Método Winkler: Mezclas alcalinas Introducción Fundamentos teóricos Valoración acido-base :
Una valoración ácido-base (también llamada volumetría ácido-base, titulación ácido-base o valoración de neutralización) es una técnica o método de análisis cuantitativo muy usada, que permite conocer la concentración desconocida de una disolución de una sustancia que pueda actuar como ácido o base, neutralizándolo neu tralizándolo con una base o ácido de concentración concen tración conocida. s un tipo de valoración basada en una reacción ácido-base o reacción de neutralización entre el analito (la sustancia cuya concentración queremos conocer) y la sustancia valorante. !parte del cálculo de concentraciones, una valoración ácido-base permite conocer el "rado de pureza de ciertas sustancias. Un reactivo llamado #valorante$ o #titulador$, de volumen y concentración conocida (una solución estándar o solución patrón) se utiliza para que reaccione con una solución del analito, de concentración desconocida. Utilizando una bureta calibrada para a%adir el valorante es posible determinar la cantidad e&acta que se 'a consumido cuando se alcanza el punto final . l punto inal es el punto en el que inaliza la valoración, y se determina mediante el uso de un indicador (ver más adelante). dealmente es el mismo volumen que en el punto de equivalencia*el n+mero de moles de valorante a%adido es i"ual al n+mero de moles de analito, o al"+n m+ltiplo del mismo (como en los ácidos polipróticos). n la valoración clásica ácido uerte-base uerte, el punto inal de la valoración es el punto en el que el p del reactante es e&actamente , y a menudo la solución cambia en este momento de color de orma permanente debido a un indicador. n una titulación o valoración ácido-base simple, puede usarse un indicador de p, como la enoltaleína, que es normalmente incolora pero adquiere color rosa cuando el p es i"ual o mayor que ,/. 0tro e1emplo es el naran1a de metilo, de color ro1o en medio ácido y amarillo en disoluciones básicas. 2o todas las titulaciones requieren un indicador. n al"unos casos, o bien los reactivos o los productos son uertemente coloreados y pueden servir como 3indicador3. 4or e1emplo, una titulación o valoración redo& que utiliza perman"anato de potasio como disolución estándar (rosa5violeta) no requiere indicador porque sure un cambio de color ácil de detectar pues queda incolora al reducirse reduc irse el perman"anato. 6espués del punto de equivalencia, equiva lencia, 'ay un e&ceso de la disolución titulante (perman"anato) y persiste un color rosado débil que no desaparece.
Solución patrón
n química analítica, una solución estándar o disolución estándar es una disolución que contiene una concentración conocida de un elemento o sustancia especíica, llamada patrón primario que, por su especial estabilidad, se emplea para valorar la concentración de otras sustancias, como las disoluciones valorantes. Patrón primario
Un patrón primario también llamado estándar primario es una sustancia utilizada en química como reerencia al momento de 'acer una valoración o estandarización. Usualmente son sólidos que cumplen con las si"uientes características: 7. Tienen composición conocida. s decir, se 'a de conocer la estructura y elementos que lo componen, lo cual servirá para 'acer los cálculos estequiométricos respectivos. /. Deben tener elevada pureza. 4ara una correcta estandarización se debe utilizar un patrón que ten"a la mínima cantidad de impurezas que puedan intererir con la titulación. n cualquier caso, más del 8,9 de pureza, preeriblemente un 88,8. ;. Debe ser estable a temperatura ambiente. 2o se pueden utilizar sustancias que cambien su composición o estructura por eectos de temperaturas que diieran li"eramente con la temperatura ambiente ya que ese 'ec'o aumentaría el error en las mediciones. <. Debe ser posible su secado en estufa. !demás de los cambios a temperatura ambiente, también debe soportar temperaturas mayores para que sea posible su secado. 2ormalmente debe ser estable a temperaturas mayores que la del punto de ebullición del a"ua. 9. No debe absorber gases. No debe reaccionar con los componentes del aire. =a que este 'ec'o "eneraría posibles errores por intererencias, así como también de"eneración del patrón. >. Debe reaccionar rápida y estequiométricamente con el titulante. 6e esta manera se puede visualizar con mayor e&actitud el punto inal de las titulaciones por volumetría y además se pueden realizar los cálculos respectivos también de manera más e&acta. . Debe tener un peso equivalente grande. =a que este 'ec'o reduce considerablemente el error de la pesada del patrón.
