Universidad de El Salvador

Facultad de Ingeniería y Arquitectura

Escuela de Ingeniería Química e Ingeniería de Alimentos

Análisis Instrumental Ciclo I – 2013

Título: “VALORACION CUNDUCTIMETRICA ACIDO - BASE”

Estudiantes. Carnet.

Cortez Bonilla, Indra Devi CB10006

Beltrán Iraheta, Enedeida BI08001

García Rivera, Ricardo Antonio GR09083

García Bolaños, Carlos Mauricio GB09010

Docente: Inga. Ana Cecilia de Flamenco

Instructora: Inga. Eugenia S. Gamero de Ayala

Semana: A

Fecha de Realización de la práctica: Viernes 8 de Marzo de 2013

Ciudad Universitaria, Marzo de 2013

OBJETIVOS

- Definir los conceptos básicos que involucran la conductimetría y el

fundamento de las valoraciones conductimétricas.

- Determinar los puntos de equivalencia de una mezcla de ácidos a partir de

una valoración conductimétrica, utilizando como reactivo titulante una

solución 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 ácidos

involucrados en la mezcla.

RESUMEN

La conducción de una corriente eléctrica a través de una solución de un electrolito

involucra la migración de especies cargadas positivamente hacia el cátodo y

especies cargadas negativamente hacia el ánodo. La conductancia de una

solución, que es una medida del flujo de corriente que resulta de la aplicación de

una fuerza eléctrica dada, depende directamente del número de partículas

cargadas que contiene. Todos los iones contribuyen al proceso de conducción,

pero la fracción de corriente transportada por cada especie está determinada por

su concentración relativa y su movilidad inherente en el medio.

En el presente trabajo se desarrolla el análisis de la valoración de una mezcla de

un acido fuerte (HCl) y uno débil (ácido acético), siendo el reactivo valorante una

base fuerte como el hidróxido de sodio, presentando los resultados gráficamente,

ya que de dicha manera el comportamiento de las sustancias se describe muy

bien; en el análisis especifico de la practica los resultados obtenidos de la muestra

de ácidos es una presencia de 5.0025% para el acido clorhídrico y 4.1744% para

el ácido acético, ambos valores expresados en porcentaje masa – volumen.

Las valoraciones conductimétricas son de gran utilidad para el caso de evaluar

puntos de equivalencia de sustancias con alto grado de coloración, así también

para la determinación de puntos de equivalencia de mezclas de ácidos, ya que la

variación de la conductividad o conductancia especifica es lineal respecto al

volumen de titulante adicionado característica ideal para representar dicho

fenómeno gráficamente.

MATERIALES Y MÉTODOS

1. Fundamentos teóricos

Valoraciones conductimétricas

La conductancia eléctrica de una solución es una propiedad no específica, por lo

cual sus aplicaciones analíticas directas se limitan al análisis de mezclas binarias

de un electrólito y agua, o a la determinación del contenido total de electrólitos de

una solución.

Sin embargo, durante una valoración ocurren cambios en el número y el tipo de

los iones presentes en la solución que se valora, de tal modo que en muchos

casos puede seguir el transcurso de la valoración midiendo la conductancia de

dicha solución a intervalos regulares. Consideremos, por ejemplo, la valoración del

ácido HCl con una solución de NaOH:

H+¿+Cl−¿+Na+¿+OH−¿↔Na+¿+Cl

−¿+H2O ¿

¿ ¿¿ ¿¿

Inicialmente, la conductividad de la solución se puede atribuir a los iones H+ y Cl-

presentes. Durante la valoración, el ion H+, que es de gran movilidad, va

desapareciendo para formar H2O, siendo reemplazado por el ion Na+. Ya que la

movilidad iónica equivalente del ion sodio es sólo de una séptima parte de la del

ion hidrogeno, la conductancia de la solución decrece de modo considerable.

Después del punto de equivalencia, la adición continuada de reactivo valorante

introduce en la solución iones Na+ y OH-, y la conductancia aumenta. La curva de

valoración representada en la figura 1 que indica el tipo de variación que

experimenta la conductancia durante esta neutralización.

