ANÁLISIS VOLUMÉTRICO

Transcripción

1 ANÁLISIS VOLUMÉTRICO

2 Análisis Volumétrico mc + nr Cm Rn Reacción cuantitativa Sol. de conc. exactamente conocida Medición exacta de Volumen Pto. Equivalencia Soluciones patrones Valoración o Titulación Directa Retroceso

3 Análisis Volumétrico Bureta Sol. Valorante (Sol. Patrón) Fiola Sol. Valorada (Sol. Problema)

4 PUNTO DE EQUIVALENCIA, PUNTO FINAL Y ERROR DE TITULACIÓN

5 Análisis Volumétrico mc + nr Cm Rn Reacción cuantitativa Error de titulación Pto. equivalencia Pto. final ph Indicadores Curvas de valoración

6 ph Requisitos de la Reacción Rápida Sencilla Cuantitativa Disponer de un método para determinar Pto. Final satisfactoriamente. Posibilidad de preparar con el reactivo una sol. Patrón. Sol. valorante Vol. Pto. Final

7 CÓMO SE CLASIFICAN LOS MÉTODOS VOLUMÉTRICOS?

8 1) Por Combinación de Iones a) Neutralización HCl + NaOH NaCl + H2O b) Precipitación Ag + + Cl - AgCl c) Formación de complejos Ag + + 2CN - [Ag(CN)2] - 1

9 2) Por Transferencia de Electrones Óxido - Reducción MnO Fe H + Mn Fe H2O

10 Valoración por Neutralización OH - + H + H 2 O Acidimetría Alcalimetría Pto. de Equivalencia mol c ácido = mol c base AF-BF AD-BF AF-BD AD-BD >7 ph = 7 ph > 7 ph < 7 ph =7 < 7

11 E (voltios) f.e.m. ph Métodos para determinar el Punto Final 1.- Por Observación visual Reactivo autoindicador: Ej: MnO Fe H + Mn Fe H 2 O Uso de sustancias indicadoras. 2.- Por la medida de una propiedad que cambia durante la valoración: Vol. Pto. Final Vol. Pto. Final Sol. valorante Sol. valorante

12 INDICADORES ÁCIDO-BASE Y SU SELECCIÓN

13 Indicadores Ácido-Base + HIn + H2O H3O + In - Color A Color B Color A Color B In + H2O HIn + OH - Intervalo de Viraje Rango de ph dentro del cual se produce el cambio de color. ph = pka 1

14 CURVAS DE VALORACIÓN ÁCIDO- BASE

15 ph Curva de valoración Representación gráfica de una variable relacionada con la concentración de analito o reactivo en función del volumen de agente valorante Pueden ser sigmoidales ó de segmento lineal Vol. Pto. Final Sol. valorante

16 Importancia curvas de valoración 1) Determinación del punto final 2) Evaluar la factibilidad de la titulación 3) Seleccionar el mejor indicador 4) Exactitud de la titulación

17 Curvas de valoración ácido fuerte-base fuerte Consideremos valoración 50,0 ml HCl 0,1Mc con NaOH 0,1Mc 1º Punto: 50 ml HCl 0,1 Mc + 0 ml NaOH 0,1Mc NaOH 0,1M Ca HCl H + + Cl- Ca Ca Ca = 0,1 Mc [H+] = Ca = 0,1 Mc ph = -log[h+] = -log (0,1) HCl 0,1M 50 ml ph = 1

18 2º Punto: 50 ml HCl 0,1 Mc + 25 ml NaOH 0,1Mc 5mmolc 2,5mmolc HCl + NaOH NaCl + H 2 0 2,5 mmolc 0 mmolc 2,5 mmolc 2,5 mmolc 2,5 mmolc HCl 2,5 mmolc NaCl 75 ml gobierna el ph Ca HCl H + + Cl- Ca Ca Ca = 2,5 mmolc = 0,033 Mc 75 ml [H+] = Ca = 0,033 Mc ph = -log[h+] = -log (0,033) ph = 1,48 3º Punto: 50 ml HCl 0,1 Mc + 50 ml NaOH 0,1Mc 5mmolc 5 mmolc HCl + NaOH NaCl + H mmolc 0 mmolc 5 mmolc 5 mmolc 5 mmolc NaCl / 100 ml Sal Neutra ph = 7,0

19 4º Punto: 50 ml HCl 0,1 Mc + 51 ml NaOH 0,1Mc 5mmolc 5,1mmolc HCl + NaOH NaCl + H mmolc 0,1 mmolc 5 mmolc 5 mmolc 0,1 mmolc NaOH 5 mmolc NaCl 101 ml gobierna el ph Cb NaOH Na + + OH- Cb Cb Cb = 0,1 mmolc = 9,9x10-4 Mc 101 ml [OH-] = Cb = 9,9x10-4 Mc poh = -log[oh-] = -log (9,9x10-4 ) poh = 3,00 ph + poh = 14 ph = 14 poh = 14 3,00 ph = 11,00

20 Intervalos de Viraje de Indicadores Curva de valoración de reacciones Ácido Fuerte-Base Fuerte ml HCl ml NaOH ph Error de Titulación 0,1 N Mol c/l 0,1 Mol c/l 1 0,1 0, ,00 0,00 1, ,00 0,18 1,18 2, ,00 0,37 1,37 2, ,00 0,60 1,60 2,6 40% 50 40,00 0,95 1,95 2,95 20% 50 49,00 1,99 2,99 3,99 2,00% 50 49,90 3,00 4,00 5 0,20% 50 49,95* 3,30 4,30* 5,3 0,10% 50 49,99 4,00 5,00 6 0,02% 50 50,00 7,00 7, ,05* 10,78 9,68* 8,68 0,10% 50 50,10 11,00 10,00 9 0,20% 50 51,00 12,00 11, ,00% Límite de Error

21 Curva de Valoración Ácido Fuerte Base Fuerte gobernada por el ácido fuerte gobernada por la base fuerte Punto final Volumen de NaOH (ml) Titulación de 50 ml HCl (0,1 Mc) contra NaOH (0,1 Mc)

22 Selección del Indicador Indicador Color Intervalo de Ácido Básico Viraje ph Azul de Timol Rojo Amarillo 1,2-2,8 Amarillo de Metilo Rojo Amarillo 2,9-4,0 Anaranjado de Metilo Rojo Amarillo 3,1-4,4 Anaranjado 4,2-6,2 Rojo de Metilo Rojo Amarillo 4,2-6,3 Azul de Bromo Timol Amarillo Azul 6,2-7,6 Rojo Fenol Amarillo Rojo 6,8-8,4 Azul de Timol Amarillo Azul 8,0-9,6 Fenolftaleína Incoloro Violeta 8,0-9,6

23 Intervalos de Viraje de Indicadores Curva de valoración de reacciones Ácido Fuerte-Base Fuerte ml HCl ml NaOH ph Error de Titulación 0,1 N Mol c/l 0,1 Mol c/l 1 0,1 0, ,00 0,00 1, ,00 0,18 1,18 2, ,00 0,37 1,37 2, ,00 0,60 1,60 2,6 40% 50 40,00 0,95 1,95 2,95 20% 50 49,00 1,99 2,99 3,99 2,00% 50 49,90 3,00 4,00 5 0,20% 50 49,95* 3,30 4,30* 5,3 0,10% 50 49,99 4,00 5,00 6 0,02% 50 50,00 7,00 7, ,05* 10,78 9,68* 8,68 0,10% 50 50,10 11,00 10,00 9 0,20% 50 51,00 12,00 11, ,00% Límite de Error

24 Curvas de valoración ácido débil-base fuerte Valoración 50,0 ml CH 3 COOH 0,1Mc con NaOH 0,1Mc 1º Punto: 50 ml CH 3 COOH 0,1 Mc + 0 ml NaOH 0,1Mc NaOH 0,1M Ca CH 3 COOH CH 3 COO- + H + Ca - x x x Ka = x. x = x 2 Ca-x Ca x = Ka. Ca x = [H+] = 1,8x ,1 = 1,34x10-3 CH 3 COOH 0,1M 50 ml ph = -log[h+] = -log (1,34x10-3 ) ph = 2,87

25 2º Punto: 50 ml CH 3 COOH 0,1 Mc + 25 ml NaOH 0,1Mc 5 mmolc 2,5mmolc CH 3 COOH + NaOH CH 3 COONa + H 2 0 2,5 mmolc 0 mmolc 2,5 mmolc 2,5 mmolc 2,5 mmolc CH 3 COOH 2,5 mmolc CH 3 COONa 75 ml Solución reguladora Ca CH 3 COOH CH 3 COO- + H + Ca - x x x Cs CH 3 COONa CH 3 COO- + Na + 0 Cs Cs Ka = (Cs +x). x = Cs. x Ca - x Ca x = Ka. Ca Cs Ca = 2,5 mmolc = 0,033 Mc 75 ml Cs = 2,5 mmolc = 0,033 Mc 75 ml x = [H+] = 1,8x ,033 = 1,8x10-5 0,033 ph = -log[h+] = -log (1,8x10-5 ) ph = 4,74

26 3º Punto: 50 ml CH 3 COOH 0,1 Mc + 49,95 ml NaOH 0,1Mc 5 mmolc 4,995 mmolc CH 3 COOH + NaOH CH 3 COONa + H 2 0 0,005 mmolc 0 mmolc 4,995 mmolc 4,995 mmolc 0,005 mmolc CH 3 COOH 4,995 mmolc CH 3 COONa 99,95 ml Solución reguladora Ca CH 3 COOH CH 3 COO- + H + Ca - x x x Cs CH 3 COONa CH 3 COO- + Na + 0 Cs Cs Ka = (Cs +x). x = Cs. x Ca - x Ca x = Ka. Ca Cs Ca = 0,005 mmolc = 5x10-5 Mc 99,95 ml Cs = 4,995 mmolc = 0,049 Mc 99,95 ml x = [H+] = 1,8x x10-5 = 1,8x10-8 0,049 ph = -log[h+] = -log (1,8x10-8 ) ph = 7,75

27 4º Punto: 50 ml CH 3 COOH 0,1 Mc + 50 ml NaOH 0,1Mc 5 mmolc 5mmolc CH 3 COOH + NaOH CH 3 COONa + H mmolc 0 mmolc 5 mmolc 5 mmolc 5 mmolc CH 3 COONa 100 ml Sal que hidroliza Cs CH 3 COONa CH 3 COO- + Na + 0 Cs Cs Cs = 5 mmolc = 0,05 Mc 100 ml CH 3 COO- + HOH CH 3 COOH + OH- Kh = [CH 3 COOH].[OH-] [CH 3 COO-] Kw = [OH-] 2 Ka [CH 3 COO-] [OH-] = (Kw/Ka). Cs = (1x10-14 / 1,8x10-5 ). 0,05 = 5,26x10-6 poh = -log[oh-] = -log (5,26x10-6 ) = 5,27 ph = 14 poh = 14 5,27 = 8,73

28 5º Punto: 50 ml CH 3 COOH 0,1 Mc + 50,05 ml NaOH 0,1Mc 5mmolc 5,005 mmolc CH 3 COOH + NaOH CH 3 COONa + H mmolc 0,005 mmolc 5 mmolc 5 mmolc 5 mmolc CH 3 COONa 0,005 mmolc NaOH 100,05 ml gobierna el ph Cb NaOH Na + + OH- Cb Cb Cb = 0,005 mmolc = 9,9x10-4 Mc 100,05 ml [OH-] = Cb = 4,99x10-5 Mc poh = -log[oh-] = -log (4,99x10-5 ) poh = 4,30 ph + poh = 14 ph = 14 poh = 14 4,30 ph = 9,70

29 Curva de Valoración Ácido Débil Base Fuerte ml CH 3 COOH 0,1Mc ml NaOH 0,1Mc ph 50 0,00 2, ,00 4, ,00 4, ,00 4, ,00 5, ,00 6,43 2,00% 50 49,90 7,44 0,20% 50 49,95* 7,76* 0,10% 50 49,99 8,44 0,02% 50 50,00 8, ,01 9,00 0,02% 50 50,05* 9,70* 0,10% 50 50,10 10,00 0,20% 50 51,00 11,00 2,00% Error de titulación Límite de Error

30 Curva de Valoración Ácido Débil Base Fuerte gobernada por la sol. reguladora gobernada por la base fuerte Punto final Volumen de NaOH (ml) Titulación de 50 ml CH 3 COOH (0,1 Mc) contra NaOH (0,1 Mc)

31 Selección del Indicador Indicador Color Intervalo de Ácido Básico Viraje ph Azul de Timol Rojo Amarillo 1,2-2,8 Amarillo de Metilo Rojo Amarillo 2,9-4,0 Anaranjado de Metilo Rojo Amarillo 3,1-4,4 Anaranjado 4,2-6,2 Rojo de Metilo Rojo Amarillo 4,2-6,3 Azul de Bromo Timol Amarillo Azul 6,2-7,6 Rojo Fenol Amarillo Rojo 6,8-8,4 Azul de Timol Amarillo Azul 8,0-9,6 Fenolftaleína Incoloro Violeta 8,0-9,6

32 Curva de Valoración Ácido Débil Base Fuerte ml CH 3 COOH 0,1Mc ml NaOH 0,1Mc ph 50 0,00 2, ,00 4, ,00 4, ,00 4, ,00 5, ,00 6,43 2,00% 50 49,90 7,44 0,20% 50 49,95* 7,76* 0,10% 50 49,99 8,44 0,02% 50 50,00 8, ,01 9,00 0,02% 50 50,05* 9,70* 0,10% 50 50,10 10,00 0,20% 50 51,00 11,00 2,00% Error de titulación Límite de Error

33 Curva de Valoración Ácido Fuerte Base Fuerte Intervalo de transición de la fenolftaleína (8,0 9,6) Intervalo de transición del azul de bromotimol (6,2 7,6) Intervalo de transición del naranja de metilo (3,1 4,4)

34 Curvas de Valoración Ácido Fuerte Base Fuerte ( ) Ácido Débil Base Fuerte ( ) Volumen de NaOH (ml)

35 Diferencias entre las curvas acido fuerte-base fuerte y ácido débil-base fuerte a) Cuando el volumen de ag. valorante es cero, el ph es mayor en la curva AD-BF, porque el ácido débil está parcialmente disociado b) Los puntos de equivalencia son diferentes, ya que en la AF-BF se forma una sal neutra, mientras que en la AD-BF se forma una sal básica que aumenta el ph c) Después del punto de equivalencia las curvas se hacen iguales, porque el ph está gobernado por la base fuerte d) El salto del ph es menor en la curva AD-BF, lo que limita la selección de los indicadores