LABORATORIO DE QUIMICA ANALITICA CUALITATIVA

ANALISIS QUIMICO ME-212 FACULTAD DE INGENIERIA GEOLOGICA MINERA Y METALURGICA

ANALISIS VOLUMETRICO

7 Practica Alcalimetra y Acidimetra

Objetivo

El objetivo del presente laboratorio es Neutralizar una solucin valorada de HCl 0.1N con brax puro, neutralizar una solucin valorada de HCl 0.1N con NaOH, y determinar la normalidad, molaridad de un cido comercial mediante un densmetro

Determinar la concentracin de una solucin de una base. Determinar la concentracin de una solucin de un acido.

Fundamento Terico:

Para determinar la concentracin de una solucin desconocida se utiliza una segunda solucin de concentracin conocida, que al mezclarse con la primera experimenta una reaccin qumica especfica y de estequiometria tambin conocida. La solucin de concentracin conocida se llama solucin valorada.VALORAR O TITULACINSon los nombres que e dan al proceso de determinar del volumen necesario de la solucin valorada para reaccionar con una cantidad determinada de la muestra a analizar. Por este motivo se dice que es un mtodo de anlisis volumtrico. Se lleva acabo agregando en forma controlada de la solucin valorada a la solucin problema, hasta que se juzga completa la reaccin entre los dos (Con el cambio de color del indicador).Significa determinar la cantidad de una sustancia desconocida disuelta, hacindola pasar cuantitativamente de una forma inicial de combinacin a otra forma final de combinacin, ambas bien definidas qumicamente.

Para ello se aade una solucin adecuada de un reactivo de concentracin conocida y se mide exactamente el volumen que se aade de esta solucin.

PREPARACION DE SOLUCIONES VALORADAS

SOLUCIONES VALORADAS

Al realizar un anlisis volumtrico hay que conocer con toda exactitud la cantidad de sustancia reaccionante que est disuelta en un volumen determinado de lquido.

Obtener soluciones valoradas exactas, de concentracin perfectamente conocida, es el punto ms importante del anlisis volumtrico: son el patrn de medida de las soluciones problema, de concentracin desconocida.

OBTENCION DE SOLUCIONES VALORADAS

Pueden prepararse directa o indirectamente:a) Obtencin directa.- Las soluciones valoradas se pueden obtener directamente por pesada de una cantidad de sustancia y disolucin de la misma en un volumen determinado de agua.

Las sustancias empleadas para la obtencin directa, llamadas sustancias patrn o sustancias tipo primario, deben reunir las siguientes condiciones:

1. Que formen un compuesto definido, que pueda obtenerse con facilidad y alto grado de pureza (sustancia qumicamente pura).

2. Que no sean voltiles y se conserven inalterables indefinidamente.

3. Que puedan pesarse exactamente y sin dificultad en la balanza; por lo tanto no han de ser oxidables, ni absorber el anhidrido carbnico y la humedad del aire circundante.

4. Que sean solubles en agua o, al menos, en los cidos.

5. Que durante una larga conservacin no vare la concentracin de sus soluciones, ni sufran descomposicin.

No todas las sustancias empleadas para este objeto cumplen todas las condiciones mencionadas pero, en ciertos casos, es necesario su empleo por no encontrarse otras mejores, y en otros, porque junto a sus defectos presentan otras ventajas (mejor indicacin del punto final, mayor velocidad de reaccin, etctera) que compensan aqullos.

b) Obtencin indirecta.- Cuando no es posible la obtencin directa, porque las sustancias no cumplen las condiciones del apartado anterior, se disuelve una cantidad de dichas sustancias prxima a la requerida y se valora indirectamente por medio de otra solucin ya valorada o de un peso exacto de otra sustancia slida, qumicamente pura, que reaccione con aqullas.

Por ejemplo, no puede obtenerse una solucin valorada exacta de cido clorhdrico porque su concentracin suele ser muy variable, ni tampoco de hidrxido sdico tan difcil de prevenir de una carbonatacin. Sin embargo, si pueden tomarse como punto de partida al carbonato sdico puro, los que, previamente pesados, permiten valorar la solucin de cido clorhdrico y, ms tarde, a partir de sta, la de hidrxido sdico.

VALORACION DE SOLUCIONES

El mtodo para valorar soluciones debe elegirse teniendo en cuenta el fin a que se va a destinar, incluso los HCl y H2SO4 pueden valorarse gravimtricamente.

Las soluciones cidas pueden valorarse por reaccin con soluciones de productos qumicos purificados en cantidades exactamente pesadas, es el caso del Borax o carbonato de sodio o por valoracin de soluciones alcalinas valoradas.

POSIBILIDAD DE UNA VALORACION

Se dice que es posible una valoracin, si el cambio de observado que indica el final, tiene lugar por adicin de un volumen de reactivo valorante que pueda medirse con un error relativo al volumen total de reactivo utilizado admisible para el propsito que se persigue.

