Ejercicio resuelto de Valoraciones ácido-base · Química · 2023

Las valoraciones ácido-base son muy útiles para determinar de forma precisa la concentración de ácido o de base en una disolución. Responda a las siguientes cuestiones:

a) ¿Qué es un indicador ácido-base? (0,5 puntos)

b) ¿Qué es el punto de equivalencia de una valoración ácido-base? (0,5 puntos)

c) Dibuje de forma cualitativa dos curvas de valoración, indicando el pH aproximado del punto de equivalencia (mayor, menor o igual a 7) y representando el pH de la disolución respecto al volumen de una base fuerte, el agente valorante, que se adiciona sobre:

i) un ácido fuerte. (0,5 puntos)

ii) un ácido débil. (0,5 puntos)

$\textbf{a) ¿Qué es un indicador ácido-base? (0,5 puntos)}$

Es una sustancia, normalmente un ácido o una base orgánica débil, cuya forma protonada y cuya forma desprotonada tienen $\textbf{colores distintos}$:

$\mathrm{HIn} + \mathrm{H_2O} \rightleftharpoons \mathrm{In^-} + \mathrm{H_3O^+}$

En medio ácido predomina la forma $\mathrm{HIn}$ y en medio básico la $\mathrm{In^-}$, de modo que el color de la disolución informa del intervalo de pH en que se está. El cambio se produce en torno al $\mathrm{p}K_a$ del indicador, y abarca aproximadamente dos unidades de pH.

Su utilidad práctica es señalar el final de una valoración, y la condición para elegirlo bien es que su intervalo de viraje $\textbf{contenga el pH del punto de equivalencia}$. Por eso no vale cualquiera: la fenolftaleína, que vira entre 8 y 10, sirve para valorar un ácido débil con una base fuerte, mientras que el naranja de metilo, que vira entre 3 y 4,5, es el adecuado cuando se valora una base débil con un ácido fuerte.

$\textbf{b) ¿Qué es el punto de equivalencia de una valoración ácido-base? (0,5 puntos)}$

Es el momento de la valoración en que se han añadido exactamente los equivalentes de agente valorante necesarios para reaccionar con todo el analito, sin que sobre ni falte ninguno de los dos. Para un ácido y una base que reaccionen mol a mol:

$M_{\text{ácido}} \cdot V_{\text{ácido}} = M_{\text{base}} \cdot V_{\text{base}}$

Es de aquí de donde sale la concentración desconocida, midiendo el volumen gastado.

Conviene distinguirlo del $\textbf{punto final}$, que es lo que realmente se observa: el instante en que el indicador cambia de color. Se elige el indicador para que ambos coincidan lo más posible, y la pequeña diferencia entre ellos es el error de la valoración.

Y una advertencia importante: el punto de equivalencia $\textbf{no}$ tiene por qué estar en pH 7, como muestra el apartado siguiente.

$\textbf{c) i) Curva de valoración de un ácido fuerte con una base fuerte. (0,5 puntos)}$

La curva representa el pH frente al volumen de base añadida y tiene forma de S alargada. Sus rasgos son:

Momento	pH	Motivo
Antes de empezar	muy bajo, en torno a 1	el ácido fuerte está totalmente disociado
Zona previa	sube muy despacio	queda ácido sin neutralizar en exceso
Punto de equivalencia	$\textbf{igual a 7}$	solo queda una sal neutra, que no se hidroliza
Después	sube y se estabiliza sobre 12-13	manda el exceso de base fuerte

El salto en torno al punto de equivalencia es muy brusco, de unas seis unidades de pH con apenas unas gotas de base, y está $\textbf{centrado en 7}$. La razón de que el pH sea neutro es que la sal resultante procede de un ácido fuerte y una base fuerte, de modo que ninguno de sus dos iones se hidroliza.

Por eso aquí sirve casi cualquier indicador de los habituales: el salto es tan grande que atraviesa el intervalo de viraje de todos ellos.

$\textbf{c) ii) Curva de valoración de un ácido débil con una base fuerte. (0,5 puntos)}$

La forma general es la misma, pero con tres diferencias que conviene señalar en el dibujo.

El $\textbf{pH de partida es más alto}$, en torno a 3, porque el ácido débil solo se disocia parcialmente y libera muchos menos protones.

Aparece una $\textbf{zona tampón}$ en la mitad de la valoración, donde la curva es casi horizontal: allí coexisten el ácido sin neutralizar y su base conjugada, y la mezcla amortigua los cambios de pH. En el punto medio se cumple $\mathrm{pH} = \mathrm{p}K_a$.

El punto de equivalencia está a un $\textbf{pH mayor que 7}$, típicamente entre 8 y 9, porque lo que queda es la sal del ácido débil y su anión se hidroliza:

$\mathrm{A^-} + \mathrm{H_2O} \rightleftharpoons \mathrm{HA} + \mathrm{OH^-}$

Además, el salto es notablemente menos pronunciado que en el caso anterior, lo que obliga a elegir bien el indicador: aquí hay que usar fenolftaleína, y el naranja de metilo daría un resultado muy erróneo porque viraría mucho antes del punto de equivalencia.