TITULACIÓN COMPLEXOMÉTRICA

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TITULACIÓN COMPLEXOMÉTRICA: DETERMINACIÓN DE COBRE Y NIQUEL. Laboratorio Principio de análisis químico. Profesor: Pedro José Hernández. Universidad Nacional de Colombia. Ciencias. Introducción: Para el experimento se utilizará una aleación de los metales cobre y níquel. Estas aleaciones son muy comunes porque son materiales de alta resistencia de corrosión. Es de común uso en aplicaciones donde el material se exponga a ácidos. El procedimiento consiste en analizar cuantitativamente níquel y cobre presentes en una muestra de la aleación pulverizada por medio de titulación con EDTA (complexometría). Marco teórico: Muchos de los iones metálicos reaccionan con dadores de pares de electrones para formar compuestos de coordinación o “los complejos”. La especie dadora (ligando), debe tener por lo menos un par de electrones sin compartir disponible para la formación del enlace. Las valoraciones basadas en la formación de complejos o complexometría, han sido usadas por más de un siglo. Se ha incrementado su uso en la década de los 40, y ha sido basada en una clase particular de compuestos de coordinación denominados quelatos. “Los quelatos son complejos formados por la unión de un metal y un compuesto que contiene dos o más ligandos potenciales. El proceso de formación del quelato se conoce como quelatación o quelación. El producto de tal reacción es un anillo heterocíclico. Un quelante es un ligando polidentado que se coordina a un ion central por dos o más átomos dativos. Los anillos de 5 a 6 miembros poseen más estabilidad, por lo que se diseñan quelantes polidentados, es decir, multiligantes, para lograr complejos de alta estabilidad. La formación de quelatos polidentados da por resultado un compuesto mucho más estable que cuando el metal se une solamente con un átomo ligante (monodentado). Esto se debe sobre todo a efectos entrópicos, ya que después de la primera coordinación las demás etapas suelen producirse liberando los ligandos coordinados anteriormente y aumentando así la entropía del sistema. La estabilidad de los quelatos varía con el metal y con los átomos ligantes. Por ejemplo, el mercurio y el plomo tienen mayor afinidad por el azufre y el nitrógeno que por el oxígeno. Estas diferencias sirven como base de la acción de los quelantes en el cuerpo humano. Los quelatos resultantes que se forman en el cuerpo son solubles en agua y se excretan intactos en gran parte por la orina, a una velocidad más rápida y que la esperada”. (Wikipedia - Agentes Quelantes) El ácido etilendiaminotetraacético (o simplemente etilendinitrilo, EDTA), es de común uso en los métodos analíticos. La molécula de EDTA que se encuentra totalmente desprotonada es capaz de formar seis enlaces coordinados con un solo ion metálico.

Álvaro Díaz Duque (174829) Estudiante de la Facultad de Ciencias: Química Universidad Nacional de Colombia

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Figura 1. i El EDTA tiene seis posibles sitios de enlace para unirse con metales: cuatro con grupos carboxilo y dos con grupos amino. Ver la figura 1. Del equilibrio de formación de complejos, siendo M la representación del ion de metal y L la representación del ligando, se tiene que Ecn. 1. Ecn. 2. Ecn. 3. Ecn. n. La valoración con ácidos aminocarboxílicos, y para el caso particular de la presente práctica, se tiene que se forman quelatos muy estables con muchos iones metálicos. El EDTA es un ligando hexadentado. En la siguiente gráfica se puede observar la composición de las disoluciones de EDTA en función del pH.

Figura 2.ii Álvaro Díaz Duque (174829) Estudiante de la Facultad de Ciencias: Química Universidad Nacional de Colombia

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Reactivos para la valoración con EDTA: El ácido libre y la sal sódica hidratada, , están disponibles comercialmente con calidad de reactivo. El primero puede servir como patrón primario tras desecarlo durante varias horas a 130-145°C. Posteriormente, se disuelve en la cantidad mínima de base requerida para la disolución completa. En condiciones atmosféricas normales, el hidrato de contiene un 0,3% de humedad en exceso sobre la cantidad estequiométrica. Salvo en los trabajos que requieran gran precisión, este exceso es suficientemente reproducible para permitir el uso de un peso corregido de la sal en la preparación directa de una disolución patrón. Complejos del EDTA con iones metálicos: Las disoluciones de EDTA son valiosas para la titulación porque presentan se combina con los iones metales en proporción 1:1 independientemente de la carga del catión. El EDTA es un reactivo notable no solo porque forma quelatos con todos los cationes (excepto los metales alcalinos), sino también porque muchos de esos quelatos tienen la estabilidad suficiente para llevar a cabo las valoraciones. Esa considerable estabilidad resulta de los diversos sitios complejantes de la molécula que da lugar a una estructura de “jaula”, en la que el catión queda rodeado de manera efectiva y aislado de moléculas de disolvente.

Figura 3.iii La constante de formación de complejos con EDTA viene dada por la siguiente expresión. (

)

(

)

(SOOK, 2009)

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Procedimiento: Preparación de la muestra: 1.

2. 3.

4.

5.

6.

Reciba una muestra del metal pulverizado y conténgala en un vidrio de reloj; llévela a secado por mucho menos de una hora a 160°C. Se debe disecar antes de leer el peso de la muestra. Pese aproximadamente 1.1 g de la aleación muestra pulverizada y llévela a un beaker de 250 mL. Poco a poco agregue 10 mL de concentrado a la muestra, usando una pipeta aforada.1 Esta adición inicialmente causará efervescencia, ya que algo del níquel metálico ocidado, presente en la muestra, reaccionará con el ácido y se liberará hidrógeno gaseoso. Luego de que todo el volumen de a hiso agregado a la muestra, coloque un vidrio de reloj sobre el beaker y caliéntelo usando la plancha. Luego de que todo el humo rojizo-anaranjado ( ) se halla evolucionado y no queden residuos sólidos oscuros en el fondo del beaker, quite el vidrio de reloj y permita que el evapore hasta alcanzar un volumen de aproximadamente 2-3 mL. Quite el beaker de la plancha y deje que enfríe a temperatura ambiente. Agregue 20 mL de concentrado a la solución, y cubra nuevamente el beaker. Caliente la solución en la plancha hasta que el líquido se halla evaporado. Esté pendiente del beaker mientras este se encuentre sobre la plancha caliente. Solo se puede retirar el beaker de la plancha una vez se haya evaporado todo el líquido. Este prevendrá que se quiebre el beaker. Deje que el beaker y su contenido enfríen a temperatura ambiente. Agregue 10 mL de concentrado al residuo en el beaker y caliéntelo despacio hasta que se disuelva. Luego que se encuentre disuelto, permita que el líquido dentro del beaker evapore completamente. Meta el beaker a una mufla durante una hora a una temperatura que se encuentre entre 100°C y 110°C.

Preparación del EDTA: 1.

Para preparar la solución de EDTA 0,015M se deben disolver 5,5 g de la sal en suficiente agua destilada para obtener un litro de la solución. El proceso de dilución de la sal es realmente lento, por lo que se deben aguardar varios minutos. En caso de turbiedad luego de que la dilución se complete, agregue hasta que la solución sea clara. (No agregue mas del que se necesita para lograr este efecto. 2. Para preparar 0,015M de patrón estándar, pese aproximadamente 0.35-0,40 g de en un vidrio de reloj o beaker. Agregue aproximadamente 50 mL de agua destilada y luego, got a gota, agregue a la solución hasta que el se disuelva completamente y no se perciban mas burbujeos (No se gastarán más de 3 mL de ). Cuantitativamente transferir la solución a un matraz aforado de 250 mL de capacidad. Lave el beaker con agua destilada y vierta en el matraz. Lleve hasta el afore con agua destilada. Se debe estandarizar el EDTA:

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La práctica original dice que la medida debe hacerse con un gotero. Cambiar el objeto de medida volumétrica ha sido opinión personal. Álvaro Díaz Duque (174829) Estudiante de la Facultad de Ciencias: Química Universidad Nacional de Colombia

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1.

Para determinar la concentración de la solución de EDTA con precisión, pipetear 25 mL de alícuota del patrón estándar de solución de Ca y viértalo en un erlenmeyer aforado seguido de 5.0 mL de solución buffer de un pH de 10 y una pequeña cantidad de negro de eriocromo. Batir la solución hasta que se disuelva el negro de eriocromo. La solución tomará una coloración vino tinto. 2. Llene una bureta de 50 mL con solución de EDTA. 3. Titule el preparado de Ca con el EDTA hasta que el color cambie a azul puro 4. Calcule la concentración de EDTA basándose en la concentración aproximadamente 0,0013M del patrón estándar. 5. Repita la titulación otras dos veces. Determinación de la concentración total de níquel y cobre: 1. 2. 3. 4.

5. 6.

7.

Pipetee 1.0 mL de su solución problema y viértalas en un matraz aforado de 250 mL y dilúyalos con 50 mL de agua destilada. Cuidadosamente, agregue pocas gotas de 3M mientras bate el contenedor. La solución debe tomar un color verde azulado claro y turbio. Cuidadosamente, agregue gota a gota 3M mientras bate hasta que lo turbación verde azulada no se encuentre presente en la solución. Cuidadosamente, agregue gota a gota la solución buffer de pH 10 mientras bate: después de las primeras gotas, la solución ganará un aspecto azul claro y se deberá transformar en turbio; continúe agregando la solución buffer gota a gota y agitando hasta que el aspecto turbio desaparezca. (No agregue más de la solución buffer más allá del punto antes descrito) Agregue una pequeña cantidad de murixida y bata hasta que se disuelva el indicador. La solución debe tomar aspecto amarillo o amarillo verdoso. Titule con EDTA y cuando el color cambie a anaranjado vierta EDTA gota a gota hasta que el color cambie a violeta. Conserve la solución para comparar y repita nuevamente el proceso. Usando la concentración de EDTA obtenida en la estandarización, calcule la concentración total de cobre y níquel ( ) presentes en la muestra problema.

Determinación de la concentración de níquel: Es la muestra se encuentra un recubrimiento de cobre, pero se puede titular selectivamente el usando como titulante el EDTA. Para ello, se debe agregar ion tiosulfato y el pH no debe ser mayor a 8. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Pipetee 2.0 mL de su solución problema y viértalos en un erlenmeyer aforado de 250 mL. Diluirlo con 30 ml de agua. Cuidadosamente, agregue gota a gota 3M mientras bate hasta que la solución analizada tome una coloración turbia de azul verdoso. Cuidadosamente agregue 3M (gota a gota) mientras bate hasta que la coloración turbia desaparezca de la solución. Agregue 10 mL al 5% de y agite. Agregue 20 mL de la solución buffer de pH 8. Agregue una pequeña cantidad de murixida en polvo y agite hasta que el indicador se disuelva. La coloración que debe presentar la solución es amarillo-naranjado. Titule la solución a analizar con EDTA, señalando los cambios graduales en el color de la solución. Una vez la solución haya alcanzado la coloración rojizo-morado y no se observen residuos de naranja o amarillo, detenga la titulación y apunte el volumen en su bitácora. Álvaro Díaz Duque (174829) Estudiante de la Facultad de Ciencias: Química Universidad Nacional de Colombia

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Agregue 0,5 mL más de EDTA para ver si se logra percibir un cambio de color. Repita tal adición de EDTA hasta que no se observe un cambio de coloración adicional. Cuando no se observe ningún cambio en la coloración, anote el volumen a partir el cual este proceso no se vea y úselo para comparar con posteriores titulaciones con el fin de ayudar a determinar el punto final de equilibrio. 8. Repita a partir del punto 2) pero esta vez titule más despacio para evitar sobrepasar el punto final. (Purdue University Fort Wayne (IPFW))

Bibliografía Purdue University Fort Wayne (IPFW). (s.f.). Recuperado el 25 de 09 de 2011, de http://www.ipfw.edu/chem/321/Edta.pdf (2009). Capítulo 17: Reacciones y valoraciones de formación de complejos. En W. H. SOOK, Fundamentos de Química Analítica. Ciudad de México: CENGACE Learning. Wikipedia - Agentes Quelantes. (s.f.). Recuperado el 25 de 09 de 2011, de http://es.wikipedia.org/wiki/Agente_quelante#Quelatos

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Imagen tomada de: http://pt.wikipedia.org/wiki/Composto_de_coordena%C3%A7%C3%A3o Imagen tomada de: http://www.trincoll.edu/~henderso/textfi~1/Chem%20208%20notes/complexation_pequilibria.htm Imagen tomada de:http://farmupibi.blogspot.com/2011/07/preparacion-y-uso-de-soluciones-patron.html

Álvaro Díaz Duque (174829) Estudiante de la Facultad de Ciencias: Química Universidad Nacional de Colombia