Puesto que los indicadores presentan un cambio de color detectable al cambiar el pH de la disolucin en 2 unidades de pH es posible la valoracin si esta modificacin de pH se consigue por adicin de un incremento de volumen de reactivo valorante comprendido dentro del margen de error admisible que es solo una parte por mil.

VALORACION DE UN ACIDO FUERTE CON UNA BASE FUERTE

Este tipo de neutralizacin se ilustra con la valoracin del cido clorhdrico con hidrxido sdico.

H+ + OH- ( H2O

A medida que la valoracin progresa, va decreciendo la concentracin de in hidrgeno (aumento el pH) cerca del punto estequiomtrico la variacin sirve de base para la deteccin del punto final de valoracin.

VALORACION DE UNA BASE FUERTE CON UN ACIDO FUERTE

Esta valoracin es enteramente anloga a la de un cido fuerte con una base fuerte, excepto en el sentido de la valoracin. Al comienzo (disolucin alcalina), la disolucin tiene una elevada concentracin de OH- y por lo tanto un pH alto. El pH decrece gradualmente al principio, despus rpidamente en las proximidades del punto estequiomtrico y de nuevo gradualmente despus de dicho punto.

Soluciones Standard para anlisis cuantitativo y cualitativo

En el anlisis volumtrico la concentracin del analito se determina midiendo su capacidad de reaccionar con el reactivo patrn.Este es una solucin de concentracin conocida capaz de reaccionar mas o menos completamente con la sustancia que se analiza. El volumen de la solucin patrn requerido para completar la reaccin con el analito se considera como un parmetro analtico dentro del anlisis volumtrico

Vamos a definir lo que es un patrn ideal: se define como la sustancia cuya concentracin debe mantenerse indefinidamente invariable para evitar la necesidad de su normalizacin peridica.

La reaccin debe ser suficientemente rpida para que no haya necesidad de esperar un tiempo cada vez que se haga la adicin del reactivo.

Deber reaccionar solo con el analito y esta reaccin deber ser descrita por una ecuacin qumica balanceada

Pocos reactivos volumtricos cumplen con todos los requisitos, pero existen patrones primarios de elevada pureza, estabilidad ante los agentes atmosfricos, ausencia de agua de hidratacin, fcil adquisicin y mdico precio, peso equivalente suficientemente elevado para disminuir los errores asociados a la operacin pesada.

Puede ser necesario, ocasionalmente basar un anlisis en una sustancia que no cumple todos los requisitos de un patrn primario. Para eso existen los patrones secundarios y su pureza se establecer por medio de un minucioso anlisis.

Las soluciones patrn usadas en las valoraciones de neutralizacin son siempre cidos o bases fuertes ya que ellos completamente ionizados producen cambios de pH mas pronunciados en los puntos de equivalencia de las valoraciones.

El patrn primario ms usado (se debe preparar) es el cido clorhdrico ya que sus soluciones diluidas son estables indefinidamente y se usan en la mayora de los cationes sin que aparezcan reacciones de precipitacin. Y cuando el ion cloruro produce interferencias de usan soluciones de cido perclorico y cido sulfrico que tambin son estables.

Las soluciones de cido ntrico valoradas raramente son usadas por sus propiedades oxidantes

Patrones primarios para cidos:

Carbonato de Sodio que es frecuentemente usado para soluciones cidas de analitos, se puede obtener puro en el comercio o prepararlo a partir del carbonato hidrogeno C por una hora( C y 300 (de sodio puro calentado entre 270

2NaHCO3 Na((s) 2CO3 (s) + H2O (g) + CO2 (g)

Tris-(hidroximetil) amino metano (THAM o TRIS)

(HOCH2)3CNH2se puede obtener comercialmente con pureza de patrn primario, su peso equivalente es mas elevado (121,14) que el carbonato de sodio (53,000)

Otros patrones primarios cidos como el tetraborato de sodio, oxido de mercurio (II), oxalato de calcio.

Patrones primarios para bases:

Los ms comunes son cidos orgnicos dbiles

Hidrogeno Ftalato de Potasio (KHC8H4O4) el cual posee muchas cualidades necearas para ser un patrn primario ideal. Es un slido no higroscpico con un peso equivalente elevado. En la mayora de los casos se puede usar el producto comercial sin necesidad de purificarlo pero para anlisis con mayor exactitud este con certificado de pureza se puede obtener en el National Bureau of Standars.

Acido Benzoico: se puede obtener con un elevado grado de pureza y se puede usar como patrn primario para bases el inconveniente es su limitada solubilidad

Hidrogeno Yodato de Potasio (KH(IO3)2) excelente patrn primario con peso equivalente elevado es un cido fuerte que se puede valorar usando cualquier indicador con intervalos de transicin de pH entre 4y10.

INDICADORES ACIDO-BASE

Las sustancias utilizadas como indicadores en las valoraciones de neutralizacin son cidos o bases dbiles, cuyos iones tienen un color diferente del de las formas sin disociar. Sus equilibrios en disolucin pueden tratarse matemticamente lo mismo que los de cualquier otro icgeno dbil.

Para un indicador cido, representado para simplificar por Hin,

HIn ( H+ + In-

Forma "cida" Forma "alcalina"

Ka = y =

El color observado, es decir, la relacin / depende de ; a elevada , esta relacin es pequea y el indicador presenta su color cido; a baja , la relacin es grande y el indicador manifiesta su color alcalino.

Para un indicador cido - base, representado por InOH,

InOH ( In+ + OH-

Forma " alcalina " Forma " cida alcalina"

Kb = y =

Para valores bajos de , la relacin / es grande y se aprecia el color cido; para valores altos de , en que la relacin anterior es pequea, se aprecia el color alcalino.

Experimentando con observadores de visin normal, se ha demostrado que en un sistema de dos colores, un color puede ser detectado en presencia del otro cuando la relacin de la intensidad del primero a la del segundo es alrededor de 1/10. As, al pasar de la forma cida de un indicador o su forma alcalina puede apreciarse el caucho de color cuando [forma alcalina]/[forma cida] es de 1/10; en direccin contraria se observa el primer cambio de color cuando la relacin es de 10/1. Poniendo la ecuacin en forma logartmica, se tiene

pH = pKa + log([In-]/[HIn])

El intervalo de viraje del color expresado en pH es, pues,

pH = pKa ( log(1/10) = pKa ( 1

Experimentalmente, el intervalo de viraje de la mayor parte de los indicadores es aproximadamente de 1.6 unidades de pH. Cuando la mitad del indicador puesto est en cada una de sus formas [In-] = [HIn] y pH = pKa. Como los colores se basan en su percepcin subjetiva por el observador y el ojo presenta distinta sensibilidad para los diferentes colores, los valores lmite del intervalo de viraje son solo aproximados y pueden no ser simtricos respecto al valor de pKa del indicador.

SELECCIN DEL INDICADOR ADECUADO

Como regla general se debe seleccionar el indicador que cambia de color en un pH aproximado al punto de equivalencia de la titulacin preferiblemente que este por encima de ste.

Procedimiento:

1. Valoracin del HCl. Se usa brax Na2B4O7.10H2O(s) diluido totalmente en H2O, se agrega unas gotas de anaranjado de metilo. Se llena la bureta con HCl, aadir HCl hasta que la solucin tome un color anaranjado intenso.

2. Valoracin del NaOH. Se titula 25ml de NaOH y se completa con agua un volumen igual a la titulacin anterior ms unas gotas de fenolftaleina. Agregar HCl hasta que la solucin adquiera un color violeta muy claro.

3. Determinacin de concentracin (M y N) de H2SO4 y medicin de su densidad.

Cuadro de Resultados

Valoracin de HCl usando Brax.

mBrax (Diluido en H2O)Indicador utilizadoVolumen utilizadoNormalidad

270.5 mgAnaranjado de Metilo(4 gotas)15.2 ml de HCl0.093

Valoracin de NaOH con HCl

Volumen de NaOHIndicador utilizadoVolumen utilizadoNormalidad

25 mlFenolftaleina(4 gotas)25.1 ml de HCl0.093

Determinacin de la concentracin M y N del H2SO4 comercial

Densidad experimental% de masaMNTemperatura

1.83091.873 %18.65837.31621 C

Cuestionario:

1. Con sus valores experimentales calcule la molaridad del HCl(ac) y de NaOH(ac).

La normalidad del HCl es:

La normalidad del NaOH es:

2. La solucin de Brax tienen reaccin alcalina o bsica.

a) Por qu se utiliza el Brax para valorar el HCl?

El Brax presenta un punto final mas neto y tiene un peso equivalente mucho mayor.

b) Escriba la ecuacin qumica que fundamente lo expresado.

Reacciona en medio cido mediante las siguientes reacciones:

3. Indique otros cuatro indicadores cido-base a los ya utilizados en la practica de laboratorio, explicando su rango de viraje(pH) y los colores que presentan en cada medio.

