INTRODUCCIÓN

Una valoración potenciométrica implica la medida del potencial de un electrodo indicador conveniente en función del volumen de agente valorante añadido. El punto final se detecta determinando el volumen al cual ocurre un cambio de potencial relativamente grande cuando se adiciona el agente valorante.

Las valoraciones potenciométricas proporcionan datos que son más fiables que los obtenidos empleando indicadores químicos y son particularmente útiles cuando las soluciones son coloreadas o turbias y para detectar especies insospechadas. La medida del potencial se puede emplear para poner de manifiesto el punto final en reacciones ácido-base, redox, precipitación y formación de complejos; para ello se selecciona el electrodo indicador adecuado y un electrodo de referencia que cierra la celda.

Para determinar el punto final se pueden utilizar varios métodos. El más directo se basa en representar el potencial en función del volumen de reactivo; el punto medio en la porción ascendente de la curva se estima visualmente y se toma como el punto final.

El ácido etilendiaminotetraacético (EDTA), tiene cuatro carboxilo y dos grupos amina; grupos que pueden actuar como donantes de pares electrones, o bases de Lewis.

La capacidad de EDTA para potencialmente donar sus seis pares de electrones para la formación de enlaces covalentes coordinados a cationes metálicos hace al EDTA un ligando hexadentado. Sin embargo, en la práctica EDTA suele estar parcialmente ionizado, y, por tanto, formar menos de seis enlaces covalentes coordinados con cationes metálicos.

Planteamiento del Problema:

Estandarizar una solución de EDTA con ayuda de una solución de Hidróxido de Sodio, en ausencia y presencia de calcio.

Objetivos Generales

Estandarizar una solución de EDTA con ayuda de una solución de Hidróxido. Estandarizar una solución de EDTA y Calcio con la ayuda de una solución de hidróxido.

Objetivos Particulares

Realizar una solución Patrón de Biftalato de Potasio Estandarizar la solución de hidróxido de sodio con la ayuda de una solución patrón patrón

primario de Biftalato de Potasio. Realizar una solución en donde la concentración de calcio se encuentre sesenta veces más

concentrada con respecto al EDTA Determinar cómo influye la presencia de calcio en la estandarización del EDTA

Procedimiento Experimental

Material y Equipo Reactivos3 Vasos de Presipitado 50 ml Agua destilada1 Matraz volumétrico 50 ml Hidróxido de Sodio1 Matraz volumétrico 250 ml Biftalato de Potasio1 Matraz volumétrico 100 ml Sal disódica de EDTA1 Bureta 25 ml Cloruro de Calcio1 Pipeta Volumétrica 10 ml Solución indicadora ácido-base: Fenolftaleína1 Varilla de Vidrio1 Soporte Universal1 Agitador magnético1 Barra magnética1 Vidrio de reloj4 Copas tequileras

Procedimientos:

Preparación de Patrón Primario (Biftalato de Potasio)

Realizar los cálculos necesarios para la preparación de la solución:

0.1 mmol x204.22mg

1mmolx

1 g1000 mg

=0.0204 g Bif .

1.- Colocar en un vidrio de reloj aproximadamente 1 g de Biftalato de Potasio y ponerlo a secar en la estufa aproximadamente a 120 °C durante 30 min.

2.- Sacar el vidrio de reloj de la estufa con ayuda de unas pinzas y colocarlo en un desecante por aproximadamente 10 min.

3.- En un vaso de precipitado pesar 0.0204 g de Biftalato de potasio (registrar la masa exacta).4.- Agregar 10 ml de agua destilada para disolver.5.-Realizar los pasos 3 y 4 por triplicado.

Preparación de la disolución de Hidróxido de Potasio

1.- Por medio de factores de conversión realizar los cálculos necesarios para preparar una solución de 200 ml de hidróxido de sodio 0.01 M

250 ml x10−2mol1000 ml

x40 g RP1 mol

x100 g RA

98.15 g RP=0.1018 g NaOH

2.- Pesar en un vaso de precipitado 0.1018 g de NaOH.3.-c Agregar un poco de agua destilada para disolver.4.- Verter la solución en un matraz volumétrico de 250 ml y llevar a la línea de aforo.

Preparación del EDTA

1.- Mediante factores de conversión realizar los cálculos necesarios para preparar una solución de 0.01M

100 ml x10−2mol1000 ml

x372.2 g RP

1 molx

100 g RA99.6 g RP

=0.3736 g EDTA

2.- En un vaso de precipitado pesar 0.3736g RA de EDTA (sal disodica).

3.- Disolver con un poco de agua destilada.

4.- Verter la solución en un matraz volumétrico de 100ml y llevar a la línea de aforo.

EDTA sin calcio

5.- Tomar 50 ml de la solución anterior y vaciar a un vaso de precipitado previamente etiquetado “EDTA” sin calcio y apartar.

EDTA con calcio

6.- Tomar los 50 ml restantes de EDTA y agregar 4.4095g de CaCl.

7.- Agitar hasta disolver.

8.- Vaciar la solución en un vaso de precipitado previamente etiquetado “EDTA con calcio”. Apartar.

Estandarización de Hidróxido de Sodio

1.- Calcular la concentración exacta de Biftalato de Potasio con base en la masa exacta y el volumen.

2.- Ambientar la bureta con hidróxido de sodio.3.- Armar el equipo de valoración.4.- Tomar los tres vasos de precipitado que contiene el patrón primario antes preparado.5.- Agregar tres gotas de indicador Fenolftaleína a cada uno.

6.- Dejar caer gota agota el valorante sobre la alícuota y observar el cambio de color (incoloro-violeta) de la alícuota.

7.- Registrar el volumen gastado de valorante.

8.- realizar los pasos 5,6 y 7 para los vasos de precipitado restantes.

Estandarización de EDTA sin calcio

1.- Calibrar el pH-metro utilizando dos soluciones buffer (pH: 4y7)2.- Armar el equipo de valoración potenciométrica3.- Preparar tres alícuotas de 10 ml de EDTA sin calcio en tres copas tequileras diferentes.4.- Introducir el electrodo combinado en la alícuota.5.- Agregar el valorante gota a gota.6.- Registrar el volumen gastado de valorante.7.- Realizar por duplicado los pasos 4, 5 y 6.

Estandarización de EDTA con calcio

1.- Preparar tres alícuotas de EDTA con calcio en tres diferentes copas tequileras diferentes.2.- Introducir el electrodo combinado en la alícuota.3.- Agregar el valorante gota a gota.4.- Registrar el volumen de valorante gastado.5.- Realizar por duplicado los pasos 2-4.

Resultados

Biftalato de Potasio:

No. Vaso

Peso del vaso de precipitado Peso del vaso con reactivo Cantidad de reactivo

1 8.7616 g 8.7977 g 0.0361 g2 8.7061 g 8.7299 g 0.0238 g3 8.7907 g 8.8125 g 0.0218 g

Hidróxido de Sodio:

Peso del Vaso de precipitado Peso del vaso con reactivo Cantidad de reactivo pesada29. 9131 g 30.0249 g 0.1118 g

Estandarización del NaOH

No. De Muestra ml de NaOH gastadosV 1 19.9

V PE=11.9+11.8

2V 2 11.9V 3 11.8

V PE=11.85

Estandarización de EDTA sin calcio

No. De Muestra

ml de NaOH gastados

V 1 9.0 V PE=9.25

V 2 9.5

Estandarización de EDTA con calcio

No. De Muestra

ml de NaOH gastados

V 1 17.5 V PE=17.5

V 2 17.5

Tabla de valoración potenciométrica

EDTA sin calcio EDTA con calcioMuestra 1 Muestra 2 Muestra 1 Muestra 2

ml de NaOH

pH ml de NaOH pH ml de NaOH pH ml de NaOH

pH

0.0 4.7 0.0 4.8 0.0 2.7 0.0 2.500.5 5.1 0.5 5.1 0.5 2.77 0.5 2.60

1.0 5.4 1.0 5.4 1.0 2.83 1.0 2.701.5 5.6 1.5 5.6 1.5 2.88 1.5 2.802.0 5.8 2.0 5.7 2.0 2.93 2.0 2.902.5 5.95 2.5 5.9 2.5 2.97 2.5 3.003.0 6.05 3.0 6.0 3.0 3.01 3.0 3.103.5 6.2 3.5 6.1 3.5 3.06 3.5 3.154.0 6.3 4.0 6.2 4.0 3.10 4.0 3.204.5 6.4 4.5 6.3 4.5 3.13 4.5 3.255.0 6.5 5.0 6.4 5.0 3.17 5.0 3.305.5 6.6 5.5 6.5 5.5 3.21 5.5 3.356.0 6.7 6.0 6.6 6.0 3.24 6.0 3.406.5 6.8 6.5 6.7 6.5 3.28 6.5 3.407.0 6.9 7.0 6.8 7.0 3.31 7.0 3.457.5 7.1 7.5 6.9 7.5 3.35 7.5 3.458.0 7.25 8.0 7.1 8.0 3.38 8.0 3.508.5 7.5 8.5 7.4 8.5 3.42 8.5 3.509.0 8.0 9.0 7.7 9.0 3.45 9.0 3.559.5 8.9 9.5 8.4 9.5 3.48 9.5 3.60

10.0 9.2 10.0 9.0 10.0 3.52 10.0 3.6010.5 9.4 10.5 9.3 10.5 3.56 10.5 3.6511.0 9.6 11.0 9.5 11.0 3.60 11.0 3.7011.5 9.8 11.5 9.6 11.5 3.63 11.5 3.7512.0 9.9 12.0 9.7 12.0 3.68 12.0 3.8012.5 10.0 12.5 9.85 12.5 3.73 12.5 3.8013.0 10.1 13.0 9.9 13.0 3.78 13.0 3.9013.5 10.2 13.5 10.0 13.5 3.83 13.5 3.9514.0 10.3 14.0 10.1 14.0 3.89 14.0 4.0014.5 14.5 10.2 14.5 3.95 14.5 4.1515.0 15.0 10.2

515.0 4.04 15.0 4.20

15.5 15.5 10.3 15.5 4.17 15.5 4.3016.0 16.0 10.4 16.0 4.38 16.0 4.5016.5 16.5 10.4

516.5 4.74 16.5 5.00

17.0 17.0 10-5 17.0 5.68 17.0 6.4017.5 17.5 10.6 17.5 6.74 17.5 8.4018.0 18.0 10.6

518.0 8.60 18.0 8.90

18.5 18.5 10.7 18.5 9.00 18.5 9.3019.0 19.0 10.7 19.0 9.53 19.0 9.6019.5 19.5 10.8 19.5 9.81 19.5 9.8020.0 20.0 10.8 20.0 10.06 20.0 10.1020.5 20.5 10.8 20.5 10.32 20.5 10.30

[OH]=?V= 11.85 ml

CoVo=CV

[Bif.]=0.0111MV= 10 ml

pH[OH]=0.00937MV= 9.25 ml

[EDTA]V= 10 ml

521.0 21.0 10.9 21.0 10.55 21.0 10.5021.5 21.5 11.0 21.5 10.81 21.5 10.6022.0 22.0 11.1 22.0 11.01 22.0 10.7022.5 22.5 11.1 22.5 11.16 22.5 10.8023.0 23.0 11.1 23.0 11.27 23.0 10.9023.5 23.5 23.5 11.38 23.5 11.0024.0 24.0 24.0 11.46 24.0 11.0024.5 24.5 24.5 11.53 24.5 11.1025.0 25.0 25.0 11.59 25.0 11.20

Análisis de resultados

En base a los resultados obtenidos en la parte experimental calculamos la concentración de Biftalato de Potasio la cual fue de:

Vaso No. 2:

0.0238 g Bif .10 ml

x1 mol

204.22 gx

1000 ml1 L

x100 g RP100 gRA

=0.0116 M

Vaso No. 3:

0.0238 g Bif .10 ml

x1 mol

204.22 gx

1000 ml1 L

x100 g RP100 gRA

=0.0116 M

[ Bif ]=0.0116+0.01062

=0.0111 M

Para calcular esta concentración solo tomamos la muestra 2 y 3 por que en la muestra 1 los gramos pesados fueron más de los que se esperaban y por ello el volumen de NaOH gastado se elevó a 19.9 ml; esto afectaba a la concentración del [NaOH], elevándola al doble (0.02M) de lo que se esperaba (0.01M).

Con la concentración del Biftalato fue posible calcular la concentración de NaOH, la cual fue de:

Debido a que los equivalentes que intervienen en la valoración son iguales, es decir, es una reacción de estequiometria uno a uno, la fórmula NoVo=NV se puede modificar a CoVo=CV con el fin de dejar todo en términos de molaridad; nuestra concentración del NaOH fue de 0.00937M cercana a la esperada 0.01M

Al conocer la concentración exacta de NaOH fue posible la estandarización del EDTA sin calcio y EDTA en presencia de calcio, por el método potenciométrico.

Estandarización de EDTA sin calcio

Debido al uso de la sal disódica solo se tiene a las últimas dos disociaciones del EDTA; y la concentración que se obtuvo es cercana a la esperada 0.01M

Esta reacción que se lleva acabo es similar a la de biftalato, y como es una reacción 1:1 utilizamos la ecuación: CoVo=CV. Durante la estandarización sin calcio obtuvimos dos reacciones. La primera reacción en llevarse a cabo fue:

La segunda reacción en llevarse a cabo fue

En el caso de la primera reacción la T.V.C.M. es:

i) CoVoag) CVA.P.E) CoVo - CV CV CV -----P.E.) CoVo CoVo CoVo -----

Debido a que se llevan a cabo 2 reacciones en la primera reacción la T.V.C.M. no se calculan pH D.P.E. ya que a partir del primer PE empieza la segunda reacción.

Como al inicio se tiene H2Y2- debemos determinar la fuerza del ácido mediante KaCo

KaCo

= 10−6.24

10−3.062 =10−6.24+3.062=10−3.17 (ácidodébil )

1) pH al inicioEl pH está dado por:

pH= 12

pKa−12

log [ EDTA ]

pH= 12

pKa−12

log [CoVo ] pH= 4.15

pH= 12(6.24)−1

2log [0.00866 ]

pH A.P.E Como A.P.E. tenemos un par ácido-base conjugado el pH está dado por:pH= pKa+ log ¿¿¿

pH= 6.24+ log[ CV

Vt ][ CoVo−CV

Vt ]pH= 6.24+ log

(0.00937)V0.0866−(0.00937 V )

2) pH P.E.Debido a que HY3- es un anfolito el pH está dado por:

pH=pKa1+ pKa2

2

pH=6.24+10.34

2 pH= 8.29

Para nuestra segunda reacción la T.V.C.M es:

i) CoVoag) CV’A.P.E) CoVo – CV’ CV’ CV’ -----P.E.) CoVo CoVo’ *CoVo -----D.P.E) CoVo CV’ – CoVo *CoVo -----

1) pH al inicioSe tiene un anfolito (HY3-) por ello el pH es igual a 8.29, que corresponde al pH que se obtuvo en el primer punto de equivalencia.

2) pH A.P.E.Se tiene un par ácido-base conjugado por ello la ecuación que corresponde es:

pH= pKa+ log ¿¿¿

pH= 10.34+ log[ CV '

Vt ][ CoVo−CV '

Vt ]pH= 10.34+ log

(0.00937)V '0.0866−(0.00937 V ')

V pH1 5.322 5.683 5.924 6.125 6.316 6.507 6.738 9.04

V’ V pH1 10 9.422 11 9.783 12 10.024 13 10.225 14 10.46 15 10.607 16 10.838 17 11.14

ComponentesOH- H+

Especies generalizadas:Y’, Ca’, Ca’, CaOH’, CaY’, CaHY’

ComponentesH4Y,H3Y-, H2Y2-, HY3-, Y4-, Ca2+, CaY2-, CaHY-, CaOH+, OH-, H+

Ca=Cte.

3) pH P.E.Como en el punto de equivalencia se tiene Y4- es necesario saber la fuerza de la base.

pKw=pKa +pKb Kb=103.66 *Co=CoVo

Vt=0.0866

10+18=0.0866

28pKb= 14- 10.34

pKb= 3.66 *Co= 3.09x10-3

KbCo¿=

103.66

10−2.5=103.66+2.5=106.16 (Base fuerte)

pH=14+log [OH]

pH = 14- log[ C V '−CoVo¿

Vt ]pH = 14- log[ (0.00937 )−(3.09 x 10−3)

10+V ' ]

Cuantitatividad para la primera reacción

Keq=107.76=¿¿¿

Keq=107.76=[CoVo /Vt ]

[CoVo /Vt ] [CoVo /Vt ]

Keq=107.76= Vt

[❑2CoVo ] ε=√ Vt

[107.76CoVo ] ε=√ 19.25

[107.760.0866 ]

ε=1.9654∗10−3

%Q = (1- ε )*100 = 99.80

En esta valoración directa se tiene una cuantitatividad muy pequeña para la primera desprotonación de EDTA y para la segunda desprotonación se tiene una cuantitatividad aún más pequeña, esto se puede apreciar claramente en las curvas de valoración, ya que en la primera desprotonación se ve un pequeño salto y en la segunda es poco visible.

Estandarización del EDTA con calcio

Para el caso de la valoración del EDTA en presencia de calcio, lo que se busca es tener una reacción más cuantitativa debido a que

V’ V pH10 19 11.6511 20 11.6712 21 11.6913 22 11.7114 23 11.7215 24 11.7416 25 11.75

H4YH4Y' pCa

H3YH3Y' pCaH2Y2-

H2Y' pCa

CaHY-HY' pCaHY3-3.5

CaY-Y' pCaY4-10.5

2 pCa=0; 2 pCa =3.5; 2

2 pCa=0; 2 pCa=3.5; 2 2.51 pCa=0; 2.51 pCa=3.5; 2.51

Aunque el calcio en presencia de hidróxido forma un complejo, este no se ve afectado por la presencia de calcio al igual que en las tres primeras disociaciones de EDTA; en las especies en las que el calcio se vuelve un factor importante es para la última desprotonación del EDTA, sin embargo la especie de H2Y2- es una especie muy importan pues es la especie química que reacciona.

Hay que tener en cuenta que la frontera en la que la concentración de calcio ejerce una función sobre las demás especies químicas, es en el valor de 10.7, ya que después de este valor de pCa, el calcio no altera de ninguna forma a las especies químicas. El estudio de esta valoración se tiene que hacer a un pCa igual o menos de 3.5 debido a que después de esta frontera una de las especies deja de ser afectada por el calcio y el sistema ya no estaría amortiguado o condicionado; pues la concentración de calcio sería muy pequeña.

Por esta razón se propuso condicionar el sistema al tenerlo 60 veces más concentrado el calcio con respecto al EDTA. Sin embargo por recomendación bibliográfica se fijó un pCa de 0.5, que es el valor donde la reacción es más cuantitativa, y que corresponde a una concentración 60 veces mayor que la de EDTA.

¿¿

*Debido a que la concentración que se pretendía fijar en el EDTA era de 10 -2 M, se tomó lo siguiente:

¿

Por lo tanto para poder tener esta pCa; y así la concentración requerida en nuestro sistema se hizo lo siguiente:

[ CaCl ]= 0.6 mol1000 ml

x146.9834 g

1 molx 50 ml=4.4095 g CaCl

Para obtener las constantes condicionales del sistema ocurre, que la consecuencia de que el calcio no afecta a las primeras disociaciones del EDTA, sus constantes tampoco se ven afectadas, las constantes termodinámicas y condicionales son las mismas.

En cambio para los otros dos pares de la disociación el calcio se vuelve transcendental ya que se perturban las constantes.

Para el par correspondiente a la última disociación no se tiene un valor de la constante enfocada al pKa del EDTA ya que se encuentran nuevas especies participantes en esta fase.

Como no se tiene la existencia de Ca2+ libre en ninguno de los dos lados de la ecuación las constantes condicionales y termodinámicas siguen siendo las mismas, por lo que podamos determinar el cambio de pH cuando esta especie esté reaccionando.

Keq=Keq’ pH=3.1 pCa=0 ; pH =3.1pCa=3.5 ; pH=3.1

En el intervalo utilizado son los valores de pCa en los que el sistema puede estar amortiguado.

Para el caso de la segunda protonación tanto las especies como la constante se afectan por la presencia de calcio, incluso ya existe un valor de constante condicional al tener la presencia de Ca2+ libre.

CaHY −¿+ H +¿⇆ H2Y 2−¿+Ca2+¿¿ ¿¿ ¿

Keq=¿¿

Debido a esto una reacción de valoración en la que se desplazan 2 partículas en solo un paso:

Debido a que la influencia del calcio es sobre el EDTA y lo que se valora con OH - son los protones que se liberan la ecuación real de la valoración sería:

H4Y

2H3Y-

H3Y-

2.51 H2Y2-

2.77 Ca2+

14 OH-

H2Y2- H2OpH

H4Y H3Y-

2H3Y-

2.51 H2Y2-

3.2 CaHY-

2.34 Ca2+

CaHY- H2Y2-pH

La dismutación del anfolito permita la valoración en un solo paso

Para nuestra reacción en esta parte la T.V.C.M es:

i) CoVoag) CVA.P.E) CoVo – CV’ CV CVP.E.) CoVo CoVo CoVoD.P.E) CoVo CV – CoVo CoVo

Cuantitatividad para la reacción ETDA con calcio:

Keq=107.76=¿¿¿

Keq=107.76=[CoVo /Vt ]

[CoVo /Vt ] [CoVo /Vt ]

Keq=107.76= Vt

[❑2CoVo ] ε=√ Vt

[107.76CoVo ] ε=√ 27.5

[10140.0866 ]

ε=1.78199∗10−6

%Q = (1- ε )*100 = 99.9998

Al comparar las cuantitatividades de la reacción con calcio y sin calcio nos podemos dar cuenta que la reacción con calcio es más cuantitativa ya que se acerca a un 100%.

Conclusiones

Contrastando los resultados obtenidos con los objetivos planteados podemos ver que estos se cumplieron en totalidad. Pudimos apreciar la correcta elección y aplicación del Biftalato de potasio como patrón primario para estandarizar la solución de NaOH ya que se obtuvieron concentraciones cercanas a la esperada

Se sabe que el indicador (Fenolftaleína) usado en la estandarización del NaOH es el adecuado; porque se pudo observar claramente el vire del mismo.

En la estandarización de EDTA sin calcio solo se intercambia una partícula, esto hace que la molaridad sea igual a la normalidad.

En la estandarización con calcio el anfolito dismuta y esto hace que se intercambien 2 partículas por lo tanto la normalidad se divide en 2 para obtener el número de moles.

En un principio se propuso que la concentración de la solución de calcio fuera 30 veces mayor a la del EDTA. Esto no se pudo llevar a cabo, así que (después de consultada la literatura) se tuvo que trabajar a un pCa de 0.5 para asegurar que la reacción fuera cuantitativa, por esta razón, la concentración de calcio tuvo que ser 60 veces mayor que la concentración de EDTA.

Se llevó a cabo la estandarización de EDTA en ausencia de calcio de manera directa observando dos puntos de equivalencia; el primero es más cuantitativo que el segundo.

La estandarización de EDTA en presencia de calcio se realizó, y se obtuvo un solo punto de equivalencia.

Después de determinada la fase experimental, se puede concluir que la mejor forma de estandarizar una solución de EDTA es en presencia de calcio pues esta estandarización es más cuantitativa que la realizada en ausencia de calcio.

Universidad Nacional Autónoma

De MéxicoFacultad de Estudios

Superiores Cuautitlán

QUÍMICA ANALÍTICA II

Alumnos Equipo 3:

CÁMARA ANGUIANO LUCERO

ESCAMILLA CRUZ ROBERTO

SÁNCHEZ HERNÁNDEZ ALMA LUCÍA

ZAMUDIO AYALA TIARE AICITEL

Carrera: Química Industrial

Prof. Rosario Moya Hernández/Jackson

Cuautitlán Izcalli, México a 14 de marzo de 2011