?e debe tomar en cuenta la cantidad de patrón primario que debe pesarse para un análisis. ?e recomienda una masa de 7@@ m" (ó 9@ m" como mínimo) ya que de esta manera se reduce el error relativo de la pesada. Patrón secundario
l patrón secundario es llamado también disolución valorante o estándar secundario. ?u nombre se debe a que en la mayoría de los casos se necesita del patrón primario para conocer su concentración e&acta. l patrón secundario debe poseer las si"uientes características: 7. Debe ser estable mientras se efectúe el período de análisis /. Debe reaccionar rápidamente con el analito ;. a reacción entre la disolución valorante y el patrón primario debe ser completa, así también la reacción entre la disolución valorante y el analito. <. 6ebe e&istir un método para eliminar otras sustancias de la muestra que también pudieran reaccionar con la disolución valorante. 9. Debe e!istir una ecuación a"ustada o balanceada que describa la reacción. Indicador n química, un indicador es una sustancia que siendo ácidos o bases débiles al a%adirse a una muestra sobre la que se desea realizar el análisis, se produce un cambio ísico que es apreciable, "eneralmente, un cambio de colorA esto ocurre porque estas sustancias sin ionizar tienen un color distinto que al ionizarse.
ste cambio en el indicador se produce debido a que durante el análisis se lleva a cabo un cambio en las condiciones de la muestra e indica el punto inal de la valoración. l uncionamiento y la razón de este cambio varía muc'o se"+n el tipo de valoración y el indicador. Bos indicadores más usados son: •
ndicador de 4, detecta el cambio del 4. 4or e1emplo, la enoltaleína o naran1a de metilo.
Preparación de una muestra para titulación o valoración
n una titulación o valoración, tanto la solución valorada como el analito deben estar en ase líquida (o en disolución). ?i la muestra no es un líquido o una disolución, debe ser disuelta. ?i el analito está muy concentrado en la muestra a analizar, suele diluirse. !unque la amplia mayoría de las titulaciones se llevan a cabo en disolución acuosa, pueden usarse otros disolventes como ácido acético o etanol con i"ual inalidad, para determinados análisis. Una cantidad medida de muestra se coloca en un rasco donde se disuelve y se diluye si es necesario. l resultado matemático de la valoración puede calcularse directamente mediante la cantidad de valorante medida. Cuando la muestra 'a sido disuelta o diluida previamente a la valoración, la cantidad de disolvente utilizado para disolver o diluir debe ser bien conocida ("eneralmente es un coeiciente entero) para poder considerarlo en el resultado matemático de la valoración de la muestra ori"inal. Duc'as valoraciones requieren un cierto control del p de la reacción. 4ara ello, se usan disoluciones amorti"uadoras a%adidas en el rasco de la disolución a analizar para mantener el p de la solución. n otros casos se debe enmascarar un cierto ión: esto es necesario cuando 'ay dos reactivos en la muestra que pueden reaccionar con la sustancia patrón y solo queremos valorar uno de ellos, o bien cuando la reacción puede ser in'ibida o alterada por la presencia de ese ión. ?e procede a%adiendo otra disolución a la muestra para enmascarar o secuestrar el ión no deseado, mediante la ormación de un enlace débil con él o incluso ormando una sustancia insoluble.
