Volumetrías de neutralización Normalidad

Volumetrías de neutralización. En numerosos análisis químicos es necesaria la utilización de soluciones ácidos y bases fuertes de concentraciones conocidas. La concentración de dichas soluciones puede determinarse por medio de titulaciones o valoraciones de neutralización. La titulación o valoración es la operación básica de la volumetría, mediante la cual se agrega solución patrón o un peso exacto de reactivo puro disuelto a la muestra que se analiza, hasta que se completa la reacción. Se considera que una titulación de neutralización o valoración ácido - base termina cuando el número de equivalentes del ácido es igual al número de equivalentes de la base, momento en el cual se alcanza el punto de equivalencia de la reacción. El punto de equivalencia de la titulación es un concepto teórico; la estimación práctica de su valor se conoce como punto final. Para las titulaciones ácido - base, los dos métodos más comunes para la determinación de los puntos finales son el empleo de indicadores coloreados o el uso de un peachímetro para controlar el pH de la solución en función del volumen del titulante agregado. Preparación de soluciones de HCl. El ácido clorhídrico se usa frecuentemente en los análisis volumétricos de neutralización porque sus soluciones diluidas son estables y porque se puede utilizar en presencia de la mayoría de los cationes sin que ocurran reacciones de precipitación. Las soluciones patrón de HCl se preparan diluyendo ácido clorhídrico concentrado calidad reactivo. Valoración de las soluciones de HCl. Como el HCl no es un patrón primario se hace necesario valorarlo para conocer su concentración exacta. El Na2CO3 anhidro se emplea comúnmente para estandarizar soluciones de HCl. La reacción de neutralización del HCl con el Na2CO3 es: 2HCl + Na2CO3 2NaCl + H2CO3 Preparación de soluciones de NaOH. El hidróxido de sodio tanto en solución como en estado sólido reacciona con el CO2 atmosférico produciendo Na2CO3 según la reacción: CO2 + 2NaOH Na2CO3 + H2O Existen diversos métodos para la preparación de soluciones de NaOH exentas de carbonato. El método más utilizado aprovecha la poca solubilidad del carbonato de sodio en concentraciones altas de hidróxido de sodio. El carbonato de sodio formado se elimina por filtración o centrifugación. Las soluciones de hidróxido de sodio se deben preparar en agua a la que previamente se le ha eliminado el CO2; para ello se debe hervir durante algunos minutos el agua destilada; una vez fría se le añade el hidróxido de sodio.

Para impedir el acceso de CO2 del aire se guarda la solución en un recipiente provisto de cal sódica. En caso de no utilizar cal sódica, un frasco de polietileno cerrado herméticamente producirá la suficiente protección durante una o dos semanas. Valoración de soluciones de NaOH. La solución básica se valora con un tipo primario como son los ácidos débiles, ftalato ácido de potasio (FAP), ácido benzóico o yodato ácido de potasio. La reacción de neutralización que ocurre entre el NaOH y el FAP es: OO C OH C ONa NaOH + O O + HOH C OK C OK Durante las operaciones rutinarias en el laboratorio así como en la de los análisis volumétricos son prácticamente mayor los problemas relacionados con la estequiometrìa, una de ellas es la normalidad que se define como el número de equivalentes de soluto por litro de solución. La normalidad es útil porque Un equivalente de un ácido neutraliza completa y precisamente un equivalente de una base, puesto que un mol H+ reaccionará con un mol de OH-. Esto significa que al mezclar volúmenes iguales de soluciones que tienen la misma normalidad llevara a una reacción completa entre sus solutos, un litro de ácido 1N neutralizará completamente un litro de base 1N porque un equivalente de ácido reaccionara con un equivalente de base. Matemáticamente:

Esta relación se utiliza par averiguar la cantidad de ácido que posee una disolución a partir de una cantidad de base conocida, o viceversa. Dicha técnica recibe el nombre de titilación por método volumétrico, volumetría ácido-base o reacción de neutralización. Este método se realiza mediante una bureta que contiene una de las disoluciones y un matraz con la otra disolución, se vierte cuidadosamente el contenido el contenido de la bureta en el matraz hasta la neutralización de dicha solución.

El pH en el punto de equivalencia de una reacción de neutralización es diferente según la fortaleza del ácido y/o la base que se neutraliza. Los indicadores que indican el punto de equivalencia no son igual de útiles para todas las reacciones. - Reacciones de neutralización entre ácido fuerte (HCl) y base fuerte Na(OH). El pH en el punto de equivalencia es 7 ya que todos los iones hidronio han sido neutralizados por los iones hidroxilo, para dar H2O El resto de los iones no reaccionan con el agua ya que: * el Cl – procede de un ácido fuerte (es una base débil frente al agua): no se hidroliza. * el Na+ procede de una base fuerte (es un ácido muy débil frente al agua): no se hidroliza. - Cuando la neutralización se produce entre un ácido fuerte y una base débil. El catión de la base sufre una hidrólisis produciéndose iones hidronio, por lo que el pH es < 7. - Cuando la neutralización se produce entre una base fuerte y un ácido débil. El anión del ácido sufre una hidrólisis produciéndose iones hidróxido, por lo que el pH es > 7. Cuando la neutralización se produce entre una base débil y un ácido débil. El anión del ácido sufre una hidrólisis al igual que el catión de la base, por lo que el pH es < 7 si es más débil la base y es >7 si es más débil el ácido. La elección del indicador adecuado para determinar el punto de equivalencia dependerá del pH final, que tiene que estar dentro del intervalo en el que el indicador sufre el cambio de color. Normalidad

Al igual que la molaridad, esta unidad de concentración se basa en el volumen de solución. La normalidad se define como el número de equivalentes del soluto por litro de solución

en donde N es la normalidad, #eg es el número de equivalentes, y V es el volumen de la solución expresado en litros. Esta definición puede ser extendida cuando se emplea el concepto de miliequivalente gramo y el volumen se maneja en mililitros ya que (usando el análisis dimensional):

Pues:

en donde g representa los gramos de soluto y ME la masa del equivalente, por lo que

A continuación se define e ilustra la determinación de la masa del equivalente-gramo en los diferentes tipos de reacciones. Esto se basa en que en las reacciones químicas las sustancias reaccionan equivalente a equivalente. Este es el fundamento de la volmetría, cuestión que veremos con más detalle en otra sección. 1. Reaccioness de neutralización. La masa del equivalente-gramo de una sustancia en volumetrías de neutralización es la masa de la sustancia que puede suministrar, reaccionar con, o ser químicamente equivalente a un átomo gramo de protones (H +) en la reacción que tiene lugar. Así, la masa del equivalente-gramo del HCl coincide con su masa molecular; la masa del equivalente-gramo del H2S04 es la mitad de la masa molecular. La masa del equivalente-gramo del ácido acético, CH3COOH coincide con su masa molecular; el hecho de que el ácido acético esté débilmente ionizado nada tiene que ver con la equivalencia, pues en su reacción con una base el ácido acético aporta a la reacción todo su contenido en protones. Las tres etapas de la ionización del ácido fosfórico, H3P04, condiciona que puede proporcionar protones (o ser neutralizado) por etapas, en reacciones independientes con puntos finales propios. Por

consiguiente, el ácido fosfórico tiene masas del equivalente-gramo diferentes, representados por H3P04/1, H3P04/2 y H3P04/3, según se neutralicen 1, 2 o sus 3 protones. Es un principio universal que la masa del equivalente-gramo está determinado por la reacción que tenga lugar. La masa del equivalente-gramo de una base es la masa de ella que reacciona con o acepta un átomo gramo de protones. Así, la masa del equivalente-gramo del hidróxido sódico es NaOH/1; el del hidróxido bárico, Ba(OH)2/2; el del carbonato sódico, Na2CO3/1 cuando pasa a HCO3~, y Na2CO3/2 cuando pasa a H2C03. 2. Formación de precipitados, complejos o electrolitos débiles. En este tipo de volumetrías, la masa del equivalente-gramo de una sustancia es la masa de la misma que proporciona, reacciona con, o es quimicamente equivalente a un átomo gramo de un catión monovalente en el precipitado, complejo o electrolito formado. En la precipitación volumétrica del cloruro de plata, un mol de AgNO3 contiene un equivalente, porque es la cantidad de dicha sustancia que aporta un átomo gramo de Ag+, catión monovalente, en el precipitado. En la misma reacción la masa del equivalente-gramo del KCl coincide con su masa molecular, pues dicho compuesto aporta la cantidad de ion cloruro que reacciona con un átomo gramo del catión monovalente Ag +. En su precipitación en forma de AgCl, la masa del equivalente-gramo del cloruro de bario es BaCl2/2. Si se precipita en forma de BaCrO4 la masa del equivalente-gramo del K2CrO4 es K2CrO4/2, porque la mitad dla masa molecular aporta una cantidad de ion cromato que reacciona con la mitad de un átomo gramo del catión divalente Ba2+ para formar el precipitado de BaCrO4. La mitad del átomo gramo de un catión divalente es equivalente a un átomo gramo de un catión monovalente. En la reacción

la masa del equivalente-gramo del cianuro potásico es 2KCN, pues se necesitan 2CN - para completar la reacción con un átomo gramo del catión monovalente Ag+ en la formación del complejo. Obsérvese que la equivalencia del KCN se funda en su reacción con Ag+, y no en el ion potasio del KCN; el K+ no juega ningún papel en la reacción. La equivalencia fundada en la monovalencia del potasio conduciría a una conclusión errónea. En la formación del electrolito débil HgCl2, el equivalente del NaCl coincide con la masa molecular; pero en la formación del complejo HgCl4-, el equivalente es 2NaCl. No puede darse un énfasis mayor a la afirmación de que elequivalente se determina mediante la reacción que tiene lugar. 3. Reacciones redox. En volumetrías redox, la masa del equivalente-gramo de una sustancia es la masa de la misma que aporta, recibe (reacciona con) o es químicamente equivalente a un mol de electrones transferidos en la reacción que tenga lugar.

La mejor forma de deducir el equivalente de una sustancia es escribir la ecuación de su semirreacción ion-electrón y observar el número de electrones necesarios por cada mol de la sustancia que interesa. De la misma forma que los ácidos polipróticos pueden tener masas de equivalente-gramo diferentes, las sustancias que pueden sufrir varios cambios diferentes de electrones, tienen en cada cambio distinto peso equivalente. Por ejemplo, la masa del equivalentegramo del permanganato potásico es su masa molecular dividida por 5, o 3, según se reduzca a Mn2+ o MnO2 respectivamente. En la semirreacción