TITULACIONES O VALORACIONES
En la gran mayoría de sistemas de producción es necesario realizar análisis e
inspecciones a la materia prima, a las líneas de producción y sus procesos y al
producto terminado, existiendo normas o estándares que certifican la calidad de
los mismos basado en indicadores para monitorear el buen funcionamiento del
proceso productivo. Estas inspecciones o análisis pueden ser: físicos, químicos,
biológicos, fisicoquímico, entre otros.
Cuando el sistema de estudio es de naturaleza química, uno de los indicadores
es la concentración de los distintos analitos, la cual es determinada a través de
una gran variedad de métodos y técnicas.
Uno de los más utilizados a nivel industrial por su sencillez, simplicidad y
economía, con respecto a otras técnicas de análisis químico (eléctricas,
electrónicas, ópticas, entre otras), son las valoraciones o titulaciones.
La valoración o titulación es una técnica o proceso químico utilizado para
determinar la cantidad (concentración, volumen o masa) de una especie o analito
de naturaleza desconocida que reacciona químicamente con otra especie cuya
cantidad (concentración, volumen o masa) es de naturaleza conocida, basado
en el principio de equivalencia; que es el momento justo donde se igualan los
equivalentes de las sustancias reaccionantes:
A + B ========== Productos
𝒆𝒒 𝑨 = 𝒆𝒒 𝑩 (principio de equivalencia)
La unidad de concentración que contiene a los equivalentes es la normalidad:
𝑵 =
𝒆𝒒
𝑽(𝑳)
despejando eq tenemos:
𝒆𝒒 = 𝑵 ∗ 𝑽(𝑳)
Sustituyendo en el principio de equivalencia, tenemos:
𝑵 𝑨 ∗ 𝑽 𝑨 = 𝒆𝒒 𝑨 = 𝒆𝒒 𝑩 = 𝑵 𝑩 ∗ 𝑽 𝑩
Donde:
NA = concentración normal de la disolución A
VA = Volumen de la disolución A
eqA = Equivalentes del analito A en el punto de equivalencia
eqB = Equivalentes del analito B en el punto de equivalencia
NB = Concentración de la disolución B
VB = Volumen de la disolución B
En esta igualdad matemática se puede observar que si se conocen los
volúmenes de A y B para alcanzar el punto de equivalencia y la concentración
normal de una de las especies o analitos (sea A o sea B) se puede determinar la
concentración normal de la otra especie o analito. El detalle radica en la
determinación del punto de equivalencia, y dependiendo de cómo se determine
es nombrada la titulación o valoración (es una manera de clasificarlas)
Existen varias maneras de determinar el punto de equivalencia basado en
propiedades físicas o fisicoquímicas como:
 Variación de la conductividad eléctrica del sistema o disolución
 Variación del potencial eléctrico del sistema o disolución
 Variación de la resistencia del sistema o disolución
 Aparición de un sólido en el sistema por la reacción química
 Aparición o desaparición de color de una especie dentro del sistema
 Entre otras.
Aquí sólo nos referiremos a las titulaciones o valoraciones donde ocurren
cambios en el color, como las ácido-base, REDOX y las de formación de
compuestos de coordinación (otra manera de clasificar a las titulaciones o
valoraciones: en función de la naturaleza de la reacción química utilizada)
Clasificación de las titulaciones o valoraciones
Las titulaciones o valoraciones se clasifican en:
1. Según la naturaleza de la reacción:
 Valoraciones ácido-base o de neutralización
 Valoraciones de transferencia electrónica u óxido-reducción
(REDOX)
 Valoraciones por formación de precipitado
 Valoraciones por formación de compuestos de coordinación o
complejométricas
2. Según la manera de detección del punto final:
Cuadro 1. Clasificación de las valoraciones según la detección del punto
final.
Eléctrica
Valoraciones coulombométricas
Valoraciones amperométricas
Valoraciones potenciométricas
Radiación electromagnética Valoraciones espectrométricas
Índice de refracción Valoraciones refractométricas
Ópticas
Valoraciones ácido-base o
neutralización,
Valoraciones por precipitación
Valoraciones complejométricas
Valoraciones REDOX
El proceso de titulación o valoración
Suponga que se titula una disolución “A” de color rojo con otra disolución “B”
de color azul. Asuma que la adición de una disolución en la otra para que ocurra
la reacción entre A y B es perfectamente controlada.
La reacción de A con B seria:
A + B ========== Productos
Y asuma que los productos de reacción son incoloros.
A + B ========== Productos
rojo azul incoloros
Inicialmente sólo se tiene A, por lo tanto, el sistema tendrá color rojo.
Al agregar una pequeña cantidad de B en A pero que su cantidad esté por
debajo de la estequiométricamente necesaria para consumir a todo A, el sistema
tendrá color rojo debido a que todo B es consumido por la reacción (reactivo
limitante) y los productos de la reacción son incoloros.
Pero, hipotéticamente habrá una cantidad de B exacta que consumiría a una
cantidad de A fija. En ese momento el sistema no presentaría ningún color,
porque solamente estarían presentes los productos de la reacción que son
incoloros, A y B serian reactivos limitantes (cantidades equimolar de reactantes);
en este momento se habría alcanzado el punto de equivalencia.
Al agregar más cantidad de B el sistema se tornaría azul debido a que B no
tiene con quien reaccionar (ya A fue consumido en su totalidad) por lo cual se ha
sobrepasado el punto de equivalencia.
Ahora, en términos experimentales no se puede determinar exactamente el
punto de equivalencia, sino una aproximación de éste llamado punto final de la
titulación o valoración, que está sujeto a errores instrumentales
(apreciaciones) operacionales (de método) y personales (paralaje, detección de
cambio por receptor humano) en el sistema de valoración, a los que definen
como errores de titulación.
