Volumetrías ácido-base Química Analítica Autor: Joaquín A. Ortuño VALORACIÓN DE UN ÁCIDO FUERTE (HCl) CON UNA BASE FUERTE (NaOH) Etapas: 1. Antes del punto de equivalencia: pH de una disolución de ácido fuerte. 2. En el punto de equivalencia: pH de una sal de ácido fuerte y base fuerte. 3. Después del punto de equivalencia: pH de una base fuerte. Química Analítica Autor: Joaquín A. Ortuño Ejemplo: Deducir la curva de valoración de 50,00 ml de HCl 0,05000 M con NaOH 0,01000 M. 1) Punto inicial: pH = -log 0,05000 = 1,30 2) Después de añadir 10,00 ml de valorante: 50,00 x 0,05000 – 10,00 x 0,1000 CHCl = ──────────────────── = 0,02500 M 60,00 pH = -log 0,02500 = 1,60 Química Analítica Autor: Joaquín A. Ortuño 3) Después de añadir 25,00 ml de valorante: [H+] = [OH-] = Kw1/2 = 1,00 x 10-7 M pH = -log 1,00 x 10-7 = 7,00 4) Después de añadir 25,10 ml de valorante CNaOH 0,10 x 0,1000 = ────────── = 0,000133 M 75,10 pOH = -log 0,000133 = 3,88 pH = 14 – 3,88 = 10,12 Química Analítica Autor: Joaquín A. Ortuño Curva de valoración de ácido fuerte con base fuerte 14 HCl 0,05000 M con NaOH 0,1000 M 13 12 11 Química Analítica Autor: Joaquín A. Ortuño 10 9 Fenolftaleína pH 8 7 Azul de bromotimol 6 5 4 3 2 1 0 0 5 10 15 20 V valorante (ml) 25 30 35 Efecto de la concentración sobre las curvas de valoración de ácido fuerte con base fuerte 14 HCl 0,05 M con NaOH 0,1 M 0,005 0,01 0,0005 0,001 13 12 11 10 9 Fenolftaleína pH 8 7 Azul de bromotimol 6 5 4 3 2 Química Analítica Autor: Joaquín A. Ortuño 1 0 0 5 10 15 20 V valorante (ml) 25 30 35 VALORACIÓN DE UNA BASE FUERTE (NaOH) CON UN ÁCIDO FUERTE (HCl) Etapas: 1. Antes del punto de equivalencia: pH de una disolución de base fuerte. 2. En el punto de equivalencia: pH de una sal de base fuerte y ácido fuerte. 3. Después del punto de equivalencia: pH de un ácido fuerte. Química Analítica Autor: Joaquín A. Ortuño Ejemplo: Deducir la curva de valoración de 50,00 ml de NaOH 0,05000 M con HCl 0,1000 M. 1) Punto inicial: pOH = -log 0,05000 = 1,30 pH = 14,00 - 1,30 = 12,7 2) Después de añadir 10,00 ml de valorante: 50,00 x 0,05000 – 10,00 x 0,1000 CNaOH = ──────────────────── = 0,02500 M 60,00 pOH = -log 0,02500 = 1,60 pH = 14,00 – 1,60 = 12,40 Química Analítica Autor: Joaquín A. Ortuño 3) Después de añadir 25,00 ml de valorante: [H+] = [OH-] = Kw1/2 = 1,00 x 10-7 M pH = -log 1,00 x 10-7 = 7,00 4) Después de añadir 25,10 ml de valorante CHCl 0,10 x 0,1000 = ────────── = 0,000133 M 75,10 pH = -log 0,000133 = 3,88 Química Analítica Autor: Joaquín A. Ortuño Curva de valoración de base fuerte con ácido fuerte 14 NaOH 0,05 M con HCl 0,1 M 13 12 11 10 9 Fenolftaleína pH 8 7 Azul de bromotimol 6 5 4 3 2 1 0 Química Analítica Autor: Joaquín A. Ortuño 0 5 10 15 20 25 V valorante (ml) 30 35 40 VALORACIÓN DE UN ÁCIDO DÉBIL (HAc) CON UNA BASE FUERTE (NaOH) 1) Antes de añadir valorante: pH de una disolución de ácido débil. 2) Después de añadir valorante: hasta el punto de equivalencia (no incluido): pH de una reguladora. 3) En el punto de equivalencia: pH de una sal procedente de ácido débil y base fuerte 4) Después del punto de equivalencia: pH de una base fuerte. Ejemplo: Deducir la curva de valoración de 50,00 ml de HAc 0,05000 M con NaOH 0,1000 M. Ka(HAc) = 1,75 x 10-5. 1)Punto inicial: [H+] = (KaCHAc)1/2 = (1,75 x 10-5 x 0,05000)1/2 = = 9,35 x 10-4 M pH = -log 9,35 x 10-4 = 3,03 Química Analítica Autor: Joaquín A. Ortuño 2) Después de la adición de 10,00 ml de valorante: 50,00 x 0,05000 – 10,00 x 0,1000 CHAc = ──────────────────── = 60,00 1,500 ───── M 60,00 10,00 x 0,1000 1,000 CNaAc = ─────────── = ───── M 60,00 60,00 CNaAc 1,000 pH = pKa + log ──── = 4,757 + log ──── = 4,58 CHAc 1,500 Química Analítica Autor: Joaquín A. Ortuño 2) Después de la adición de 25,00 ml de valorante [OH-] = (KbCNaAc)1/2 Kb = (KW / KHAc) = 1,00x10-14 / 1,75x10-5 = 5,714 x 10-10 50,00 x 0,05000 CNaAc = ─────────── = 0,03333 M 75,00 [OH-] = (5,714x10-10 x 0,03333)1/2 = 4,364 x 10-6 M pH = 14,00 – pOH = 14,00 – (–log 4,364 x 10-6 ) = 8,64 Química Analítica Autor: Joaquín A. Ortuño 4) Después de la adición de 25,10 ml de valorante [OH-] ≈ CNaOH CNaOH 0,10 x 0,1000 = ────────── = 0,0000999 M 100,1 pH = 14,00 – (–log 0,0000999 ) = 10,00 Química Analítica Autor: Joaquín A. Ortuño Curva de valoración de ácido débil con base fuerte 50 ml de HAc (pKa= 4,76) 0,05000 M con NaOH 0,1000 M 14 13 12 11 10 9 Fenolftaleína pH 8 7 6 5 4 3 2 Química Analítica Autor: Joaquín A. Ortuño 1 0 0 5 10 15 20 V (ml) 25 30 35 Influencia de la concentración sobre las curvas de valoración de ácido débil con base fuerte 13 50 ml HAc 0,001 M con NaOH 0,001 M 50 ml HAc 0,01 M con NaOH 0,01 M 50 ml HAc 0,1 M con NaOH 0,1 M 12 11 10 9 Fenolftaleína pH 8 7 6 5 4 Química Analítica Autor: Joaquín A. Ortuño 3 2 0 10 20 30 40 V valorante (ml) 50 60 70 Influencia de la constante del ácido débil Curvas de valoración de 50 ml de ácidos débiles HA 0,1 M con NaOH 0,1 M. pKa=9 pKa=7 pKa=5 pKa=3 12 10 8 pH 6 4 Química Analítica Autor: Joaquín A. Ortuño 2 0 10 20 30 40 V valorante (ml) 50 60 70 VALORACIÓN DE UNA BASE DÉBIL (NH3) CON UN ÁCIDO FUERTE (HCl) 1)Antes de añadir valorante: pH de una disolución de base débil. 2) Después de añadir valorante: hasta el punto de equivalencia (no incluido): pH de una reguladora. 3) En el punto de equivalencia: pH de una sal procedente de base débil. 4) Después del punto de equivalencia: pH de un ácido fuerte. Química Analítica Autor: Joaquín A. Ortuño Ejemplo: Deducir la curva de valoración de 50,00 ml de NH3 0,05000 M con HCl 0,1000 M. Kb(NH3) = 1,75 x 10-5. 1)Punto inicial: [OH-] = (KbCNH3)1/2 = (1,75 x 10-5 x 0,05000)1/2 = = 9,35 x 10-3 M pOH = -log 9,35 x 10-3 = 3,03 pH = 14 –3,083 = 10,97 Química Analítica Autor: Joaquín A. Ortuño 2) Después de la adición de 10,00 ml de valorante: 50,0 x 0,05000 – 10,00 x 0,1000 1,50 CNH3 = ──────────────────── = ───── M 60,0 60,0 10,00 x 0,1000 1,00 CNH4+ = ─────────── = ───── M 60,0 60,0 Ka = 1,00 x 10-14 / 1,75 x 10-5 = 5,71 x 10-10 ; pKa= 9,24 CNH3 1,50 pH = pKa + log ──── = 9,24 + log ──── = 9,42 CNH4+ 1,00 Química Analítica Autor: Joaquín A. Ortuño 3) Después de la adición de 25,00 ml de valorante [H+] = (Ka CNH4+)1/2 50,00 x 0,05000 CNH4+ = ─────────── = 0,03333 M 75,00 [H+] = (5,71 x 10-10 x 0,03333)1/2 = 4,36 x 10-6 M pH = –log 4,36 x 10-6 = 5,36 Química Analítica Autor: Joaquín A. Ortuño 4) Después de la adición de 25,10 ml de valorante [H+] ≈ CHCl CHCl 0,10 x 0,1000 = ────────── = 0,000133 M 75,10 pH = –log 0,000133 = 3,88 Química Analítica Autor: Joaquín A. Ortuño Curva de valoración de base débil con base fuerte 50 ml de NH3 (pKb= 4,76) 0,05000 M con NaOH 0,1000 M 14 13 12 11 10 9 pH 8 7 6 Rojo de metilo 5 4 Naranja de metilo 3 2 1 0 0 5 10 15 20 V (ml) 25 30 35 INDICADORES ÁCIDO-BASE -Ácidos o bases débiles -Altamente coloreados -Colores de la formas ácida y básica: distintos Química Analítica Autor: Joaquín A. Ortuño HIn ↔ H+ + In- Química Analítica Autor: Joaquín A. Ortuño [In-] pH = pKa + log ──── [HIn] [In-] / [HIn] = 1/10 → Color forma ácida pH = pKa + log 0,1 = pKa – 1 [In-] / [HIn] = 10 → Color forma básica pH = pKa + log 10 = pKa + 1 Intervalo: de pKa – 1 a pKa + 1 (2 Unidades de pK)