Valoraciones con dos indicadores: Determinación Determinación de carbonatos y fosfatos Vinasco J.a, Jaramillo D. b, Betancourt R.c Departamento Tecnología Tecnología Química, Universidad del Valle, Campus Meléndez, Santiago de Cali, Valle del Cauca, COL Viernes, 2 de mayo del 2007
Resumen Se realizaron titulaciones acido-base con dos indicadores distintos y de diferentes maneras, en un mismo vaso se titularon los carbonatos utilizando como indicador del primer punto de equivalencia, la fenolftaleina y para el segundo punto de equivalencia el naranja de metilo de manera símil se realizó en vasos separados. Para Para la determ determina inació ción n de fosfat fosfatos os se realiz realizó ó solo solo en vasos vasos separa separados dos utiliza utilizando ndo indica indicador dores es como como la −
2
fenolftaleina y el verde bromocresol. Lo obtenido fue que en el solución A había CO 3 ; en el B había una 2
-3 mezcla de CO 3 + HCO 3 y en la C HCO 3 . Para los fosfatos, la solución D tenía PO 4 ; en la E tenía −
−
−
y en la solución F H 2 PO 4 HPO -2 4
Palabras clave: verde bromocresol, fosfatos, carbonatos
Introducción
Los científicos han determinado que cuando hay demasiado fosfato en un río o lago, las plantas crecen más. Por ejemplo Cuando el crecimiento de las plantas aumenta, el agua se pone turbia y de un color verdoso, el cual proviene de la clorofila que contienen las pequeñas plantas flotantes. El exce exceso so de plan planta tass en el agua agua pued puedee caus causar ar resultados negativos, ya que, cuando estas plantas mueren, lo cual es muy a menudo en el caso de plantas minúsculas como las algas, caen al fondo. Una vez allí, las bacterias descomponen las partes de las plantas muertas y consumen la mayor parte del oxígeno en el agua. Las bacterias consumen más oxígeno del que crean las plantas por medio de la fotosíntesis. Por este motivo, el exceso de plant plantas as en el agua agua (lo cual sucede sucede cuando cuando hay gran grande dess cant cantid idad ades es de fosf fosfat ato) o) dism dismin inuy uyee la cantidad de oxígeno. Este es uno de los principales motivos por los cual cuales es se moni monito tore reaa y se regu regula la el nive nivell de fosf fosfat atos os en el agua agua,, igua igualm lmen ente te pasa pasa con con los los carbonatos carbonatos donde un alto contenido contenido de carbonato carbonato (CO3 (CO3=) =) y bicar icarb bonat onato o (HCO (HCO3 3-) se puede uede dete determ rmin inar ar por por medio edio de titu titula laci cio ones nes con con indicadores de rango acido o alcalino según sea el
caso.l caso.los os carbon carbonato atoss y los bicarb bicarbona onatos tos pueden pueden aumentar el pH por lo tanto este se alcaliniza. para saber si el agua es de buena calidad se utiliza un estándar para aguas de regadío que es el RSC son las siglas en ingles de residual sodium carbonate y se calcula con la siguiente formula:
RSC=(CO3-+HCO3-)-(Ca2++Mg+2) Esta Esta es una una mane manera ra alte altern rnat ativ ivaa de medi medirr la concentración de Na en relación al Mg y el Ca. Este valor puede aparecer en algunos informes de la calidad del agua de manera frecuente. Si el RSC < 1.25 el agua se considera segura Si el RSC > 2.5 el agua no será apropiada para regadío. Tabla abla 1. Peli Peligr gro o de bica bicarb rbon onat ato o (HCO (HCO3) en aguas de regadío
