PRACTICA No. 5

CURVAS DE NEUTRALIZACIÓN

OBJETIVO

Realizar una titulación ácido-base con el potenciómetro y observar los cambios de pH mediante la variación del potencial de electrodo.

FUNDAMENTO Una curva de titulación ácido-base consiste en graficar el pH (o el pOH) contra los mililitros de titulante. Estas curvas son muy útiles para juzgar la factibilidad de una titulación y para seleccionar el indicador adecuado.

Al efectuar una titulación de un ácido con una base o viceversa, es de gran importancia tener en cuenta los cambios de concentración de H+ cerca del punto de viraje, para así elegir el indicador más apropiado de acuerdo con los valores de pH entre los que tenga lugar su cambio de coloración.

Los siguientes experimentos sirven para ejemplificar los tipos de curvas de titulación que se obtienen con un ácido fuerte, un ácido débil, una base fuerte y una base débil. Los datos se pueden usar para estandarizar una solución, analizar una muestra o determinar la constante de disociación de un ácido o base débil.

CURVAS DE TITULACIÓN PARA ACIDOS Y BASES FUERTES

En solución acuosa, los ácidos y las bases fuertes se encuentran totalmente disociados, por lo tanto, el pH a lo largo de la titulación se puede calcular directamente de las cantidades estequiométricas de ácido y base que van reaccionando. En el punto de equivalencia el pH está determinado por el grado de disociación del agua a 25°C, el pH del agua pura es de 7.00

Los iones hidronio en una solución acuosa de un ácido fuerte provienen de dos fuentes: 1) la reacción del ácido con el agua, y 2) la disociación de ésta. Sin embargo, en casi todas las soluciones diluidas, la contribución de un ácido fuerte excede con mucho a la del disolvente. Así para una solución de HCl con una concentración mayor a 1x10-6 M, se escribe: [H3O+] = CHCl + [OH-] = CHCl

donde [OH-] representa la contribución de los iones hidronio que provienen de la disociación del agua. Una relación semejante se aplica a una solución de una base fuerte como el hidróxido de sodio. Es decir, [OH-] = CNaOH + [H3O+] = CNaOH

a) Titulación de un ácido fuerte con una base fuerte Para desarrollar una curva de titulación de un ácido f con una base fuerte se necesitan tres tipos de cálculos, donde cada uno corresponde a una etapa distinta de la titulación: 1) antes del punto de equivalencia, 2) en el punto de equivalencia, y 3) después de este punto. Previo al punto de equivalencia, la concentración del analito se calcula a partir de la concentración inicial del ácido y de los datos volumétricos. En el punto de equivalencia, los iones hidronio e hidróxido están presentes en concentraciones iguales, y la concentración del ión hidronio se obtiene directamente de la constante del producto iónico del agua. Después del punto de equivalencia, se calcula la concentración formal del exceso de base, cuya concentración, se supone, es igual a la del ión hidróxido. Una manera adecuada de convertir a pH esta última concentración, se hace tomando el logaritmo negativo a ambos lados de la constante del producto iónico del agua. Por tanto, Kw = [OH-] [H3O+] -log Kw = - log Kw [OH-] [H3O+] = - log [H3O+] - log [OH-]

pKw = pH + pOH - log 10-14 = 14 = pH + pOH

b) Titulación de una base fuerte con un ácido fuerte

Las curvas de titulación para bases fuertes se obtienen de manera semejante a como se hizo para los ácidos fuertes. Fuera del punto de equivalencia la solución es sumamente básica ya que la concentración de ión hidróxido es del mismo valor que la concentración formal de la base. La solución es neutra en el punto de equivalencia. Y se vuelve ácida cuando se sobrepasa este punto, en esa región, la concentración de ión hidronio es igual a la concentración formal del exceso de ácido.

CURVAS DE TITULACIÓN PARA ACIDOS Y BASES DEBILES Para obtener una curva de titulación para un ácido o base débiles, se necesitan cuatro tipos distintos de cálculos 1. Al principio, la titulación sólo contiene un ácido o una base débiles, y el pH se calcula a partir de la concentración del soluto y de su constante de ionización. pKw = pH + pOH - log 10-14 = 14 = pH + pOH

2. Después de que se han agregado cantidades crecientes de titulante (pero que no son equivalentes), la solución consiste en una serie de amortiguadores. El pH de cada uno de ellos se puede calcular de las concentraciones analíticas de la base o ácido conjugado y de las concentraciones restante del ácido o base débiles.

3. En el punto de equivalencia, la solución sólo contiene la forma conjugada del ácido o de la base que se está titulando (es decir, una sal), y el pH se calcula con la concentración de este producto.

4. Más allá del punto de equivalencia, el exceso del titulante, ya sea de ácido o base fuerte, representa el carácter ácido o básico del producto de reacción a tal extremo que el pH está determinado en gran medida por la concentración del exceso de titulante.

PROCEDIMIENTO I. Curva de titulación ácido fuerte-base fuerte:

1. Se coloca una solución de NaOH 0.1 N valorada en una bureta hasta el aforo.

2. Se sujeta la bureta en un soporte metálico mediante una pinza para bureta.

3. Se calcula el pH teórico de las soluciones ácida y alcalina.

4. Se verifica la calibración del potenciómetro, midiendo el pH de una solución Buffer de pH = 7 (ésta se encuentra en el frasquito protector del electrodo). La lectura que debe obtenerse es de 7 +

0.05. En caso de no obtenerse esta lectura, solicitar apoyo al personal del laboratorio para calibrar el equipo.

5. Con una pipeta volumétrica de 25 mL, se toma una alícuota de una solución de HCl 0.1 N valorado y se deposita en un vaso de precipitado de 250 mL. 6. Se diluye la solución del ácido a 100 mL con agua destilada y se le coloca en el interior del vaso una cápsula magnética. El vaso se pone en un agitador magnético.

