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TITULACIÓN ÁCIDO -
BASE
INTRODUCCIÓN
La naturaleza de
las sustancias es una de los temas más estudiados por la química, ya que de
acuerdo a ésta,
están determinados los tipos de reacciones que
se presentan de acuerdo a los
reactivos en un proceso.
Pendiente una definición de los tipos de
reacciones
La
titulación es un método para determinar la cantidad de una sustancia
presente en solución. Una solución de concentración conocida, llamada
solución valorada, se agrega con una bureta a la solución que se analiza. En
el caso ideal, la adición se detiene cuando se ha agregado la cantidad de
reactivo determinada por la ecuación de la reacción. A este punto se le
llama punto de equivalencia (Umland, 2000, p.139).
Para
determinar éste punto,
podemos
utilizar
la curva de titulación
potenciométrica de la
reacción ácido-básica cuya gráfica
resulta del pH del sistema
contra volumen de ácido o de base agregados en la titulación (Umland,
2000, p.602).
Entonces
podría entenderse como final de la titulación al momento en que el pH
llegase a 7, sin embargo, esto está en función de la “fuerza” del
ácido
o
la
base que se están
titulando.
Así
cuando la neutralización se produce entre un ácido fuerte y una base fuerte.
El pH en el punto de equivalencia es 7 ya que todos los iones han sido
neutralizados.
Por otra
parte, cuando la reacción ocurre entre una base fuerte y un ácido
débil,
el
anión del ácido
sufre una hidrólisis,
por lo que el pH
al que ocurre la neutralización
es
mayor que 7. Y en
la situación contraria, entre ácido fuerte y una base débil,
el catión de la
base sufre una hidrólisis produciéndose iones hidrónio, por lo que el pH es
menor que 7. Éste último caso es el estudiado experimentalmente con el HCl y Na2CO3,
se presentará una
curva de titulación
con una gráfica como
la siguiente:
Como se
observa, la concentración de los iones hidrónio, antes de agregar el ácido y
comenzar la titulación corresponde a la concentración de iones hidrónio de
la solución de la base débil. A medida que se agrega el ácido, la base débil
se transforma en su sal, la solución contiene la base débil y la sal del
ácido fuerte, y por consiguiente está amortiguada.
Sin
embargo, no existe ninguna vertical que establezca el punto de equivalencia,
y de hecho, lo que se observa son dos puntos de equilibrio. (mediante la
utilización de la primera derivada, pueden graficarse así).
El
primer punto de equivalencia corresponde a un volumen
agregado
de ácido de 12.95, el
cual ha neutralizado únicamente una carga del carbonato, y es hasta el
segundo punto, determinado por 25.05mL de ácido donde el carbonato de sodio
pierde sus propiedades. Está neutralizado. La valoración del carbonato
sódico no puede realizarse con la exactitud que exige una normalización; por
ello se valora siempre el segundo equivalente de hidrógeno (Ayres, 1970, p
334)
Para
llevar a cabo ésta reacción, es indispensable comprender que las
normalidades de los reactivos y el volumen de éstos son proporcionales entre
un ácido y una base. Háblese así de la fórmula:
NA
VA = NB VB
Y si en
éste proyecto experimental, se utilizara una base 0.01N, en un volumen de 50
mL,
ésta será neutralizada con 20.5mL de ácido. Por lo tanto, a manera de
hipótesis, se establece que la normalidad del ácido
es
0.2 N al reaccionar
en éste sistema.
Na2CO3 se comportará como patrón primario. Por lo cual cumple con lo siguiente:
1. Elevada pureza.
2. Estabilidad frente a los agentes atmosféricos.
3. Ausencia de agua de hidratación.
4. Fácil adquisición y precio módico.
5. Un peso equivalente elevado, para disminuir los errores asociados a la pesada.
OBJETIVO
El objetivo principal que se pretende lograr en éste experimento
es que el alumno determine
la
concentración de una sustancia
mediante un proceso químico
(valoración de un ácido fuerte con un patrón
primario)
por ejemplo:
HCl
(ac) +
Na2CO3(ac) →
NaCl
(ac)
+
CO2(g)
+
H2O(l)
aplicando la técnica
de titulación así como determinar la exactitud y precisión de la titulación.
Para ello se introducirá al alumno en el manejo de los conceptos
de ácidos y bases, concentración, peso equivalente, titulación potenciométrica,
determinación del punto de equivalencia por el método de la primera y segunda
derivada, etc., determinando para ello los valores del pH vs. volumen de
reactivo utilizado, y posteriormente graficándolos para posteriormente
determinar el punto de equivalencia y por ende la concentración de la sustancia.
JUSTIFICACIÓN
Este proyecto experimental tiene como finalidad que el alumno aplique los
conocimientos adquiridos en Química, en lo referente a los conceptos de ácidos y
bases, concentración, peso equivalente y titulación potenciométrica. De la
asignatura de Matemáticas en lo referente a la determinación del punto de
equivalencia por el método de la primera y segunda derivada, etc. Así mismo de
la aplicación del paquete Excel de Microsoft a una serie de valores reales
obtenidos experimentalmente por ellos mismos, programando y aplicándoles
el concepto de primera y segunda derivadas para determinar el punto de
equivalencia de la reacción Ácido - Base y que constituye el sistema real empleado para tal fin.
