Porcentaje de ácidos en una disolución

Química Analítica. Ácidos y bases. Teoría de Arrehnius. Brönsted-Lowry. Lewis. Reactivos. Soluciones ácidas

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1. - INTRODUCCIÓN.-

El motivo por el cual se debe de saber como se lleva a cabo la titulación es para conocer que porcentaje de ácido o base se encuentra en la solución a titular.

Lo cual servirá para futuros procesos en los análisis de las soluciones.

La titulación es el empleo de una solución valorada para determinar la concentración de otra solución. En una titulación por lo común intervienen una solución valorada, buretas y un indicador. Cuando un ácido y una base se mezclan, tiene lugar una reacción de neutralización. El ácido se combina con la base para formar una sal y agua.

PRACTICA # 3

TITULACIÓN ÁCIDO - BASE

2.- OBJETIVOS.-

  • Aplicar los conocimientos teóricos adquiridos sobre titulaciones y emplearlas en los trabajos de laboratorio.

  • Identificar los porcentajes de ácidos que existen en una solución.

  • Adquirir seguridad en los cálculos teóricos y en el manejo de materiales para realizar las titulaciones.

  • Tener precisión al realizar las mediciones volumétricas.

3.- FUNDAMENTO TEÓRICO.-

3.1.- TEORIA DE ÁCIDOS Y BASES.-

A partir de las investigaciones de lavoiser a finales del siglo XVIII, los químicos han tratado de interpretar las propiedades de los ácidos y las bases en términos de la composición elemental y la estructura elemental y la estructura molecular. Durante su estudio del “aire deflogisticado”, que llamó posteriormente oxigeno, Lavoiser observó que muchas sustancias resultan de la unión de oxígeno con no-metales :

C (grafito) + O2 (g) ! CO2(g)

P4(s) + 5O2(g) ! P4O10(s)

S8(s) + 8O2(g) ! 8SO4(g)

Estos óxidos, CO2, P4O10 y SO2 producen soluciones ácidas al disolverse en agua. Lavoiser dedujo incorrectamente que todos los ácidos contenían oxigeno, término que formó de raíces griegas: quiere decir formador de ácidos. En 1808 Sir Humphry Dhabi demostró con experimentos muy cuidadosos que el cloruro de hidrógeno gaseoso HCl2, que forma ácido clorhídrico al disolverse en agua, no contiene oxígeno, y la teoría de lavoiser sobre la presencia de oxigeno en todos los ácidos empezó a perder respaldo. Hacia 1816 Davy llegó finalmente a la conclusión de que el hidrógeno y no el oxígeno es el elemento característico de los compuestos ácidos. La conclusión de este científico no fue aceptada inmediatamente, peor se fue aceptando gradualmente, a medida que iba pasando en forma satisfactoria la prueba de muchos experimentos.

3.2.- TEORIA DE ARRHENIUS SOBRE LOS ÁCIDOS Y LAS BASES .-

Hacia 1880 Svante Arrhenius desarrolló una teoría sobre el comportamiento de las soluciones acuosas de electrolitos que incluía ácidos y bases. Su tesis principal era que cuando una sal, un ácido o una base, se disolvía en agua, las moléculas del soluto se ionizan parcialmente, esto es, se dividen en iones, que pueden entonces llevar una corriente eléctrica. Así estas soluciones poseen una conductividad eléctrica muy elevada.

Arrhenius definió un ácido como compuesto de hidrógeno que forman iones hidrógeno (H+), en solución acuosa; y una base, como un compuesto que contiene hidroxilos, OH-, en solución acuosa. Así pudo plantear las siguientes reacciones:

HCl ! H+ + Cl- ácido clorhídrico

NaOH ! Na+ + OH- hidróxido de sodio

Según Arrhenius la neutralización se producía por la combinación de H+ y OH- para producir agua:

H+ + OH- ! HOH neutralización

Por ejemplo:

NaOH (sal) + HCl(ácido) ! HOH (agua) + NaCl (sal)

KOH(base) + HNO3(ácido) ! HOH(agua) + KNO3(sal)

Arrhenius hizo cuantitativamente la teoría ácido-base. Las constantes de equilibrio para las reacciones de ionización son una medida directa del poder de un ácido. Cuanto mas elevada sea la concentración de iones de hidrógeno.

CH3COOH ! CH3COO- + H+

Ácido acético Ion acetato

Keq = Ki = [CH3COO-] = 1,8 x 10-4

[CH3COOH]

La constante de equilibrio para la ionización del ácido nitroso es aproximadamente 25 veces mayor que la del ácido acético. El ácido nitroso es mas fuerte que el ácido. La constante de equilibrio para la ionización de un ácido o una base se denomina constante de ionización Ki.

3.3.- EL PRODUCTO IONICO PARA EL AGUA .-

Arrhenius sabía que el agua más pura que se puede obtener tiene cierta capacidad para conducir electricidad para explicar esta operación propuso que las moléculas de agua se ionizan ligeramente en H+ y OH-.

