Titulaciones

Habilidades para Desarrollar

• Realizar e interpretar cálculos de valoración

Una valoración es una técnica de laboratorio utilizada para medir con precisión la concentración molar de una solución desconocida usando una solución conocida. El proceso básico consiste en añadir una solución estándar de un reactivo a una cantidad conocida de la solución desconocida de un reactivo diferente. Por ejemplo, podría agregar una solución base estándar a una solución de ácido misterioso. A medida que se lleva a cabo la adición, los dos reactivos en las soluciones, en esta el ácido y la base, reaccionan. También se agrega un indicador, que es una molécula que cambia de color cuando el reactivo original (el ácido en la solución misteriosa, digamos) se consume completamente por reacción con el reactivo de solución estándar. Si sabes exactamente cuánto estándar se agregó antes del cambio de color, puedes calcular cuántos moles de lo desconocido estaban presentes al principio, y así la concentración de lo desconocido.

Ejemplos de soluciones con un indicador agregado.

Muchos de los reactivos estándar que podría usar en el laboratorio, especialmente HCl y NaOH, que son muy comunes e importantes, son difíciles de preparar a una concentración precisa sin titulación. El motivo es que el HCl se compra como una solución concentrada, la cual puede variar un poco en concentración debido a que tanto el HCl como el agua pueden evaporarse. El NaOH se puede adquirir como un sólido, pero es higroscópico lo que significa que absorbe agua del aire. Puede absorber tanta agua que en realidad se disuelve. Por esta razón, aunque la compres en seco, una vez que abras la botella, podría comenzar a absorber agua, y sería difícil saber al momento de medirla cuál es el% de agua que es. Así, si trabajas en un laboratorio de bioquímica, por ejemplo, quizás quieras controlar el pH de tus soluciones agregando un poco de HCl diluido o NaOH, porque los iones cloruro y sodio son muy comunes y probablemente ya están incluidos en la solución, pero quizás quieras saber qué tan concentradas están tus soluciones . Para determinar esto, usaría una solución estándar hecha de un ácido o base más fácil de masa para valorar la solución que realmente desea usar. Una vez titulado, podrías diluirlo precisamente a la concentración que desees. Algunos otros reactivos quizás quieras soluciones estándar de reaccionar con aire; estos también podrías valorar si han estado esperando mucho tiempo para que sepas cuál es la concentración actual.

Las titulaciones pueden parecer un poco anticuadas. En realidad, el número de máquinas de valoración automatizadas disponibles (¡prueba una búsqueda en Google!) sugieren que las titulaciones siguen siendo muy importantes en la industria. Una razón podría ser que las titulaciones pueden ser buenas para estudiar moléculas recién descubiertas, por ejemplo para medir el peso molecular y otras propiedades que estudiaremos más adelante.

Tradicionalmente, tomas una masa o volumen conocido de la solución desconocida y la metes en un matraz con el indicador. Después se agrega la solución estándar en una bureta, que es un tubo especial para agregar solución lentamente y medir el volumen agregado al final. En estos días, podría ser más fácil usar una botella exprimible de plástico en lugar de una bureta. Pones la solución estándar en el frasco exprimidor, obtienes la masa de la botella, haces la valoración y luego vuelves a masar la botella. ¡Ahora sabes exactamente cuánto estándar se agregó!

Ejemplo\(\PageIndex{1}\)

Tenemos una solución de HCl cuya concentración se conoce de manera imprecisa (~2.5 M). (Hicimos esta solución en el apartado anterior sobre molaridad.) Queremos determinar la concentración con mayor precisión. Tenemos una solución de NaOH que se sabe que es 5.1079 M. Colocamos 100.00 ml de la solución de HCl en un matraz con una gota de un indicador que cambiará de color cuando la solución ya no sea ácida. Después agregamos NaOH lentamente hasta que cambie el color del indicador. En este punto, hemos agregado 46.67 ml de NaOH. Calcular la concentración precisa del HCl.

Solución

Para responder, necesitamos saber que la reacción es

\[HCl + NaOH \rightarrow NaCl + H_{2}O\]

Entonces la relación es de 1 HCl:1 NaOH. Calculamos el número de moles de NaOH añadidos:

\[(5.1079\; mol/L)(46.67\; mL)= 238.4\; mmol\]

Este es también el número de moles de HCl en los 100.00 mL originales de solución, debido a que la relación de reacción es 1:1. Para calcular la concentración de la solución de HCl, simplemente dividimos el número de moles de HCl por el volumen.

\[(238.4\; mmol)/(100.00\; mL) = 2.384\; M\]

Podríamos hacer esto en un solo paso usando el análisis dimensional:

\[(46.67\; \cancel{mL\; NaOH}) \left(\dfrac{5.1079\; \cancel{mol\; NaOH}}{1000\; \cancel{mL}}\right) \left(\dfrac{1\; mol\; HCl}{1\; \cancel{mol\; NaOH}}\right) \left(\dfrac{1}{100.00\; mL}\right)=2.384\; M\]

Ahora, diluimos 250 mL de la solución madre original a 1.00 L para hacer esta solución. ¿Cuál es la concentración del HCl 10 M, precisamente? Primero calculamos los moles de HCl en toda la solución “2.5 M”, que es igual al número de moles de HCl en cantidad de solución madre (“10 M”) que se utilizó para elaborarla (250ml).

\[(1.00\; \cancel{L\; of\; diluted\; solution}) \left(\dfrac{2.384\; mol\; HCl}{1\; \cancel{L\; of\; diluted\; solution}}\right) \left(\dfrac{1}{0.250\; L\; of\; conc.\; solution}\right)=9.536\; M\]

¿Por qué tan bajo? El HCl es un gas, y puede evaporarse de la solución. La solución de stock debe haber sido bastante antigua.

Colaboradores y Atribuciones

• Emily V Eames (City College of San Francisco)