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 ÁCIDOS 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
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+] y -log Kw = - log Kw [OH-] [H3O+] = - log [H3O+] - log [OH-]
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 ÁCIDOS Y BASES DÉBILES
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.
