El documento presenta una introducción a los métodos volumétricos en química analítica. Explica los tipos de métodos volumétricos como las volumetrías de neutralización, precipitación y formación de complejos. Describe las reacciones involucradas, el trazado de curvas de titulación para ácidos fuertes y débiles, y los métodos de Mohr, Volhard y Fajans. También cubre la aplicación del EDTA y la determinación de la dureza del agua.

1. Métodos Volumétricos UNEFM . Química Analítica Ing. Kendy Bustamante Sánchez [email_address]

2. UNEFM. Química Analítica Sistematizar información sobre los métodos volumétricos. Identificar los tipos de métodos. Caracterizar las sustancias que intervienen en los métodos volumétricos y el desarrollo del proceso . Desarrollar los métodos volumétricos OBJETIVOS ESPECÍFICOS: OBJETIVO GENERAL:

3. Tomado de: Underwood, A. y Day, R. (1989). Química analítica cuantitativa. MÉTODOS VOLUMÉTRICOS aA + tT Productos Se basan en una reacción química como:

4. TÉRMINOS BÁSICOS Valoración Normalización de soluciones Patrón primario Solución Patrón Métodos Volumétricos Indicadores Curvas de titulación Elaboración propia

5. UNIDADES DE CONCENTRACIÓN Molaridad: M= n/v Formalidad: F= nf/v Normalidad: N= eq/v Porcentaje en peso: %p/p= w/(w+w o ) x 100

6. ALGUNAS CONVERSIONES Para una especie química A se escribe: De la definición de concentración molar se deriva otro par de ecuaciones: Cantidad de A (mol) = volumen (L) x concentración de A (mol/L) Tomado de: Skoog y otros (2001). Química Analítica Cantidad de A (mol) = masa de A (g) masa molar de A(g/mol)

7. Tomado de: Skoog y otros (2001). Química Analítica VOLUMETRÍAS DIRECTAS E INDIRECTAS DIRECTA Pesar una cantidad exacta del patrón primario Disolver en el solvente adecuado. Llevar a un volumen final INDIRECTA El titulante utilizado se emplea para valorar: Un peso conocido de un patrón primario Un peso conocido de un patrón secundario Volumen conocido de otra solución patrón

8. VOLUMETRÍAS DIRECTAS E INDIRECTAS RESOLUCIÓN DE PROBLEMAS 1. Preparar 5 L de Na 2 CO 3 0,100 M (105,99g/mol) a partir del patrón primario sólido SOLUCIÓN Cantidad de Na 2 CO 3 = 5L x 0,100 mol/L x 105.99g/mol = 53,00g Na 2 CO 3 2. Preparación de una alícuota de 50,0 ml de solución patrón que sea 0,00500M en Na + utilizando la solución patrón 0,0100M Na + SOLUCIÓN Vconc x Cconc = Vdil x Cdil Vconc = (Vdil x Cdil)/ Cconc = (50,0 ml x 0,00500M)/ 0,0100M = 25 ml Tomado de: Skoog y otros (2001). Química Analítica

9. VOLUMETRÍAS DE NEUTRALIZACIÓN REACCIÓN EXOTÉRMICA Elaboración propia REACCIÓN INVOLUCRADA HA + BOH BA + H 2 O Ácido Base Sal Agua

10. TRAZADO DE CURVAS DE VALORACIÓN I ÁCIDO FUERTE – BASE FUERTE: Antes de comenzar a titular (punto inicial): HA + H 2 O A - + H 3 O 2H 2 O H 3 O + + OH - Balance de cargas: [H 3 O + ] =[OH - ] + [A - ] La concentración [OH-] se desprecia. [H 3 O + ] = [A - ] y se calcula pH según la formula: pH = - log [H 3 O + ] … /

11. TRAZADO DE CURVAS DE VALORACIÓN II Antes del punto de equivalencia (cuando se comienza a titular): La concentración de H 3 O + disminuye Balance de cargas: [H 3 O + ] =[OH - ] + [A - ] – [B + ] La concentración [OH - ] se desprecia. Balance de Masa se expresa como: … /

12. TRAZADO DE CURVAS DE VALORACIÓN III En el punto de equivalencia: No existe exceso de ácido ni de base. [H 3 O + ] =[OH - ] Kw = [H 3 O + ][OH - ] Suponiendo [H 3 O + ] = [OH - ] entonces de Kw se obtiene: [H3O+]= √(Kw) = 1 x 10 -7 obteniéndose una solución neutra donde el pH = 7 … /

13. TRAZADO DE CURVAS DE VALORACIÓN IV Después del punto de equivalencia: La solución se vuelve básica. Balance de cargas: [OH - ] =[B + ] – [A - ] Balance de masa: Se calcula el pH de la solución a partir del pOH.

14. TRAZADO DE CURVAS DE VALORACIÓN V Antes de comenzar a titular: El ácido se disocia parcialmente en A - de esta forma: [HA]=[HA] o – [H 3 O + ] disociado ≈[HA] o Suponiendo que [H 3 O + ]=[A - ] entonces despejando de Ka se tiene: [H 3 O + ]=√(Ka[HA]) … / Tomado de: Skoog y otros (2001). Química Analítica ÁCIDO DÉBIL – BASE FUERTE:

15. TRAZADO DE CURVAS DE VALORACIÓN VI Durante la titulación: Suponiendo que la reacción se completa se produce A - ya que [B]= [A-] de esta manera: En el punto de equivalencia: A - + H 2 O HA + OH - … /

16. TRAZADO DE CURVAS DE VALORACIÓN VII Utilizando Ka y Kw, se obtiene [OH - ] para determinar pH. [HA] ≈[OH - ] ya que se tiene una solución aparentemente básica. Después del punto de equivalencia: Se calcula a partir del exceso de base.