Procedimiento de la titulación Una titulación o valoración comienza empleando un rlenmeyer conteniendo un volumen preciso del reactivo a analizar y una peque%a cantidad de indicador, colocado deba1o de una bureta que contiene la disolución estándar. Controlando cuidadosamente la cantidad
a%adida, es posible detectar el punto en el que el indicador cambia de color. ?i el indicador 'a sido ele"ido correctamente, este debería ser también el punto de neutralización de los dos reactivos. Beyendo en la escala de la bureta sabremos con precisión el volumen de disolución a%adida. Como la concentración de la disolución estándar y el volumen a%adido son conocidos, podemos calcular el n+mero de equivalentes de esa sustancia. Bue"o, a partir de la ecuación química que representa el proceso que tiene lu"ar, podremos calcular el n+mero de equivalentes de la sustancia a analizar presentes en la muestra. Einalmente, dividiendo el n+mero de equivalentes de reactivo por su volumen, conoceremos la concentración buscada. Medida del punto final de una titulación o valoración
ay dierentes métodos para determinar el punto inal o punto de equivalencia: •
Indicadores: ?on sustancias que cambian de color en respuesta a un cambio
químico. o
Indicador de p o indicador !cido-base: Un indicador ácido-base (como
la enoltaleína) cambia de color dependiendo del p del medio. o
Indicador "edo#$ Una "ota de disolución de indicador es a%adida al
principio de la titulación o valoraciónA cuando el color cambia, se 'a alcanzado el punto inal. •
Potenciómetro: ?on instrumentos que miden el potencial de electrodo de la
disolución. ?e usan para valoraciones redo&A el potencial del electrodo de traba1o cambiará bruscamente en el punto inal. •
Medidor de p o p-metros: ?on potenciómetros que usan un electrodo cuyo
potencial depende de la cantidad de ión F presente en la disolución. s un e1emplo de un electrodo de ión selectivo que permite medir el p de la disolución a lo lar"o de la valoración. n el punto inal, cambiará bruscamente el p medido. 4uede ser un método más preciso que el uso de indicadores, y es ácil de automatizar. •
%onductancia: Ba conductividad de una disolución depende de los iones presentes
en ella. 6urante muc'as titulaciones, la conductividad cambia de modo si"niicativo. 4or e1emplo, durante una valoración ácido-base, los iones F y 0ormando a"ua neutra, /0. sto cambia la conductividad de la disolución. Ba conductancia total de la disolución depende también de los otros iones presentes en la disolución (como los contraiones). 2o todos ellos contribuyen de i"ual manera a la conductividad que también dependerá de la movilidad de cada ión y de la concentración total de iones (uerza iónica). Bue"o, predecir el cambio en la conductividad es más diícil que medirla.
•
%ambio de color: n al"unas reacciones, la disolución cambia de color sin
presencia de indicador. s recuente en valoraciones redo&, por e1emplo, cuando los dierentes estados de o&idación de productos y reactivos poseen dierentes colores. •
Precipitación: ?i se orma un sólido en la reacción, y lue"o precipita. Un e1emplo
es la reacción entre !"F y Cl- que orma una sal muy insoluble, !"Cl. sto diiculta determinar con precisión el punto inal. 4or ello, a veces se preiere 'acer una titulación inversa. •
&na valoración calorimétrica o titulación isotérmica usa el calor producido o
consumido en la reacción para determinar el punto inal. s un método importante en bioquímica, como en la determinación de qué substratos se enlazan a las enzimas. •
'itulación termométrica es una técnica muy versátil. ?e dierencia de la anterior
por el 'ec'o de que no se determina un aumento o caída de temperatura como indicativo del punto inal, sino que se mide la velocidad de cambio de la temperatura. •
(spectroscopia: 4uede usarse para medir la absorción de luz por la disolución
durante la valoración, y si el espectro del reactivo, sustancia patrón o producto es conocido, podría medirse su evolución con cantidades bastante peque%as que permitirían conocer el punto inal. •
)mperometr*a o valoración amperométrica: ?e usa como técnica de detección
analizando la corriente eléctrica debida a la o&idación o reducción de los reactivos o productos en un electrodo de traba1o que dependerá de la concentración de las especies en disolución. l punto inal se detecta por un cambio en la corriente. ste método es el más +til cuando 'ay que reducir un e&ceso de la sustancia valorante (valoración por retroceso), como es el caso de la valoración de 'aluros con !"F. Valoración por retroceso l método de valoración por retroceso se usa cuando se invierte el sentido de la valoración, cambiando la sustancia a valorar. n vez de valorar el analito ori"inal se a%ade un e&ceso conocido de reactivo estándar a la disolución, y lue"o se valora el e&ceso. ste método es +til si el punto inal de la valoración por retroceso es más ácil de identiicar que el punto inal de la valoración normal. ?e usa también si la reacción entre el analito y la sustancia titulante es muy lenta. +esarrollo Método de Winkler: combina las técnicas de valoración ácido-base, precipitación y iltración.
