Cuando los químicos necesitan encontrar la concentración de una sustancia disuelta en una solución, a menudo utilizan una técnica llamada titulación. Al agregar una sustancia química que reacciona con el soluto hasta que todo el soluto se haya neutralizado, el químico puede determinar cuánto estaba originalmente presente y, por lo tanto, la concentración de la solución. Los problemas de titulación con ácidos y bases son tareas comunes en las tareas y exámenes en la clase de química.
Determine si el analito (la sustancia química disuelta en la solución) y el valorante (la sustancia química añadida para neutralizar el soluto) son ácidos o bases fuertes. Un ácido es una sustancia que regala protones, mientras que una base es una sustancia que absorbe protones. Si el soluto es una base, el valorante será un ácido y viceversa. El ácido clorhídrico, ácido nítrico, ácido sulfúrico, ácido perclórico, ácido bromhídrico y ácido yodhídrico son los ácidos fuertes, mientras que los hidróxidos de litio, sodio, potasio, rubidio, calcio, estroncio y bario son bases fuertes. Para obtener una lista de ácidos y bases comunes, consulte el enlace en la sección Recursos.
Determine si el producto de la reacción de titulación será una sal neutra o una sal básica / ácida. Cuando una base fuerte y un ácido fuerte reaccionan, el producto es una sal neutra (una sal con pH 7); la reacción entre ácido clorhídrico e hidróxido de sodio, por ejemplo, produce cloruro de sodio, que no es ni básico ni ácido. Sin embargo, un ácido fuerte que reacciona con una base débil produce una sal ácida, mientras que una base fuerte que reacciona con un ácido débil produce una sal básica. Las titulaciones casi nunca se realizan con una combinación de un ácido débil y una base débil, porque sería más difícil encontrar el punto de equivalencia para este tipo de titulación.
Escriba lo que sabe y averigüe qué pide el problema. Por lo general, una tarea o un problema de prueba de este tipo le proporcionará las identidades del valorante y del analito, el volumen de analito y la concentración del valorante. El problema puede darle la cantidad de titulante necesaria para alcanzar la equivalencia (el punto donde todo el soluto ha sido neutralizado) y pedirle que encuentre el pH en equivalencia y la concentración de la solución original, o podría darle la concentración tanto del titulante como del soluto y luego pedirle que encuentre el pH en cada etapa de la reacción. Cada tipo de problema requerirá una estrategia diferente.
Escriba la ecuación química balanceada para la reacción entre el ácido y la base (esto normalmente también se le dará en el problema). Determine la proporción de los reactivos usando la ecuación química, es decir, cuántas moléculas de una sustancia química se necesitan para reaccionar con una molécula de la otra.
Utilice los datos que le han proporcionado para calcular el pH en cada paso de la reacción si el problema le pide que lo haga (si no, omita este paso y continúe con el Paso 6). Dependiendo de las identidades del analito y el valorante, existen cuatro posibilidades.
1) Si el analito es un ácido fuerte y el valorante es una base fuerte, el pH es solo el logaritmo negativo de la concentración del analito. Para encontrar la concentración de analito, reste el número de moles de titulante agregado hasta este punto, luego divida por el volumen total (volumen inicial de analito + volumen de titulante agregado).
2) Si el analito es una base fuerte y el valorante es un ácido fuerte, los pasos que sigue son los mismos como en (1) excepto que el logaritmo negativo de la concentración de analito le dará el pOH en lugar de pH. Para convertir pOH a pH, réstelo de 14.
3) Si el analito es un ácido débil y el valorante es una base fuerte, utilice la ecuación de Henderson-Hasselbalch, pH = pKa + log ([concentración de base conjugada] / concentración de ácido débil restante). La cantidad de base conjugada es igual a la cantidad de titulante que ha agregado hasta ahora; divídalo por el volumen total para encontrar la concentración. Los valores de pKa para muchos ácidos débiles se enumeran en la tabla vinculada a la sección de Recursos.
4) Si el analito es una base débil y el valorante es un ácido fuerte, utilice la otra forma de Ecuación de Henderson-Hasselbalch, pOH = pKb + log ([concentración de ácido conjugado] / base débil restante concentración). Luego, convierta de pOH a pH restando de 14.
Encuentre el pH en equivalencia si el problema le pide que lo haga. Para un ácido fuerte emparejado con una base fuerte, el pH en equivalencia es 7. Para un valorante ácido fuerte y un analito de base débil, tome el número de moles de base débil originalmente presente y divídalo por el nuevo volumen total. (volumen original de analito + volumen de titulante agregado para alcanzar la equivalencia) para encontrar la concentración, luego tome el logaritmo negativo de este concentración. El procedimiento para un valorante de base fuerte con un analito ácido débil es el mismo, excepto que una vez que haya tomado el registro negativo tendrá el pOH en lugar del pH, por lo que debe convertirlo a pH restándolo de 14.
Encuentre la concentración original del analito si el problema le pide que lo haga. El volumen de titulante agregado para alcanzar la equivalencia multiplicado por la molaridad o concentración del titulador le dará la cantidad de moles de titulante agregados. El número de moles de valorante agregado, multiplicado por la relación entre los reactivos que encontró en el Paso 4, es igual al número de moles de analito originalmente presente. Divida el número de moles de analito por el volumen original de analito para encontrar la concentración de analito.
Consejos
Este procedimiento supone una relación de 1 a 1 entre el ácido y la base en la reacción de neutralización, que suele ser el tipo de problema que verá en un cuestionario de química general.
Advertencias
Al encontrar concentraciones iguales o anteriores a la equivalencia, tenga en cuenta el volumen del titulante que ha agregado.