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• miguel

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TITULACIÓN ÁCIDO – BASE

La naturaleza de las sustancias es una de los temas más estudiados por la química, ya que, de acuerdo a ésta, están determinados los tipos de reacciones que se presentan de acuerdo a los reactivos en un proceso. La titulación es un método para determinar la cantidad de una sustancia presente en solución. Una solución de concentración conocida, llamada solución valorada, se agrega con una bureta a la solución que se analiza. En el caso ideal, la adición se detiene cuando se ha agregado la cantidad de reactivo determinada en función de un cambio de coloración en el caso de utilizar un indicador interno, y especificada por la siguiente ecuación de la titulación. NA VA = NB VB A este punto se le llama punto de equivalencia (Umland, 2000, p.139).

En términos generales la reacción entre cantidades equivalentes de ácidos y bases se llama neutralización o reacción de neutralización, la característica de una reacción de neutralización es siempre la combinación de hidrogeniones que proceden del ácido, con hidroxiliones procedentes de la base para dar moléculas de agua sin disociar, con liberación de energía calorífica como calor de neutralización y formación de una sal. En una expresión como la siguiente expresión: Ácido + Base → Sal + Agua Un caso particular sería la reacción entre un ácido fuerte (HNO3) y una base débil (Na2CO3). 2HNO3 + Na2CO3 → 2 NaNO3 + CO2↑ + H2O Así pues, la titulación es un proceso en el cual la solución estándar (del patrón primario) se combina con una solución de concentración desconocida para determinar dicha concentración, la curva de titulación es la gráfica que indica como el pH de la solución cambia durante el transcurso de la misma (el pH se gráfica contra el volumen de base o ácido agregado).

Entonces podría entenderse como final de la titulación al momento en que el pH llegase a 7, sin embargo, esto está en función de la “fuerza” del ácido o la base que se están titulando. Así cuando la neutralización se produce entre un ácido fuerte y una base fuerte. El pH en el punto de equivalencia es 7 ya que todos los iones han sido neutralizados. Por otra parte, cuando la reacción ocurre entre una base fuerte y un ácido débil, el anión del ácido sufre una hidrólisis, por lo que el pH al que ocurre la neutralización es mayor que 7. Y en la situación contraria, entre ácido fuerte y una base débil, el catión de la base sufre una hidrólisis produciéndose iones hidrónio, por lo que el pH es menor que 7. Para determinar éste punto (de equivalencia), podemos utilizar la curva de titulación potenciométrica de la reacción ácido-básica cuya gráfica resulta del pH del sistema contra volumen de ácido o de base agregados en la titulación (Umland, 2000, p.602). En las titulaciones se pueden utilizar indicadores internos. Los indicadores son compuestos orgánicos de estructura compleja que cambian de color en solución a medida que cambia el pH. A continuación, se describen algunos de ellos. COLOR ÁCIDO

RANGO DE pH DEL CAMBIO DE COLOR

COLOR ALCALINO

Azul de timol Anaranjado de metilo Verde de bromocresol Rojo de metilo Papel de tornasol

Rojo Rojo Amarillo Rojo Rojo

1.2 – 2.8 3.1 – 4.5 3.8 – 5.5 4.2 – 6.3 5.0 – 8.0

Amarillo Amarillo Azul Amarillo Azul

Azul de bromotimol Azul de timol Fenolftaleína Amarillo de alizarina

Amarillo Amarillo Incoloro Amarillo

6.0 – 7.6 8.0 – 9.6 8.3 – 10.0 10.0 – 12.1

Azul Azul Rojo Alhucema

INDICADOR

En este tipo de titulaciones (con indicador interno) no se requiere de ningún gráfico para determinar el punto de equivalencia, solo se requiere observar el cambio de coloración de la solución para concluir el final de la reacción y hacer las mediciones correspondientes.

La titulación, o también conocida como valoración, tiene como objetivo determinar la concentración de una disolución ácida o básica, llamada disolución analizada o muestra problema. Esto se logra adicionando pequeños volúmenes de una disolución de concentración conocida, llamada disolución valorada.

El proceso de titulación se basa en la neutralización que se lleva a cabo entre la disolución ácida y la básica. De esta manera, si se conoce la concentración de iones H+ de la disolución valorada, se puede inferir la concentración de iones OH - de la disolución analizada. Esto se calcula a partir del volumen de disolución valorada utilizado. En el momento en el que la concentración de H+ y OH- se igualan, se dice que se ha alcanzado el punto de equivalencia. Para determinar este punto, se utiliza un indicador que se caracteriza porque tiene colores diferentes en medio ácido y en medio básico. El punto en que cambia el color de un indicador se llama punto final. Por ende, es necesario elegir un indicador cuyo punto final corresponda o se acerque lo más posible al punto de equivalencia. El proceso de titulación se representa gráficamente mediante una curva de valoración. Para graficarla es necesario saber el pH de la disolución analizada (eje Y) luego de la adición de pequeñas cantidades de volumen de la disolución valorada (eje X).

Durante la titulación, el pH de la disolución experimenta cambios que se pueden registrar de manera experimental empleando un pH-metro o una cinta de pH, la última arroja resultados menos exactos.

Por ejemplo, al titular 25 mL de NaOH de concentración 0,5M con HCl 0,5M del cual se disponen 10 mL, se debe conocer en primer lugar la cantidad de moles de cada sustancia, teniendo en consideración que los moles son iguales a la concentración molar por el volumen de solución. Para determinar los moles de H+ se debe considerar que: Moles H+ = Concentración de ácido x Volumen de ácido Moles H+ = 0,5 mol/L x 0,01 L = 5 x 10-3 mol

Mientras que, para determinar los moles de OH-, se debe tener en cuenta que: Moles OH- = Concentración de base x Volumen de base Moles OH- = 0,5 mol/L x 0,025 L = 0,0125 mol

En este caso, considerando que los moles de ácido son menores que los moles de la base, se debe poner la base en la bureta y el ácido en el matraz. Por lo tanto, el pH de la muestra dependerá solo del ácido, cuando el volumen de la base sea igual a 0 mL. En este caso, el pH será igual a: pH = -log 5 x 10-3 pH = 2,30

Al agregar base a la solución, por ejemplo 1 mL, se añade en el matraz una cantidad de moles específica que se calcula de la siguiente forma:

Si se añade 1 mL de base, los moles que se agregan a la muestra están dados por: moles de OH- = Concentración de base x Volumen de base moles de OH- = 0,5 mol/L x 0,001 L = 5 x 10-4 mol

Estos moles de OH- reaccionan con los moles de H+ presentes en el matraz formando agua. Por lo tanto, a los moles de ácido que inicialmente se tenían en el matraz, se le debe restar el ácido añadido, ya que estos, han neutralizado su efecto.

Moles de H+ = 5 x 10-3 mol – 5 x 10-4 mol = 4,5 x 10-3 mol

Al añadir 1 mL a la muestra, ahora la cantidad total de la muestra será 11 mL, por lo tanto, la nueva concentración de la muestra estará dado por:

Concentración de ácido = moles de H+/Volumen de la muestra Concentración de ácido = 4,5 x 10-3 mol / 0,011 L = 0,409 mol/L

A partir de esto, es posible, conocer el pH de la muestra, luego de haber añadido la base, lo que estará dado por:

pH = -log 4,5 x 10-3 pH = 2,35

Por lo tanto, luego de añadir 1 mL de base a la muestra, la disolución aumento su pH

Bibliografía básica: https://www.portaleducativo.net/tercero-medio/53/titulaciones-acido-basesoluciones-amortiguadoras https://es.wikipedia.org/wiki/Valoraci%C3%B3n_%C3%A1cido-base https://www.tplaboratorioquimico.com/quimica-general/acidos-y-bases/titulacionesacido-base.html