Lo importante es que el punto final de titulación y el punto de equivalencia
coincidan o que la diferencia entre ellos sea muy pequeña; esto garantizaría que
el error de titulación sea pequeño.
Ahora observe la siguiente valoración ácido-base entre el ácido clorhídrico
(HCl) y el hidróxido de sodio (NaOH):
HCl + NaOH ======= NaCl + H2O
incoloro incoloro incoloro incoloro
Como puede observarse, no puede monitorearse la titulación o valoración
porque no ocurre cambio óptico alguno en el sistema (no ocurre cambio de color,
todo es incoloro).
En este tipo de circunstancias se agrega una sustancia que presente una
tonalidad con el HCl y otra tonalidad frente al NaOH, para poder percibir el punto
final de la titulación llamada indicador.
Un indicador es una sustancia, por lo general, orgánica u organometálica, que
se agrega con anterioridad a la sustancia a titular o valorar en pequeñas
cantidades para reforzar el cambio de color y percibir el punto final de la
valoración, presentando una coloración antes y otra después de pasar el punto
final de la titulación.
En las titulaciones ácido-base el indicador es un ácido débil, cuya estructura
no disociada del ácido posee un color diferente a la de su base conjugada. Por
lo general la generación del color está asociada al movimiento de par de
electrones no enlazantes de una parte de la molécula a otra, generando cambios
en la capacidad de retención de la radiación ubicándola en el espectro visible
entre los 350nm y 780nm.
En el siguiente cuadro se ilustran algunos indicadores ácido-base:
Cuadro 2. Algunos indicadores ácido-base
Indicador
Cambio de color
pK
ind
Forma
ácida
pH
Forma
básica
pH
Azul de timol 1,65 Rojo 1,2 Amarillo 2,8
Azul de bromofenol 4,10 Amarillo 3,0 Azul 4,6
Naranja de metilo 3,46 Rojo 3,1 Anaranjado 4,4
Verde de bromocresol 4,90 Amarillo 3,8 Azul 5,4
Rojo de metilo 5,00 Rojo 4,2 Amarillo 6,3
Púrpura de
bromocresol
6,40 Amarillo 5,2 Púrpura 6,8
Rojo de fenol 8,00 Amarillo 6,8 Rojo 8,4
Fenoltaleina 9,10 Incoloro 8,3 fucsia 10,0
Amarillo de alizerina 11,00 Incoloro 10,0 Amarillo 12,0
En las titulaciones es importante resaltar que para minimizar el efecto de
resilencia óptica, se debe ajustar el sistema para observar el cambio de color del
menos intenso al más intenso. En caso de uso de indicadores se debe observar
el cambio menos intenso del indicador al más intenso del indicador.
Por lo cual, esta observación orienta qué sustancia debe estar en la bureta
(titulante o valorante) y cuál debe ir en el matraz Erlenmeyer o fiola (titulado o
valorado). El indicador debe estar siempre en el titulado o valorado.
Así, en el caso de uso del indicador fenolftaleína (ver cuadro 2), el cambio de
color a observar es de incoloro (menos intenso) a fuscia (más intenso) por lo cual
debe colocarse el ácido en el matraz Erlenmeyer o fiola junto con el indicador
fenolftaleína y la base en la bureta como titulante o valorante.
Correspondencia entre la masa equivalente y los equivalentes en una
titulación
Ahora definamos masa equivalente (Meq): es la relación que existe entre la
cantidad (masa) de una sustancia que reacciona con respecto a una equivalente
o que hay contenido en un equivalente de esa sustancia; esto es:
𝑴𝒆𝒒 𝑨 =
𝒈 𝑨
𝒆𝒒 𝑨
Despejando eqA:
𝒆𝒒 𝑨 =
𝒈 𝑨
𝑴𝒆𝒒 𝑨
Sustituyendo en el principio de equivalencia, tenemos:
𝒈 𝑨
𝑴𝒆𝒒 𝑨
= 𝑵 𝑨 ∗ 𝑽 𝑨 = 𝒆𝒒 𝑨 = 𝒆𝒒 𝑩 = 𝑵 𝑩 ∗ 𝑽 𝑩 =
𝒈 𝑩
𝑴𝒆𝒒 𝑩
Donde:
gA = Son los gramos de la sustancia o analito A en el punto de equivalencia
MeqA = Masa equivalente de la sustancia o analito A
gB = Gramos de la sustancia o analito B en el punto de equivalencia
MeqB = Masa equivalente de la sustancia o analito B
MeqA se determina en función de la masa molar de la sustancia A con respecto
a la naturaleza de la sustancia (si es ácido, base, sal o si es una REDOX) esto
es:
𝑴𝒆𝒒 𝑨 =
𝑴𝑴 𝑨
𝒆𝒒 𝒔𝒆𝒈ú𝒏 𝒏𝒂𝒕𝒖𝒓𝒂𝒍𝒆𝒛𝒂 𝒅𝒆 𝒍𝒂 𝒔𝒖𝒔𝒕𝒂𝒏𝒄𝒊𝒂 𝑨
Donde.
MMA = masa molar de la sustancia o analito A
Los equivalentes según la naturaleza de la sustancia se determinan de la
siguiente manera:
Sustancia ácido base sales Redox
Equivalentes
Número de
protones
acídicos o
lábiles (H+
si
es inorgánico
o COOH si
es orgánico)
Número de
hidroxilos u
oxidrilos -
OH
Multiplique el
estado de
oxidación del
metal
primario por
el subíndice
del metal
primario
Número de
electrones
transferidos
en la
semirreacción
NOTA: Meq de las sustancias es un dato de tablas y por lo cual nunca se da en
los ejercicios de titulación debido a que se obtiene con la masa molar y la
naturaleza de la sustancia.