IndicadorDisolventeConcentracin

%Tipos de

IndicadorColorZona de

Viraje(pH)

Forma

cidaForma

alcalina

Amarillo de alizarinaAgua0.1cidoAmarilloVioleta10.1 12.1

TimolftaleinaAlcohol al 90%0.1cidoIncoloroAzul9.4 10.6

Prpura de cresolAlcohol al 20%0.05cidoAmarilloPurpreo7.4 9.0

Rojo neutro*Alcohol al 60%0.1BaseRojoAmarillo-castao6.8 8.0

Rojo de fenol**Alcohol al 20%0.1cidoAmarilloRojo6.8 8.0

Azul de brotimolAlcohol al 20%0.05cidoAmarilloAzul6.0 7.6

Tornasol(azolitmina)Agua1.0cidoRojoAzul5.0 8.0

Rojo de metiloAlcohol al 60%0.1 y 0.2BaseRojoAmarillo4.4 6.2

Azul de brotofenolAgua0.1cido AmarilloAzul3.0 4.6

Tropeolina 00Agua0.01, 0.1 y 1.0BaseRojoAmarillo1.4 3.2

Violeta cristalinoAguaVerdeVioleta0.0 2.0

(*)O el agua con adicin de 5.7 ml de la solucin de NaOH 0.05N por 100 mg de indicador

(**)O el agua con adicin de 3.2 ml de la solucin de NaOH 0.05N por 100 mg de indicador

4. Con los datos experimentales(libro) para la titulacin de un cido dbil con una base fuerte, dibujar en un papel milimetrado la curva de neutralizacin respectiva y determine el punto de equivalencia.

Tomando como ejemplo la siguiente tabla haremos la curva de neutralizacin.

Valoracin de 50.00 ml de cido actico, 0.1000N con hidrxido de Sodio 0.1000N.

NaOH

Aadido, mlHac sin

Neutralizar,

ml equivalenteAc- formado.

ml equivalenteVolumen

Total.

Ml[H+]PH

0.0050.000.0050.001.34*10-32.87

1.0049.001.0051.008.8*10-43.05

5.0045.005.0055.001.62*10-43.79

10.0040.0010.0060.007.2*10-54.14

20.0030.0020.0070.002.7*10-54.57

25.0025.0025.0075.001.8*10-54.74

30.0020.0030.0080.001.2*10-54.92

40.0010.0040.0090.004.5*10-65.35

45.005.0045.0095.002.0*10-65.70

49.001.0049.0099.003.7*10-76.43

49.900.1049.9099.903.6*10-87.44

49.990.0149.9999.993.6*10-98.44

50.000.0050.00100.001.9*10-98.72

Exceso de NaOH, ml[OH-]

50.010.01100.011.0*10-59.00

50.100.10100.101.0*10-410.00

51.001.00101.001.0*10-311.00

55.005.00105.004.8*10-311.68

60.0010.00110.009.1*10-311.96

5. Con el valor de la densidad medida de un cido comercial(HCl o H2SO4), calcule su normalidad.

La densidad se define:

(1)

Adems, #eq-gr. es igual a:

(2)

Y la normalidad(N) es igual a:

(3)

Reemplazando(1) y (2) en (3):

Por lo tanto la normalidad del H2SO4 es:

Conclusiones:

Una solucin valorada es aquella cuya concentracin se conoce con gran exactitud.

Los cidos valorados que ms se emplean son:

El clorhdrico, el ntrico, el sulfrico y, en ocasiones el oxlico.

El cido clorhdrico es bueno para determinaciones en fro o calor suave.

El cido oxlico tiene la ventaja de poderse preparar directamente con una pesada y servir de intermediario entre la acidimetra y la oxidimetra.

La valoracin de una solucin de cido se lleva a cabo experimentalmente, determinando el volumen de cido que equivale a un peso conocido de sustancia alcalina.

Tipo primario (Brax Na2B4O7 10H2O Carbonato sdico anhidro (SOSA)). De modo similar se contrasta una solucin de alcali buscando su equivalencia con un peso o con un volumen de un cido de riqueza conocida.

Para preparar y valorar soluciones cidas; se puede partir de soluciones concentradas puras midiendo su peso especfico con un aremetro y tomando de una tabla el tanto por ciento en peso correspondiente a la densidad encontrada.

Conociendo as los gramos de cido por unidad de volumen en la solucin concentrada, puede calcularse fcilmente el nmero de centmetros cbicos de la misma que han de ponerse en un matraz aforado, para que despus de enrasar, resulte una solucin de la concentracin o normalidad deseada.

Para que una reaccin qumica sea adecuada para utilizarla en una titulacin, la reaccin debe ser completa en el punto de equivalencia, mientras mayor sea la constante de equilibrio, la reaccin ser ms completa y el cambio de pH cerca del punto de equivalencia ser mayor y ms fcil de localizar.

Los indicadores son colorantes orgnicos con naturaleza de cidos o bases dbiles cuyos iones tienen un color diferente de l de la forma sin disociar.

Son usados como indicadores de titulacin, y por ello deben cambiar bruscamente de color en un pequeo intervalo de valores de pH.

El cambio de color del indicador debe ser un proceso plenamente reversible.

Bibliografa

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Editorial Karpelusz

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