Figura 1. Curva de valoración conductimétricas: (a) Aparato de valoración; (b) Curva de valoración de un ácido fuerte con una base fuerte; (c) curvas de valoración de ácidos débiles (Ka entre 10-1 y 10-4) con una base fuerte; y (d) curva de una valoración de precipitación, por ejemplo, de la valoración de cloruro de sodio con nitrato de plata.

Durante la valoración, el volumen total de la solución varía, siendo necesario hacer

la corrección correspondiente en el valor medido de la conductancia. Este efecto

de dilución se puede hacer mínimo empleando una solución de reactivo valorante

que sea mucho más concentrada que la solución problema.

Las curvas de valoración conductimétricas siempre se desvían de la linealidad en

las proximidades del punto de equivalencia, quedando bien definidas las

proporciones rectilíneas de dichas curvas solamente en puntos alejados del punto

final. En consecuencia, en las valoraciones conductimétricas la práctica común

cosiste en tomar algunas lecturas de la conductividad antes y algunas después del

punto de equivalencia, y en unir luego los puntos representativos con sendos

segmentos de recta. El punto final de la valoración viene determinado por el punto

de intersección de las dos rectas.

Los aparatos necesarios son bastante simples. Como indica la Figura 1 (a), el

conjunto de valoración consiste generalmente en un sistema de electrodos (que se

conectan a un puente de medida) inmersos en la solución, sometida a la agitación

adecuada. Para la adición de reactivo valorante se emplea una bureta corriente.

La mayor ventaja del procedimiento conductimétrico de detección del punto final

es su aplicabilidad a soluciones muy diluidas. La técnica de valoración esta sujeta

a muchas interferencias, y es tanto menos exacta y satisfactoria cuanto mayor es

la concentración del electrólito en la solución. La falta completa de especificidad

de las mediciones conductimétricas restringe severamente el número de

ocasiones en que es posible aplicar esta técnica.

Estas aplicaciones se pueden subdividir en grupos tales como: valoraciones de

neutralización (en medio acuoso o no acuoso), valoraciones de precipitación,

valoraciones complexométricas y volumétricas de oxidación-reducción. El intervalo

de concentraciones que se puede estudiar comprende desde 10-1 a 10-6 M, y en la

mayoría de los casos se indica que se puede obtener una precisión mejor que la

del ±0,5 %.

Los tipos de las curvas obtenidas en las volumetrías de neutralización y de

precipitación se presentan en la Figura 1 (c) y (d).

2. Procedimiento experimental

Primero se calibró el conductímetro que se utilizó, se siguieron las indicaciones

respectivas del manual. Luego, en un vaso de precipitados se introdujeron 10mL

de mezcla problema, se le agregó la cantidad de agua necesaria para que los

electrodos quedaran sumergidos en el contenido del vaso. Se colocó

posteriormente un imán agitador y se añadió fenolftaleína como indicador y

sucesivamente se agregaron pequeños volúmenes de NaOH (1.8294 N). La

solución se agitó por unos segundos cada vez que se le agregó NaOH y después

se tomó la lectura respectiva.

Por último, se graficaron los puntos obtenidos, se determinaron los puntos de

equivalencia y las concentraciones de ácido fuerte y débil de la mezcla problema.

3. Observaciones

Tanto la solución de NaOH como la de mezcla de ácidos HCl/CH3COOH

presentan una coloración cristalina, es decir, son transparentes y sin ningún

tipo de turbidez.

La conductividad de la mezcla de ácidos (HCl/CH3COOH) va decreciendo con

forme se le va agregando los pequeños volúmenes de solución básica (NaOH

1.8294 N) hasta llegar a un punto donde en lugar bajar empieza a aumentar

lentamente su valor. No se observa ningún cambio de coloración en las

soluciones.

La conductividad de la mezcla de ácidos continúa aumentando con forme se le

agrega más NaOH (este aumento es muy pequeño), hasta que se llega al

punto donde hay un cambio de coloración de la solución 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

análisis conductimétrico.

4. Materiales y equipos empleados

Equipo Imagen Descripción

Conductímetro

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

Bureta

Utiliza en volumetría para medir con gran precisión el volumen de líquido 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 solución en análisis. La calefacción y el stirring magnético se pueden realizar simultáneamente; Ajustar la energía de la calefacción a la temperatura deseada en este caso 25ºC y girar la velocidad para alcanzar el mejor resultado con la ayuda del agitador magnético.