Para resolver ejercicios de titulaciones, es conveniente utilizar la expresión
matemática:
𝒈 𝑨
𝑴𝒆𝒒 𝑨
= 𝑵 𝑨 ∗ 𝑽 𝑨 = 𝒆𝒒 𝑨 = 𝒆𝒒 𝑩 = 𝑵 𝑩 ∗ 𝑽 𝑩 =
𝒈 𝑩
𝑴𝒆𝒒 𝑩
Ubicando la incógnita y los datos conocidos, y estableciendo la relación de
igualdad donde se encuentra la incógnita con la igualdad donde se encuentran
todos los datos conocidos, se puede resolver dicha incógnita. Recuerde que la
masa equivalente Meq ya es un dato conocido en el problema si se conoce a la
sustancia.
A continuación, se ilustran las explicaciones dadas con un ejercicio:
Ejercicio 1.
Se titulan 10mL de disolución de ácido clorhídrico y se gastan 20mL de
disolución de hidróxido de sodio de concentración 5 normal. ¿Cuál es la
concentración normal del ácido?
A es una sustancia. B es la sustancia que reacciona con A
A ácido clorhídrico B hidróxido de sodio
Fórmula: HCl Fórmula: NaOH
Volumen: 10mL Volumen: 20mL
Concentración: ? Concentración: 5N
Estrategia: si se coloca cada dato dado y la incógnita en la expresión
matemática, tenemos:
𝒈 𝑯𝑪𝒍
𝑴𝒆𝒒 𝑯𝑪𝒍
= 𝑵 𝑯𝑪𝒍 ∗ 𝑽 𝑯𝑪𝒍 = 𝒆𝒒 𝑯𝑪𝒍 = 𝒆𝒒 𝑵𝒂𝑶𝑯 = 𝑵 𝑵𝒂𝑶𝑯 ∗ 𝑽 𝑵𝒂𝑶𝑯 =
𝒈 𝑵𝒂𝑶𝑯
𝑴𝒆𝒒 𝑵𝒂𝑶𝑯
? 10mL 5N 20mL
Igualando el término donde se encuentra la incógnita con el término donde se
conocen todos los datos, tenemos:
𝑵 𝑯𝑪𝒍 ∗ 𝑽 𝑯𝑪𝒍 = 𝑵 𝑵𝒂𝑶𝑯 ∗ 𝑽 𝑵𝒂𝑶𝑯
Despejando la incógnita y sustituyendo los valores, tenemos:
𝑵 𝑯𝑪𝒍 =
𝑵 𝑵𝒂𝑶𝑯 ∗ 𝑽 𝑵𝒂𝑶𝑯
𝑽 𝑯𝑪𝒍
=
𝟓𝐍 ∗ 𝟐𝟎𝐦𝐋
𝟏𝟎𝐦𝐋
= 𝟏𝟎𝐍 𝐇𝐂𝐥
Ejercicio 2.
¿Cuántos gramos de ácido sulfúrico se requieren para titular a 10mL de
disolución de hidróxido de potasio de concentración 2 mol/L?
A ácido sulfúrico B hidróxido de potasio
Fórmula: H2SO4 Fórmula: KOH
Gramos: ? Volumen: 10mL
Concentración: 2 mol/L
Aplicando la estrategia del ejercicio 1, tenemos:
?
𝒈 𝑯𝟐𝑺𝑶𝟒
𝑴𝒆𝒒 𝑯𝟐𝑺𝑶𝟒
= 𝑵 𝑯𝟐𝑺𝑶𝟒 ∗ 𝑽 𝑯𝟐𝑺𝑶𝟒 = 𝒆𝒒 𝑯𝟐𝑺𝑶𝟒 = 𝒆𝒒 𝑲𝑶𝑯 = 𝑵 𝑲𝑶𝑯 ∗ 𝑽 𝑲𝑶𝑯 =
𝒈 𝑲𝑶𝑯
𝑴𝒆𝒒 𝑲𝑶𝑯
2
mol/L
10mL
Donde se observa que la concentración del KOH está en mol/L, por lo cual se
debe transformar en normales, así:
Para transformar mol/L en normales (N) necesitamos la relación
equivalente/mol para el KOH. Según la naturaleza del KOH (es una base) tiene
un solo hidroxilo (-
OH), por lo cual la relación equivalente/mol para el KOH es:
𝟏 𝒆𝒒 𝑲𝑶𝑯
𝟏 𝒎𝒐𝒍 𝑲𝑶𝑯
𝑵 𝑲𝑶𝑯 =
𝟐 𝒎𝒐𝒍 𝑲𝑶𝑯
𝟏𝑳 𝒅𝒊𝒔𝒐𝒍
∗
𝟏𝒆𝒒 𝑲𝑶𝑯
𝟏 𝒎𝒐𝒍 𝑲𝑶𝑯
=
𝟐 𝒆𝒒 𝑲𝑶𝑯
𝟏𝑳 𝒅𝒊𝒔𝒐𝒍
= 𝟐 𝑵 𝑲𝑶𝑯
Entonces sustituyendo los 2NKOH donde aparece los 2mol/L:
?
𝒈 𝑯𝟐𝑺𝑶𝟒
𝑴𝒆𝒒 𝑯𝟐𝑺𝑶𝟒
= 𝑵 𝑯𝟐𝑺𝑶𝟒 ∗ 𝑽 𝑯𝟐𝑺𝑶𝟒 = 𝒆𝒒 𝑯𝟐𝑺𝑶𝟒 = 𝒆𝒒 𝑲𝑶𝑯 = 𝑵 𝑲𝑶𝑯 ∗ 𝑽 𝑲𝑶𝑯 =
𝒈 𝑲𝑶𝑯
𝑴𝒆𝒒 𝑲𝑶𝑯
2 N 10mL
Igualando el término donde aparece la incógnita y donde están los datos
completos tenemos:
𝒈 𝑯𝟐𝑺𝑶𝟒
𝑴𝒆𝒒 𝑯𝟐𝑺𝑶𝟒
= 𝑵 𝑲𝑶𝑯 ∗ 𝑽 𝑲𝑶𝑯
Despejando gH2SO4:
𝒈 𝑯𝟐𝑺𝑶𝟒 = 𝑵 𝑲𝑶𝑯 ∗ 𝑽 𝑲𝑶𝑯 ∗ 𝑴𝒆𝒒 𝑯𝟐𝑺𝑶𝟒
Determinando la masa equivalente del H2SO4:
𝑴𝒆𝒒 𝑯𝟐𝑺𝑶𝟒 =
𝑴𝑴 𝑯𝟐𝑺𝑶𝟒
𝒆𝒒 𝑯𝟐𝑺𝑶𝟒(𝒔𝒆𝒈ú𝒏 𝒔𝒖 𝒏𝒂𝒕𝒖𝒓𝒂𝒍𝒆𝒛𝒂)
eqH2SO4 son 2eq debido a que es un ácido que contiene 2H+ y su masa molar
es 98gH2SO4/1molH2SO4, entonces:
𝑀𝑒𝑞 𝑯𝟐𝑺𝑶𝟒 =
98𝑔 𝑯𝟐𝑺𝑶𝟒
2𝑒𝑞 𝑯𝟐𝑺𝑶𝟒
Sustituyendo en la expresión para calcular los gramos, tenemos:
𝑔 𝐻2𝑆𝑂4 =
2𝑒𝑞 𝐾𝑂𝐻
1𝐿 𝑑𝑖𝑠𝑜𝑙
∗ 10𝑚𝐿 𝑑𝑖𝑠𝑜𝑙 ∗
98𝑔 𝐻2𝑆𝑂4
2𝑒𝑞 𝐻2𝑆𝑂4
1Ldisol = 1000mLdisol (consistencia en las unidades)
y como estamos basados en el punto de equivalencia eqKOH = eqH2SO4
por lo cual:
𝒈 𝑯𝟐𝑺𝑶𝟒 =
𝟐𝒆𝒒 𝑲𝑶𝑯
𝟏𝟎𝟎𝟎𝒎𝑳 𝒅𝒊𝒔𝒐𝒍
∗ 𝟏𝟎𝒎𝑳 𝒅𝒊𝒔𝒐𝒍 ∗
𝟗𝟖𝒈 𝑯𝟐𝑺𝑶𝟒
𝟐𝒆𝒒 𝑯𝟐𝑺𝑶𝟒
= 𝟎, 𝟗𝟖 𝒈 𝑯𝟐𝑺𝑶𝟒
Ejercicio 3.
¿Cuántos gramos de hidróxido de hierro (II) hay presentes en una disolución si
se valoran con ácido fosfórico gastándose 2g de este ácido?
A ácido fosfórico B hidróxido de hierro (II)
Fórmula: H3PO4 Fórmula: Fe(OH)2
Gramos: 2g Gramos. ?
2g ?
𝒈 𝑯𝟑𝑷𝑶𝟒
𝑴𝒆𝒒 𝑯𝟑𝑷𝑶𝟒
= 𝑵 𝑯𝟑𝑷𝑶𝟒 ∗ 𝑽 𝑯𝟑𝑷𝑶𝟒 = 𝒆𝒒 𝑯𝟑𝑷𝑶𝟒 = 𝒆𝒒 𝑭𝒆(𝑶𝑯)𝟐 = 𝑵 𝑭𝒆(𝑶𝑯)𝟐 ∗ 𝑽 𝑭𝒆(𝑶𝑯)𝟐 =
𝒈 𝑭𝒆(𝑶𝑯)𝟐
𝑴𝒆𝒒 𝑭𝒆(𝑶𝑯)𝟐
Igualando los términos de interés:
𝒈 𝑯𝟑𝑷𝑶𝟒
𝑴𝒆𝒒 𝑯𝟑𝑷𝑶𝟒
=
𝒈 𝑭𝒆(𝑶𝑯)𝟐
𝑴𝒆𝒒 𝑭𝒆(𝑶𝑯)𝟐
Despejando la incógnita:
𝒈 𝑭𝒆(𝑶𝑯)𝟐 =
𝒈 𝑯𝟑𝑷𝑶𝟒
𝑴𝒆𝒒 𝑯𝟑𝑷𝑶𝟒
∗ 𝑴𝒆𝒒 𝑭𝒆(𝑶𝑯)𝟐
La masa equivalente del H3PO4 es:
𝑴𝒆𝒒 𝑯𝟑𝑷𝑶𝟒 =
𝟗𝟖𝒈 𝑯𝟑𝑷𝑶𝟒
𝟑𝒆𝒒 𝑯𝟑𝑷𝑶𝟒
La masa equivalente del Fe(OH)2 es:
𝑴𝒆𝒒 𝑭𝒆(𝑶𝑯)𝟐 =
𝟗𝟎𝒈 𝑭𝒆(𝑶𝑯)𝟐
𝟐𝒆𝒒 𝑭𝒆(𝑶𝑯)𝟐
Sustituyendo en la expresión para determinar los gramos, tenemos:
𝒈 𝑭𝒆(𝑶𝑯)𝟐 = 𝟐𝒈 𝑯𝟑𝑷𝑶𝟒 ∗
𝟑𝒆𝒒 𝑯𝟑𝑷𝑶𝟒
𝟗𝟖𝒈 𝑯𝟑𝑷𝑶𝟒
∗
𝟗𝟎𝒈 𝑭𝒆(𝑶𝑯)𝟐
𝟐𝒆𝒒 𝑭𝒆(𝑶𝑯)𝟐
= 𝟐, 𝟕𝟔𝒈 𝑭𝒆(𝑶𝑯)𝟐

1 c titulaciones o valoraciones libro

  • 1.
