CAPITULO VI. 6.1 Análisis Volumétrico. 6.4 Indicadores. 6.5 Equivalente Químico

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1 CAPITULO VI ANÁLISIS VOLUMÉTRICO 6.1 Análisis Volumétrico 6.2 Métodos Volumétricos 6.3 Soluciones Estandarizadas 6.4 Indicadores 6.5 Equivalente Químico 6.1. ANÁLISIS VOLUMÉTRICO Se basa en la determinación en forma indirecta de la que se busca, mediante un proceso de valoración ó titulación. La sustancia de concentración desconocida se titula con una disolución estándar de concentración conocida, determinándose a partir del volumen gastado de la sustancia titulante. (11) aa + tt productos Requisitos: Para que el proceso sea susceptible a ser aplicado se debe cumplir: Qué la reacción entre el constituyente buscado y el reactivo debe ser sencilla, rápida, completa y estequiométrica. Con disponer de una solución patrón como reactivo valorante. Con un indicador que señale el punto final de la valoración. Con utilizarse equipos y aparatos de medida exacta. Punto de Equivalencia : equivalente a la de la sustancia examinada. Momento en el cual la cantidad de solución valorada es Análisis Químico Un Enfoque Ecológico 103

2 Por lo tanto: E 1 = E 2 Por consiguiente, si la concentración de los reactantes es considerada en términos de normalidad, podemos escribir: N 1 V 1 = N 2 V 2 Se debe cumplir que un equivalente gramo de una sustancia reacciona exactamente con un equivalente gramo del agente titulante. Tener en cuenta que para análisis volumétrico se pueden aplicar solamente las reacciones de velocidad suficientemente alta; en reacciones lentas es casi imposible establecer exactamente el punto de equivalencia por lo que la solución será sobretitulada (13) Procedimiento de titulación: Preparación de la Solución valorada. Preparación o Tratamiento previo de la muestra. Selección adecuada del tampón (si es necesario), y del Equipo y material necesario para el desarrollo de la prueba. Desarrollo de la prueba: anotar gasto. Cálculos. según sea el caso MÉTODOS VOLUMÉTRICOS. principales: De acuerdo a las reacciones que se realizan, pueden clasificarse en cuatro grupo Neutralización Precipitación Formación de complejos Óxido Reducción Análisis Químico Un Enfoque Ecológico 104

3 VOLUMÉTRIA DE NEUTRALIZACIÓN. Muchos compuestos orgánicos e inorgánicos pueden determinarse mediante titulación basándose en sus propiedades ácidas o básicas. Involucra ácidos y bases, o más generalizado iones H + y OH ; Incluye titulaciones para ácidos, bases y utiliza detección del Punto Final o Viraje. indicadores colorimétricos para la Ejemplo: Determinación de acidez, alcalinidad, CO 2, bicarbonatos, etc. Reacción ácido base: Los ácidos se determinan titulándolos con una solución estándar de alguna base fuerte. OH + HA A + H 2 O Las bases se titulan con una solución estándar de ácido fuerte H + + B BH + El punto final de la titulación se detecta añadiendo una pequeña cantidad de un indicador orgánico; que vira repentinamente de color cuando se neutraliza la última porción de ácido o base que se está titulando (el indicador es sensible al cambio de ph). También se puede controlar la [H+] en el curso de la titulación empleando un potenciómetro VOLUMETRIA DE PRECIPITACIÓN O FORMACIÓN DE COMPLEJOS Las reacciones llegan a ser completas debido a que los iones son eliminados de la disolución, el punto final de la valorización se determina por el cambio debido a la propiedad de la mezcla reaccionante, indicadores ó propiedades físicas del sistema: Reacciones de precipitación: Son las reacciones resultantes en un compuesto INSOLUBLE. Se basa en el empleo en la Titulación de reacciones que van acompañadas de la formación de algunos compuestos difícilmente solubles. Ejemplo: determinación de Cloruros, Bromuros, etc. Análisis Químico Un Enfoque Ecológico 105

4 Determinación de Cloruros. (Cambio de color del ppdo) Cl + Ag + AgCl ppdo blanco CrO 4 = + Ag + Ag 2 CrO 4 rojo ladrillo Reacciones Complexométricas Reacciones que envuelven la formación de complejos; ejemplo: Detección de Calcio usando el quelante EDTA (ácido tetrabásico): determinación de Dureza, Calcio, magnesio, cobre, etc. Se emplea indicadores de metales, que permiten visualmente el punto final de la titulación. Estos indicadores son colorantes orgánicos, que forman con los iones de metal compuestos coloreados complejos. Determinación del CN Ag+ + 2CN Ag (CN) 2 (ión complejo) Determinación de Ag + (productos solubles de color diferente) CNS + Ag + > Ag SCN ppdo blanco SCN + Fe +++ Fe (SCN) ++ Indicador Complejo color rojo Determinación del Cu: 2Cu(NH 3 ) CN 2Cu(CN) 4 = + CNO + 6NH 3 + 2NH 4 = azúl titulante incoloro VOLUMÉTRIA DE OXIDOREDUCCIÓN. Varios elementos que tienen más de una estado de oxidación pueden determinarse mediante titulación con un agente estándar, oxidante o reductor: MNO 4 + 5Fe H + 5Fe Mn 3 + H 2 O Análisis Químico Un Enfoque Ecológico 106

5 El punto final de este tipo de reacciones se puede determinar agregando indicadores visuales (sustancias capaces de sufrir oxidación o reducción a potenciales característicos) o mediante titulación potenciométrica 6.3. SOLUCIONES ESTANDARIZADAS: ESTÁNDAR PRIMARIO. La sustancia que se utiliza como estándar primario, debe reaccionar de manera definitiva e instantánea en las condiciones de valoración, fácil de secar y no higroscópicos, deben ser fácilmente solubles en las condiciones en las cuales se utilicen, no debe contener impurezas mayor del 0,01% 0,02%, debe tener un peso equivalente elevado. (9) La sustancia deba ser químicamente pura. Su composición debe corresponder rigurosamente a su fórmula. La sustancia debe ser estable frente a los agentes atmosféricos. Ausencia de agua de hidratación. Un peso equivalente elevado, para disminuir los errores asociados a la pesada Para cada determinación volumétrica se necesita disponer de un patrón primario EJEMPLO: Ftalato ácido de potasio: KHC 8 H 4 O 4 (KHP) Pureza 99,95% Peso equivalente: 204,2 g/mol ESTÁNDAR SECUNDARIO. Se requiere de un patrón primario para conocer su concentración exacta, debe poseer las siguientes características: Debe ser estable mientras se efectué el período de análisis. Debe reaccionar rápidamente con el análito. La reacción entre el valorante y el patrón primario debe ser completa, así también la reacción entre el valorante y el análito. Análisis Químico Un Enfoque Ecológico 107

6 La reacción con el análito debe ser selectiva o debe existir un método para eliminar otras sustancias de la muestra que también pudieran reaccionar con el valorante. Debe existir una ecuación balanceada que describa la reacción INDICADORES. Compuestos coloreados cuyo cambio de color señala el to final de una titulación, dependen del tipo de reacción que se realiza. Indicadores Químicos: Ácido Base: Es un ácido o base débil que presenta diferente color la forma protonada y disociada, depende del ph en el punto de equivalencia. Complexometría: Se acompleja con el ión que se está analizando y presenta un color característico diferente a cuando el complejo se disocia. Precipitación: Forma precipitados coloreados con el primer exceso de titulante. OxidaciónReducción : Ante el primer exceso de titulante se oxida, o reduce según el caso, y presenta distinta coloración en ambos estados ebido a un diferencial de potencial. Indicadores Físicos: Diferencial de Potencial 6.5. EQUIVALENTE QUÍMICO. Para el análisis volumétrico es necesario el equivalente gramo que va a reaccionar durante el proceso de la valoración. Volumetría de neutralización. el peso equivalente es el peso de una sustancia que puede suministrar o reaccionar con un átomo gramo de H + y está determinado por la reacción que tenga lugar. Análisis Químico Un Enfoque Ecológico 108

7 Peso eq CH 3 COOH = PM /1 Peso eq Na 2 CO 3 + H + HCO 3 = Na 2 CO 3 / 1 Na 2 CO 3 + 2H + H 2 CO 3 = Na 2 CO 3 /2 Volumetría de formación de precipitados y complejos. Es el peso de una sustancia, que reacciona de un catión monovalente ó ½ mol de catión divalente o 1/3 mol de catión trivalente. KCl: Peq = PM KCl/ 1 BaCl 2 : Peq = PM BaCl 2 / 2 K 2 CrO 4 BaCrO 4 : Peq = PM K 2 CrO 4 /2 Ag + + 2KCN Ag (CN) 2 + 2K + Peq = 2PM KCN Nota: El peso equivalente del KCN es el doble de su peso molecular puesto que 2 moles de KCN reaccionan con un mol de Ag +. Volumetría Redox. Es el peso que recibe aporta o es químicamente equival e a un mol de electrones transferido en la reacción. Un equivalente de un agente oxidante reacciona con un equivalente de cualquier agente reductor, sin embargo muchas sustancias pasan por más de una reacción. a) MnO 4 b) MnO 4 + 4H + + 3e > MnO 2 + H 2 O + 8H + + 5e > Mn H 2 O c) Cr 2 O H + + 6e > 2cr H 2 O Análisis Químico Un Enfoque Ecológico 109