VOLUMETRIAS ACIDO-BASE I. ACIDIMETRÍAS PREPARACION Y NORMALIZACION DE UNA DISOLUCION DE HCl 0,1 M Fundamento El HCl comercial no es una sustancia tipo primario, por lo que debe ser normalizado frente a una sustancia que sí lo sea. Para ello, se prepara una disolución de concentración próxima a la deseada, y se valora frente a un patrón primario básico, que suele ser el Na2CO3. Al valorar una disolución de anión CO32- con H3O+ se producen las siguientes reacciones: CO32-+ H3O+ HCO3- + H2O HCO3- + H3O+ H2CO3 + H2O Como indicador se utiliza Heliantina (Naranja de metilo) que tiene un intervalo de pH de viraje 3,1-4,4, por lo que es capaz de señalar el Punto Final del segundo equilibrio. Por ello, la reacción volumétrica global es: CO32- + 2H3O+ H2CO3+ 2H2O En realidad, la especie que hemos denominado H2CO3 incluye tanto al H2CO3 como al CO2(aq), por lo que el punto final no es demasiado claro, ya que existe la posibilidad de obtener puntos finales anticipados. Por ello se recomienda hervir las disoluciones en las cercanías del punto final, con el fin de expulsar el CO2. Procedimiento Preparación de una disolución de HCl Se preparan en primer lugar 250,00 mL de HCl aproximadamente 0,1 M. Para ello se calcula el volumen necesario de HCl comercial ( = 1,18 g/mL; pureza 36 % en peso). Se mide con la probeta un volumen próximo al calculado (ligeramente superior), y se lleva al matraz de 250,00 mL. Se diluye con agua destilada hasta las proximidades del enrase agitando para homogeneizar la disolución, y después se enrasa (y se vuelve a homogeneizar). Con esta disolución, que será aproximadamente 0,1 M se llena la bureta, previa homogeneización de la misma. Preparación de una disolución de Na2CO3 Se preparará una disolución de CO32- disolviendo la cantidad adecuada de Na2CO3 (previamente desecado en estufa a 110ºC) pesada exactamente (en la balanza analítica), en un matraz aforado. La cantidad a pesar depende del volumen del matraz y de lo que se desee gastar de HCl en la normalización. La molaridad de esta disolución se calcula numéricamente y se conoce con exactitud. Normalización de la disolución Se ponen en un matraz erlenmeyer: 10,00 mL (medidos con pipeta) de la disolución de carbonato sódico de concentración exactamente conocida, dos gotas de indicador naranja de metilo (heliantina) y se valoran lentamente con el HCl de la bureta hasta que el color vire a de amarillo a naranja-rojizo. En este punto puede ser conveniente hervir la disolución comprobando si el color retorna al amarillo-anaranjado. En caso afirmativo, se enfría el erlenmeyer al grifo y se prosigue la valoración añadiendo HCl hasta un nuevo viraje del indicador a rojo. De esta manera se expulsa el CO2, y se aumenta la exactitud. Si no se desea tomar esta precaución, se valorará directamente hasta color rojo. El procedimiento debe repetirse con al menos tres alícuotas diferentes de 10,00 mL de disolución de CO32-, lo cual permite obtener el VHCl . Resultados A partir de los valores experimentales: molaridad y volumen tomado de Na2CO3 y volumen medio gastado de HCl 0,1 M: se calcula la molaridad de este último a partir de la reacción volumétrica: CO32- + 2H3O+ CO2 + 3H2O mmoles Na2CO3 = 1/2(mmoles HCl) VNa2CO3 MNa2CO3 = 1/2( VHCl MHCl) DETERMINACION DE MEZCLAS ALCALINAS CARBONATO Y CARBONATO ÁCIDO Fundamento El carbonato y el carbonato ácido (bicarbonato ó hidrógenocarbonato) pertenecen al sistema ácido-base: CO2(disuelto) (= H2CO3+CO2(aq)) / HCO3- /CO32- con pk1= 6,3; pk2= 10,2 En esta práctica, determinaremos la composición de una muestra problema que contiene ambos iones, mediante valoraciones sucesivas con dos indicadores visuales: la fenolftaleína, que nos marca el paso de carbonato a carbonato ácido y la heliantina que nos indica el paso de carbonato ácido a CO2. De este modo, cuando se produce el viraje de la fenolftaleína de rojo a incoloro el volumen gastado de HCl, V1, corresponde al carbonato que contenía la disolución CO32-+ H3O+ HCO3- + H2O Viraje de la Fenolftaleína (Rosa Incoloro) Si a la disolución incolora, añadimos heliantina y valoramos hasta viraje de amarillo a rojo, el volumen de HCl gastado ahora, V 2. corresponderá al carbonato ácido. Este incluye lo que estaba como tal inicialmente, así como el producto de la conversión del carbonato en la reacción volumétrica anterior HCO3- + H3O+ H2CO3 + H2O Viraje de la Heliantina (Amarillo Rojo) Por diferencia puede deducirse el volumen de HCl que corresponde al carbonato ácido presente originalmente en la disolución problema. Véase Figura 1. 