    TITULACIONES O VALORACIONES Enla gran mayoría de sistemas de producción es necesario realizar análisis e inspecciones a la materia prima, a las líneas de producción y sus procesos y al producto terminado, existiendo normas o estándares que certifican la calidad de los mismos basado en indicadores para monitorear el buen funcionamiento del proceso productivo. Estas inspecciones o análisis pueden ser: físicos, químicos, biológicos, fisicoquímico, entre otros. Cuando el sistema de estudio es de naturaleza química, uno de los indicadores es la concentración de los distintos analitos, la cual es determinada a través de una gran variedad de métodos y técnicas. Uno de los más utilizados a nivel industrial por su sencillez, simplicidad y economía, con respecto a otras técnicas de análisis químico (eléctricas, electrónicas, ópticas, entre otras), son las valoraciones o titulaciones. La valoración o titulación es una técnica o proceso químico utilizado para determinar la cantidad (concentración, volumen o masa) de una especie o analito de naturaleza desconocida que reacciona químicamente con otra especie cuya cantidad (concentración, volumen o masa) es de naturaleza conocida, basado en el principio de equivalencia; que es el momento justo donde se igualan los equivalentes de las sustancias reaccionantes: A + B ========== Productos 𝒆𝒒 𝑨 = 𝒆𝒒 𝑩 (principio de equivalencia) La unidad de concentración que contiene a los equivalentes es la normalidad: 𝑵 = 𝒆𝒒 𝑽(𝑳) despejando eq tenemos: 𝒆𝒒 = 𝑵 ∗ 𝑽(𝑳)
  • 2.
    Sustituyendo en elprincipio de equivalencia, tenemos: 𝑵 𝑨 ∗ 𝑽 𝑨 = 𝒆𝒒 𝑨 = 𝒆𝒒 𝑩 = 𝑵 𝑩 ∗ 𝑽 𝑩 Donde: NA = concentración normal de la disolución A VA = Volumen de la disolución A eqA = Equivalentes del analito A en el punto de equivalencia eqB = Equivalentes del analito B en el punto de equivalencia NB = Concentración de la disolución B VB = Volumen de la disolución B En esta igualdad matemática se puede observar que si se conocen los volúmenes de A y B para alcanzar el punto de equivalencia y la concentración normal de una de las especies o analitos (sea A o sea B) se puede determinar la concentración normal de la otra especie o analito. El detalle radica en la determinación del punto de equivalencia, y dependiendo de cómo se determine es nombrada la titulación o valoración (es una manera de clasificarlas) Existen varias maneras de determinar el punto de equivalencia basado en propiedades físicas o fisicoquímicas como:  Variación de la conductividad eléctrica del sistema o disolución  Variación del potencial eléctrico del sistema o disolución  Variación de la resistencia del sistema o disolución  Aparición de un sólido en el sistema por la reacción química  Aparición o desaparición de color de una especie dentro del sistema  Entre otras. Aquí sólo nos referiremos a las titulaciones o valoraciones donde ocurren cambios en el color, como las ácido-base, REDOX y las de formación de compuestos de coordinación (otra manera de clasificar a las titulaciones o valoraciones: en función de la naturaleza de la reacción química utilizada) Clasificación de las titulaciones o valoraciones Las titulaciones o valoraciones se clasifican en: 1. Según la naturaleza de la reacción:  Valoraciones ácido-base o de neutralización
  • 3.
     Valoraciones detransferencia electrónica u óxido-reducción (REDOX)  Valoraciones por formación de precipitado  Valoraciones por formación de compuestos de coordinación o complejométricas 2. Según la manera de detección del punto final: Cuadro 1. Clasificación de las valoraciones según la detección del punto final. Eléctrica Valoraciones coulombométricas Valoraciones amperométricas Valoraciones potenciométricas Radiación electromagnética Valoraciones espectrométricas Índice de refracción Valoraciones refractométricas Ópticas Valoraciones ácido-base o neutralización, Valoraciones por precipitación Valoraciones complejométricas Valoraciones REDOX El proceso de titulación o valoración Suponga que se titula una disolución “A” de color rojo con otra disolución “B” de color azul. Asuma que la adición de una disolución en la otra para que ocurra la reacción entre A y B es perfectamente controlada. La reacción de A con B seria: A + B ========== Productos Y asuma que los productos de reacción son incoloros. A + B ========== Productos rojo azul incoloros Inicialmente sólo se tiene A, por lo tanto, el sistema tendrá color rojo.
  • 4.
    Al agregar unapequeña cantidad de B en A pero que su cantidad esté por debajo de la estequiométricamente necesaria para consumir a todo A, el sistema tendrá color rojo debido a que todo B es consumido por la reacción (reactivo limitante) y los productos de la reacción son incoloros. Pero, hipotéticamente habrá una cantidad de B exacta que consumiría a una cantidad de A fija. En ese momento el sistema no presentaría ningún color, porque solamente estarían presentes los productos de la reacción que son incoloros, A y B serian reactivos limitantes (cantidades equimolar de reactantes); en este momento se habría alcanzado el punto de equivalencia. Al agregar más cantidad de B el sistema se tornaría azul debido a que B no tiene con quien reaccionar (ya A fue consumido en su totalidad) por lo cual se ha sobrepasado el punto de equivalencia. Ahora, en términos experimentales no se puede determinar exactamente el punto de equivalencia, sino una aproximación de éste llamado punto final de la titulación o valoración, que está sujeto a errores instrumentales (apreciaciones) operacionales (de método) y personales (paralaje, detección de cambio por receptor humano) en el sistema de valoración, a los que definen como errores de titulación. Lo importante es que el punto final de titulación y el punto de equivalencia coincidan o que la diferencia entre ellos sea muy pequeña; esto garantizaría que el error de titulación sea pequeño. Ahora observe la siguiente valoración ácido-base entre el ácido clorhídrico (HCl) y el hidróxido de sodio (NaOH): HCl + NaOH ======= NaCl + H2O incoloro incoloro incoloro incoloro Como puede observarse, no puede monitorearse la titulación o valoración porque no ocurre cambio óptico alguno en el sistema (no ocurre cambio de color, todo es incoloro). En este tipo de circunstancias se agrega una sustancia que presente una tonalidad con el HCl y otra tonalidad frente al NaOH, para poder percibir el punto final de la titulación llamada indicador.
  • 5.
    Un indicador esuna sustancia, por lo general, orgánica u organometálica, que se agrega con anterioridad a la sustancia a titular o valorar en pequeñas cantidades para reforzar el cambio de color y percibir el punto final de la valoración, presentando una coloración antes y otra después de pasar el punto final de la titulación. En las titulaciones ácido-base el indicador es un ácido débil, cuya estructura no disociada del ácido posee un color diferente a la de su base conjugada. Por lo general la generación del color está asociada al movimiento de par de electrones no enlazantes de una parte de la molécula a otra, generando cambios en la capacidad de retención de la radiación ubicándola en el espectro visible entre los 350nm y 780nm. En el siguiente cuadro se ilustran algunos indicadores ácido-base: Cuadro 2. Algunos indicadores ácido-base Indicador Cambio de color pK ind Forma ácida pH Forma básica pH Azul de timol 1,65 Rojo 1,2 Amarillo 2,8 Azul de bromofenol 4,10 Amarillo 3,0 Azul 4,6 Naranja de metilo 3,46 Rojo 3,1 Anaranjado 4,4 Verde de bromocresol 4,90 Amarillo 3,8 Azul 5,4 Rojo de metilo 5,00 Rojo 4,2 Amarillo 6,3 Púrpura de bromocresol 6,40 Amarillo 5,2 Púrpura 6,8 Rojo de fenol 8,00 Amarillo 6,8 Rojo 8,4 Fenoltaleina 9,10 Incoloro 8,3 fucsia 10,0 Amarillo de alizerina 11,00 Incoloro 10,0 Amarillo 12,0 En las titulaciones es importante resaltar que para minimizar el efecto de resilencia óptica, se debe ajustar el sistema para observar el cambio de color del menos intenso al más intenso. En caso de uso de indicadores se debe observar el cambio menos intenso del indicador al más intenso del indicador.
  • 6.
    Por lo cual,esta observación orienta qué sustancia debe estar en la bureta (titulante o valorante) y cuál debe ir en el matraz Erlenmeyer o fiola (titulado o valorado). El indicador debe estar siempre en el titulado o valorado. Así, en el caso de uso del indicador fenolftaleína (ver cuadro 2), el cambio de color a observar es de incoloro (menos intenso) a fuscia (más intenso) por lo cual debe colocarse el ácido en el matraz Erlenmeyer o fiola junto con el indicador fenolftaleína y la base en la bureta como titulante o valorante. Correspondencia entre la masa equivalente y los equivalentes en una titulación Ahora definamos masa equivalente (Meq): es la relación que existe entre la cantidad (masa) de una sustancia que reacciona con respecto a una equivalente o que hay contenido en un equivalente de esa sustancia; esto es: 𝑴𝒆𝒒 𝑨 = 𝒈 𝑨 𝒆𝒒 𝑨 Despejando eqA: 𝒆𝒒 𝑨 = 𝒈 𝑨 𝑴𝒆𝒒 𝑨 Sustituyendo en el principio de equivalencia, tenemos: 𝒈 𝑨 𝑴𝒆𝒒 𝑨 = 𝑵 𝑨 ∗ 𝑽 𝑨 = 𝒆𝒒 𝑨 = 𝒆𝒒 𝑩 = 𝑵 𝑩 ∗ 𝑽 𝑩 = 𝒈 𝑩 𝑴𝒆𝒒 𝑩 Donde: gA = Son los gramos de la sustancia o analito A en el punto de equivalencia MeqA = Masa equivalente de la sustancia o analito A gB = Gramos de la sustancia o analito B en el punto de equivalencia MeqB = Masa equivalente de la sustancia o analito B MeqA se determina en función de la masa molar de la sustancia A con respecto a la naturaleza de la sustancia (si es ácido, base, sal o si es una REDOX) esto es: 𝑴𝒆𝒒 𝑨 = 𝑴𝑴 𝑨 𝒆𝒒 𝒔𝒆𝒈ú𝒏 𝒏𝒂𝒕𝒖𝒓𝒂𝒍𝒆𝒛𝒂 𝒅𝒆 𝒍𝒂 𝒔𝒖𝒔𝒕𝒂𝒏𝒄𝒊𝒂 𝑨 Donde. MMA = masa molar de la sustancia o analito A
  • 7.
