VOLUMETRIA ACIDO BASE
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QUIMICA ANALITICA GENERAL
QUI-390
VOLUMETRIA ACIDO-BASE
VOLUMETRIA: METODO DE ANALISIS (RELATIVO) PARA LA CUANTIFICACION MEDIANTE MEDICION DE VOLUMENES
Generalidades
En los métodos volumétricos se lleva a cabo el análisis midiendo el volumen de una solución de concentración conocida (valorante).
Valorante
Muestras con analito
Generalidades
Requisitos de un método volumétrico:
- Se debe conocer estequiometría de la reacción que tiene lugar entre el valorante y el analito. De lo contrario el volumen de valorante no nos dará acerca del contenido del analito.
- Esta reacción debe ser rápida. De lo contrario, se puede cometer un error por exceso.
- Se debe disponer de un sistema que permita evaluar el punto final de la valoración con una exactitud.
- Reacción cuantitativa entre analito y valorante.
Generalidades
VALORACION: REACCION CUATITATIVA DEL REACTIVO VALORANTE CON EL ANALITO DE LA MUESTRA
1.Valoración directa: Se adiciona el valorante (de concentración conocida) hasta que se juzga que la reacción ha finalizado (punto final-Indicador).
MPMPVV VNVN
MP
VVMP V
VNN
Ejemplo. Concentración de una solución de NaOH utilizando BHK.
2.Valoración indirecta: En algunos casos (reacciones lentas, problemas con punto final) se adiciona un exceso del estándar y luego se determina su exceso con un segundo patrón.
Generalidades
excesorxntotalesOHOHmeqmeqmeqVN
Como la [OH] es conocida, entones:
Ej. Determinación de bicarbonato por retroceso.
OHCOHCOOH 2233
El exceso de OH se valora con HCl estandarizado:
excesoHHmeqVN
excesototalesHCOrxn meqmeqmeqmeq 3
Generalidades
Métodos directos
Métodos indirectos
Volumetría Acido-BaseVolumetría de Complejamiento
Volumetría de precipitaciónVolumetría de oxido-reducción
• Método requiere de patrones: Primarios y secundarios
SOLUCION PATRON: solución de un reactivo de concentraciónexactamente conocida
Patrones
1. PATRON PRIMARIO: solución de un reactivo de concentraciónexactamente conocida, estimada desde su pesada directa.Ej. BHK, Na2CO3, KIO3.
Utilización de soluciones o en alícuotas sólidas.
2. PATRON SECUNDARIO: solución de un reactivo de concentraciónexactamente conocida, estimada desde su estandarización respectode un patrón primario.Ej. NaOH, HCl, Na2S2O3
• Fácil obtención Pureza conocida
• No higroscópico Estable a t° de trabajo
• Estable en condiciones atmosféricas
• Elevada masa molar (precisión)
• Reacción de valoración de estequiometria definida
Patrón primario
PESAR Y MEDIR DE MANERA EXACTA Y PRECISA1. CONTROL DE CALIDAD DE BALANZAS:-VOLTAJE-PESOS ESTANDARES
2. CONTROL DE CALIDAD DE MATERIAL DE VIDRIO:
-TEMPERATURA DE SECADO- MASA DE ALICUOTAS
Consideraciones prácticas
PRECISION BURETAS
Consideraciones prácticas
¿Cómo afecta precisión del material volumétrico en una determinación?
mlBURETA 1,00,50
SI CONSUMO 25,0 ml EN LA VOLUMETRIA ¿CUAL ES MI PORCENTAJE DE ERROR?
%4,01000,25
1,0RELATIVO ERROR x
SI CONSUMO 5,0 ml EN LA VOLUMETRIA ¿CUAL ES MI PORCENTAJE DE ERROR?
%21000,51,0
RELATIVO ERROR x
Precisión de análisis
mlBURETA 1,00,50 ¿QUE PRECISION ES SUFICIENTE?
DEPENDE DEL CLIENTE QUE UTILIZA LA INFORMACION
¿DE QUE DEPENDE LA PRECISION?
DEL VOLUMEN CONSUMIDO EN LA VALORACION
DE LA PRECISION DEL MATERIAL UTILIZADO
mlBURETA 01,00,10
Precisión de análisis
TERMODINAMICA Y EXACTITUD DE RESULTADOS
HBABHACUANTITIVIDAD DE LA REACCION
BHA
HBAK
1K
AHHAHA
HAK HA
a
BHHB
HB
HBK HB
a
Valoración de un ácido HA con una base B:
HBa
HAa
eqK
KBHA
HBAK
HBABHA
BHA HBA
HBa
HAa
K
K
HA
AK 2
2
HBa
HAa
K
K
HA
A
TERMODINAMICA Y EXACTITUD DE RESULTADOS
Reacción de valoración
Punto de equivalencia
1,09,99
HA
A99,9% RXN
310
HBa
HAa
K
KHA
A 310HBa
HAa
K
K3
log
1010 HB
a
HAa
K
K
31010 21
HAB pKapKa 321 HAB pKapKa
6 HAB pKapKa
CUANTITIVIDAD DE LA REACCIÓN
HBABHA
pKA
B HB+
A HA
Reacción más cuantitativa mientras mayor sea la diferencia entre los valores de pK
Reacción más cuantitativa mientras mayor sea la diferencia entre los valores de pK
BpKa
HApKa
%)1,0(6pKa
%)1(4pKa
CUANTITIVIDAD DE LA REACCIÓN
HBABHAReacción de valoración
EVOLUCIÓN DE LA VALORACIÓN
Podemos seguir el curso de una valoración siguiendo un parámetro relacionado con la reacción de valoración, Ej: pH.
MPMPValVal xVNxVN
MP
ValValMP V
xVNN
ValV
Curva de valoración: Un gráfico que muestra el progreso de una valoración como una función del volumen de valorante agregado.
EVOLUCIÓN DE LA VALORACIÓN
Punto de equivalencia: EstequiometriaPunto final: IndicadorError en la valoración
• Se puede calcular la curva de valoración considerando la(s) reacción(es) responsable(s) del cambio de pH• Permiten evaluar indicadores y facilitar la estimación del error de valoración.
METODOS VOLUMETRICOS
¿Qué error se comete en una valoración si ella se detiene antes o después del P.E.?
¿Entre que valores de pH o pM es necesario detener la valoración sino se desea cometer un error superior a ±x%.?
P.F. > P.E.: Error (+)
P.F. < P.E.: Error (-)
SELECCIÓN DEL INDICADOR
Seguimiento de la variable de interés … pH
Fracción x: cálculo respecto a meq de analito en M.P.
X=0
X<1
X=1 (pto. de eq.)
X>1
VOLUMETRÍA ÁCIDO-BASE
X<1
X>1
X=1 (pto. de eq.)
En la curva de valoración …
X=0
valorarammol
agregadosmmolx
..
.
Reacción de valoración: HH++ + OH + OH-- H H22OO
1. VALORACIÓN DE HCl CON NaOH
VOLUMETRÍA ÁCIDO-BASE
X<1Exceso de H+
pH= -log CH
X>1Exceso de OH-
pH=14+ log COH
Error(+): (x-1)
Error(-): (1-x)
X
(1-x): Fracción que faltó por reaccionar (sesgo negativo)(x-1): Fracción agregada en exceso (sesgo positivo)
ME FALTÓ!!!ME PASÉ!!!
INDICADORES ACIDO-BASE
HIn H+ + In-
color ácido color básico
pH= pka -1 color ácido
pH= pka+1 color básico1pKa
VOLUMETRÍA ÁCIDO-BASE
El error cometido en la volumetría depende principalmente del indicador de punto final seleccionado.
HIn
InpKpH a
log
En estimaciones se usa el punto medio,es decir el pKa de
indicador
VOLUMETRÍA ÁCIDO-BASE
VOLUMETRÍA ÁCIDO-BASE
1.VALORACION DE ACIDO FUERTE CON BASE FUERTE
OHOHH 2
)(
HVH
)(
OHVOH
Reacción de valoración
i) Cuando x = 0
OHOHH 2
0C
0logCpH ¿Cómo estimamos el pH?
1.VALORACION DE ACIDO FUERTE CON BASE FUERTE
OHOHOH 23 2
0C XC0
)1(0 XC XC0
ii) Cuando 0 <x < 1
)1(log 0 XCpH diluido
OHOH
OHOHdiluido
VV
VCC
3
33
0
¿Como se relaciona la fracción x con el parámetro a medir:pH?
1.VALORACION DE ACIDO FUERTE CON BASE FUERTE
)1(log14 0 XCpH diluido
OHOH
OHOHdiluido
VV
VCC
3
0
OH 2 7pH
OHOHOH 23 2
0C XC0
)1(0 XC diluido 1
iii) Cuando x = 1
iv) Cuando x > 1
1.VALORACION DE ACIDO FUERTE CON BASE FUERTE
)1(log14 0 XCpH diluido
)1(log 0 XCpH diluido
1.VALORACION DE ACIDO FUERTE CON BASE FUERTE
I. ¿Entre que valores de pH se puede detener la valoración de HCl con NaOH sin cometer un error superior a ± 1%?
+1% de error (error por exceso)
1100)1( X
01,01X
01,0log14 0 diluidoCpH
01,0loglog14 0 diluidoCpH
diluidoCpH 0log12
-1% de error (error por defecto)
11001 X
01,01 X
)1(log 0 XCpH diluido
01,0log 0 diluidoCpH
diluidoCpH 0log2
1.VALORACION DE ACIDO FUERTE CON BASE FUERTE
II. ¿Qué indicador puedo elegir para cometer un error no mayor a ± 0.1 % en la valoración de HCl 10-3 M con
NaOH?1° estrategia
- Evaluación de intervalo de pH en que el error es inferior al 0.1%- Selección de indicador en intervalo útil
001,0loglog14 0 diluidoCpH 001,0log 0 diluidoCpHdiluidoCpH 0log11diluidoCpH 0log3
-0.1% de error +0.1% de error
633 pH 8311 pH
]86[ pHPara cometer un error inferior a un
0.1%
1.VALORACION DE ACIDO FUERTE CON BASE FUERTE
2° estrategia
- Evaluación del error utilizando un indicador definido y verificando si se comete un error inferior a x%.
¿Cuál será el error que se comete al valorar HCl 10-3 M con NaOH utilizando azul de bromotimol, cuyo pH de viraje es 6.8?
0.7.. EqPpH
8.6.. FPpH
Error por defecto(-)
)1(log 0 XCpH diluido
)1log()10log(8.6 3 X
)1log(8.3 X8.310)1( X
8.110)(% Error
1.VALORACION DE ACIDO FUERTE CON BASE FUERTE
1.VALORACION DE ACIDO FUERTE CON BASE FUERTE
Efecto de la concentración del analito sobre la curva de valoración
- Cuando la muestra es líquida, la mínima concentración de analito determinable es del orden de 10-3 M (ver figura).
- Rango recomendable 0.1-0.01 M.
- Si la muestra es sólida, debe ser primero solubilizada a un volumen que permita su cuantificación
2.VALORACION DE BASE FUERTE CON ACIDO FUERTE
0log14 CpH - Cuando x = 0
0.7pH
- Cuando x = 1
)1(log 0 xCpH diluido
- Cuando x > 1
- Cuando 0 < x < 1
)1(log14 0 xCpH diluido
OHHOH 2
Reacción de valoración
Análogamente …
2.VALORACION DE BASE FUERTE CON ACIDO FUERTE
Se desea valorar una solución de NaOH de concentración 10-2 M con HCl de la misma concentración, utilizando fenolftaleína como indicador de punto final.
1.Indique la reacción de valoración.2.Determine la naturaleza y el valor del error cometido en esta valoración si el viraje del indicador se produce entre pH 8 y 10 (pk=9.0).
7,0iaequivalenc de Punto 9,0Final Punto ERROR POR
DEFECTO
RESOLUCIÓNOHOHOH 23 2
1.
2.
)1(log14 0 XCpH diluido %1,0100)1(% XE
2.VALORACION DE BASE FUERTE CON ACIDO FUERTE
Calcule el error que se cometería al valorar una solución de OH- 10-2 M con HCl de igual concentración utilizando anaranjado de metilo como indicador de punto final (pK=4.0).
OHAOHHA 2
)( HAVHA
)(
OHVOH
3.VALORACION DE ÁCIDO DEBIL CON BASE FUERTE
Reacción de valoración
i) Cuando x = 0
0C
0log21
21
CpKapH
¿Cómo estimamos el pH?
OHAOHHA 2
0C XC0
)1(0 XC XC0
ii) Cuando 0 <x < 1
)1(log
xx
pKapH
¿Como se relaciona la fracción x con el parámetro a medir:pH?
3.VALORACION DE ÁCIDO DEBIL CON BASE FUERTE
OHAOHHA 2
)1(log14 0 XCpH diluido
OHOH
OHOHdiluido
VV
VCC
3
0
diluidoCpKapH 0log21
21
7
iii) Cuando x = 1
iv) Cuando x > 1
3.VALORACION DE ÁCIDO DEBIL CON BASE FUERTE
OHAOHHA 2
3.VALORACION DE ÁCIDO DEBIL CON BASE FUERTE
3.1.VALORACION DE BASE DEBIL CON ÁCIDO FUERTE
TAREA: DEDUCIR EXPRESIONES
4.VALORACION DE UN POLIÁCIDO CON BASE FUERTE
AH 2
)(
OHVOH
OHHAOHAH 22
Reacción de valoración (1° Punto de equivalencia)
i) Cuando x = 0
0C
0log2
1
2
1CpKapH
¿Cómo estimamos el pH?
OHHAOHAH 22
0C XC0
)1(0 XC XC0
ii) Cuando 0 <x < 1
)1(log2 x
xpKapH
¿Como se relaciona la fracción x con el parámetro a medir:pH?
4.VALORACION DE UN POLIÁCIDO CON BASE FUERTE
OHHAOHAH 22
100)1(% xXError
iii) Cuando x = 1
OHHAOHAH 22
4.VALORACION DE UN POLIÁCIDO CON BASE FUERTE
212 pKapKa
pH
4.VALORACION DE UN POLIÁCIDO CON BASE FUERTE
iv) Cuando x > 1 2/ AHA
0C X
OHHAOHAH 22
1
1 ´X´1 X
OHAOHHA 22
´X
100´% xXError
´)1(´
log1 XX
pKapH
100)1(% xXError )1(' XX
4.VALORACION DE UN POLIÁCIDO CON BASE FUERTE
v) Cuando x = 2 x’ = 1
vi) Cuando x> 2 o x’ > 1
OHAOHHA 22
diluidoCpKapH 021
21 log7
)1'(log14 0 XCpH diluido
1001´% xXError
4.VALORACION DE UN POLIÁCIDO CON BASE FUERTE
AH 2
HAAH /2
HA
2A 2/ AHA
OH
´)1(´
log1 XX
pKapH
)1'(log14 0 XCpH diluido
)1(log2 X
XpKapH
4.VALORACION DE UN POLIÁCIDO CON BASE FUERTE
Efecto del pKa sobre la curva de valoración
2,62 pKa 3,101 pKa
¿Cuáles serán las expresiones que nos permitan construir la curva de valoración (pH vs X) de 100 ml Na2CO3 0,1M con de
HCl 0,1M?
5.VALORACION DE UNA POLIBASE CON UN ÁCIDO FUERTE
23CO
)(
HVH
23CO
65.121,0log3,107 21
21 pH
- Cuando X=0
323 HCOHCO
1 X
X1 X
XX
pH 1
log3,10
233 /COHCO
Error
)1( X
- Cuando 0<X<1
5.VALORACION DE UNA POLIBASE CON UN ÁCIDO FUERTE
- Cuando X=1
- Cuando X>1
23HCO
323 COHHHCO
1 ´X´1 X ´X
´´1
log2,6XX
pH
)1(´ XX
32COHdiluidoCpH 02
12
1 log2,6
5.VALORACION DE UNA POLIBASE CON UN ÁCIDO FUERTE
H
diluidoCXpH 01´log
- Cuando X=2 o X’=1
- Cuando X>2 o X’>1
5.VALORACION DE UNA POLIBASE CON UN ÁCIDO FUERTE
5.VALORACION DE UNA POLIBASE CON UN ÁCIDO FUERTE
Entre los siguientes indicadores, ¿Cuál recomendaría usted para obtener un error inferior a 1% en la valoración de la solución anterior de carbonato?
INDICADOR N°1 VIRAJE ENTRE 7,0-9,0
INDICADOR N°2 VIRAJE ENTRE 3,0-5,0
0,8pKi
0,4pKi
0,8final punto pH
3,8iaequivalenc punto pH
Error por exceso
)1( X
PRIMER INDICADOR
0,4final punto pH
8,3iaequivalenc punto pH
Error por defecto
´)1( X
SEGUNDO INDICADOR
0,8. FinalPtopHError por exceso
Error por defecto
0,4. FinalPtopH
5.VALORACION DE UNA POLIBASE CON UN ÁCIDO FUERTE
5.VALORACION DE UNA POLIBASE CON UN ÁCIDO FUERTE
- Primer punto de equivalencia con indicador 1
1X 323 COHHHCO
1 'X'1 X 'X
0,8final punto pH 3,8iaequivalenc punto pH
´´1
log2,60,8XX
´´1
log2 XX
pKapH
´´1
1,63XX
2106,1´ X %6,1100´% XError
)1(´ XX
Este indicador no es de utilidad para el criterio de error fijado
5.VALORACION DE UNA POLIBASE CON UN ÁCIDO FUERTE
- Segundo punto de equivalencia con indicador 2
1X 323 COHHHCO
1 'X'1 X 'X
0,4final punto pH 8,3iaequivalenc punto pH
´´1
log2 XX
pKapH
)1(´ XX
Este indicador es de utilidad para el criterio de error fijado
´´1
log2,60,4XX 994,0´X
%6,0100´1 X
EJERCICIOS
Se desea valorar 20 mL de una solución de ascorbato de sodio (Na2A) 0.100 M utilizando como reactivo valorante HCl 0.200 M.
a) Calcule el pH de la solución que resulta al agregar 0; 8; 10; 20 y 22 mLde solución de HCl.
b) De la lista siguiente de indicadores, seleccione aquel que permita realizar la valoración sin cometer un error superior al 0.1 %.
c) Calcule el error cometido con el indicador seleccionado.d) Si se espera cometer un error inferior al 1%, ¿podemos recurrir
a algún otro indicador?.
Azul de timol 1.2-2.8 (2.0)2,6 Dinitrofenol 2.9-4.0 (3.5)Tornasol 5.0-8.0 (6.5)p--Naftoltaleína 7.8-9.0 (8.4)Fenolftaleína 8.0-9.6 (8.8)1,3,5-Trinitrobenceno 12.0-14.0
H2A pKa2=4.1 pKa1=11.8
Se desea valorar una solución de ácido fosfórico 0.1 M con NaOH 0.1 M.
a) Construya la curva de valoración esperada para el acido fosfórico.b)Determine los intervalos de pH a los cuales habría que detener la valoración para cometer un error inferior al 1% en cada punto de equivalencia.
H3PO4 pKa 3=2.1 pKa 2=7.2 pKa 1=12.0
EJERCICIOS