7. Se coloca el soporte metálico con la bureta que contiene el NaOH 0.1 N cerca del agitador de manera que la punta de la bureta quede encima del vaso con la solución ácida.

8. Se introducen los electrodos en la solución del vaso de manera que el líquido cubra la esfera de cristal del extremo del electrodo. (Ver figura No. 10)

9. Se acciona el agitador magnético de manera que la cápsula gire suavemente sin que se produzca remolino y cuidando que no golpee el extremo del electrodo. 10. Se registre el pH de la solución antes de comenzar a adicionar el titulante. 11. Se agrega desde la bureta 5 mL de NaOH y se registra nuevamente el pH, anotando el volumen que descarga la bureta 12. Se sigue el mismo procedimiento para registrar el valor respectivo de pH que se obtiene después de adicionar 10, 15 y 20 mL del titulante.

13. Posteriormente se agrega el titulante a intervalos de 1 mL hasta casi alcanzar el pH del punto de equivalencia. Cuando esté cerca del punto de equivalencia se adiciona el titulante pero a intervalos de 0,1 mL hasta alcanzar el punto de equivalencia (Se nota que se acerca este punto porque empiezan a ocurrir cambios de una unidad en el pH , en el punto exacto de equivalencia se produce el cambio más elevado de 4 o 5 unidades).

14. Por último, se registran dos lecturas más adicionando un exceso de 5 y 10 mL de titulante.

15. Se grafican los siguientes datos: pH contra mL de base añadida.

II. Curva de titulación ácido débil – base fuerte.

1. Con una pipeta volumétrica de 25 mL se toma una alícuota de ácido acético (ácido débil) 0.1 N valorada y se deposita en un vaso de precipitado de 250 mL, el cual se coloca en el agitador magnético.

2. Se calcula el pH teórico del ácido acético tomando en cuenta la constante de ionización de este ácido.

3. Se diluye la solución del ácido hasta 100 mL con agua destilada; se coloca una cápsula magnética en su interior y dos gotas de Fenolftaleína.

4. Se colocan los electrodos del potenciómetro, se acciona el agitador magnético cuidadosamente y se registra el pH inicial.

5. Se adicionan 5 mL de la solución de NaOH 0.1 N colocada en la bureta y se registra el valor del pH.

6. Se realizan las acciones señaladas en los incisos 12 y 13 del punto I del procedimiento anteriormente descrito para llegar al punto de equivalencia (En este caso, teóricamente debe coincidir con el cambio de color del indicador y la elevación más brusca de pH)

7. Se adicionan 5 y 10 mL del titulante en exceso y se registran los valores de pH que se obtienen respectivamente.

8. Se grafican los datos de la titulación igual que en el caso anterior y se comparan las curvas obtenidas al titular un ácido fuerte y un ácido débil con una base fuerte ambas. Justifique la selección del indicador.

III. Curva de titulación base débil – ácido fuerte

1. Se coloca en una bureta limpia, una solución de HCl 0.1 N valorada.

2. Con una pipeta volumétrica de 25 mL se toma una alícuota de Hidróxido de amonio (base débil) 0.1 N valorado y se deposita en un vaso de precipitado de 250 mL, el cual se coloca en el agitador magnético.

3. Se calcula el pH teórico del hidróxido de amonio tomando en cuenta la constante de ionización de esta base

4. Se diluye la solución básica hasta 100 mL con agua destilada; se coloca una cápsula magnética en su interior y dos gotas de Naranja de metilo.

5. Se colocan los electrodos del potenciómetro, se acciona el agitador magnético cuidadosamente y se registra el pH inicial. 6. Se adicionan 5 mL de la solución de HCl 0.1 N colocada en la bureta y se registra el valor del pH.

7. Se realizan las acciones señaladas en los incisos 12 y 13 del punto I del procedimiento anteriormente descrito para llegar al punto de equivalencia (En este caso, teóricamente debe coincidir con el cambio de color del indicador y la disminución más brusca de pH)

8. Se adicionan 5 y 10 mL del titulante en exceso y se registran los valores de pH que se obtienen respectivamente.

9. Se grafican los datos de la titulación igual que en el caso anterior y se comparan las curvas obtenidas al titular una base débil y un ácido débil con sus antagónicos fuerte. Justifique la selección del indicador.

cALCULOS

• Parte IpH con potenciometro HCL-NaoH5ml 2.4410ml 2.6115ml 2.9220 ml 10.6425ml 11.5730ml 11.8235ml 11.9640ml 12.06

• Parte IIpH inicial con potenciometro 11.09Titulación con potenciometro NH4OH-HCL0 11.092 10.434 10.016 9.708 9.3110 8.7512 6.2214 2.8316 2.5718 2.4220 2.32

• Parte IIIAcid acetico Acido Debil – Base FuertepH inicial 3.33

0 3.33 pH calculado: 2.872 3.994 4.446 4.868 5.4410 10.7512 11.6614 11.8916 12.0118 12.1120 12.17

CONCLUSIÓN

En esta practica aprendemos a identificar los tipos de titulaciones con los ácidos y bases ya sean fuertes o débiles, con sus respectivos ph en los puntos de equivalencia y saber hacia donde se dirige cada curva de las tres titulaciones raelizadas.