PROYECTO EXPERIMENTAL
Determinación
de la
concentración
de una sustancia
mediante un proceso químico
HCl
(ac) +
Na2CO3(ac) →
NaCl
(ac)
+
CO2(g)
+
H2O(l)
valoración de un ácido fuerte con un patrón
primario
DISEÑO EXPERIMENTAL
MATERIALES REACTIVOS
|
Desecador |
Ácido Clorhídrico (HCl
(ac)) |
|
Cápsula de porcelana |
Carbonato de sodio (Na2CO3(ac)) |
|
Pinzas para crisol |
Agua destilada |
|
Pesa filtros |
Soluciones Buffer |
|
Balanza |
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|
Mufla |
|
|
Pipeta |
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|
Matraces |
|
|
Soporte universal |
|
|
Pinzas dobles |
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|
Bureta |
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|
Potenciómetro |
|
|
Vasos de precipitados |
|
METODOLOGÍA: Para
la
del Na2CO3.
Pesar 3g de carbonato de sodio,
colocarlos en el crisol dentro de la mufla durante 1 hora, controlando la
temperatura sin que rebase los 250 °C, y finalmente guardar el
carbonato deshidratado dentro
del pesa filtros, y éste en un desecador.
METODOLOGÍA: Para
la elaboración de las
. Aforar a 500mL 4mL de ácido clorhídrico, y guardar éste ácido en un recipiente de
plástico. Posteriormente aforar a 50mL
aproximadamente 0.03g de carbonato sódico.
METODOLOGÍA: Para
la determinación de la
.
Montar el dispositivo, colocar en la bureta el ácido clorhídrico
HCl
(ac) (40mL),
en el vaso de precipitados él Na2CO3(ac)
(50mL). Disponer el electrodo del
potenciómetro
(previamente
calibrado) dentro de la solución básica, agregar
lentamente el ácido clorhídrico, y registrar los cambios de pH y volumen (mínimo
50 datos). Repetir el procedimiento anterior por cinco veces, variando las
cantidades de carbonato dentro del rango de la primera pesada.
El
potenciómetro
es un aparato para medir voltaje que está diseñado para utilizar celdas
de resistencia elevada. Los instrumentos de lectura directa son
voltímetros electrónicos con una resistencia de entrada elevada; el
circuito está diseñado para dar una lectura proporcional al pH. (...)
con un error de 0.5% a 1.000 V.
Varios son los factores que debemos observar en las soluciones de
ácido, entre las más importantes se encuentran
las siguientes:
1.- La pureza del ácido, la
cual una vez conocida, nos permite preparar las soluciones en una concentración
conocida.
2.-
Al momento
de preparar
la solución (HCl
(ac)),
tener la precaución de
verter
el
ácido sobre
el agua.
El experimento requiere que al utilizar el potenciómetro, la medición
de los volúmenes de reacción sean pequeños de tal manera que nos permitan
registrar variaciones de pH también pequeños, para así poder determinar un
gráfico "continuo" del sistema reaccionante y calcular el punto de equivalencia
de acuerdo al concepto implícito de diferencial de la primera derivada, lo que dará
lugar a errores pequeños en la determinación del mismo, y por lo tanto de la
concentración de nuestra solución problema con una buena aproximación.
REFERENCIAS
 "Referencias
el contenido de esta sección está sujeto a cambios"
 |
“Por las ventajas de la reacción llevada a cabo entre
el ácido clorhídrico y el carbonato de sodio y que ha sido estudiada desde hace ya
varios años, encontrando referencias específicas que datan desde 1968 (Química
Moderna, P.R. Frey, 1968), y otras más recientes que se refieren a la misma
reacción (The word of chemirtry. Jones, Johnston, Netterville, 1990) es útil para ilustrar de manera
simple, los conceptos antes mencionados en nuestra justificación, pero más que
todo para integrar tales conceptos".
 Bibliografía
básica:
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1. P.
W. Atkins. Química, moléculas, materia, cambio, Edit. Omega. Barcelona,
1998, pp. 910
2. R.
Chang, Química, McGraw-Hill. 4ª Edición. México, 1992, pp. 1052.
3. T.L.
Brown, H.E. Le Way y B.E. Bursten. Química La ciencia central, 5ª.
Edición, Editorial Prentice-Hall Hispanoamericana S.A., México, 1992,
pp. 1159.
4. Arcega
Solsona, F., “Unidades de medida”, Prensas Universitarias de Zaragoza,
México, Pág. 57-59, 71-72., 1995
5. Paul Ander y Anthony J. Sonnessa,
Principios de Química, Ed. Limusa, México, 1980.
6.
Ayres G. H.,
“Análisis químico cuantitativo”, 2° ed., Ed. Del Castillo, México, 1970, Pág.,
303, 310, 310
7.
Stewart J. “Calculo
diferencial e integral” Ed. Pearson Educación, México, 1999., Pág.,151.
8.
Umland J. B. y
Bellama J. M., “Química general”, 3°ed., International Thomson, México, 2000,
Pág.. 574, 578, 579, 605
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 Bibliografía
:
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Fogler, H. S., Elements of Chemical Reaction
Engineering , Prentice-Hall International Editions, 1992.
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 Web Bibliografía
básica:
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La
Seguridad en los Laboratorios de Prácticas, Universidad de Alcalá, 1995, Comisión de Seguridad y Salud Laboral
http://www2.uah.es/edejesus/seguridad.htm
-
C.
Palacios, 2000-2001 “Reacciones ácido-base”, rescatado del Web el 26
de septiembre de 2005.
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