NEUTRALIZACIÓN, PH E INDICADORES Y TITULACIÓN

INTRODUCCIÓN

A continuación aprenderemos sobre diferentes temas como las reacciones ácido-base conocidas como neutralización. También se hablará de los indicadores para la visualización del pH en las soluciones, ademas de la medición del volumen de una solución de concentración conocida como titulación.

OBJETIVOS

• Comprender conceptos básicos sobre las reacciones ácido-base (neutralización), pH e indicadores y titulación.

• Identificar el nivel de concentración de una solución.

• Conocer los diferentes tipos de indicadores del pH.

• Aprender a medir el volumen de soluciones concentradas.

• Poner en practica lo aprendido.

MARCO TEÓRICO

NEUTRALIZACIÓN

Se llama neutralización a la reacción que se produce entre disoluciones ácidas y básicas. Todas estas reacciones dan como producto una sal y agua.

La ecuación general que representa este tipo de reacción es:

Ácido  +  Base  →   Sal  +  Agua

Por ejemplo los anti-ácidos contrarrestan la acidez estomacal, a través de una reacción de neutralización.

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Pero... ¿qué es un ácido? 

Un ácido es una sustancia que, en disolución, incrementa la concentración de iones de hidrógeno. En combinación con las bases, un ácido permite formar sales. 

Existe una gran cantidad de ácidos. El ácido acético, por ejemplo, es un líquido incoloro y de olor picante, que se produce a través de la oxidación del alcohol etílico y se utiliza en la síntesis de productos químicos. Tampoco podemos obviar la existencia del ácido sulfúrico que es aquel que se obtiene a partir de dióxido de azufre.

¿Qué es una base?

Una base, en química , es un ión o una molécula capaz de proporcionar electrones o captar protones. Por ejemplo , HO - , que designa al ion hidróxido , es una base. Cuando se neutraliza con un ácido , una base puede dar sales. Entre las bases más conocidas encontramos el hidróxido de sodio ( sosa cáustica ) , el hidróxido de potasio ( potasa ) y el amoníaco. Un potencial hidrógeno (pH) superior a 7 indica que estamos en un medio básico , con baja concentración de iones oxonium. Hablamos, entonces, de basicidad. Un producto básico es corrosivo igual que un producto de ácido.

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Ahora si podemos continuar...

Por ejemplo, la reacción de neutralización que se produce entre el ácido nítrico (HNO3) y el hidróxido de potasio (KOH) es:

Como se puede observar en la reacción, la sal se forma entre el anión () del ácido y el catión (K+).

Otra reacción de neutralización es la que se produce entre el ácido sulfúrico y el hidróxido de sodio.

Como se puede observar en la reacción, la sal se forma entre el anión () del ácido con 2 cationes (Na⁺) de la base, más 2 moléculas de agua.

La variación de entalpia (∆H) en las reacciones de neutralización entre ácidos fuertes y bases fuertes, es siempre la misma.

PH E INDICADORES

Tal como el "metro" es una unidad de medida de la longitud, y un "litro" es una unidad de medida de volumen de un líquido, el pH es una medida de la acidez o de la alcalinidad de una sustancia.Cuando, por ejemplo, decimos que el agua está a 91° Celsius expresamos exactamente lo caliente que está. No es lo mismo decir “el agua está caliente” a decir “el agua está a 91 grados Celsius”.

De igual modo, no es lo mismo decir que el jugo del limón es ácido, a saber que su pH es 2,3, lo cual nos indica el grado exacto de acidez. Necesitamos ser específicos.

Por lo tanto, la medición de la acidez y la alcalinidad es importante, pero ¿cómo está relacionado el pH con estas medidas?

ESCALA DEL PH

Los ácidos y las bases tienen una característica que permite medirlos: es la concentración de los iones de hidrógeno (H+). Los ácidos fuertes tienen altas concentraciones de iones de hidrógeno y los ácidos débiles tienen concentraciones bajas. El pH, entonces, es un valor numérico que expresa la concentración de iones de hidrógeno .

Los valores numéricos verdaderos para estas concentraciones de iones de hidrógeno marcan fracciones muy pequeñas, por ejemplo  1/10.000.000 (proporción de uno en diez millones). Debido a que números como este son incómodos para trabajar, se ideó o estableció una escala única. Los valores leídos en esta escala se llaman las medidas del "pH".

• La escala pH está dividida en 14 unidades, del 0 (la acidez máxima) a 14 ( nivel básico máximo). El número 7 representa el nivel medio de la escala, y corresponde al punto neutro. Los valores menores que 7 indican que la muestra es ácida. Los valores mayores que 7 indican que la muestra es básica.

•  La escala pH tiene una secuencia logarítmica, lo que significa que la diferencia entre una unidad de pH y la siguiente corresponde a un cambio de potencia 10. En otras palabras, una muestra con un valor pH de 5 es diez veces más ácida que una muestra de pH 6. Asimismo, una muestra de pH 4 es cien veces más ácida que la de pH 6.

¿COMO SE MIDE EL PH?

INDICADORES:

 El pH se mide a través de indicadores, un indicador de pH es una sustancia que permite medir el pH de un medio. Habitualmente, se utilizan como indicador a sustancias químicas que cambian su color al cambiar el pH de la disolución.​ El cambio de color se debe a un cambio estructural inducido por la protonación o desprotonación de la especie.

TIPOS DE INDICADORES:

1. La fenolftaleína

De fórmula C20H14O4, es un indicador de pH que en disoluciones ácidas permanece incoloro, pero en disoluciones básicas toma un color rosado con un punto de viraje entre pH=8,2 (incoloro) y pH=10 (magenta o rosado). Sin embargo, en pH extremos (muy ácidos o básicos) presenta otros virajes de coloración: la fenolftaleína en disoluciones fuertemente básicas se torna incolora, mientras que en disoluciones fuertemente ácidas se torna naranja.

Es un compuesto químico orgánico que se obtiene por reacción del fenol (C6H5OH) y el anhídrido ftálico (C8H4O3) en presencia de ácido sulfúrico.

Se presenta normalmente como un polvo blanco que funde a 260 ºC. Se utiliza frecuentemente como indicador de pH no extremos, ya que en disoluciones ácidas (no extremadamente muy ácidas) permanece incoloro, pero en presencia de disoluciones básicas (no extremadamente muy básicas) se torna color rosa. En química se utiliza en análisis de laboratorio, investigación y química fina. En análisis químico se usa como indicador de valoraciones ácido-base, siendo su punto de viraje alrededor del valor de pH 9, realizando la transición cromática de incoloro a rosado. El reactivo se prepara al 1 % p/v en alcohol de 90° y tiene duración indefinida.

Cambios de color:

• De medio neutro a medio básico: Incoloro → Rosa
• De medio básico a medio muy básico: Rosa → Incoloro
• De medio básico a medio neutro o ácido: Rosa → Incoloro
• De medio neutro o ácido a medio muy ácido: Incoloro → Naranja

2. Universal

Un indicador universal es un indicador de pH hecho de una solución de varios compuestos que exhibe varios cambios de color suaves en un amplio rango de valores de pH para indicar la acidez o alcalinidad de las soluciones. Aunque hay varios indicadores universales de pH disponibles en el mercado, la mayoría son una variación de una fórmula patentada por Yamada en 1933. Los detalles de esta patente se pueden encontrar en Chemical Abstracts . Los experimentos con el indicador universal de Yamada también se describen en el Journal of Chemical Education . 

Un indicador universal está compuesto típicamente de agua, fenolftaleína sódica sal, hidróxido de sodio, rojo de metilo , bromotimol azul sal monosódica y timol azul sal monosódica.  Los colores que indican el pH de una solución, después de agregar un indicador universal, son:

 Los colores de amarillo a rojo indican una solución ácida, los colores de azul a violeta indican las bases y el color verde indica que una solución es neutra.

3. Tornasol

El tornasol es una mezcla soluble en agua de diferentes tintes extraídos de líquenes . A menudo se absorbe en papel de filtro para producir una de las formas más antiguas de indicador de pH , que se utiliza para probar la acidez de los materiales.

El uso principal de litmus es probar si una solución es ácida o básica . El papel de tornasol mojado también se puede usar para detectar gases solubles en agua que afectan la acidez o alcalinidad ; el gas se disuelve en el agua y la solución resultante colorea el papel de tornasol. Por ejemplo, el gas amoniaco , que es alcalino, vuelve el papel de tornasol rojo.


El papel de tornasol azul se vuelve rojo en condiciones ácidas y el papel de tornasol rojo se vuelve azul en condiciones básicas o alcalinas, con el cambio de color en el rango de pH 4.5–8.3 a 25 ° C (77 ° F). El papel de tornasol neutral es púrpura.  El tornasol también se puede preparar como una solución acuosa que funciona de manera similar. En condiciones ácidas, la solución es roja y en condiciones alcalinas, la solución es azul.

Las reacciones químicas que no sean ácido-base también pueden causar un cambio de color al papel de tornasol. Por ejemplo, el gas de cloro se vuelve blanco como el papel de tornasol azul: el tinte se torna blanqueado ,  debido a la presencia de iones de hipoclorito . Esta reacción es irreversible, por lo que el tornasol no actúa como un indicador en esta situación.

