Tema 4 06 - ACIDO-BASE Indicadores

INDICADORES ACIDO BASE
a) En el PE (punto equivalente) ∆pH / ∆%Valorado ES GRANDE
b) Hay muchos ácidos y bases orgánicos débiles en los cuales
HIn === In− +
color A
color B
H+
estas sustancias sirven como indicadores visuales de pH.
Ejemplos:
p-nitrofenol
Fenolftaleína (FEN). Intervalo de pH 8,0 – 9,6 (incoloro – rosa)
Otros indicadores:
Anaranjado de metilo (AM). Intervalo de pH 3,1 – 4,4 (rojo a anaranjado)
Azul de Bromotimol (ABr).
“
6,0 – 7,6 (amarillo a azul)
USOS:
1) AM, ABr y FEN para titulación de AF + BF
2) FEN para titulación de AD + BF
3) AM para titulación de BD + AF
Relación de concentración y cambio de color de un indicador:
(pKInd. = 5)
pH
1
2
3
4*
5*
6*
7
8
[HIn] / [In−]
104 / 1
103 / 1
102 / 1
10 / 1
1/1
1 / 10
1 / 102
1 / 103
COLOR
rojo
rojo
rojo
* rojo
* anaranjado
* amarillo
amarillo
amarillo
pH = pKa + log ([In−]/[HIn])
Amarillo:
Rojo:
pH = pKa + log 10 = 6
pH = pKa + log (1/10) = 4
Intervalo de pH del Indicador: 4 a 6 (cambia de color a pH = 5 ± 1)
ERRORES DE INDICADOR ACIDO BASE
1) Cuando el pH del PF (punto final) no corresponde con el del PE, el
error es determinado y puede corregirse haciendo el Blanco del
Indicador.
2) En el caso de A ó B muy débiles, la pendiente de la curva de titulación
no es grande y el cambio de color en el PF no es agudo aún usando el
Indicador apropiado. Error indeterminado, falta de precisión en decidir
exactamente cuando el Indicador cambia de color. Mejora con el uso de
solvente no acuosos.
3) Para hacer más agudo el cambio de color, se puede usar mezcla de
Indicadores ó Indicador + colorante. Ejemplo: Rojo de metilo – Verde
de Bromocresol, a pH = 5,1 es gris.
Cálculo del Error
Ácido Fuerte + Base Fuerte
a) Antes del PE:
[H ]
+
AF no tit.
[ ]
= H+
PF
 K 
−  w+ 
 [ H ]  agua
- Nro. de equivalentes de
[ ]
 +
Kw 
AF no titulado: N × V =  H − +  × VPF
[H ] 

- Nro. de equivalentes de
AF iniciales: N i × Vi
[ ]
POR LO TANTO:
 +
Kw 
 H −
 × V PF
[ H + ] 
∆E

× 100 =
× 100
Er % =
E
N i × Vi
Ejemplos: 50,0 mL de HCl 0,100 N se titulan con NaOH 0,100 N, usando
como indicador:
a) Amarillo de Metilo (pH de viraje 2,9 – 4,0)
[H+]PF = 10-4
Er % =
(10
−4
)
− 10 − 10 × 100
× 100 = 0 , 2 % (por defecto)
0 ,100 × 50 , 0
b) Después del PE
Por ejemplo: usando FEN (8,0 – 9,6)
pHPF = 9,6
[OH−] = 4 x 10-5 Ahora el error se calcula en base a los
oxhidrilos en exceso:
Er % =
(4 × 10
−5
)
− 2 ,5 × 10 − 10 × 100
× 100 = 0 , 08 % (por exceso)
0 ,100 × 50 , 0
En el caso de HCl 0,010 M con NaOH 0,010 M:
Los errores serían 2 % y 0,8 % respectivamente. El Amarillo de Metilo no es
apropiado en este caso, pero si el Rojo de Metilo (4,2 – 6,0) y el
Er % ≅ 0,02 %.
Cálculo del error en AD + BF ó BD + AF:
∆E
[ AH ]
[H + ]
Er % =
× 100 =
× 100 =
× 100
E
[ AH ] + [ A − ]
[H + ] + K a
(1)
Este cálculo no descuenta el ácido AH que proviene de la reacción de
hidrólisis del anión [A−] generado por la titulación.
(2)
A− + H2O = AH + OH−
Ejemplo:
0,100 N.
Ácido acético (Ka = 1,78 x 10-5) 0,100 N se titula con NaOH
pHPF = 5
Er % =
pHPF = 6
Er % =
pHPF = 7
Er % =
pHPF = 8
Er % =
10 − 5
10 − 5
× 100 = 35 , 7 % (defecto)
+ 1, 78 × 10 − 5
10 − 6
10 − 6
× 100 = 5 , 26 % (defecto)
+ 1, 78 × 10 − 5
10 − 7
10 − 7
× 100 = 0 ,55 % (defecto)
+ 1, 78 × 10 − 5
10 − 8
10 − 8
× 100 = 0 , 056 % (defecto)
+ 1, 78 × 10 − 5
Realmente, el error es ligeramente menor:
Por ejemplo para pHPF = 8
[Ac−] = (0,100 x Vi) / 2Vi = 0,050 M
Con [A−] y [H+] obtenemos [AcH] = 2,8 x 10-5 M
A partir del balance de masa de OH−:
[OH−] = 10-6 M = [OH−]del Ac- + [OH−]agua
= [OH−]del Ac- + [H+] = [OH−]del Ac- + 10-8
Por lo tanto 10-6 M ≅ [OH−]del Ac- y por la ecuación (2)
y
= [AcH]
[AcH]no valorado = 2,8 x 10-5 – 10-6 = 2,7 x 10-5 M
2 , 7 × 10 − 5 × 100
Er % =
× 100 = 0 , 054 % (defecto)
0 ,100 × 50
Comparar con 0,056 % calculado anteriormente con la ec. (1).
El Error de Carbonato
NaOH es la base más comúnmente usada (KOH no tiene ventajas y es
más cara). La impureza más importante es el Na2CO3.
El CO2 es absorbido por una solución de NaOH de acuerdo a la
reacción:
CO2 + 2 OH− = CO3 = + H2O
(A)
Por otro lado el ión CO3= es una base que reacciona en dos etapas:
CO3 = + H+ = CO3H−
(1)
CO3H− + H+ = CO2 + H2O
(2)
En general, la solución de NaOH contiene 1% en moles de Na2CO3, por
ejemplo, 0,099 M de NaOH y 0,001 M de Na2CO3.
Si se usa FEN como indicador el cambio de color ocurre cuando la
reacción (1) es completa.
Esto dá lugar a un ERROR puesto que reacciona un H+ y la
formación del CO3 = presente en la solución del NaOH consumió 2 OH− de la
base fuerte, ec. (A).