+eterminación de carbonato , de bicarbonato en una mezcla:
l método GinHler es particularmente +til, cuando la muestra tiene cantidades relativamente "randes de carbonato y peque%as cantidades de bicarbonato, se determina primero la alcalinidad total en una porción de la solución, con Cl valorado @.7 2, empleando 'eliantina o azul de bromoenol: C0; /- F /F /C0; /0 F C0/ 2a/C0; F /Cl I /C0; F /0 F C0/ C0; - F F /2aCl /0 F C0/ 2a C0; FCl I 2aCl F /0 F C0/
?ea J ml, el volumen de Cl N empleado. ! otra porción de la solución de la muestra se le a"re"a un volumen conocido de solución valorada de 2a0 @.7 N (libre de carbonato) en li"ero e&ceso con respecto al que se requiere, para transormar el bicarbonato en carbonato: C0; - F 0-
/0 F C0;/-
?e a"re"a un li"ero e&ceso de solución de KaCl/ al 7@, a la solución caliente, para precipitar el carbonato como carbonato de bario (KaC0;), y se determina inmediatamente el e&ceso de solución de 2a0, sin separar el precipitado por iltración, titulando con el mismo acido valoradoA se emplea como indicador enoltaleína o azul de timol. ?i el volumen de solución de 2a0 a"re"ado es equivalente a v ml de 2a0 N y vL ml es equivalente al volumen de acido N de la titulación del e&ceso de 2a0, entonces, v-vL I bicarbonato, y J-(v-vL) I carbonato (como el carbonato se 'a valorado se"+n C0; /- F /F /C0; /0 F C0/, el equivalente "ramo es medio mol).
4ara pasar este caso al de carbonato e 'idró&ido, basta a"re"ar un volumen conocido de solución de 2a0, en li"ero e&ceso, pues: C0;- F 0 C0;/ F /0 (7) ?iendo así evidente que bicarbonato es equivalente a 'idró&ido. n este método, si se eect+a una titulación en paralelo empleando vol+menes i"uales de las soluciones de 'idró&ido, de cloruro de bario y diluyendo con i"ual volumen de a"ua (pero sin el a"re"ado de la solución en análisis), resulta innecesario: conocer e&actamente la normalidad y volumen de la solución de 'idró&ido, que la solución de 'idró&ido esté libre de carbonato, que el a"ua sea libre de C0/ y que la solución de cloruro de bario sea neutra. Ba dierencia entre ambas titulaciones, la de la muestra (!) y la del paralelo (K), corresponde al 'idró&ido que 'a reaccionado se"+n (7), por lo que es equivalente a carbonato. C0;- I 2aC0; I K M !