14 12 10 pH Fenolftaleína 8 6 4 Heliantina 2 0 0,00 0,50 1,00 Na2CO3 1,50 2,00 2,50 x 3,00 NaHCO3 Fig.1.- Curva de valoración de Carbonato y Bicarbonato Procedimiento Se pipetean en un erlenmeyer 10,00 mL de la disolución problema y se le añaden dos gotas de fenolftaleína. La disolución, que tomará color rojo, se valora con el HCl preparado anteriormente, hasta viraje a incoloro anotando el volumen empleado V1. Sobre la misma muestra, ahora incolora, se añaden dos gotas de heliantina y se valora hasta viraje de amarillo a rojo (tomando si se considera conveniente la precaución de hervir en las cercanías del punto final con el fin de eliminar el CO2). Se anota el volumen gastado en esta segunda valoración como V 2. El procedimiento se repite al menos tres veces con tres alícuotas distintas de 10,00 mL de la disolución problema, lo cual permite encontrar V1 y V 2 . Resultados Según el procedimiento propuesto, los cálculos serán: mmoles ácido (1) = V1 * MHCl = mmoles CO32mmoles ácido (2) = V 2 * MHCl = mmoles CO32- + mmoles HCO3por lo tanto mmoles CO32- = V1 * MHCl mmoles HCO3-= V2 V1 * MHCl Los resultados finales pueden darse en % (p/V) de Na2CO3 y de NaHCO3 (es decir g/100 mL) o en otras unidades. (Recuerde que los mmoles se transforman en gramos al multiplicarlos por Pmol/1000). CARBONATO Y SOSA (Hidróxido sódico) Fundamento Como en el caso anterior, vamos a llevar a cabo valoraciones sucesivas sobre la misma disolución con dos indicadores, fenolftaleína y heliantina. La diferencia estriba en que en este caso, en el viraje de la fenolftaleína (V 1) se valoran el hidróxido sódico y el carbonato hasta carbonato ácido, es decir: OH- + H3O+ 2 H2O Viraje de la fenolftaleína (Rosa Incoloro) CO32- + H3O+ HCO3- + H2O y posteriormente al virar la heliantina (V2) vemos el paso del carbonato ácido (formado partícula a partícula a expensas del carbonato en el primer paso) hasta H2CO3. HCO3- + H3O+ H2CO3 + H2O Viraje de la heliantina (Amarillo Rojo) Por tanto V2 es el volumen de HCl que corresponde al carbonato , y la diferencia V1 - V2, el volumen correspondiente al hidróxido sódico. Véase Figura 2. 14 12 10 Fenolftaleína pH 8 6 4 Heliantina 2 0 0,00 0,50 1,00 Na2CO3 1,50 2,00 2,50 x 3,00 NaOH Fig.2.- Curva de valoración de Hidróxido y Carbonato Procedimiento Se pipetean en un erlenmeyer 10,00 mL de disolución problema y se le añaden dos gotas de fenolftaleína. La disolución, que tomará color rojo, se valora con HCl hasta viraje del indicador a incoloro, anotando el volumen como V 1. En este punto, tal como hemos indicado, habremos pasado el hidróxido hasta agua y el carbonato a carbonato ácido. Sobre la misma disolución se añaden dos gotas de heliantina (la disolución se pondrá amarilla) y se valora con HCl hasta viraje al rojo, tomando si se desea las precauciones ya indicadas anteriormente. De este modo pasamos el carbonato ácido, procedente del carbonato que contenía la muestra, hasta CO 2. El volumen empleado se registra como V2. El procedimiento se repite al menos por triplicado con diferentes alícuotas de 10,00 mL de disolución problema, lo cual permite encontrar V1 y V 2 . Resultados Según el procedimiento propuesto, los cálculos serán: mmoles ácido (1) = V1 * MHCl = mmoles CO32- + mmoles OHmmoles ácido (2) = V 2 * MHCl = mmoles CO32por lo tanto mmoles CO32- = V 2 * MHCl mmoles OH-= V1 V2 * MHCl Los resultados finales pueden darse en % (p/V) de Na 2CO3 y de NaOH (es decir g/100 mL) o en otras unidades.