TITULACIÓN

Es un método de análisis químico cuantitativo en el laboratorio que se utiliza para determinar la concentración desconocida de un reactivo a partir de un reactivo con concentración conocida. Debido a que las medidas de volumen desempeñan un papel fundamental en las titulaciones, se le conoce también como análisis volumétrico.

Debido a la naturaleza logarítmica de la curva de pH, las transiciones en el punto final son muy rápidas; y entonces, una simple gota puede cambiar el pH de modo muy significativo y provocar un cambio de color en el indicador. Hay una ligera diferencia entre el cambio de color del indicador y el punto de equivalencia de la titulación o valoración. Este error se denomina error del indicador. Por este motivo es aconsejable efectuar determinaciones en blanco con el indicador y restarle el resultado al volumen gastado en la valoración.

PROCEDIMIENTO

Una titulación o valoración comienza con un vaso de precipitados o matraz Erlenmeyer conteniendo un volumen preciso del reactivo a analizar y una pequeña cantidad de indicador, colocado debajo de una bureta que contiene la disolución estándar. 

  

Controlando cuidadosamente la cantidad añadida, es posible detectar el punto en el que el indicador cambia de color. Si el indicador ha sido elegido correctamente, este debería ser también el punto de neutralización de los dos reactivos.

Leyendo en la escala de la bureta sabremos con precisión el volumen de disolución añadida. Como la concentración de la disolución estándar y el volumen añadido son conocidos, podemos calcular el número de moles de esa sustancia (ya que {\displaystyle Molaridad=moles/volumen} Molaridad=moles/volumen). 

Luego, a partir de la ecuación química que representa el proceso que tiene lugar, podremos calcular el número de moles de la sustancia a analizar presentes en la muestra. Finalmente, dividiendo el número de moles de reactivo por su volumen, conoceremos la concentración buscada.

TITULACIÓN ÁCIDO-BASE: 

Están basadas en la reacción de neutralización que ocurre entre un ácido y una base, cuando se mezclan en solución. 

La solución valorante, ya sea un [ácido] (o una base), se añade a una bureta, previamente lavada con el mismo ácido (o base).

El analito, o muestra, con comportamiento ácido o básico, se añade, disuelto en un disolvente adecuado, a un matraz Erlenmeyer. En las normalizaciones, la solución en el matraz, generalmente, es una solución de referencia; cuya concentración es exactamente conocida, y la solución en la bureta es el patrón secundario, cuyo título o concentración debe ser determinada por el procedimiento de titulación.

El indicador usado en una valoración ácido-base, a menudo, depende de la naturaleza de los componentes, como se ha descrito en la sección anterior.

Los indicadores más comunes, sus colores y el rango de pH en el que ocurre el cambio de color (vire), se muestran en la tabla anterior. Cuando se requieren resultados más exactos o cuando los analitos son ácidos o bases débiles, se realiza una titulación potenciométrica, utilizando un pH metro y un electrodo combinado de vidrio.

• Titulación potenciométrica: El método de titulación potenciométrica consiste en medir el potencial (voltaje) en una solución por medio de un electrodo como función de volumen de agente titulante. El potencial que se mide se puede transformar a unidades de concentración de una especie en solución.

PROCEDIMIENTO

NEUTRALIZACIÓN

Ejercicio numero 1

REACCIÓN:   HNO3 + KOH → H2O + KNO3


Ejercicio numero 2

REACCIÓN:  HCl+ KOH → H2O + KCl

Ejercicio numero 3

REACCIÓN:  HNO3 + NaOH → H2O + NaNO3

Ejercicio numero 4

REACCIÓN: HCl + NaOH → H2O + NaCl



PH E INDICADORES

Ejercicio numero 1

Ejercicio numero 2

Ejercicio numero 3

TITULACIÓN

CONCLUSIONES

• Hemos puesto en practica todo lo aprendido en el marco teórico sobre los tres temas propuestos (neutralización, pH e indicadores y titulación)

• Se cumplieron los objetivos propuestos

• Reconocí la importancia de los indicadores del pH

WEBGRAFÍA

https://www.tplaboratorioquimico.com/quimica-general/acidos-y-bases/neutralizacion.html

https://definicion.de/acido/

https://salud.ccm.net/faq/12682-base-quimica-definicion

http://www.aguamarket.com/tema-interes.asp?id=340&tema=%BFQue+es+el+pH%3F

https://www.idrc.ca/aquatox/aquagifs/pHsp-99.jpg

https://es.wikipedia.org/wiki/Fenolftale%C3%ADna

https://en.wikipedia.org/wiki/Universal_indicator

https://en.wikipedia.org/wiki/Litmus

https://es.wikipedia.org/wiki/An%C3%A1lisis_volum%C3%A9trico#Procedimiento

www.uprh.edu/royola/index_htm_files/Titulacion_Potenciometrica.pdf