UNIVERSIDAD DE CARTAGENA

Facultad de Ingenierías - Programa de Ingeniería Química

Laboratorio de Química Analítica: Mezclas alcalinas (Carbonato y Bicarbonato)

Integrantes: José David Arzuaga G; Katherine Liceth Hernández; Miguel Enrique Ward Doria; Kevin Arvey Díaz Rentería

I. INTRODUCCIÓN

Las sales del ácido carbónico, los carbonatos y los bicarbonatos son bases de Bronsted y pueden ser valoradas con ácidos fuertes, como el HCl. La curva de valoración de una solución de Carbonato de sodio, por ejemplo, tiene la misma forma a la del ácido carbónico, pero de sentido contrario; es decir, comienza en la zona básica y termina en la zona ácida.

Las mezclas alcalinas son las formadas por sustancias disueltas en agua que presentan un pH básico y se hallan en forma natural en algunas fuentes de agua. Están formadas por NaOH, Na2CO3 y NaHCO3 solos o en mezclas compatibles. Se puede valorar con un ácido fuerte como el HCl y dos indicadores, que pueden ser la fenolftaleína, la cual vira a un pH superior a 8.4 y el metil de naranja que vira a un pH inferior a 4.4.

Usualmente la valoración se lleva a cabo en una misma muestra, un mismo recipiente y se valora comúnmente con solución estándar de HCl, con los dos indicadores. Las mezclas posibles son las siguientes:

a) Hidróxidos (OH-): El punto final de la valoración puede ser detectado por la fenolftaleína o por el metil de naranja y en cualquier caso se gastaría el mismo volumen de ácido patrón. En la misma, la valoración con los dos indicadores, sucesivamente, se gastaría un volumen con fenolftaleína, y un volumen igual a 0 con metil de naranja (Vf > 0, Vm = 0):

NaOH+HCl→NaCl+H 2O

b) Carbonatos ¿ : esta se valora en dos etapas:

CO32−¿+H +¿→HCO

3

−¿¿¿ ¿

HCO3−¿+H +¿→H 2CO3 ¿¿

El punto final de la primera etapa se determina con fenolftaleína y la segunda con metil de naranja. Los volúmenes gastados de ácido patrón son iguales en cada etapa (Vf = Vm).

c) Bicarbonatos ¿ : La valoración se lleva a cabo en una sola etapa, la cual es detectada por el metil de naranja, porque la fenolftaleína ya se halla incolora en esta zona ácida de pH (Vf = 0, Vm > 0):

HCO3−¿+H +¿→H 2CO3 ¿¿

Entre las distintas mezclas alcalinas se encuentran:

Mezcla de hidróxidos y carbonatos: Se titula en dos etapas: en la primera se valoran los hidróxidos y, los carbonatos y en la segunda, el bicarbonato obtenido en la primera etapa, por la reacción del ácido con los carbonatos.

El primer cambio es detectado por la fenolftaleína y el segundo por el metil de naranja. El volumen gastado con la fenolftaleína resulta mayor al gastado con el metil de naranja (V f

> Vm).

Mezcla de bicarbonatos y carbonatos: Se valora en dos etapas; la primera con fenolftaleína, la cual registra el cambio de carbonato a bicarbonato y la segunda con metil de naranja que detecta el cambio del bicarbonato total a ácido carbónico. El volumen gastado con el metil naranja resulta mayor que el gastado con fenolftaleína (Vf < Vm).

II. RESUMEN

En esta práctica de laboratorio se realizó una práctica de titulación de una mezcla alcalina que tenían como fin determinar la concentración de cada uno de sus componentes. Para esto, la práctica se desarrolló en dos etapas : 1) una primera valoración de la mezcla alcalina utilizando como indicador fenolftaleína, y 2) una segunda valoración de esta misma pero esta vez utilizando como indicador verde de bromocresol.

1) En la primera etapa de la práctica se tomaron 5 mL de la muestra alcalina y se vertieron en un Erlenmeyer de 250 mL, seguidamente se le adicionaron 50 mL de agua destilada y añadimos 2 gotas de fenolftaleína como indicador. Luego procedimos a valorar la solución para lo cual se llenó una bureta con ácido clorhídrico (HCl) a 0.1N como solución valorante. A continuación se vertieron gota a gota, lentamente y agitando la disolución para determinar de forma oportuna el punto final de la valoración. El final de la valoración finaliza al momento en que la solución vira de una coloración rojiza fuerte a incolora.

2) La segunda y última etapa de la práctica fue parecida a la primera, pero en esta se utilizó como indicador verde de bromocresol adicionándole 3 gotas y el final de la valoración se reconoció cuando la solución viro de azul a amarrillo. Por último se realizaron los respectivos cálculos para determinar la concentración de la solución valorada en gramos de soluto por 100 mL de solución.