n realidad 'ay una peque%a dierencia en el p del punto de equivalencia de ambas titulaciones, pues es dierente la concentración de ion bario y en consecuencia es distinta la concentración de carbonato en solución. +eterminación del contenido en idró#ido de sodio , carbonato de sodio de una disolución aplicando el método de Winkler : Procedimiento e#perimental .$- 'itulación de la disolución de !cido clor*drico preparada$
4ara titular la disolución preparada de ácido clor'ídrico @,9 2 se valora con la de carbonato sódico @,7 2, que es patrón primario, utilizando el naran1a de metilo como indicador. 4ara ello se ponen 7@ ml de disolución de ácido clor'ídrico en un vaso de precipitados y se le a%aden unas "otas de naran1a de metilo. 6esde la bureta se a%ade la disolución de carbonato sódico 'asta el vira1e del indicador. ?e anota el volumen de carbonato sódico "astado y se determina la normalidad e&acta del ácido clor'ídrico, como se indica en el apartado de cálculos. /$- +eterminación de la alcalinidad total$
Ba bureta limpia se llena con la disolución de ácido clor'ídrico ya titulado. ?e toman 7@ ml de la disolución problema y se ec'an en un erlenmeyer. ?e a%aden unas "otas de naran1a de metilo y se comienza la adición de ácido clor'ídrico 'asta lle"ar al punto de equivalencia, determinado por el vira1e del indicador. !notamos el volumen de ácido clor'ídrico "astado, el cual nos permitirá el cálculo de la alcalinidad total de la disolución problema. 0$- +eterminación del idró#ido de sodio$
Nomamos otros 7@ ml de la disolución problema y a%adimos "ota a "ota la disolución de cloruro de bario 'asta la precipitación completa de los carbonatos. Ba suspensión obtenida se de1a cinco minutos en reposo para que decante el precipitado obtenido. Ba precipitación completa se ase"ura utilizando un e&ceso de cloruro de bario, para lo cual se a%aden "otas de esta disolución 'asta que no aparezca precipitado blanco. ! continuación se iltra la disolución a vacío, lavando el precipitado con a"ua. l iltrado se valora con el ácido clor'ídrico titulado, utilizando enoltaleína como indicador. ?e anota el volumen de ácido clor'ídrico "astado, lo que permitirá calcular la cantidad de 'idró&ido de sodio presente en la disolución problema. 4or dierencia con el valor de alcalinidad total obtenido anteriormente, se calcula la cantidad de carbonato sódico y se e&trapolan los resultados para los 9@@ ml de disolución problema. %!lculos , resultados$ .$- 'itulación de la disolución de !cido clor*drico preparada$
JácidoI 7@ ml 2baseI @,7 2
2!OJ! I 2KOJK 2! I 2e&acta I @,9 O /$- +eterminación de la alcalinidad total$
JácidoO 2e&acta I equivalentes totales de baseI eq. carbonato F eq. 'idró&ido de sodio 0$- +eterminación del idró#ido de sodio , del carbonato de sodio$
JácidoO 2e&acta I equivalentes de 'idró&ido de sodio quivalentes de carbonato sódico I eq. Notales de base M eq. de 'idró&ido de sodio Pramos de carbonato de sodio I eq. Carbonato & peso equivalente & 9@@ 5 7@ Pramos de 'idró&ido de sodio I eq. idró&ido de sodio & peso equivalente & 9@@ 5 7@ %onclusiones:
l método GinHler, en comparación con el método Garder, traba1ado con anterioridad, tiene un punto en com+n, es decir ambos procesos se basan en valorar la alcalinidad total de una muestra. !unque presentan una importante dierencia en relación a las técnicas utilizadas en cada uno y la interpretación de los datos obtenidos, que permitirán identiicar parcialmente las sustancias o mezclas de las mismas. Cabe aclarar que en el método Garder, se realizan valoraciones sucesivas con distintos indicadores con una solución titulante, con lo cual por dierencias de los vol+menes consumidos en cada indicador se descubren las sustancias presentes. n el método GinHler, se combinan técnicas comunes de laboratorio como precipitación y iltración, 1unto con la valoración acido-base. !l principio se obtiene el dato que permite determinar la alcalinidad total (el volumen de Cl "astado en presencia de naran1a de metilo), lue"o se determinan los 0- , con el a"re"ado de KaCl/, 'asta precipitación total de carbonatos. Einalmente se lava el precipitado y se valora el iltrado obtenido con Cl y enoltaleína, lo"rándose el +ltimo dato para determinar la concentración de 0- por dierencia con la alcalinidad total. ! mi criterio el método GinHler es menos práctico, debido al armado de aparatos adicionales que pueden retrasar el traba1o.
)ne#o Fenolftale*na
Ba fenolftale*na es un compuesto químico or"ánico que se obtiene por reacción del enol (C>90) y el an'ídrido tálico (C<0;), en presencia de ácido sul+rico. s un líquido blanco o incoloroA sus cristales son incoloros y es insoluble en 'e&ano sólido. Niene un punto de usión de
R
Eenoltaleína/-
R
Eenoltaleína(0);-
Scido ncoloro
!lcalino Tosa
Duy !lcalino ncoloro
n soluciones uertemente básicas, la enoltaleína se torna incolora. n soluciones uertemente ácidas es naran1a. 4or lo tanto tiene dierentes ran"os de acción:
Ba enoltaleína normalmente se disuelve en alco'ol para su uso en e&perimentos. Ba enoltaleína es un ácido débil que pierde cationes F en solución. Ba molécula de enoltaleína es incolora, en cambio el anión derivado de la enoltaleína es de color rosa. Cuando se a"re"a una base la enoltaleína (siendo esta inicialmente incolora) pierde F ormándose el anión y 'aciendo que tome coloración rosa.l cambio de color no puede e&plicarse solo basándose en la desprotonación, se produce un cambio estructural con la aparición de una tautomería cetoenólica. 1aran2a de metilo
l 1aran2a de metilo también llamado eliantina, es un colorante azoderivado, con cambio de color de ro1o a naran1a-amarillo entre p ;,7 y <,<. l nombre del compuesto químico del indicador es sal sódica de ácido sulónico de <-6imetilaminoazobenceno. ?e empezó a usar como indicador químico en 7.
Ba órmula molecular de esta sal sódica es C7<7< 2; 2a0;? y su peso molecular es de ;/,;< "5mol. ! menudo es ele"ido para ser utilizado en volumetrías, debido a su evidente cambio de color. 6ebido a su cambio de color en el ran"o de p medianamente ácido, se utiliza en las valoraciones de los ácidos. ! dierencia de un indicador universal, el naran1a de metilo no tiene un amplio espectro de cambio de color, pero tiene un punto inal bien deinido.
Estructura de la heliantina
Preparación de la solución (heliantina) l indicador se utiliza "eneralmente en solución acuosa, disolviendo @,9 "ramos del indicador, ya sea como ácido libre o sal de sodio en un litro de a"ua (en naran1a de metilo acuoso @,@9), preeriblemente caliente y iltrar la solución si se orma un precipitado.
3iblio4raf*a:
'ttp:55es.iHipedia.or"5iHi5!nC;!7lisisVvolumC;!8trico 'ttp:55es.iHipedia.or"5iHi5?oluciC;K;nVpatrC;K;n 'ttp:55es.iHipedia.or"5iHi5ndicadorV/quC;!6mica/8
'ttp:55pt.iHipedia.or"5iHi5!laran1adoVdeVmetila 'ttp:55es.iHipedia.or"5iHi5EenoltaleC;!6na Bibro: !nálisis químico cuantitativo - Jo"el - 9ta edición- 4á". Bibro en in"les: /88 4á". Bibro en espa%ol: ;-;<; !rc'ivo .pd- nombre:
químicaVmet inHler.pd
Feca de consulta: 0.56 7 /58