    Los equivalentes segúnla naturaleza de la sustancia se determinan de la siguiente manera: Sustancia ácido base sales Redox Equivalentes Número de protones acídicos o lábiles (H+ si es inorgánico o COOH si es orgánico) Número de hidroxilos u oxidrilos - OH Multiplique el estado de oxidación del metal primario por el subíndice del metal primario Número de electrones transferidos en la semirreacción NOTA: Meq de las sustancias es un dato de tablas y por lo cual nunca se da en los ejercicios de titulación debido a que se obtiene con la masa molar y la naturaleza de la sustancia. Para resolver ejercicios de titulaciones, es conveniente utilizar la expresión matemática: 𝒈 𝑨 𝑴𝒆𝒒 𝑨 = 𝑵 𝑨 ∗ 𝑽 𝑨 = 𝒆𝒒 𝑨 = 𝒆𝒒 𝑩 = 𝑵 𝑩 ∗ 𝑽 𝑩 = 𝒈 𝑩 𝑴𝒆𝒒 𝑩 Ubicando la incógnita y los datos conocidos, y estableciendo la relación de igualdad donde se encuentra la incógnita con la igualdad donde se encuentran todos los datos conocidos, se puede resolver dicha incógnita. Recuerde que la masa equivalente Meq ya es un dato conocido en el problema si se conoce a la sustancia. A continuación, se ilustran las explicaciones dadas con un ejercicio: Ejercicio 1. Se titulan 10mL de disolución de ácido clorhídrico y se gastan 20mL de disolución de hidróxido de sodio de concentración 5 normal. ¿Cuál es la concentración normal del ácido? A es una sustancia. B es la sustancia que reacciona con A A ácido clorhídrico B hidróxido de sodio Fórmula: HCl Fórmula: NaOH Volumen: 10mL Volumen: 20mL Concentración: ? Concentración: 5N
  • 8.
    Estrategia: si secoloca cada dato dado y la incógnita en la expresión matemática, tenemos: 𝒈 𝑯𝑪𝒍 𝑴𝒆𝒒 𝑯𝑪𝒍 = 𝑵 𝑯𝑪𝒍 ∗ 𝑽 𝑯𝑪𝒍 = 𝒆𝒒 𝑯𝑪𝒍 = 𝒆𝒒 𝑵𝒂𝑶𝑯 = 𝑵 𝑵𝒂𝑶𝑯 ∗ 𝑽 𝑵𝒂𝑶𝑯 = 𝒈 𝑵𝒂𝑶𝑯 𝑴𝒆𝒒 𝑵𝒂𝑶𝑯 ? 10mL 5N 20mL Igualando el término donde se encuentra la incógnita con el término donde se conocen todos los datos, tenemos: 𝑵 𝑯𝑪𝒍 ∗ 𝑽 𝑯𝑪𝒍 = 𝑵 𝑵𝒂𝑶𝑯 ∗ 𝑽 𝑵𝒂𝑶𝑯 Despejando la incógnita y sustituyendo los valores, tenemos: 𝑵 𝑯𝑪𝒍 = 𝑵 𝑵𝒂𝑶𝑯 ∗ 𝑽 𝑵𝒂𝑶𝑯 𝑽 𝑯𝑪𝒍 = 𝟓𝐍 ∗ 𝟐𝟎𝐦𝐋 𝟏𝟎𝐦𝐋 = 𝟏𝟎𝐍 𝐇𝐂𝐥 Ejercicio 2. ¿Cuántos gramos de ácido sulfúrico se requieren para titular a 10mL de disolución de hidróxido de potasio de concentración 2 mol/L? A ácido sulfúrico B hidróxido de potasio Fórmula: H2SO4 Fórmula: KOH Gramos: ? Volumen: 10mL Concentración: 2 mol/L Aplicando la estrategia del ejercicio 1, tenemos: ? 𝒈 𝑯𝟐𝑺𝑶𝟒 𝑴𝒆𝒒 𝑯𝟐𝑺𝑶𝟒 = 𝑵 𝑯𝟐𝑺𝑶𝟒 ∗ 𝑽 𝑯𝟐𝑺𝑶𝟒 = 𝒆𝒒 𝑯𝟐𝑺𝑶𝟒 = 𝒆𝒒 𝑲𝑶𝑯 = 𝑵 𝑲𝑶𝑯 ∗ 𝑽 𝑲𝑶𝑯 = 𝒈 𝑲𝑶𝑯 𝑴𝒆𝒒 𝑲𝑶𝑯 2 mol/L 10mL Donde se observa que la concentración del KOH está en mol/L, por lo cual se debe transformar en normales, así: Para transformar mol/L en normales (N) necesitamos la relación equivalente/mol para el KOH. Según la naturaleza del KOH (es una base) tiene un solo hidroxilo (- OH), por lo cual la relación equivalente/mol para el KOH es: 𝟏 𝒆𝒒 𝑲𝑶𝑯 𝟏 𝒎𝒐𝒍 𝑲𝑶𝑯
  • 9.