HOH ! H+ + OH-

La constante de equilibrio para esta ionización es:

Keq = [ H+ ] [ OH- ]

[ HOH ]

Las concentraciones de H+ y OH- tienen que ser iguales en agua pura porque se forman en cantidades equimolares. A 25 º C las concentraciones de H+ y OH- son de 10-7 mol/L.

3.4.- LA TEORÍA DEL SISTEMA DE SOLVENTES PARA LOS ÁCIDOS Y LAS BASES.-

La teoría del sistema de solventes generaliza la teoría de Arrhenius y la hace aplicable a solventes distintos de agua. En esta teoría se define un ácido como cualquier sustancia que de el catión característico del solvente, y una base como la sustancia que de las características del anión del solvente. Entre los solventes distintos del agua, en los cuales se han llevado a cabo estudios, se incluyen el amoniaco líquido, NH3, y el dióxido de azufre líquido, SO2, cada uno de estos solventes pueden producir cationes y aniones.

2NH3 ! NH4+ + NH2-

Ion amonio Ion amida

2SO2 ! SO+2 + SO3-2

Ion tionilo Ion sulfito

Se puede presentar la iotización del agua en forma semejante:

2HOH ! H3O+ + OH-

Ion hidronio Ion hidroxilo

El ion hidronio es un ion de hidrógeno hidratado, o un protón hidratado, un protón enlazado a una molécula de agua; es el catión del solvente agua. De acuerdo con la teoría del sistema de solventes para los ácidos y las bases, la neutralización involucra la combinación del catión y el anión para producir el solvente y una sal:

en

NH4Cl + KNH2 ! 2NH3 + KCl

NH3

Obsérvese que NH4+ y H3O+ son protones disueltos; en amoniaco liquido el protón es absorbido por NH3(H+ + NH3 ! NH4+ ) y en agua el protón es absorbido por H2O ( H+ + H2O ! H3O+ ).

A pesar de que la teoría del sistema de solventes generaliza la teoría de ácidos-base de Arhenius de manera que puede aplicarse a soluciones no acuosas, todavía no llega a aclarar la objeción de que las sustancias que contienen grupos hidroxilo actúen como base en el agua. Además hay sustancias que no contienen iones NH2 y funcionan como bases en amoniaco. Sin embargo, la teoría del sistema de solventes es muy útil comparar y clasificar las reacciones en medio no acuosos.

3.5.- TEORÍA DE PROTONES DE BRÖNSTED-LOWRY PARA LOS ÁCIDOS Y LAS BASES.-

Casi simultáneamente, durante la década de 1920, J. N. Brönsted (1879 - 1947 ), de Dinamarca y T. M. Lowry ( 1874 - 1936 ), de Inglaterra surgieron independientemente que un ácido puede definirse como un dador de protones y una base como aceptador de protones a la luz de estas nuevas definiciones lo que era un ácido según Arrhenius, continua siendo un ácido; y lo que era un base sigue siendo una base. Por ejemplo en la reacción de ácido acético e hidróxido de sodio, el ácido acético sede un protón al NaOH:

H C2H3O2 + OH- ! C2H3O2- + HOH

De acuerdo con la teoría de Brönsted-Lowry, NaOH es una base porque acepta un protón, no porque produzca iones OH-.

La teoría Brönsted-Lowry para ácidos y bases hizo énfasis en el papel de solventes como un ácido o una base. Cuando el compuesto covalente HCl se disuelve en la mayoría de los solventes, es un ácido débil y sus soluciones tienen una conductividad eléctrica baja. En agua, sin embargo, una solución de HCl es muy ácida y tiene una conductividad eléctrica elevada. Evidentemente, una solución acuosa de HCl, llamada comúnmente ácido clorhídrico, está altamente ionizada. Estas observaciones sugieren que el solvente es algo mas que una matriz para la ionización del ácido; el solvente tiene que estar íntimamente involucrado por medio de la teoría de Arrhenius se podría decir.

HCL ! H+ + Cl-

Lo que no tiene en cuenta el posible papel del solvente, pero por medio de la teoría de Brönsted-Lowry se podría decir:

HCl + H2O ! H3O + Cl-

3.6.- TEORÍA DE LEWIS DE LOS ÁCIDOS Y LAS BASES.-

G. N. Lewis, uno de los pioneros de la teoría de los electrones enlazantes considero los ácidos y las bases en términos de la estructura electrónica de las moléculas. Según el, una base es un compuesto que puede ceder una pareja de electrones en la formación de un enlace covalente, y un ácido es un compuesto que puede aceptar una pareja de electrones en la formación de un enlace covalente. Todos los compuestos clasificados como ácidos o bases por medio de la teorías de Arrhenius y de Brönsted-Lowry continua siendo ácido y bases de acuerdo con la teoría de Lewis. Sin embargo, la lista de ácidos y bases se amplia con esta teoría general. En la teoría de Arrhenius una reacción ácido-base es una simple combinación de iones H+ y OH- para formar H2O. En la teoría de Lewis se trata de una reacción ácido-base porque el ácido H+ acepta una pareja de electrones del OH- y se forma un enlace covalente: