Ejercicio resuelto de Valoraciones ácido-base · Química · 2023

a) El premio Nobel de Química del año 2022 fue concedido a los investigadores Carolyn R. Bertozzi, Morten Meldal y K. Barry Sharpless, por el descubrimiento de nuevas técnicas, como por ejemplo la química del clic, las cuales permiten construir moléculas complejas, utilizadas como fármacos y también como nuevos materiales, a partir de moléculas mucho más sencillas.


Figura 1. Reactivo utilizado para la química del clic: el acetato de cobre(II).

Uno de los reactivos de estructura sencilla utilizados por estos investigadores fue el acetato de cobre(II) (figura 1), el cual se puede obtener a partir del ácido acético o ácido etanoico ($\mathrm{CH_3COOH}$).

Para determinar la concentración del ácido acético, en el laboratorio se lleva a cabo una valoración con NaOH. Proponga, de manera razonada, qué indicador de la siguiente tabla utilizaría para identificar el punto final de la valoración y justifique qué cambio de color observaría.

Indicador	Intervalo de pH de cambio de color	Cambio de coloración Violeta de metilo	0,5 - 1,6	Amarillo-azul Azul de timol	1,2 - 2,8	Rojo-amarillo Fenolftaleína	8,2 - 10,0	Incoloro-rosa

b) Nombre los compuestos siguientes: (i) $\mathrm{Cu(NO_3)_2}$; (ii) $\mathrm{CH_3CH_2CH_2COONa}$.

$\textbf{a) Para determinar la concentración del ácido acético, en el laboratorio se lleva a cabo una valoración con NaOH. Proponga, de manera razonada, qué indicador de la siguiente tabla utilizaría para identificar el punto final de la valoración y justifique qué cambio de color observaría.}$

Un indicador solo sirve si su intervalo de viraje contiene el pH del punto de equivalencia, porque solo entonces el punto final que se observa coincide con el punto de equivalencia real. Así que lo primero es averiguar cómo es ese pH.

Se valora un $\textbf{ácido débil}$ con una $\textbf{base fuerte}$:

$\mathrm{CH_3COOH} + \mathrm{NaOH} \rightarrow \mathrm{CH_3COONa} + \mathrm{H_2O}$

En el punto de equivalencia no sobra ácido ni base: lo que queda en el matraz es la sal, el acetato de sodio. El catión sodio procede de una base fuerte y no se hidroliza, pero el anión acetato es la base conjugada de un ácido débil y sí reacciona con el agua:

$\mathrm{CH_3COO^-} + \mathrm{H_2O} \rightleftharpoons \mathrm{CH_3COOH} + \mathrm{OH^-}$

Esa hidrólisis libera hidroxilos, de modo que el pH en el punto de equivalencia es $\textbf{claramente básico}$, en torno a 8-9.

De los tres indicadores de la tabla, el violeta de metilo vira entre 0,5 y 1,6 y el azul de timol entre 1,2 y 2,8, ambos en zona muy ácida: con ellos el color cambiaría mucho antes de haber neutralizado el ácido y el resultado sería erróneo por defecto.

El único adecuado es la $\textbf{fenolftaleína}$, que vira entre pH 8,2 y 10,0, justo donde cae el punto de equivalencia.

El cambio de color observado sería de $\textbf{incoloro a rosa}$: mientras queda ácido sin neutralizar la disolución permanece incolora, y la primera gota de sosa en exceso lleva el pH por encima de 8,2 y tiñe el líquido de rosa pálido persistente.

$\textbf{b) Nombre los compuestos siguientes: (i) Cu(NO₃)₂; (ii) CH₃CH₂CH₂COONa.}$

$\textbf{i)}$ $\mathrm{Cu(NO_3)_2}$ — $\textbf{nitrato de cobre(II)}$. Hay dos aniones nitrato, cada uno con carga $-1$, así que el cobre debe actuar con $+2$ para que la sal sea neutra.

$\textbf{ii)}$ $\mathrm{CH_3CH_2CH_2COONa}$ — $\textbf{butanoato de sodio}$. Es la sal del ácido butanoico, de cuatro carbonos contando el del grupo carboxilo, con el sodio sustituyendo al hidrógeno ácido.