidiana se dan a nivel industrial para determinar la pureza del agua, determinando los iones disueltos presentes en ella; as como tambin en anlisis bioqumicos en donde la cuestin de anlisis son lquidos biolgicos como sangre, orina y sudor, determinndose en ellos cantidad de iones presentes.REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

Inga. Cecilia de Flamenco, Marzo 2013, Referencias Manual Prcticas Experimentales. Anlisis Instrumental, Universidad de El Salvador, Facultad de Ingeniera y Arquitectura, Escuela de Ingeniera Qumica e Ingeniera de Alimentos.

Ing. Brunatti, Carlos; Ing. De Napoli, Hernn. Titulaciones Conductimtricas

Pickering, W. F. (1980). Qumica Analtica Moderna. Editorial Revert, S. A. Barcelona.

ANEXOSClculos:Estandarizacin de la Solucin de NaOHPrincipio para los clculos:

Donde: C: Concentracin V: Volumen Primer prueba

Segunda prueba

Tercer alcuota

Concentracin promedio con el dato atpico de 3.75046 N es de 2.4696 N, descartando dicho valor se tiene una normalidad de 1.8294 que es el dato con el cual se trabajara.

Concentraciones de los cidos presentes en la muestra problemaVolumen de equivalencia para el acido fuerte (HCl): 7.5 mL de NaOH 1.8249 NVolumen de equivalencia para el acido dbil (CH3COOH): 11.3 mL de NaOH 1.8249 NPrincipio para los clculos:

Acido Fuerte, HCl

Acido Dbil, CH3COOH

Concentraciones: