Conceptos Fundamentales de Química Analítica: Titulación, Gravimetría y Volumetría

Conceptos Fundamentales en Química Analítica

Electrolitos y No Electrolitos

• Electrolito: Es una sustancia que se disocia en agua y conduce corriente eléctrica. Ej. NaCl.
• No Electrolito: No se disocia y no conduce la corriente eléctrica. Ej. el azúcar.

Los electrolitos se clasifican en fuertes y débiles. Los primeros se disocian completamente y los débiles se disocian parcialmente.

Escala de pH y pOH

La escala de pH indica si una sustancia es más ácida o más básica, y mide la cantidad de protones de una solución. La relación entre el pH y el pOH es que su sumatoria siempre dará 14. Esta relación se da porque el pH es el -log de [H3O+].

Diferencia entre Gravimetría y Volumetría

• Gravimetría: Son métodos analíticos cuantitativos que determinan la cantidad de sustancia midiendo el peso.
• Volumetría: Es una técnica basada en mediciones de volumen para calcular la cantidad de sustancia en solución mediante una titulación. Ejemplos: ácido-base, precipitación, titulación de complejos, redox.

Puntos Clave en Titulaciones

• Punto de Equivalencia: Es cuando se ha agregado la cantidad de titulante exacta para que reaccione estequiométricamente con todo el analito presente.
• Punto Final: Está ligeramente después del punto de equivalencia, y es observable mediante indicadores químicos.
• Indicador: Cumple la función de producir un cambio de color al haber sustancias sin ionizar (ácidos o bases débiles). Para elegir uno, este debe coincidir con el salto de pH que se produce al alcanzar el punto de equivalencia.

Patrón Primario (DPP)

Un Patrón Primario (DPP) debe cumplir con las siguientes características:

• Composición conocida.
• Elevada pureza.
• Estable a temperatura ambiente.
• No absorber gases.
• Reaccionar rápido y estequiométricamente con el titulante.
• No ser higroscópica.
• Reaccionar solo con el analito.
• Debe ser estable y barata.
• Peso equivalente grande.

Ejemplos: Bórax y Na2CO3.

Métodos de Titulación Específicos

Argentometría

La Argentometría es un método de titulación que utiliza AgNO3 como titulante. Sus requisitos son:

• Cuantitativa: Formación de un precipitado insoluble.
• Estequiométrica: Formar un precipitado de composición fija.
• Rápida.
• Requiere un indicador.

Se usa para determinar: CN-, SCN-, CNO-, RSH, S2-, SO42-.

Método de Mohr

• Determinación de: Cl- y Br-.
• Indicador: CrO42-.
• Reacción de valoración: Ag+ + Cl- → AgCl (precipitado blanco).
• Reacción del punto final: 2Ag+ + CrO42- → Ag2CrO4 (precipitado rojo).
• Consideraciones de pH:
  • Si pH > 10, el Ag+ precipita como AgOH antes que como Ag2CrO4.
  • Si pH < 7, el Ag2CrO4 se solubiliza y se protonan los iones CrO42-.
• Aplicación: Se usa para Br- y CN-, pero no para I- y SCN-.

Método de Volhard

• Determinación: Directa de Ag+ e indirecta de haluros empleando indicadores de adsorción.
• Punto final: Formación de un complejo soluble rojo.
• Reacción de valoración: Ag+ + SCN- → AgSCN.
• Reacción indicadora: Fe3+ + SCN- → FeSCN2+.
• Consideración de pH: Se requiere un pH ácido (0.1 - 1) para evitar la formación de hidróxido ferroso/férrico.

Método de Fajans

• Determinación de: Br-, I-, SCN-, Fe(CN)64-.
• Punto final: Aparición o desaparición de un color en la superficie del precipitado.
• Indicador: De adsorción orgánico, por ejemplo, fluoresceína (HF).
• Mecanismo: Se llama de adsorción porque se produce una adsorción entre el fluoresceinato y el precipitado superficial de color rojizo.

Complejometría

La Complejometría se usa en titulaciones de iones metálicos. Los agentes titulantes tienen grupos dadores de electrones que forman enlaces covalentes, dando lugar a la formación de complejos.

• Complejo: Ligando (dador de electrones) + Catión central.
• Agente Titulante: EDTA (ácido etilendiaminotetraacético).

Valoración del EDTA

Se usa como patrón primario CaCO3 porque el Ca2+ forma un complejo con el EDTA. Como la relación es 1:1, se puede usar una fórmula estequiométrica directa.

Indicadores en Complejometría

Se usa NET (Negro de Eriocromo T).

• Reacción inicial: Ca2+ + NET → Ca-NET (complejo rojo).
• Reacción de titulación: Ca-NET + EDTA → Ca-EDTA + NET (azul).

Consideraciones de pH en Complejometría

El pH es crucial para la selectividad y estabilidad de los complejos:

• pH 1: Para cationes trivalentes (e.g., Fe3+, Al3+).
• pH 7: Para Cd2+ y Zn2+.
• pH 12/13: Para Ca2+ y Mg2+.

Complejos y Quelatos

• Un complejo es una especie formada entre un metal de transición y un ligando (especie dadora de electrones).
• Un quelato es un tipo de complejo de coordinación que es más estable porque el ligando que se une al metal es polidentado (se une en múltiples puntos).

Dureza Total del Agua

La dureza total del agua es la suma de las concentraciones de Ca2+ y Mg2+ expresadas como CaCO3 en mg/L (ppm). Se clasifica en rangos, a menudo en incrementos de 60 ppm.