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Uso del análisis volumétrico para determinar la concentración

Publicado el 3 noviembre, 2020

Medición de agua clorada

¿Alguna vez ha bebido un trago de agua del grifo con sabor a cloro? Si ha bebido de una fuente de agua municipal en los Estados Unidos, la respuesta probablemente sea sí. Se agrega cloro al agua del grifo para matar bacterias y microbios dañinos.

Sin embargo, demasiado cloro puede tener efectos negativos para la salud. Para purificar adecuadamente el agua con cloro, se necesita agregar suficiente para matar las bacterias dañinas, pero no demasiado, para evitar efectos negativos para la salud.

Entonces, ¿cómo puede alguien probar la cantidad de cloro en el agua para asegurarse de que estén presentes los niveles adecuados?

Titulaciones

Para probar los niveles de cloro en el agua potable, necesitamos un análisis métrico de volumen , una técnica en la que se usa una sustancia de una concentración conocida para determinar una concentración desconocida. Un método común en este caso es la titulación , que implica la adición lenta de una solución de concentración conocida a una solución de concentración desconocida.

En nuestro ejemplo, el agua clorada sería el analito , o sustancia de concentración desconocida, donde nuestro valorante es la solución de concentración conocida. Cuando agregamos el valorante al analito, el valorante contiene alguna sustancia química que reaccionará con el analito de una manera conocida y predecible, como un cambio de color.

Una vez que se agrega suficiente tritante para reaccionar completamente con todo el químico activo en el analito, un indicador marcará el final de la titración. A partir de ahí, podemos calcular la concentración del analito.

Entonces, ¿cómo funciona esto? Dado que hay muchos tipos diferentes de titulaciones, es mejor mirar algunos ejemplos.

Valoración ácido-base

Química ácido-base

Echemos un vistazo a un ejemplo de titulación ácido-base . Un ácido fuerte es una sustancia química que se disocia completamente para producir iones de hidrógeno (o hidronio), mientras que una base fuerte es una sustancia química que se disocia completamente para producir iones de hidróxido.

Trabajemos con un ácido fuerte común, ácido clorhídrico (HCl) y una base fuerte común, hidróxido de sodio (NaOH). Una solución que contiene HCl es ácida con un pH menor que 7, mientras que una solución de NaOH es básica con un pH mayor que 7. Cuando se combinan HCl y NaOH, reaccionan químicamente para formar cloruro de sodio (NaCl) y agua.

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Digamos que tenemos una solución de HCl de concentración o molaridad desconocidas. Recuerde que la molaridad , o concentración molar , es una unidad de medida que describe la cantidad de soluto presente en una solución. La cantidad de soluto se mide en moles (abreviado como mol on) y se divide por el volumen de solución, medido en litros (L), para obtener la Molaridad (M).

mol

Preparar

Podemos realizar una titulación para determinar la concentración de la solución de HCl. Para lograr esto, primero construimos nuestro aparato experimental. Llenamos el recipiente inferior con nuestra solución de HCl de concentración desconocida. Pondremos la solución de NaOH de concentración conocida en una bureta, un tubo de vidrio que nos permite medir con precisión la cantidad de titulante.


En un experimento de titulación, el titulante se coloca en la bureta (la estructura en forma de tubo en la parte superior).
El analito llena el recipiente por el fondo. Cuando se alcanza la neutralidad, el indicador vuelve rosa la solución.
preparar

Agregue lentamente la solución de NaOH a la solución de HCl hasta que alcancemos un pH de 7. A un pH de 7, sabemos que los moles de HCl son iguales a los moles de NaOH.

Un indicador se usa comúnmente para determinar cuándo se completa la reacción, generalmente a través de algún tipo de representación visual. En este caso, un color rosa indica que estamos cerca de un pH de 7 en una titulación ácido-base, lo que significa el final de la reacción o punto final.

Cálculo

Entonces, ¿cómo funcionan las matemáticas? Bueno, ahora sabemos:

  • la concentración de la solución de NaOH
  • la cantidad de NaOH que se agregó para neutralizar la solución de HCl (alcanzar un pH de 7)
  • que ahora los moles de HCl = moles de NaOH a pH 7

Esto nos da suficiente información para determinar la concentración de la solución de HCl. Digamos que nuestra solución de NaOH es 0.1 M. Digamos también que se necesitan 12.3 mL de nuestra solución de NaOH para convertir 10 mL de nuestra solución de HCl (con indicador) en rosa. Usando estos valores, podemos calcular la concentración de la solución de HCl desconocida:

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Titulación redox

Otro tipo común de titulación es una titulación redox . Estos utilizan la química de reducción-oxidación para determinar la concentración de un analito. Al igual que con las valoraciones ácido-base, el valorante reaccionará con el analito de una manera conocida y predecible.

En este caso, la reacción química que tiene lugar es una reacción de reducción-oxidación. Un ejemplo básico de tal reacción es la reducción de magnesio (Mg) y la oxidación del cobre (Cu). Una ecuación química equilibrada de la reacción que ocurre entre el titulante y el analito en la titulación y la cantidad de titulante necesaria para alcanzar el punto final de la reacción permite al usuario determinar la concentración de la solución desconocida.

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Usaríamos una titulación redox para encontrar la cantidad de cloro en el agua del grifo. Estas reacciones son un poco más complicadas que las valoraciones de ácido fuerte-base fuerte, pero los principios básicos son similares.

Resumen de la lección

Una titulación implica la adición lenta de un titulante (una solución de concentración conocida) a un analito (una solución de concentración desconocida) para determinar la concentración desconocida.

Una titulación se completa una vez que se alcanza el punto final, según lo determinado por un indicador . Entonces se puede determinar la concentración del analito, ya que el valorante y el analito reaccionan de una manera predecible conocida. Esto nos da suficiente información para determinar la molaridad de la solución usando la fórmula:

M = mol / L

Esto se ejemplifica anteriormente mediante una valoración de ácido fuerte-base fuerte , en la que se usa una solución de NaOH (valorante) para determinar la concentración de una solución de HCl (analito). En el caso de una titulación redox, el valorante y el analito reaccionan de una manera predecible y conocida a través de la química de reducción-oxidación.

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