    𝑵 𝑲𝑶𝑯 = 𝟐𝒎𝒐𝒍 𝑲𝑶𝑯 𝟏𝑳 𝒅𝒊𝒔𝒐𝒍 ∗ 𝟏𝒆𝒒 𝑲𝑶𝑯 𝟏 𝒎𝒐𝒍 𝑲𝑶𝑯 = 𝟐 𝒆𝒒 𝑲𝑶𝑯 𝟏𝑳 𝒅𝒊𝒔𝒐𝒍 = 𝟐 𝑵 𝑲𝑶𝑯 Entonces sustituyendo los 2NKOH donde aparece los 2mol/L: ? 𝒈 𝑯𝟐𝑺𝑶𝟒 𝑴𝒆𝒒 𝑯𝟐𝑺𝑶𝟒 = 𝑵 𝑯𝟐𝑺𝑶𝟒 ∗ 𝑽 𝑯𝟐𝑺𝑶𝟒 = 𝒆𝒒 𝑯𝟐𝑺𝑶𝟒 = 𝒆𝒒 𝑲𝑶𝑯 = 𝑵 𝑲𝑶𝑯 ∗ 𝑽 𝑲𝑶𝑯 = 𝒈 𝑲𝑶𝑯 𝑴𝒆𝒒 𝑲𝑶𝑯 2 N 10mL Igualando el término donde aparece la incógnita y donde están los datos completos tenemos: 𝒈 𝑯𝟐𝑺𝑶𝟒 𝑴𝒆𝒒 𝑯𝟐𝑺𝑶𝟒 = 𝑵 𝑲𝑶𝑯 ∗ 𝑽 𝑲𝑶𝑯 Despejando gH2SO4: 𝒈 𝑯𝟐𝑺𝑶𝟒 = 𝑵 𝑲𝑶𝑯 ∗ 𝑽 𝑲𝑶𝑯 ∗ 𝑴𝒆𝒒 𝑯𝟐𝑺𝑶𝟒 Determinando la masa equivalente del H2SO4: 𝑴𝒆𝒒 𝑯𝟐𝑺𝑶𝟒 = 𝑴𝑴 𝑯𝟐𝑺𝑶𝟒 𝒆𝒒 𝑯𝟐𝑺𝑶𝟒(𝒔𝒆𝒈ú𝒏 𝒔𝒖 𝒏𝒂𝒕𝒖𝒓𝒂𝒍𝒆𝒛𝒂) eqH2SO4 son 2eq debido a que es un ácido que contiene 2H+ y su masa molar es 98gH2SO4/1molH2SO4, entonces: 𝑀𝑒𝑞 𝑯𝟐𝑺𝑶𝟒 = 98𝑔 𝑯𝟐𝑺𝑶𝟒 2𝑒𝑞 𝑯𝟐𝑺𝑶𝟒 Sustituyendo en la expresión para calcular los gramos, tenemos: 𝑔 𝐻2𝑆𝑂4 = 2𝑒𝑞 𝐾𝑂𝐻 1𝐿 𝑑𝑖𝑠𝑜𝑙 ∗ 10𝑚𝐿 𝑑𝑖𝑠𝑜𝑙 ∗ 98𝑔 𝐻2𝑆𝑂4 2𝑒𝑞 𝐻2𝑆𝑂4 1Ldisol = 1000mLdisol (consistencia en las unidades) y como estamos basados en el punto de equivalencia eqKOH = eqH2SO4 por lo cual: 𝒈 𝑯𝟐𝑺𝑶𝟒 = 𝟐𝒆𝒒 𝑲𝑶𝑯 𝟏𝟎𝟎𝟎𝒎𝑳 𝒅𝒊𝒔𝒐𝒍 ∗ 𝟏𝟎𝒎𝑳 𝒅𝒊𝒔𝒐𝒍 ∗ 𝟗𝟖𝒈 𝑯𝟐𝑺𝑶𝟒 𝟐𝒆𝒒 𝑯𝟐𝑺𝑶𝟒 = 𝟎, 𝟗𝟖 𝒈 𝑯𝟐𝑺𝑶𝟒 Ejercicio 3. ¿Cuántos gramos de hidróxido de hierro (II) hay presentes en una disolución si se valoran con ácido fosfórico gastándose 2g de este ácido? A ácido fosfórico B hidróxido de hierro (II) Fórmula: H3PO4 Fórmula: Fe(OH)2 Gramos: 2g Gramos. ?
  • 10.
    2g ? 𝒈 𝑯𝟑𝑷𝑶𝟒 𝑴𝒆𝒒𝑯𝟑𝑷𝑶𝟒 = 𝑵 𝑯𝟑𝑷𝑶𝟒 ∗ 𝑽 𝑯𝟑𝑷𝑶𝟒 = 𝒆𝒒 𝑯𝟑𝑷𝑶𝟒 = 𝒆𝒒 𝑭𝒆(𝑶𝑯)𝟐 = 𝑵 𝑭𝒆(𝑶𝑯)𝟐 ∗ 𝑽 𝑭𝒆(𝑶𝑯)𝟐 = 𝒈 𝑭𝒆(𝑶𝑯)𝟐 𝑴𝒆𝒒 𝑭𝒆(𝑶𝑯)𝟐 Igualando los términos de interés: 𝒈 𝑯𝟑𝑷𝑶𝟒 𝑴𝒆𝒒 𝑯𝟑𝑷𝑶𝟒 = 𝒈 𝑭𝒆(𝑶𝑯)𝟐 𝑴𝒆𝒒 𝑭𝒆(𝑶𝑯)𝟐 Despejando la incógnita: 𝒈 𝑭𝒆(𝑶𝑯)𝟐 = 𝒈 𝑯𝟑𝑷𝑶𝟒 𝑴𝒆𝒒 𝑯𝟑𝑷𝑶𝟒 ∗ 𝑴𝒆𝒒 𝑭𝒆(𝑶𝑯)𝟐 La masa equivalente del H3PO4 es: 𝑴𝒆𝒒 𝑯𝟑𝑷𝑶𝟒 = 𝟗𝟖𝒈 𝑯𝟑𝑷𝑶𝟒 𝟑𝒆𝒒 𝑯𝟑𝑷𝑶𝟒 La masa equivalente del Fe(OH)2 es: 𝑴𝒆𝒒 𝑭𝒆(𝑶𝑯)𝟐 = 𝟗𝟎𝒈 𝑭𝒆(𝑶𝑯)𝟐 𝟐𝒆𝒒 𝑭𝒆(𝑶𝑯)𝟐 Sustituyendo en la expresión para determinar los gramos, tenemos: 𝒈 𝑭𝒆(𝑶𝑯)𝟐 = 𝟐𝒈 𝑯𝟑𝑷𝑶𝟒 ∗ 𝟑𝒆𝒒 𝑯𝟑𝑷𝑶𝟒 𝟗𝟖𝒈 𝑯𝟑𝑷𝑶𝟒 ∗ 𝟗𝟎𝒈 𝑭𝒆(𝑶𝑯)𝟐 𝟐𝒆𝒒 𝑭𝒆(𝑶𝑯)𝟐 = 𝟐, 𝟕𝟔𝒈 𝑭𝒆(𝑶𝑯)𝟐