Titulaciones Ácido - base

{ Las propiedades ácido – base de una sustancia (analito) pueden ser utilizadas para su cuantificación mediante una reacción de neutralización con una solución de concentración conocida (titulante). El proceso se conoce como titulación o valoración y consiste en neutralizar poco a poco al analito mediante la adición de la solución que contiene el titulante, hasta que la cantidad adicionada sea equivalente a la cantidad de analito contenido en la muestra (punto de equivalencia). { Para ácidos y bases monopróticos, en el punto de equivalencia:

{ La concentración del analito se determina a partir del volumen de titulante en el punto de equivalencia, conociendo su concentración y el volumen de muestra

analitotitulante nn =

analitoanalitoTitulanteTitulante MVMV =

Requisitos fundamentales en las titulaciones ácido - base

l  La reacción debe ser sencilla y de estequiometría bien definida.

l  La reacción debe ser rápida l  La reacción debe ser completa en

el punto de equivalencia l  El indicador debe señalar con

exactitud el punto de equivalencia.

Curvas de Titulación ácido - base

l  Las curvas de titulación ácido – base son representaciones gráficas del pH en función de la cantidad de titulantes agregado y su forma depende esencialmente de la naturaleza del analito y del titulante

l  ACIDIMETRÍA l  Comprende las neutralizaciones en las que se

determina la cantidad de base de una muestra por valoración con un ácido patrón. l  Titulante: ácido de concentración conocida l  Analito: base.

l  ALCALIMETRÍA l  Comprende la determinación de la cantidad de

ácido de una muestra por valoración con un álcali patrón. l  Titulante: Base de concentración conocida l  Analito: Ácido.

Titulación de un ácido fuerte con una base fuerte

pH inicial: dado por la concentración inicial del ácido.

pH antes de la neutralización: depende de la concentración de ácido que no fue neutralizado por la base.

pH en el punto de equivalencia: depende de solución salina resultante 7.00

pH después del punto de equivalencia: depende de la concentración de la base en exceso en la solución.

Titulación de 50 ml de HCl 0.1 M con NaOH 0.1 M

1) Al inicio de la titulación VNaOH = 0

Solo existe el HCl, el cual se disocia totalmente en solución (ácido fuerte).

−+ +↔+ ClOHOHHCl 32

El pH de la solución está determinado por la concentración inicial del ácido fuerte

pH = - log[HCl]

pH = - log[0,1]

pH = 1,00

2) Antes del punto de equivalencia

nNaOH < nHCl ; VNaOH > 0

El titulante utilizado (NaOH) se disocia totalmente en disolución (base fuerte)

−+ +↔+ OHNaOHNaOH 2

De manera que al iniciar la titulación se da la reacción de neutralización de los H3O+ con los OH- provenientes de la disociación del analito (HCl) y el titulante (NaOH)

HCl

Cl

H3O+

H2O

H2O

OH-

Na+

NaOH pH

OH2OHOH 23 ↔+ −+

1414

0

2

23 101010

)OH/OH(Ka)OH/OH(Ka

K ===−−

+

1014 >>1

∴El equilibrio esta desplazado hacia la derecha y la reacción será cuantitativa

Dado que nNaOH < nHCl, los iones OH- actuarán como reactivo limitante de la reacción, consumiéndose totalmente y quedando una cantidad significativa de iones H3O+ residuales

OH2OHOH 23 ↔+ −+

Inicio: nHCl nNaOH

Reaccionan: nNaOH nNaOH

Equilibrio: ( nHCl - nNaOH) ε

HCl

Cl

H3O+

H2O

H2O

OH-

Na+

NaOH pH

El pH queda determinado por la concentración de H3O+ residual

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pH = - log [H+]

2) En el punto de equivalencia n = nNaOH = nHCl

En el punto de equivalencia (o punto estequiométrico) se neutraliza completamente el ácido

HCl

Cl

H3O+

H2O

H2O

OH-

Na+

NaOH pH

OH2OHOH 23 ↔+ −+

Inicio: n n

Reaccionan: n n

Equilibrio: ε ε

HCl

Cl

H3O+

H2O

H2O

OH-

Na+

NaOH pH

El pH es igual al pH de una solución de NaCl, el cual está determinado por el equilibrio de disociación del agua

−+ +↔ OHHOH2

[ ][ ]−+= OHHKw

[ ] [ ]−+ = OHH

[ ] ( ) ( ) 721142

11010KwH −−+ ===

pH = 7

4) Después del punto de equivalencia

nNaOH > nHCl

HCl

Cl

H3O+

H2O

H2O

OH-

Na+

NaOH pH

Los iones H3O+ actuarán como reactivo limitante, consumiéndose totalmente y quedando un exceso de iones OH-

OH2OHOH 23 ↔+ −+

Inicio: nHCl nNaOH

Reaccionan: nHCl nHCl

Equilibrio: ε (nNaOH – nHCl)

HCl

Cl

H3O+

H2O

H2O

OH-

Na+

NaOH pH

El pH está determinado por la base fuerte en exceso

[ ] ( ) ( )NaOHHClHClHClNaOHNaOH VV/MVMVOH +−=−

pH = 14 + log [OH-]

Curva de titulación de 50 ml de HCl 0.1 M con NaOH 0.1 M

0

2

4

6

8

10

12

14

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Vol NaOH (ml)

pHVol. Base

(mL) pH

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

49

49.5

49.9

50

50.5

51

55

60

65

70

80

90

100

Variación del volumen de HCl titulado.

0

2

4

6

8

10

12

14

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

Vol. NaOH (ml)

pH

10 ml50 ml100 ml

Vol HCl

FRACCIÓN TITULADA Es un parámetro útil para representar las curvas de titulación, obteniendo curvas de pH = f (f), las cuales son independientes de los volúmenes utilizados, facilitando la comparación de las curvas obtenidas con volúmenes diferentes.

f = ntitulante/nanalito

0

2

4

6

8

10

12

14

0 0.5 1 1.5 2 2.5

f

pH

10ml50ml100ml

Vol HCl

0

2

4

6

8

10

12

14

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Vol NaOH (ml)

pH

0

10

20

30

40

50

60

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Vol NaOH (ml)

dpH

/dV