Carbonatos y Bicarbonatos

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Carbonatos y Bicarbonatos:

Este tipo de mezclas es común en diversos productos comerciales, productos químicos y en las aguas naturales y residuales. El CO2 actúa sobre los carbonatos que circulan en el agua produciendo una conversión parcial del carbonato en bicarbonato, originándose así la mezcla. Existen dos métodos muy difundidos para resolver este tipo de mezclas que son conocidos bajo los nombres de Método de Warder (éste es el más utilizado) y Método de Winkler. Ambos están basados en la realización de titulaciones utilizando indicadores que poseen distintos rangos de viraje: uno de intervalo alcalino (fenolftaleína) y otro de intervalo ácido (heliantina) . El método de Warder consiste en titular una mezcla alcalina con ácido clorhídrico valorado usando sucesivamente dos indicadores de pH: fenolftaleína y heliantina. Puede llevarse a cabo sobre una porción única de muestra (esto es lo habitualmente usado) o sobre dos iguales de ella. Cualquiera sea el caso, permite decidir qué componentes se encuentran presentes y la concentración de cada uno de ellos. La composición de la solución se calculará a partir de los volúmenes relativos de ácido patrón, necesarios para valorar la muestra. Una vez establecida la composición, los datos del volumen se pueden utilizar para hallar la cantidad de cada componente en la muestra. Recordar que el H2CO3 es un ácido débil diprótico que ioniza en dos fases, por lo tanto tiene K1 y K2. El primer Ka de ácido carbónico es Ka1= 4,6 x 10-7 (su pKa1 es de 6,34) y el segundo Ka2= 4,4 x 10-11 (su pKa2 es de 10,36) por lo que existe una diferencia de 4,02 unidades podemos esperar una clara inflexión en la curva de titulación. Las reacciones que ocurren son las siguientes: H2 CO3  HCO3 - + H +

Ka1= 4,6x10-7

HCO3 -  CO3 -2 + H+

Ka2= 4,4x10-11

Lo que se acostumbra es titular el ión carbonato como una base, con un ácido fuerte como titulante. En este caso se obtienen dos inflexiones claras; como se muestra en la figura 1, y corresponden a las reacciones iónicas vistas anteriormente. Observando la curva de titulación para carbonatos y la disponibilidad de indicadores adecuados podemos evidenciar los distintos puntos finales. En el primer punto final, el pH de la solución de NaHCO3 es igual a 8,35 y la fenolftaleína, cuyo rango de pH es de 8,2 a 9,6; es un indicador adecuado. La heliantina tiene un rango de pH de 3,1 a 4,4 y es el indicador apropiado para el segundo punto final. Una solución saturada de CO2 tiene un pH cercano a 3,9. En las titulaciones de las mezclas de carbonatos y bicarbonatos o carbonatos e hidróxidos, se pueden titular con HCl estándar hasta los dos puntos finales que se mencionaron antes.

Como se puede ver en la figura 2, en el punto final de la fenolftaleína el NaOH está completamente neutralizado, la mitad del Na2CO3 está neutralizada y el HCO3 no ha reaccionado. El bicarbonato se neutraliza en el punto final de la heliantina. El NaOH requiere sólo unas cuantas gotas de titulante para ir de un pH de 8 hasta un pH de 4 y esto se puede corregir corriendo una prueba en blanco con el indicador.

Las reacciones correspondientes de carbonatos y bicarbonatos y de carbonatos e hidróxidos son: VF  es el volumen en mililitros del ácido que se utilizó desde el inicio de la titulación hasta el punto final de la fenolftaleína (incolora).

VT (VTH)  es el volumen gastado desde el inicio hasta el punto final con heliantina.(sin recargar la bureta) VH  es el volumen gastado a partir del punto final de la fenolftaleína hasta el de la heliantina, sin recargar la bureta.

Recordar que el NaOH reacciona por completo en la primera etapa,(de pH=13 pasa a pH=7) que el NaHCO3 reacciona sólo en la segunda etapa (pasa de pH=8,3 a pH=3,9) y que el Na2CO3 (pH=12) reacciona en las dos etapas utilizando igual volumen de titulante en cada una de ellas. La mezcla de NaOH y de NaHCO3 no se considera, ya que estos dos compuestos reaccionan entre sí: HCO3 - + OH-  CO3 = + H2O El producto resultante es una mezcla, ya sea de CO3 = y OH- , de HCO3 - y CO3 = o bien sólo CO3 = u OH según las cantidades relativas de estos dos compuestos presentes en la muestra.