Quimica analítica

1. Licenciatura en Ciencias Químicas
Ciclo II/2022
Ciudad Universitaria, septiembre del 2022.
Universidad de El Salvador
Facultad de Ciencias Naturales y
Matemáticas
Escuela de Química

2. Contenido Unidad IV
◦ Fundamentos del análisis volumétrico.
◦ Concepto de valoración.
◦ Clasificación de los métodos volumétricos.
◦ Punto estequiométrico de la reacción para ser
usada en volumetría.
◦ Requisitos de una reacción para ser usada en
volumetría.
◦ Métodos de preparación de disoluciones.
◦ Cálculos.

3. Análisis Volumétrico
Los análisis volumétricos o
titulométricos se encuentran entre las
técnicas más útiles y exactas, en especial
para milimoles de analito.
Son rápidos, se pueden automatizar y se
pueden aplicar a cantidades más pequeñas
de analito cuando se combinan con técnicas
instrumentales.
Las titulaciones manuales se usan en
situaciones que exigen una alta precisión
para números relativamente pequeños de
muestras.

4. Análisis Volumétrico
En una titulación, la sustancia de prueba
(analito) se coloca en un matraz
Erlenmeyer y reacciona con un reactivo en
disolución acuosa cuya concentración se
conoce y el cual se añade mediante una
bureta.
Las valoraciones volumétricas involucran la
medición del volumen de una disolución
de concentración conocida que es necesario
para que reaccione completamente con el
analito.
A dicho reactivo se le conoce como
disolución estándar, disolución patrón,
valorante o titulante.

5. Concepto de Valoración
Técnica clásica en la que se añade de forma gradual una
disolución de concentración exacta y conocida, denominada
disolución patrón (o estándar), a otra disolución de
concentración desconocida, hasta que la reacción entre las
dos disoluciones se completa.

7. Análisis volumétrico
Se mide el volumen de titulante
que se requiere para reaccionar de
forma completa con el analito.
Como se conoce tanto la
concentración como la reacción
entre el analito y el valorante
puede calcularse la cantidad de
analito.

8. Requisitos de una titulación
1. La reacción debe ser estequiométrica; es decir, debe haber una
reacción bien definida y conocida entre el analito y el valorante.
En la titulación de ácido acético en vinagre con hidróxido de sodio,
por ejemplo, tiene lugar una reacción bien definida:
CH3COOH + NaOH → CH3COONa + H2O
2. La reacción debe ser rápida. La mayoría de las reacciones
iónicas, como la antes mencionada, son muy rápidas.
3. No debe haber reacciones laterales, y la reacción debe ser
específica. Si hay sustancias que interfieran, se deben remover. En
el ejemplo antes mencionado, no debe haber otros ácidos presentes.

9. Requisitos de una titulación
4. Debe haber un cambio notable en alguna propiedad de la
solución cuando se termina la reacción. Puede ser un
cambio en el color de la solución o en alguna propiedad
eléctrica u otra propiedad física de la solución.
En la titulación de CH3COOH con
NaOH hay un notable aumento del
pH de la disolución cuando la
reacción termina. Por lo regular se
provoca un cambio de color
mediante la adición de un indicador,
cuyo color depende de las
propiedades de la solución, por
ejemplo, el pH.

10. Requisitos de una titulación
5. El punto en el que se agrega una cantidad equivalente o
estequiométrica de valorante se llama punto de
equivalencia.
Es el final teórico de la reacción donde el número de moles del
analito y del valorante se relacionan por los coeficientes
estequiométricos de la ecuación química.
El punto en el que se observa que la reacción terminó se llama
punto final; es decir, cuando se detecta un cambio en alguna
propiedad de la solución. El punto final debe coincidir con
el punto de equivalencia, o debe estar a un intervalo
reproducible de éste.

11. Requisitos de una titulación
6. La reacción debe ser cuantitativa. Es decir, el equilibrio de
la reacción debe estar sesgado a la derecha, de modo que
ocurra un cambio suficientemente nítido en el punto final para
obtener la exactitud deseada.
Si el equilibrio no está lo suficientemente
a la derecha, entonces habrá cambio
gradual en la propiedad que marca el
punto final (por ejemplo, el pH), y esto
será difícil de detectar con precisión.

12. Disolución estándar
Una disolución estándar se prepara disolviendo una
cantidad pesada con gran exactitud de un material de alta
pureza que se llama estándar primario y diluyendo hasta un
volumen conocido con exactitud en un matraz volumétrico.

13. Requisitos de un estándar
primario
•Elevada pureza (mayor a 99.9%). Es tolerable una impureza de 0.01 a 0.02% si
se conoce con exactitud.
•Estabilidad frente a agentes atmosféricos.
•Debe ser estable a las temperaturas de secado, y debe ser estable
indefinidamente a temperatura de laboratorio. El estándar primario siempre se
seca antes de pesarlo.
•Baja higroscopicidad
•Alta solubilidad en el medio de reacción
Debe ser fácilmente disponible y razonablemente económico.
•Que las impurezas que lo acompañan sean fácilmente investigables
•Composición definida
•Aunque no es necesario, es deseable que tenga un peso fórmula elevado.
Esto es con objeto de que se tenga que pesar una cantidad relativamente
grande para que sea suficiente para titular. El error relativo al pesar una
cantidad mayor de material será menor que para una cantidad pequeña.

14. Disolución estándar
Si el material no es lo suficientemente puro, se prepara una
solución para dar aproximadamente la concentración deseada
y ésta se estandariza mediante una titulación con una
cantidad pesada de un estándar primario.
Por ejemplo, el hidróxido de sodio no es lo suficientemente
puro como para preparar directamente una solución estándar.
Por tanto, se estandariza titulando un ácido estándar primario,
como ftalato ácido de potasio (KHP). El ftalato ácido de potasio
es un sólido que se puede pesar con exactitud.
Se dice, por tanto, que el NaOH es un estándar secundario.

15. Ejemplos de Materiales Estándares
en análisis volumétrico
Estándares Primarios Estándares Secundarios
• Hidrógeno ftalato de potasio (KHP)
• Ácido Benzoico
• Carbonato de sodio
• Óxido arsenoso (As2O3)
• Oxalato de sodio
• Ácido oxálico (H2C2O4)
• Yoduro de potasio
• Dicromato de potasio
• Ácido sulfámico
• Bórax
• Yodato de potasio
• Bromato de potasio
• Ferrocianuro de potasio
• Cloruro de sodio
• NaOH
• KOH
• NH3
• Ba(OH)2
• HCl
• HNO3
• HClO4
• H2SO4
• KMnO4
• Na2S2O3
• Ce(HSO4)4
• AgNO3

16. Punto de equivalencia y
punto final
•El punto de equivalencia es el punto
teórico que se alcanza cuando la cantidad
de valorante añadido es químicamente
equivalente.
•¿Cuál es el punto de equivalencia en la
titulación de ácido sulfúrico con NaOH?
•Nosotros no podemos identificar el punto
de equivalencia de una reacción.
•Por lo que estimamos su posición
observando la variación de algún cambio
físico asociado con la condición de
equivalencia.
•La posición de este cambio físico se
denomina punto final.

17. Indicadores
Siempre existirán pequeñas diferencias entre el punto final y
nuestra capacidad para observarlo.
A la diferencia de volumen entre el punto de equivalencia y el
punto final se le conoce como error de valoración.
Para identificar el punto final a menudo se añaden
indicadores, que producen un cambio observable en alguna
propiedad física señalando el punto final.

18. Clasificación de Métodos
Volumétricos
Hay cuatro clases generales de
métodos volumétricos o
titulométricos.
1. Ácido-base.
Muchos compuestos son ácidos
o bases y se pueden titular con
una solución estándar de una
base fuerte o un ácido fuerte.
Los puntos finales de estas
titulaciones son fáciles de
detectar, ya sea por medio de un
indicador o mediante
seguimiento del cambio de pH
con un medidor de pH.