Pipeta volumétrica

Es un instrumento volumétrico de laboratorio que permite medir la alícuota de líquido con bastante precisión, en este caso se utilizo pipeta de 10mL con un límite de error hasta 0.02 mL

Agitador Magnético

Pequeña barra magnética la cual esta cubierta por una capa de plástico (Teflón) 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

magnético rotatorio, al introducir el agitador magnético a la solución es de tener cuidado que no choque con el electrodo del conductímetro.

REACTIVOS

Solución estandarizada de NaOH 1.8294N Mezcla problema de acido clorhídrico y ácido acético.

RESULTADOS

Tabla 1. Estandarización de la Solución de NaOH ±2N

Estandarización de la Solución de NaOH ±2N

Formula Química: NaOH Peso Molecular: 40.01 g/mol

Estándar Primario: Biftalato acido de Potasio Peso Molecular: 204.22 g/mol

Nº de Repeticiones 1 2 3

Masa de Biftalato acido de

Potasio (g)6.1275 6.1268 6.1270

Volumen gastado de NaOH

(mL)8 16.3 16.5

Concentración exacta de la

Solución de NaOH

(Normalidad)

3.7506 1.8182 1.8406

Promedio de concentración NaOH: 2.4698 N

Desviación estándar: 1.10926

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

valor atípico 3.7506 N

Nuevo promedio de concentración NaOH: 1.8294 N

Desviación estándar: 0.01584

% de Error: 0.8658%

Tabla 2. Valoración Conductimétrica Acido – Base

Valoración Conductimétrica Acido – Base

Muestra Problema: Mezcla de ácidos: Acido Clorhídrico – Acido Acético

Alícuota de la muestra: 10 mL

Sustancia titulante: Solución estandarizada de NaOH 1.8294 N

Temperatura de titulación

ThotPlate = 25 ºC Tconductimetro = 26.3 ºC

Ttermometro = 24 ºC

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

0.00 34.200.80 31.701.60 28.702.00 27.602.70 25.503.00 24.403.50 23.004.00 21.404.50 19.575.00 18.805.50 16.616.00 14.796.50 13.247.00 11.957.60 10.658.00 10.978.50 11.389.00 11.799.50 12.20

10.00 12.5710.20 12.7110.40 12.8710.60 12.9911.00 13.3011.30 13.8011.50 13.9411.60 14.4111.90 14.8412.20 15.80

12.60 16.5213.10 17.5813.50 18.6614.00 19.5614.60 20.8015.00 21.6015.50 22.6016.00 23.4016.50 24.4017.00 25.4017.60 26.3018.00 27.1018.50 28.0019.10 28.8019.50 29.5020.60 31.2021.00 31.7022.00 33.3022.50 34.0022.70 34.30

Grafico 1. Conductancia Especifica (µS/cm) – Volumen de NaOH 1.82094 N

(mL)

0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.000.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

30.00

35.00

40.00

Conductancia Especifica vs. Volumen de NaOH 1.8294 N

Volumen de NaOH 1.8294 N (mL)

Cond

ucta

ncia

Esp

ecifi

ca (µ

S/cm

)

DISCUSION

Las valoraciones conductimétricas son de gran utilidad para la determinación de

puntos de equivalencia de mezclas de ácidos, ya que la variación de la

conductividad o conductancia especifica es lineal respecto al volumen de titulante

adicionado; en esta grafica se presenta la disminución de la conductancia debido a

la neutralización del ácido 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 neutralización del ácido débil que en este

caso fue ácido acético, como en toda valoración los puntos de equivalencia se

definen como el punto en el que los equivalentes mol de ambas sustancias se

igualan, para el caso de análisis los volúmenes de equivalencia son:

Volumen de equivalencia para el acido fuerte (HCl):

7.5 mL de NaOH 1.8249 N

Volumen de equivalencia para el acido débil (CH3COOH):

11.3 mL de NaOH 1.8249 N

Los cálculos de las concentraciones de acido fuerte y débil de la mezcla problema

se basaran en la siguiente relación:

¿ .base=¿.acido

Los resultados obtenidos para la concentración de cada uno de los ácidos en

porcentaje masa – volumen se presentan a continuación:

Concentración de HCl 5.0025%

Concentración de CH3COOH 4.1744%

Destacando la presencia en mayor cantidad, 0.8281 puntos porcentuales, de

acido clorhídrico con respecto al ácido acético, a esto se debe la necesidad de un

mayor volumen de neutralización para dicho ácido.

