Se denominan mezclas alcalinas a las formadas por combinaciones compatibles de sosa, carbonato y carbonato ácido. Estas mezclas tienen gran importancia tanto en Química Industrial, como Medio-Ambiental, Alimentaria o Clínica, por lo que su determinación analítica tiene un gran interés. El carbonato y el carbonato ácido (bicarbonato ó hidrógenocarbonato) pertenecen al sistema ácido-base: 1) Si una disolución que contiene carbonato se valora con un ácido fuerte (p.e. HCl) se producirán las siguientes reacciones volumétricas: Utilizando los adecuados indicadores visuales, se pueden detectar los dos puntos finales: Con Fenolftaleína el viraje de Rosa a Incoloro nos marcará el paso de carbonato a carbonato ácido. Si a la disolución incolora se le añade Heliantina (Naranja o Anaranjado de metilo) y se valora, el cambio de Amarillo a Rojo localizará el punto final de la transformación de carbonato ácido a a CO2. 2) Si la disolución contiene únicamente carbonato ácido, la Fenolftaleína tomaría directamente la forma ácida incolora, y al añadir Heliantina y valorar con ácido fuerte, el viraje marcaría como antes el paso de carbonato ácido a a CO2. 3) Por su parte, si una disolución que contenga hidróxido sódico se valora utilizando el mismo procedimiento, solo hay una reacción volumétrica, que será detectada tanto por la Fenolftaleína (que vira de Rosa a Incoloro) como por la Heliantina (que vira de Amarillo a Rojo) 1) Si una disolución que contiene carbonato se valora con un ácido fuerte (p.e. HCl) se producirán las s iguientes reacciones volumétricas: Utilizando los adecuados indicadores visuales, se pueden detectar los dos puntos finales: Con Fenolftaleína el viraje de Rosa a Incoloro nos marcará el paso de carbonato a carbonato ácido. Si a la disolución incolora se le añade Heliantina (Naranja o Anaranjado de metilo) y se valora, el cambio de Amarillo a Rojo localizará el punto final de la transformación de carbonato ácido a a CO2. 2) Si la disolución contiene únicamente carbonato ácido, la Fenolftaleína tomaría directamente la forma ácida incolora, y al añadir Heliantina y valorar con ácido fuerte, el viraje marcaría como antes el paso de carbonato ácido a a CO2. 3) Por su parte, si una disolución que contenga hidróxido sódico se valora utilizando el mismo procedimiento, solo hay una reacción volumétrica, que será detectada tanto por la Fenolftaleína (que vira de Rosa a Incoloro) como por la Heliantina (que vira de Amarillo a Rojo) Mezclas alcalinas Las mezclas de carbonato y bicarbonato y las mezclas de carbonato e hidróxido pueden valorarse usando una solución estandarizada de HCl. Mezclas de carbonato y bicarbonato de sodio El método clásico para valorar carbonato en presencia de bicarbonato es titulándolo con HCl hasta convertirlo cuantitativamente cuantitativamente en bicarbonato (primer pe en la titulación de CO3-2). El pH de las soluciones de HCO3- es 8,3 - 8,4, y varía poco con la concentración; puede usarse Fenolftaleína como indicador y para disminuir el error comparar el color con el de una solución de NaHCO3: en un segundo Erlenmeyer se coloca una solución de NaHCO3 de concentración cercana a la de carbonato, se adiciona igual cantidad de indicador, y se titula la muestra hasta obtener un tono rosado similar al que produce la solución de bicarbonato. Mejores resultados se obtienen usando Azul de Timol (amarillo 8,0 - 9,6 azul) y titulando hasta color verde amarillento (pH≈ 8,5). Para determinar la alcalinidad total (CO3-2 + HCO3-) se titula con HCl hasta conversión total a H2CO3. H2CO3. El pH en el pe es aproximadamente 4 y puede usarse Heliantina como indicador, aunque mejores resultados se obtienen por el método que usa Verde de Bromocresol y ebullición, como se explicó al tratar la curva de titulación de carbonato. Un procedimiento para valorar la mezcla carbonato + bicarbonato es: a) Pesar w g de muestra sólida, transferir a matraz de V mL, disolver y llevar a volumen. b) Tomar una alícuota de v mL con pipeta de doble aforo, transferir a un Erlenmeyer y titular frente a Fenolftalína o Azul de Timol usando HCl de molaridad M. Se consumen VF mL del ácido. c) Tomar una segunda alícuota de volumen v y titular con HCl usando Heliantina o el método del Verde de Bromocresol. Llamamos VH al volumen de ácido consumido. Las reacciones son:
Paso b): CO3-2 + H+ → HCO3- (VF) Paso c) CO3-2 + 2H+ → H2CO3 y HCO3- + H+ → H2CO3 (VH) De estas ecuaciones surge que: VF M = mmol de Na2CO3 VH M = 2 x mmol de Na2 CO3 + mmol de NaHCO3 ∴(VH - 2VF) M = mmol de NaHCO3 y las concentraciones en la muestra sólida son: g % p/p (Na2CO3) = VF M (PM Na2CO3/ 1000) (V/v.w)100 g % p/p (NaHCO3) = (VH - 2 VF) M (PM NaHCO3/ 1000) (V/v.w)100 Mezcla de carbonato e hidróxido de sodio. Utilizando el procedimiento a) - c) detallado en el punto anterior pueden valorarse mezclas de carbonato e hidróxido de sodio. Las reacciones en este caso son: Paso b): CO3 -2 + H+ → HCO3 - y OH- + H+ → H2O (VF) Paso c) CO3 -2 + 2 H+ → H2CO3 - y OH- + H+ → H2O (VH) De estas ecuaciones surge que: VF M = mmol de Na2CO3 + mmmol de NaOH VH M = 2 x mmol de Na2CO3 + mmol de NaOH (VH - VF ) M = mmol Na2CO3 ∴(2 VF - VH ) M = mmol de NaOH y las concentraciones en la muestra sólida son: g % p/p (Na2CO3) = (VH -VF) M (PM Na2CO3)/ 1000) (V/v.w)100 g % p/p (NaOH) = (2 VF - VH) M (PM NaOH)/ 1000) (V/v.w)100 Componentes de la muestra alcalina A partir de los resultados anteriores puede determinarse cuales son los componentes alcalinos de la muestra: VH = VF : NaOH VH = 2 VF: Na2CO3 (VH - 2 VF) > 0: Na2CO3 + NaHCO3 (VH - 2 VF) < 0: Na2CO3 + NaOH