19. Clasificación de Métodos
Volumétricos
2. Precipitación.
El titulante forma un producto
insoluble con el analito.
Un ejemplo es la titulación de ion
cloruro con solución de nitrato de
plata para formar precipitado de
cloruro de plata.
Se pueden usar indicadores para
detectar el punto final, o se puede
monitorear eléctricamente el
potencial de la solución.

20. Clasificación de Métodos
Volumétricos
3. Complejométrico.
El titulante es un reactivo que forma
un complejo soluble en agua con el
analito, un ion metálico.
El titulante a menudo es un agente
quelante.
También se puede llevar a cabo la
titulación inversa.
El ácido etilendiaminotetraacético (EDTA) es uno de los agentes quelantes
más útiles usados para titulación. Reacciona con un gran número de
elementos, y las reacciones se pueden controlar por ajuste del pH. Se
pueden usar indicadores para formar un complejo altamente colorido con
el ion metálico.

21. Clasificación de Métodos
Volumétricos
4. Reducción-oxidación.
Consisten en la titulación de un
agente oxidante con un agente reductor, o
viceversa.
Debe haber una diferencia suficientemente
grande entre las capacidades oxidantes y
reductoras de estos agentes para que la
reacción llegue a su culminación y dé un
punto final nítido.
Se pueden usar indicadores adecuados para
estas titulaciones, o se pueden emplear
diversos medios electrométricos para
detectar el punto final.

22. Preparación de disoluciones
estándar
La precisión y exactitud de la titulación dependen de la precisión de
la concentración de la disolución estándar.
Hay dos métodos para establecer la concentración del valorante:
Método directo: Se pesa cuidadosamente la masa del estándar
primario y se disuelve a un volumen conocido en un balón
volumétrico.
Estandarización: La sustancia a ser utilizada como valorante se
titula frente a una masa exactamente conocida de un estándar
primario o frente a otra disolución estándar para conocer su
concentración. La sustancia sometida a estandarización se le conoce
como estándar secundario.

23. Cálculos volumétricos
La concentración de las disoluciones estándar usualmente se
expresan como concentraciones molares o como
concentraciones normales.
- Describa la preparación de 2.0L de una disolución estándar
de KIO3 0.0500M a partir del sólido.
- Se requiere una disolución de ion Na+ 0.0100M para calibrar
un electrodo selectivo. Describa cómo prepararía 500mL de
esta disolución a partir del estándar primario de Na2CO3.
- A partir de una disolución estándar de 0.0100M de ion sodio
como prepararía 500mL de disolución al 0.0050M.

24. Cálculos volumétricos
- Una alícuota (porción) de 50.00mL de una disolución HCl requirió
29.71mL de disolución de Ba(OH)2 0.01963M para alcanzar el punto
final con indicador verde de bromocresol. Calcule la concentración
molar de la disolución de HCl.
- Una muestra de 1.248g de piedra caliza es pulverizada y luego
tratada con 30.00mL de HCl 1.035M. El exceso de ácido luego
requiere 11.56mL de NaOH 1.010M para su neutralización. Calcula el
porcentaje en masa de CaCO3 en la roca.
- El arsénico en una muestra de pesticida de 1.22g fue convertido en
AsO4
3- por un tratamiento químico. Luego fue valorado con AgNO3
0.0750M para precipitar Ag3AsO4. Si se gastan 25.0mL de valorante
para alcanzar el punto de equivalencia de esta valoración, cuál es el
porcentaje en masa de arsénico en la muestra.

25. Cálculos volumétricos
- Una muestra de 4.36g de un hidróxido de un metal alcalino
desconocido es disuelta en 100.0mL de agua. Un indicador
ácido-base es añadido y la disolución resultante es valorada
con HCl 2.50M.
El indicador cambia de color cuando han sido añadidos 17.0mL
de HCl. A) Cuál es la masa molar del hidróxido del metal. B)
Cuál es la identidad del catión del metal alcalino.