III. CÁLCULOS Y RESULTADOS:

Para el cálculo de la concentración de carbonato ¿ y bicarbonato ¿ en la mezcla alcalina a valorar se utilizó como solución valorante HCl a 0.1 N, tomando la medida de volumen adicionado a la mezcla. Esto se realizó en dos partes:

a) Valoración de mezcla alcalina con indicador de fenolftaleína:

Para la mezcla alcalina con fenolftaleína, el volumen de HCl utilizado para la valoración fue de 2.3 mL, donde se valoraron la mitad de los carbonatos presentes. Para tener la cantidad total multiplicamos por dos el volumen de ácido utilizado:

V HCl=2∗2 .3mL=4 .6mLHCl

Para calcular la concentración de carbonatos en la mezcla alcalina usamos la siguiente expresión:

V HCl∗N HCl=n°meq−g Na2CO3=mgNa2CO3peso eq−g

; pesoeq−g=M Na2CO3

n° Na+¿¿

→V HCl∗N HCl∗MNa2CO3

n° Na+¿=mg Na2CO3(1)¿

El peso molecular del Na2CO3 es de 106 mg/mmol y el número de Na+ reemplazable en la sal es 2, sustituimos en la ecuación (1):

V HCl∗N HCl∗M Na2CO3

n°Na+¿=mgNa2CO3→(3 .2mL )∗(0 .1N )∗(106 mg

mmol )2

=mg Na2CO3¿

16 .96mg Na2CO3=0 .1696g Na2CO3

Calculados los gramos presentes en 5 mL de la mezcla alcalina, calcularemos la cantidad presente en 100 mL de esa misma mezcla:

[0 .1696 g Na2CO3 −¿5mLx −¿100mL ]

x=100mL∗0 .1696 g Na2CO3

5mLx=3 .392g Na2CO3

La concentración correspondiente en gramos de soluto por 100 mL de solución es:

[Na2CO3 ]=3 .392 g100mL

=0 .03392g /mLNa2CO3

b) Valoración de mezcla alcalina con indicador de azul de bromocresol:

En esta parte de la práctica, el volumen empleado de HCl que registro la bureta fue de 7,8 mL. Aunque es necesario tener en cuenta que el volumen usado fue para valorar todos los carbonatos y bicarbonatos presentes en la mezcla alcalina. Para determinar el volumen real utilizado para valorar la cantidad de bicarbonatos es necesario tener en cuenta que este se obtiene de la diferencia entre el doble del volumen consumido en la mezcla con fenolftaleína con el volumen consumido en la mezcla con azul de bromocresol:

V HCl=7 .8mL−4 .6mL=3 .2mL

Ahora calculamos la concentración de bicarbonato presente en la mezcla a partir de la siguiente expresión:

V HCl∗N HCl=n°meq−g NaHCO3=mgNaHCO3pesoeq−g

; pesoeq−g=MNaHCO3

n° Na+¿¿

→V HCl∗N HCl∗MNaHCO3

n° Na+¿=mg NaHCO3(2)¿

El peso molecular de bicarbonato de sodio es de 84 mg/mmol, y el número de Na+

reemplazable en la sal es 1, sustituimos en la ecuación (2):

V HCl∗N HCl∗MNaHCO3

n°Na+¿=mgNaHCO3→(4 .6mL)∗(0 .1N )∗(84mg /mmol)

1=mgNaHCO3→38 .64mgNaHCO3=0 .3864 g NaHCO3 ¿

Ahora calculada la cantidad de gramos de NaHCO3 presente en 5 mL de la mezcla alcalina, calcularemos la cantidad de gramos presente en 100 mL de la misma:

[0 .3864 g NaHCO3 −¿5mLx −¿100mL ]

x=100mL∗0 .3864g NaHCO3

5mLx=7 .728g NaHCO3

La concentración correspondiente en gramos de soluto por 100 mL de solución es:

[NaHCO3 ]=7 .728 g100mL

=0 .07728 g/mLNaHCO3

IV. CONCLUSIONES

El momento en que la fenolftaleína marca con cambio de color, es el instante en que se consumieron la mitad de los iones carbonatos.

Las mezclas alcalinas están formadas por NaOH, Na2CO3 y NaHCO3 solos o mezclados. El análisis de estas mezclas alcalinas requiere de dos titulaciones. Una con un indicador de

intervalo de viraje alcalino (como la fenolftaleína) y la otra con un indicador de viraje acido (como el verde de bromocresol).La fenolftaleína, la cual vira a un pH superior a 8.4 y el verde de bromocresol que vira a un pH inferior de 5.5.

En una solución solo pueden existir en cantidades apreciables dos de los tres componentes, ya que la reacción entre ellos eliminara al tercero.

El volumen gastado con el verde de bromocresol resulta mayor que el gastado con fenolftaleína, Vf < Vm.

El HCL es un excelente titulante para la determinación de la alcalinidad, por ser un acido fuerte; ya que los carbonatos y bicarbonatos pueden ser valorados con ácidos fuertes por ser bases de bronsted.

BIBLIOGRAFÍA

Fundamentos de Química analítica básica. Análisis cuantitativo, Néstor Riaño Cabrera – Manizales: Editorial Universidad de Caldas, 2007. 290 p. Págs.: 194-197. [Fecha de consulta: 08 – 09 – 2011]

Fundamentos de Química analítica. Equilibrio iónico y análisis químico. Alfonso Clavijo Díaz – Bogotá: Universidad Nacional de Colombia, sede Bogotá. Primera edición, 2002. [Fecha

de consulta: 08 – 09 – 2011]