Peligro de bicarbonato (HCO 3) en aguas de regadío (meq/L) Ninguno (meq/L) <1.5 RSC
<1.25
Ligero a Severo moderado 1.5-7.5
>7.5
1.25 to 2.5
>2.5
Otra forma para determinar carbonatos y fosfatos en el agua es por medio de indicadores acido-base ya que estos pueden determinar selectivamente las especies en determinado rango de pH, por ejemplo −
2
−
el CO 3 cuan cuando do se conv convie iert rtee en
HCO 3 en
violeta a incoloro y cuando este ultima especie se convierte en H 2 CO 3 en presencia de naranja de metilo cambia de anaranjado a rojo. Parte experimental
prese presenci nciaa de fenolf fenolftal talein einaa cambia cambia de color color de Se realizó conforme a la guía. 3
Cálculos y resultados Tabla 2 datos y resultados de la practica
En un mismo vaso (Carbonatos) tipo de solución Solución A (30 mL) Solución B (30 mL) Solución C (30 mL)
Fenolftaleina 4,6 4,5 1,9
naranja de metilo Titulante 3,7 HCl 8,7 HCl 6,9 HCl
En vasos separados (Carbonatos) Volumen de la solución tipo de solución Solución A Solución B Solución C
25 mL Fenolftaleina 4,5 3,5 2
50 mL naranja de metilo Titulante 8,2 HCl 9 HCl 6,8 HCl
En vasos separados (Fosfatos) 30 mL Fenolftaleina 5,0 0,3 4,4
Volumen de la solución
tipo de solución Solución D Solución E Solución F
Estandarización del NaOH 0,1 M 0,1099gC 6 H 5 KO 4 x
1molC6 H 5 KO 4 180,11gC 6 H 5 KO 4
x
25 mL Ver. bromocresol Titulante 11 HCl 5,2 HCl 0,4 NaOH
0,506 mmol CO 3-2 x
1molNaOH 1molC6 H 5 KO 4
106 mg Na 2 CO 3 1mmolCO3-2
53,64 mg/30 mL= 1,79 mg/mL Na 2 CO 3
5,1x10 3 L −
0,12 M
Determinación de carbonatos solución B (en un mismo vaso)
Estandarización del HCl 0,1 M
0,11 mmol H 1mmol CO3-2 4,5 mL HCl x x 1 mL0 1 mmol H 0,11 mmol H 1mmol HCO38,7 mL HCl x x 1 mL 1 mmol H - 2 106 mg Na 2CO3 0,495 mmol CO3 x 1mmolCO3- 2 +
0.12molNaOH 1000mL
x
1molHCl
1molNaOH 5x10 3 L
x 4,5mL
+
−
0,11 M Determinación de carbonatos solución A (en un mismo vaso) 0,11 mmol H 1mmol CO-2 3 4,6 mL HCl x x 1 mL0 1 mmol H +
3,7 mL HCl x
0,11 mmol H 1 mL
x
1mmol HCO31 mmol H
+
52,47 mg/30 mL = 1,75 mg/mL Na 2CO 3 -
(0,957 - 0,495) mmol HCO3 x
84 mg NaHCO3 1mmolHCO3-
38,81mg/30mL = 1,29 mg/mL NaHCO3
Determinación de carbonatos solución C (en un mismo vaso) 1,9 mL HCl x
0,11 mmol H
Determinación de fosfatos solución F (en vasos separados)
1mmol CO -2 3
x 1 mL 1 mmol H - 2 106 mg Na 2 CO3 0,209 mmol CO3 x 1mmolCO3- 2
+
22,15 mg/30 mL = 0,74 mg/mL Na 2CO 3
6,9 mL HCl x
0,11 mmol H
x
1 mL
(0,759 - 0,209) mmol HCO3- x
1mmol HCO3+
1 mmol H 84 mg NaHCO 3 1mmolHCO3-
46,20 mg/30 mL = 1,54 mg/mL NaHCO3 Determinación de fosfatos solución D (en vasos separados)
Vaso con fenolftaleina -3 0,11 mmol H 1mmol PO4 5,0 mL HCl x x 1 mL 1 mmol H 164 mg Na 3 PO 4 0,550 mmol PO -43 x 1mmol PO -43 +
1mmol PO -3 4
x 1 mL 2 mmol H 164 mg Na 3 PO 4 0,605 mmol PO 4-3 x 1mmol PO 4-3
63,4 mg/30 mL = 2,11 mg/mL NaH 2 PO 4 Análisis En la determinación de las especies existentes en la solución A se dedujo que solo había una especie 2
−
que era el CO 3 por que el volumen de HCl en fenoft fenoftale aleina ina era igual al gastad gastado o en naranj naranjaa de metilo (Vf =Vnm) en el caso de un mismo vaso y par paraa vaso vasoss sepa separa rado doss el volum volumen en de HCl HCl en fenoftaleina es la mitad del volumen gastado en presencia de naranja de metilo (V f =½Vnm), para la −
