¿Qué es la titulación?
La titulación es un procedimiento químico en el que una sustancia de concentración conocida reacciona con una sustancia de concentración desconocida en una reacción con estequiometría conocida. Esta estequiometría es la relación entre los componentes de la reacción de titulación. La sustancia con la concentración desconocida se llama analito. En la reacción química, el analito reaccionará con una sustancia de concentración conocida, que es el titulador. Esta reacción llegará a un punto de equivalencia química, donde ambas concentraciones son iguales. El cambio físico asociado con la condición de equivalencia química es el punto final. La palabra latina para titulación es «titulus», que tiene el significado de «inscripción» o «título». Un título puede ser un rango, por lo que la titulación es la determinación del rango o concentración de una solución en relación con el agua. Otra forma de pensar sobre el origen del nombre «titulación» es como un método para encontrar el rango o concentración de una sustancia con un rango o concentración desconocidos.
¿Cuál es el propósito de la titulación?
La concentración del analito puede afectar al sistema. Un buen ejemplo de esto es la concentración de ácido acético en el vinagre. Cuando se produce vinagre, la concentración de ácido acético debe estar dentro de un rango aceptable, o el lote no se puede distribuir a los consumidores. Se puede realizar una titulación en el vinagre para determinar la concentración de ácido acético. Las valoraciones químicas son métodos de evaluación clave para algunos elementos cotidianos.
Procedimiento de titulación
En una reacción de titulación, un analito se titula con un titulador para determinar la concentración del analito. En algunas titulaciones, se agrega un indicador para ayudar a identificar el punto final de la titulación. El siguiente es un procedimiento general para una titulación ácido-base, donde el ácido es el analito y el titulador es la base.
- Se enjuaga una bureta limpia con el titulador para asegurar que se titula un titulador puro.
- Se preparan múltiples muestras del analito.
- La bureta se sujeta a un soporte anular y se llena con el titulador.
- Una de las muestras de analito se coloca debajo de la bureta. Si se necesita un indicador, se agregan unas gotas del indicador al analito. Se registra la lectura inicial de la bureta.
- El analito se titula con el titulador abriendo la llave de paso.
- Mientras se agita la solución de analito, se agrega gota a gota el titulador hasta alcanzar el punto final. Se registra una lectura de bureta final.
- La bureta se puede volver a llenar y se puede titular otra muestra de analito.
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Tipos de titulación
Hay muchos tipos de titulaciones con múltiples analitos. Los tres tipos básicos de titulaciones son las titulaciones ácido-base, las titulaciones de oxidación-reducción y las titulaciones de complejación. Los métodos de titulación no se limitan solo a los tipos básicos. También hay valoraciones en fase gaseosa, valoraciones de potencial zeta y ensayos.
Titulación ácido-base
Las valoraciones ácido-base, también conocidas como valoraciones de neutralización, implican una reacción ácido-base entre el analito y el titulador. El punto de equivalencia en las reacciones ácido-base se muestra mediante un indicador o un método instrumental, como un medidor de pH. Los valorantes en las valoraciones ácido-base son ácidos o bases fuertes porque estas sustancias son más reactivas con un analito que sus contrapartes más débiles. Los analitos pueden ser ácidos y bases fuertes o débiles. Las titulaciones se pueden lograr con sistemas complejos de ácido-base, que son uno de tres tipos. El primer tipo de sistema ácido-base complejo es el que involucra dos ácidos o dos bases de diferente fuerza. Un ácido o base que contiene varios grupos funcionales de ácido o base, también conocido como ácido o base «polifuncional», es el segundo tipo. El tercer tipo de sistema ácido-base complejo es el que involucra una sustancia anfiprótica, que puede actuar como ácido y como base. Las valoraciones ácido-base son una herramienta analítica clave que permite determinar la concentración de un ácido o una base. Estos analitos ácidos y básicos pueden ser fuertes, débiles, mixtos, polifuncionales o anfipróticos. Las valoraciones ácido-base se utilizan en aplicaciones como el análisis elemental, la determinación de sustancias inorgánicas y la determinación de grupos funcionales orgánicos.
Valoración redox
La titulación redox es aquella que implica una reacción de oxidación-reducción entre el analito y el titulador. El punto final de una titulación redox se puede determinar mediante un indicador químico o mediante una titulación potenciométrica. Algunos tituladores utilizados en la titulación redox pueden tener un cambio de color después del punto de equivalencia, por lo que cantidades adicionales de los tituladores producirán un color visual. Un indicador que produce un complejo coloreado con una forma oxidada o reducida del titulador puede visualizar el punto final. Cuando se realiza una reacción redox en una titulación potenciométrica, se usa un electrodo como indicador y se observan cambios en el potencial. Las valoraciones redox son un método analítico importante para determinar la concentración de un analito mediante una reacción de oxidación-reducción.
