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Titulación ácido-base

Gatto, A. (2020). Titulación ácido-base. CC BY-SA 4.0

Neutralización

Una solución ácida puede neutralizarse con otra básica (y viceversa), parcial o totalmente. La neutralización total implica la pérdida de las propiedades ácido-base de la solución y se obtiene cuando se igualan las concentraciones de iones hidronio (H3O+) e hidróxido (OH-).

En este punto, se pueden realizar los cálculos estequiométricos para determinar la cantidad de ácido (o de base) presente en una solución desconocida midiendo el volumen de base (o de ácido) de una solución de concentración conocida. La utilización de un pH-metro o de un indicador adecuado permitirá señalar el momento o punto final de la reacción. El proceso correspondiente recibe el nombre de análisis volumétrico o titulación ácido-base y es una técnica de uso frecuente en los laboratorios químicos.

Cálculos

Los cálculos para esta reacción de neutralización se efectúan con la ayuda de la ecuación:

Donde V representa el volumen de solución, M la concentración molar de dicha solución.

Por ejemplo, en la titulación de HCl (ácido clorhídrico) con NaOH (hidróxido de sodio), la ecuación que representa lo que ocurre sería la siguiente: En el punto estequiométrico se cumple exactamente con la estequiometría de la reacción (no hay reactivos limitante ni en exceso), por lo tanto la cantidad química de ambos estarán en relación estequiométrica, en este caso 1 a 1 y entonces nHCl = nNaOH. En una solución la cantidad química de soluto puede calcularse multiplicando el volumen de la solución utilizado por la molaridad de la misma.

Por lo tanto para este ejemplo la ecuación 1 puede expresarse como:

Algunas definiciones

  • Para realizar una titulación se emplea un dispositivo de vidrio llamado bureta, el cual permite tener el control de las cantidades de la solución de concentración conocida (titulante) que se está agregando.

La solución estándar (titulante o de agente valorante) es la solución que contiene a la especie química que va a reaccionar con el analito, en una concentración conocida. La concentración de esta solución ha de conocerse con gran exactitud ya que dicho valor será empleado en el cálculo de la concentración de analito en la muestra.

  • Durante la titulación, el punto en que se neutraliza un ácido o una base se denomina punto de equivalencia.

El punto de equivalencia de una volumetría es un punto teórico que se alcanza cuando la cantidad de valorante añadido es químicamente equivalente a la cantidad de analito en la muestra. El punto de equivalencia es el resultado ideal (teórico) que se busca en toda valoración. Dado que el punto de equivalencia es un resultado teórico, su determinación experimental es imposible, en su lugar podemos estimar su posición al observar un cambio físico relacionado con la condición de equivalencia. A dicho cambio físico se le llama punto final de la volumetría.

El punto estequiométrico de una volumetría es un punto teórico que se alcanza cuando la cantidad química (n) de valorante añadido es igual a la cantidad química (n) de analito en la muestra.


Materiales utilizados en una titulación y su procedimiento:

Observa el siguiente video. Recuerda activar los subtítulos porque está en inglés y traducirlos automáticamente a español.



Curva de titulación:

Si se va añadiendo poco a poco una base a un ácido, el pH de la solución irá aumentando. El diagrama que representa la variación del pH durante la titulación se denomina curva de titulación.

Si se representa gráficamente el pH en función de la cantidad de base añadida, se observa que a medida que se agrega el titulante (en este caso, la base), la pendiente de la curva de titulación se incrementa. El incremento es más pronunciado cuando se alcanza el punto final de la titulación.

El reactivo indicador cambia de color (viraje del indicador) cuando se llega a esta situación experimentalmente.


Reactivos indicadores:

Para realizar una titulación se puede emplear un reactivo indicador o el pH-metro para conocer el punto final de la misma.

Los indicadores son compuestos químicos generalmente orgánicos, ácidos o bases débiles que se caracterizan porque en ellos las formas disociada y no disociada presentan distinto color (alguna puede ser incolora).

La zona de pH en la que se produce el cambio de color se denomina intervalo de viraje o intervalo de transición del indicador.

La siguiente tabla indica el intervalo de transición para los indicadores más comunes usados en el laboratorio:


IndicadorIntervalo de
transición (pH)
Color
del ácido
Color
de la base
Azul de bromofenol3,0-4,6AmarilloAzul violeta
Naranja de metilo (heliantina)3,2-4,4RojoAmarillo
Rojo de metilo4,8-6,0RojoAmarillo
Azul de bromotimol6,0-7,6AmarilloAzul
Fenolftaleína8,0-9,6IncoloroFucsia


Para que un sustancia pueda considerarse como un buen indicador debe reunir las siguientes características:

  • a) Color intenso. Como hay que "valorar" también el propio indicador interesa que la intensidad de las formas coloreadas sea alta, con objeto de que sea necesario utilizar una cantidad muy pequeña de indicador.
  • b) La disociación entre las formas ácida y básica del indicador debe ser reversible.
  • c) Las formas ácida y básica, responsables de los colores observados tienen que ser estables.


¿Cómo se selecciona el reactivo indicador?

Según el tipo de ácido (fuerte o débil) y de la base (fuerte o débil) podemos tener diferentes tipos de valoraciones o titulaciones ácido-base como se muestra en el siguiente mapa mental:


  • Valoración de un ácido fuerte con una base fuerte (o de base fuerte con ácido fuerte):

La siguiente tabla relaciona la concentración del ácido fuerte (o de la base fuerte en el segundo caso) y el intervalo de viraje que es adecuado para detectar el punto final de la valoración. A medida que la concentración es menor el intervalo se hace más pequeño también.

Concentración inicial
del ácido
Intervalo de
viraje
10-14-10
10-25-9
10-36-8


  • Valoración de un ácido débil con una base fuerte:
Concentración inicial
del ácido
Intervalo de
viraje
10-17,8-10
10-27,8-9
10-3aprox 9

Los valores anteriores dependen de la constante de disociación del ácido.

  • Valoración de un base débil con una ácido fuerte:
Concentración inicial
de la base
Intervalo de
viraje
10-14-7,6
10-25-7,6
10-36-7,6

Créditos:

Imágenes:

Referencias bibliográficas:

Videos y sitios: