Valoración Ácido-Base: Fundamentos Teóricos y Procedimientos

Fundamentos Teóricos

La reacción de neutralización en medio acuoso consiste en la combinación del ion hidronio, H₃O⁺ (aq), con una base, por ejemplo, el ion OH^- (aq), según:

H₃O⁺ (aq) + OH^- (aq) ⇌ 2 H₂O (l)

Esta reacción es rápida y completa, de ahí que sea el fundamento de una técnica de análisis que se denomina valoración.

Una valoración ácido-base es una técnica de análisis que permite determinar la concentración de una disolución a partir de su reacción ácido-base con otra disolución conocida.

Procedimiento

Consiste en colocar en un matraz Erlenmeyer un volumen conocido, por ejemplo, 50 mL, de la disolución cuya concentración se quiere determinar e irle añadiendo de forma gradual otra disolución de concentración conocida, denominada disolución patrón (o estándar), hasta que la reacción se complete.

Este punto, en el que el número de moles de iones H₃O⁺ procedentes del ácido neutraliza el número de moles de iones OH^- procedentes de la base, se denomina punto de equivalencia.

Lo importante es saber cuándo la reacción se ha completado, es decir, si hemos llegado al punto de equivalencia, momento en el cual dejaremos de añadir disolución patrón. Para ello:

Las valoraciones ácido-base tienen su fundamento en el cambio brusco que experimenta la concentración de iones H₃O⁺ cuando la reacción se ha completado.

Indicadores

Una forma de visualizar el punto de equivalencia es mediante el uso de un indicador ácido-base.

Un indicador es una sustancia que puede ser un ácido débil o una base débil, la cual se caracteriza por tener distinto color la forma ácida y su base conjugada (o la forma básica y su ácido conjugado).

• Veamos cómo funciona: Ejemplo, anaranjado de metilo que representamos por HIn:

HIn (aq) + H₂O (l) ⇌ In^- (aq) + H₃O⁺ (aq)

ROJO AMARILLO

En disolución acuosa, la molécula HIn presenta color rojo, mientras que la forma disociada, In^-, es amarilla.

• Estudiemos cómo afecta al equilibrio un cambio de pH (principio de Le Chatelier):

Al coexistir en equilibrio las dos formas, el indicador presenta color anaranjado.

• Si añado iones H₃O⁺ (o sea el pH se vuelve ácido) el equilibrio, para contrarrestar la perturbación externa, se desplaza hacia la izquierda, adquiriendo color rojizo:

HIn (aq) + H₂O (l) ← In^- (aq) + H₃O⁺ (aq)

• Un aumento de la basicidad (disminución de los iones H₃O⁺) provocará que el equilibrio se desplace hacia la derecha y la disolución tomará coloración amarilla:

HIn (aq) + H₂O (l) → In^- (aq) + H₃O⁺ (aq)

• Puntualización:

• El cambio de color debe producirse, no a un valor concreto del pH, sino en un intervalo de este (intervalo de viraje). Para el anaranjado de metilo es 3,1 – 4,5.

Curvas de Valoración

Para entender la curva de valoración utilizamos el siguiente ejemplo:

Ejemplo: Valoración de 50 ml de HCl 0,1 M con NaOH 0,1 M (ácido fuerte + base fuerte)

Realizando la práctica vemos que el punto de equivalencia se alcanza cuando se gastan 50 ml de NaOH.

V_A . N_A = V_B . N_B

Inicialmente, el pH de la disolución es el que proporciona el HCl 0,1 M, que es 1.

Al ir añadiendo poco a poco NaOH, el pH de la disolución va subiendo muy lentamente (incluso en las proximidades del punto de equivalencia) hasta que queda 0,1 cm³ de ácido sin neutralizar (pH=4) y a partir de aquí el pH da un salto muy brusco y pasa, con poquísima cantidad de base añadida a pH=10.

Recogemos los datos en una tabla:

En el punto de equivalencia, cuando se han añadido 50 cm³ de la base, el pH será 7 (a 25ºC), ya que la sal formada no experimenta hidrólisis.

Pero la adición de una sola gota de disolución de NaOH por encima de dicho punto provoca una subida muy brusca del pH y, por tanto, el viraje del indicador.

Puesto que cada indicador tiene distinto intervalo de viraje, es necesario elegir el adecuado.

Una vez que la valoración ha terminado, si siguiésemos añadiendo NaOH, el pH de la disolución volvería a subir muy lentamente.

Gráfica valoración Ácido Fuerte- Base Fuerte (HCl y NaOH)

Sin embargo, cuando se valora un ácido débil con una base fuerte, aparecen dos diferencias:

1. Al ser un ácido débil, el pH inicial es mayor, por lo que el salto brusco es menos acentuado.
2. En el punto de equivalencia la disolución no es neutra, ya que la sal formada experimenta reacción de hidrólisis.

En este caso pH > 7 (sal de ácido débil + base fuerte), por lo que es necesario elegir el indicador que vire en el intervalo donde se produce el salto brusco del pH.

Indicadores Ácido-Base

El punto final o de equivalencia de una neutralización viene determinado por el cambio de color de unas sustancias llamadas indicadores ácido-base, que cambian de color a determinados intervalos de pH.

Cada tipo de neutralización requiere de un indicador adecuado.

• En la neutralización de un ácido fuerte con una base fuerte, en el punto de equivalencia, el pH es neutro, y por tanto es igual a 7. El indicador más adecuado es el tornasol o el azul de bromotimol que cambian de color en ese intervalo de pH.
• En la neutralización de un ácido débil con una base fuerte, en el punto de equivalencia, el pH es básico, y por tanto mayor que 7. El indicador más adecuado es la fenolftaleína o el azul de timol que cambian de color en ese intervalo de pH.
• En la neutralización de un ácido fuerte con una base débil, en el punto de equivalencia, el pH es ácido, y por tanto menor que 7. El indicador más adecuado es el rojo de metilo, el rojo congo o el naranja de metilo que cambian de color en ese intervalo de pH.