Vaso con verde bromocresol
11 mL HCl x
Vaso con fenolftaleina 0,12 mmol OH 1mmol H 2 PO 4 4,4 mL NaOH x x 1 mL 1 mmol OH 120 mg NaH 2 PO 4 0,528 mmol H 2 PO -4 x 1mmol H 2 PO 4
2
−
solución B había una mezcla de CO 3 + HCO 3
90,20 mg/30 mL = 3,01 mg/mL Na 3PO 4
0,11 mmol H
81.2 mg/25 mL = 3,25 mg/mL Na 2 HPO 4
+
99,2 mg/25 mL = 3,97 mg/mL Na 3PO 4 Determinación de fosfatos solución E (en vasos separados)
Vaso con fenolftaleina -3 0,11 mmol H 1mmol PO 4 0,3 mL HCl x x 1 mL 1 mmol H 164 mg Na 3 PO 4 0,033 mmol PO -43 x 1mmol PO -43
se iden identi tifi ficó có por por que que el volu volume men n de HCl HCl en fenoftaleina era la mitad al gastado en naranja de metilo (Vf =½Vnm) en el caso de un mismo vaso y par paraa vaso vasoss sepa separa rado doss el volum volumen en de HCl HCl en feno fenoft ftal alei eina na es la terc tercer eraa part partee del del volum volumen en gastado en presencia de naranja de metilo (3V f =Vnm) ya que que todo todo el carb carbon onat ato o fue fue llev llevad ado o a bicarbonat bicarbonato o titulando titulando así el bicarbonato bicarbonato existente con el proveniente del carbonato. En la solución C, en un mismo vaso, se fueron fueron 2 mL de acido acido frente a la fenoftaleina y 6,9 mL frente al naranja de metilo metilo en lo cual no hay una concor concordan dancia cia entre los volúmenes gastados igualmente ocurrió en vasos o separados por lo cual se concluyó que hubo hubo una contam contamina inació ción n durant durantee el proce proceso so de titulación por el uso del instrumental sin ser bien lavado. Este volumen gastado en fenolftaleina se desprecio y se tomó la decisión de que solo había −
HCO 3 en solución por que el volumen de HCl en
+
fenoftaleina era cero y el gastado en naranja de metilo metilo fue mayor mayor (Vf
5,4 mg/30 mL = 0,18 mg/mL Na 3PO 4
−
fenolf fenolftale taleina ina solo solo se da cuando cuando todo todo el CO 3
Vaso con verde bromocresol
2
−
pasa a ser HCO 3 si este es titulado con acido, de
5,2 mL HCl x
0,11 mmol H
-2
x
1mmol HPO 4
1 mL 1 mmol H 142 mg Na 2 HPO 4 0,572 mmol HPO -42 x -2 1mmol HPO 4
+
lo cont contra rari rio o el vira viraje je se dará dará cuan cuando do todo todo el −
H 2 CO 3 pasa a ser HCO 3 y cuando se trata de naranja de metilo el viraje de color se da cuando −
HCO 3 pasa a ser H 2 CO 3 si se valora con acido
de lo contrario, es decir, si se titula con base el viraje no se va a ver ya que estaría situado justo en el cambio de color. Solo si hay un exceso de H el viraje del indicador se da cuando todo el +
H es titulado y empieza a titular el H 2 CO 3 . +
cambio de color se da cuando el H 2 PO 4 pasa -2 a HPO 4 . En el caso del verde bromocresol el -2 viraje se va a dar cuando el HPO 4 pasa a
H 2 PO 4- si se titula con acido, acido, pero si se titula con base el viraje no se va a notar de una espe especi ciee a otra otra ya que que el H 3 PO 4 tiene tiene una constante muy pequeña y no se alcanza a ver el punto de equivalencia solo si hay un exceso de H el cambio de color se dará cuando todo el neutraliza lizado do y empieza empieza la especi especiee mas H es neutra +
+
acida de los fosfatos.
Para Para la dete determ rmin inac ació ión n de fosf fosfat atos os en vaso vasoss separados en la solución D, se pudo observar que el volumen de acido frente a la fenolftaleina fue la mitad del utilizado frente al verde bromocresol (V f =½Vvb) concluyendo que la especie existente en -3
esta solución es el PO 4 . En la la soluci solución ón E se se calcul calcularo aron n dos especi especies es pero pero en realid realidad ad solo solo -2
existe el HPO 4 ya que la otra especie tiene una conc concen entr trac ació ión n muy baja baja con con resp respec ecto to a la del del bif bifos osfa fato to,, ademá ademáss de que que el volum volumen en de HCl HCl frente al verde bromocresol fue mayor que el otro indicador (Vf
especie existente es H 2 PO 4 por que al titular
con base frente a la fenolftaleina esta especie -2 paso a ser HPO 4 donde ocurre el viraje de inco incolo loro ro a viol violet eta. a. Para Para el otro otro vaso vaso que que contenía el verde bromocresol se desprecio el volu volume men n gast gastad ado o ya que que era era pequ pequeñ eño o con con respecto al otro ratificando que la especie era el H 2 PO 4 . El func funcio iona nami mien ento to de esto estoss indi indica cado dore ress cuando se trata de fosfatos es que cuando se titula con acido en presencia de fenolftaleina, fenolftaleina, -3 el viraje se va a dar cuando el PO 4 se acaba y -2 empieza el HPO 4 , si se titula con base el
Suponiendo que en una solución se tenga NaOH y
NaHCO 3 lo primero que ocurre es la reacción −
entre las especies especies HCO 3 y OH hasta que una de las las 2 se cons consuma uma ya que que esta estass espe especi cies es no pueden estar juntas en solución. Si el por ejemplo −
-
-2
en solución se tiene H 2 PO 4 y el HPO 4 y se
quiere quiere determ determina inarr la concent concentraci ración ón de estas estas especies se podría hacer en vasos separados titulando con acido frente al verde -2 bro bromo mocre creso soll para para llev llevar ar todo todo el HPO 4 a H 2 PO 4- y en otro otro vaso vaso se titu titula la con con base base frente a la fenolftaleina llevando el H 2 PO 4 a
HPO -2 4 . Conclusiones La titu titula laci ción ón en un mism mismo o vaso vaso y en vaso vasoss separados de ácidos y bases poliproticos es una técnica eficaz para la determinación de especies en soluciones acuosas.
Los Los erro errore ress más más comun comunes es ocur ocurre ren n por por el mal mal lavado del instrumental o por contaminación de la solución patrón. En la curva de titulacion de fosfatos solo se ven dos puntos puntos de equivalenci equivalenciaa independien independientement tementee de que tenga 3 constantes de disociación. Cuan Cuando do se titu titula la con con base base una una espe especie cie como como
H 2 PO 4- ó H 2 CO 3 el indicador que vira en rango acido es inservible ya que este esta ubicado en el cambio de color, solo si hay un exceso de H el viraje se puede observar. observar. +
Bibliografía
3. Universid Universidad ad del Valle. Departamento de
Quími Química ca Ed. Ed. Guía Guía labo laborat rator orio io de quím química ica analítica. No hubo necesidad de material de investigación