CONCLUSIONES

- Las métodos analíticos conductimétricos nos generan otro punto de vista

para la realización de valoraciones acido – base, e incluso es aplicable a

titulaciones por precipitación y complejométricas; dicho método nos facilita

la percepción del punto de equivalencia (meollo del análisis), a partir de la

variación lineal, tanto decreciente como creciente, de la conductividad

respecto a la adición del reactivo titulante, esta variación se puede

representar gráficamente y de esta manera determinar los puntos de

interés.

- La variación de la forma de la grafica de una titulación conductimétrica

depende de las especies que se estén valorando y del titulante que se esté

utilizando; teniendo como punto en común las cambios marcados en los

puntos de equivalencia, los cuales son claramente apreciados (en caso de

existir dos o mas), por lo que dicha técnica analítica tiene gran campo de

aplicación.

- El fundamento de las valoraciones conductimétricas 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 ácidos 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, dándose un punto de inflexión el cual se

puede observar de mejor forma gráficamente.

- La aplicación de las valoraciones conductimétricas en la vida cotidiana se

dan a nivel industrial para determinar la pureza del agua, determinando los

iones disueltos presentes en ella; así como también en análisis bioquímicos

en donde la cuestión de análisis son líquidos biológicos como sangre, orina

y sudor, determinándose en ellos cantidad de iones presentes.

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

Inga. Cecilia de Flamenco, Marzo 2013, “Referencias Manual Prácticas

Experimentales. Análisis Instrumental”, Universidad de El Salvador, Facultad

de Ingeniería y Arquitectura, Escuela de Ingeniería Química e Ingeniería de

Alimentos.

Ing. Brunatti, Carlos; Ing. De Napoli, Hernán. “Titulaciones Conductimétricas”

Pickering, W. F. (1980). “Química Analítica Moderna”. Editorial Reverté, S. A.

Barcelona.

ANEXOS

Cálculos:

Estandarización de la Solución de NaOH

Principio para los cálculos:

C (V )base=C (V )acido

Donde:

C: Concentración V: Volumen

Primer prueba

6.1275 g

204.22g¿ .

=C (8 x10−3L )

C=3.7506N

Segunda prueba

6.1268 g

204.22g¿ .

=C (16.5 x10−3 L )

C=1.8182N

Tercer alícuota

6.1270 g

204.22g¿ .

=C (16.3 x10−3 L )

C=1.8406

Concentración promedio con el dato atípico 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 ácidos presentes en la muestra problema

Volumen de equivalencia para el acido fuerte (HCl):

7.5 mL de NaOH 1.8249 N

Volumen de equivalencia para el acido débil (CH3COOH):

11.3 mL de NaOH 1.8249 N

Principio para los cálculos:

¿ .base=¿.acido

- Acido Fuerte, HCl

¿. acido=(7.5 x10−3L )(1.8294 ¿L)

¿. acido=0.0137205equivalentes de HCl

- Acido Débil, CH3COOH

¿. acido=(11.3 x10−3L ) (1.8294 ¿L)

¿. acido=0.020672equivalentes de acidototal (HCl+C H 3COOH )

¿. acido=(0.020672−0.0137205 ) equivalentes deC H 3COOH

¿. acido=6.9515 x10−3equivalentes deC H 3COOH

Concentraciones:

0.0137205≡de HCl x 36.46 g¿ =0.50025 gramosde HCl

6.9515 x10−3≡de C H 3COOH x60.05g

¿ =0.41744 gramosdeC H 3COOH

0.50025gramos de HCl10mL

x100=5.0025%

0.41744 gramosdeC H 3COOH

10mLx100=4.1744%