17. TRAZADO DE CURVAS DE VALORACIÓN CASO: HOAC Para la reacción: HAC + NH 4 OH NH 4 + +AC - +H 2 O En el punto de equivalencia: HA + BOH H 2 O + B + +A - El pH queda determinado por: pH= ½ (pKH 2 O+pKa-pKb) Sí Ka > Kb ( ácida ) Sí Kb> Ka ( alcalina ) Tomado de: Ayres, G.(1989). Análisis químico cuantitativo.

18. TRAZADO DE CURVAS DE VALORACIÓN CASO: H 2 A Tomado de: Ayres, G.(1989). Análisis químico cuantitativo. Para un ácido poliprótico con una base fuerte: H 2 A H + + HA - HA - H + + A -2 Inicialmente el pH se calcula a partir de: [ H +]= √(K 1 [H 2 A]) En la primera etapa: H 2 A + OH - H 2 O + HA - pH = ½ (pK 1 + pK 2 ) En la segunda etapa: HA - + OH - H 2 O + A -2 pH= ½ (pKH 2 O+pK 2 +log [A -2 ]) K 1 = [H + ][HA - ] [H 2 A] K 2 = [H + ][A -2 ] [HA - ]

19. TRAZADO DE CURVAS DE VALORACIÓN CASO: H 2 CO 3 Tomado de: Ayres, G.(1989). Análisis químico cuantitativo. Las etapas y constantes de ionización son: H 2 CO 3 HCO 3 - + H + pK 1 HCO 3 - H + + CO 3 -2 Pk 2 [H2CO3] ≥ 0,1M ph= ½ (pk 1 + pk 2 ) La determinación volumétrica de H 2 CO 3 y HCO 3 - se realiza con Ba(OH): CO 3 -2 + Ba +2 BaCO 3 HCO 3 - + Ba +2 + OH - BaCO 3 + H 2 O

20. VOLUMETRÍAS DE PRECIPITACIÓN Definición Basadas en el empleo de soluciones donde ocurren reacciones de precipitación. Tomado de: Underwood, A. y Day, R. (1989). Química analítica cuantitativa.

21. VOLUMETRÍAS DE PRECIPITACIÓN MÉTODO DE MOHR Tomado de: Underwood, A. y Day, R. (1989). Química analítica cuantitativa. Formación de un precipitado colorido. Titulación del cloruro con ion plata utilizando como indicador el ion cromato. Reacciones que se llevan a cabo: Reacción de titulación: Ag + + Cl - AgCl (s) BLANCO Reacción del indicador: 2Ag + + CrO 4 -2 Ag 2 CrO 4 (s) ROJO Limitación: soluciones cuyo pH 7-10

22. VOLUMETRÍAS DE PRECIPITACIÓN MÉTODO DE VOLHARD Tomado de: Underwood, A. y Day, R. (1989). Química analítica cuantitativa. Formación de un complejo colorido. Reacciones que se llevan a cabo: Ag + + SCN - AgSCN (s) Fe +3 + SCN - FeSCN -2 ROJO Medio ácido Titulación directa de plata con solución estándar de tiocianato o titulación indirecta del ion cloruro.

23. DIRECTA AgSCN (s) adsorbe iones plata sobre su superficie. El color que indica el punto final sucede con un exceso de AgSCN. VOLUMETRÍAS DE PRECIPITACIÓN MÉTODO DE VOLHARD Fuentes de error: INDIRECTA Si la sal de plata es más soluble que el AgSCN. AgCl(s) + SCN - AgSCN(s) + Cl - Se obtienen bajos resultados de cloruro. Tomado de: Underwood, A. y Day, R. (1989). Química analítica cuantitativa.

24. VOLUMETRÍAS DE PRECIPITACIÓN MÉTODO DE FAJANS Tomado de: Underwood, A. y Day, R. (1989). Química analítica cuantitativa. Uso de indicadores de adsorción Titulación donde intervienen sales de plata y se emplea un indicador de adsorción para detectar el punto final.

25. VOLUMETRÍAS DE FORMACIÓN DE COMPLEJOS Tomado de: Skoog y otros (2001). Química Analítica Definición Determinación analítica directa o indirecta de compuestos por medición del complejo soluble formado.

26. PROPIEDADES DEL EDTA Tomado de: Skoog y otros (2001). Química Analítica Titulante complejométrico más versátil Seis sitios potenciales ( 4 grupos carboxilos y 2 grupos aminos) Se combina con iones metálicos en proporción 1:1 Forma quelatos con todos los cationes Utilizado como conservador en alimentos y muestras biológicas

27. APLICACIÓN. Determinación de la dureza del agua Elaboración propia pH = 10 De suma importancia para la industria Prueba analítica Concentración de carbonato de calcio

28. INDICADORES USADOS DETERMINACIÓN DE LA DUREZA DEL AGUA EDTA Valorante NET Indicador pH (4-12) ROJO pH < 10 ROSADO pH = 10 AZUL Elaboración propia

29. “ No es saber más, sino saber mejor” Heidegger