Valoración en fase gaseosa
La titulación en fase gaseosa (GPT) es una titulación realizada en la fase gaseosa. Este tipo de valoración se utiliza para determinar las especies reactivas en la fase gaseosa mediante la adición de un exceso de gas, que es el titulador. El titulador reaccionará a la especie reactiva, que es el analito. Una aplicación común de la valoración en fase gaseosa es el análisis de ozono, que es el analito, mediante el uso de óxido de nitrógeno como valorante. En esta titulación ocurrirá la siguiente reacción:
- O 3 + NO flecha de reacción O 2 + NO 2
Los productos son oxígeno molecular (O 2 ) y dióxido de nitrógeno (NO 2 ). FT-IR para el análisis de los valorantes y productos restantes. Esto permite una determinación de la cantidad de ozono en la muestra original analizada. Las valoraciones en fase gaseosa son un tipo importante de valoración porque este método permite determinar la concentración de un material gaseoso en la fase gaseosa.
Valoración complexométrica
El análisis cuantitativo de los iones metálicos es la titulación complexométrica, también conocida como titulación de complejación. Este método volumétrico clásico se basa en la formación de complejos, también conocidos como complejos de coordinación, entre un ion metálico (catión) y un agente complejante (ligando). Los ligandos son los tituladores y los iones metálicos son los analitos. En una titulación de complejación, el punto de equivalencia se determina mediante un indicador o un método instrumental adecuado. Las valoraciones de complejación son importantes porque estas valoraciones permiten la cuantificación de iones metálicos como en la determinación de la dureza del agua.
Valoración del potencial zeta
Las valoraciones de potencial zeta involucran coloides, que son dispersiones de pequeñas partículas de una sustancia en otra sustancia. El potencial zeta, también llamado potencial electrocinético, es el potencial eléctrico en el radio de la esfera que contiene la capa rígida de un coloide. Una titulación potenciométrica que implique una reacción de complejación puede proporcionar información sobre el potencial zeta. En estas valoraciones, se utiliza un electrodo como indicador y se añade un titulador al analito, que es el coloide. El punto equivalente es cuando se agrega suficiente titrante para causar un cambio rápido en el potencial. Las valoraciones potenciométricas son importantes porque estas valoraciones no se limitan solo a los coloides, sino que se pueden utilizar en otras reacciones. En una titulación potenciométrica que involucra reacciones de neutralización, se pueden determinar las constantes de disociación.
Ensayo
Un ensayo es una prueba de laboratorio para determinar la cantidad de una sustancia. En biología, estos ensayos se utilizan para medir la fuerza de un virus. Una titulación de virus, o título vital, es un método en el que una muestra de virus se diluye varias veces y se aplica a un cultivo celular. El número de células muertas es un indicador de la fuerza o cantidad de virus presente en la muestra. Si un virus es muy fuerte, requerirá muchas diluciones hasta que se reduzca el recuento de células muertas. Estos ensayos son esenciales para el estudio de enfermedades infecciosas, desarrollo de vacunas, terapias celulares y terapias génicas.
Datos de titulación
La titulación no es solo un procedimiento de laboratorio sofocante que los estudiantes deben realizar. Esta técnica es muy utilizada, no solo en el laboratorio de enseñanza, sino en muchas aplicaciones. Estas aplicaciones son necesarias para la vida cotidiana. Lo siguiente es solo una muestra de por qué las titulaciones son únicas y esenciales.
- El acrilonitrilo es un químico importante para el poliacrilonitrilo, un termoplástico. En las plantas que producen acrilonitrilo, se produce cianuro de hidrógeno como impureza.
- El ion cianuro se determina comúnmente por valoración con nitrato de plata (AgNO 3 ) como valorante. En esta complejación, se agrega yoduro de potasio de titulación como indicador. El punto final es cuando todo el ion de cianuro reacciona y el ion de plata reaccionará con el yoduro de potasio para producir yoduro de plata como precipitado.
- Permite la determinación de una variedad de analitos en múltiples tipos de reacciones. La titulación permite el uso de múltiples reacciones como reacciones de neutralización, oxidación-reducción y complejación. El analito puede estar en estado gaseoso y se puede realizar una titulación para determinar la concentración del analito como en la titulación en fase gaseosa.
- Las valoraciones ácido-base se utilizan en un análisis elemental como la determinación de nitrógeno orgánico. Un método común es el método Kjeldahl, que se basa en una titulación de neutralización.
- Este método de determinación de nitrógeno orgánico se usa principalmente para medir el contenido de proteína de carnes, granos y alimentos para animales. El método Kjeldahl fue desarrollado en 1883 por el químico danés J. Kjeldahl.
Resumen de la lección
Cuando una sustancia de concentración conocida reacciona con otra sustancia de concentración desconocida, este procedimiento químico se llama titulación. La estequiometría de la reacción de titulación debe conocerse para determinar la concentración. En la titulación, la sustancia con la concentración conocida se conoce como valorante. La sustancia con la concentración desconocida es el analito y el propósito de una titulación es determinar la concentración del analito. En la titulación, el punto final es el cambio físico asociado con la condición de equivalencia química. El punto de equivalencia en una titulación es cuando tanto el analito como el titulador tienen la misma concentración. Las reacciones utilizadas en las valoraciones pueden ser reacciones de neutralización, reacciones de oxidación-reducción, reacciones de complejación e incluso reacciones entre especies biológicas como virus y células. Las reacciones potenciales se pueden medir mediante un tipo especial de titulación llamada titulación potenciométrica. Hay muchas aplicaciones prácticas de las titulaciones, como la determinación de la dureza del agua, el control de calidad de los productos alimenticios, la detección de impurezas peligrosas en los materiales y la fuerza de un virus.
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