- Reacciones para valoración complexométrica
- ¿Qué es el EDTA?
- Determinación de la dureza del agua
- Complexométrica o Valoración Complexometría
- Aplicaciones de complexometría
Valoración complexométrica (o Quelatometría) es una forma de análisis volumétrico basado en la formación de compuestos poco disociados: 1 halogenuros de mercurio, cianuro de plata, fluoruro de aluminio. Se suele utilizar la formación de un complejo coloreado para indicar el punto final de la valoración. Las valoraciones complexométricas son particularmente útiles para la determinación de una mezcla de diferentes iones metálicos en solución. Generalmente se utiliza un indicador capaz de producir un cambio de color nítido para detectar el punto final de la valoración.
Reacciones para valoración complexométrica
En teoría, cualquier reacción de complejación se puede utilizar como una técnica volumétrica, siempre que:
1. la reacción alcanza el equilibrio rápidamente después de que se añade cada porción de valorante.
2. no se plantean situaciones interferentes. Por ejemplo, la formación gradual de varios complejos diferentes del ion metálico con el valorante, dando como resultado la presencia de más de un complejo en solución durante el proceso de valoración.
3. se disponga de un indicador complexométrico capaz de localizar el punto de equivalencia con bastante exactitud.
COMPLEXOMETRIA
La dureza del agua se define como la suma de las concentraciones de calcio y magnesio, expresadas como CaCO3 en mg/L. El rango de dureza varía entre 0 y cientos de mg/L, dependiendo de la fuente de agua y el tratamiento a que haya sido sometida.
VOLUMETRIA COMPLEXOMETRICA
En la volumetría complexométricas se mide el volumen de solución tipo, necesario para formar un complejo con un catión metálico del compuesto que se analiza.
Muchos cationes metálicos reaccionan con especies dadoras de electrones llamadas ligando, para formar compuestos de coordinación o complejos. El ligando debe tener por lo menos un par de electrones sin compartir.
Los complejos llamados quelatos, se producen por la coordinación de un catión y un ligando, en los que el catión (metálico) es parte de uno o varios anillos de cinco o seis miembros.
Los compuestos orgánicos mas conocidos que forman quelatos utilizables en análisis cuantitativo son el acido nitrilotriacetico, el acido etilendiaminotetraacetico (EDTA) y la sal disodica del EDTA; estos compuestos se conoces comercialmente con los nombres de Tiriplez I, II y III respectivamente; también se utilizan los nombres de complexonas, bencenos o secuestrones.
El mas empleado de los anteriores compuestos es la sal disodica del EDTA, por la facilidad de disolución en agua: la solución se prepara por el método directo dado el carácter de reactivo tipo primario de la sal di sódica.
El acido etilendiaminotetraacetico EDTA contiene cuatro hidrógenos ácidos; por esa razón se representa también como H4Y.
El EDTA forma complejos estables con la mayoría de los cationes y entra siempre en relación molar 1:1 en la fórmula del complejo, independiente de la carga del catión, como se muestra en las siguientes reacciones.
Mg+2 +Y-4MgY-2
Al+3 + Y-4AlY-1
Ca+2 + Y-4CaY-2
Los iones formados en las reacciones anteriores son incoloros, de tal manera que para determinar el punto final se emplean indicadores llamados metal crómico. Estos tienen la propiedad de formar complejos con cationes como el Ca+2 y el Mg+2, de distinto color al que presenta el indicador libre. Estos indicadores son ácidos débiles que se representan como Hin.
El tetra anión del EDTA (OOCCH2)2NCH2CH2N(CH2COO-)2 es un agente complejante especialmente efectivo que puede formar cinco ciclos de quelatos de cinco miembros con un solo ion metálico por coordinación mediante los pares de electrones de los cuatro (o a veces tres) grupos carboxilato y de los átomos de nitrógeno.
Disociación del EDTA.
Las constantes macroscópicas sucesivas de disociación ácida del EDTA. H4Y, a 20ºC y a la fuerza iónica 0,1 son:
? pK1 = 2.0
? pK2 = 2.67
? pK3 = 6.16
? pK4 = 10.26.
? Esta estructura explica el hecho de que el tercero y cuarto pasos de ionización sean mucho más débiles que los dos primeros
Determinación de la dureza del agua
? La DUREZA es una característica química del agua que esta determinada por el contenido de carbonatos, bicarbonatos, cloruros, sulfatos y ocasionalmente Nitratos de calcio y magnesio.
? La dureza es indeseable en algunos procesos, tales como el lavado doméstico e industrial, provocando que se consuma más jabón, al producirse sales insolubles.
? En calderas y sistemas enfriados por agua, se producen incrustaciones en las tuberías y una pérdida en la eficiencia de la transferencia de calor.
Características de durezas
? Además le da un sabor indeseable al agua potable.
Grandes cantidades de dureza son indeseables por razones antes expuestas y debe ser removida antes de que el agua tenga uso apropiado para las industrias de bebidas, lavanderías, acabados metálicos, teñido y textiles
? La mayoría de los suministros de agua potable tienen un promedio de 250 mg/l de dureza.
Niveles superiores a 500 mg/l son indeseables para uso doméstico.
Tipos de dureza
? La dureza es caracterizada comúnmente por el contenido de calcio y magnesio y expresada como carbonato de calcio equivalente.
? Ppm de CaCO3
? Interpretación de la Dureza:
Existen dos tipos de dureza
? Dureza Temporal: Esta determinada por el contenido de carbonatos y bicarbonatos de calcio y magnesio. Puede ser eliminada por ebullición del agua y posterior eliminación de precipitados formados por filtración, también se le conoce como "Dureza de Carbonatos".
? Dureza Permanente: está determinada por todas las sales de calcio y magnesio excepto carbonatos y bicarbonatos. No puede ser eliminada por ebullición del agua y también se le conoce como "Dureza de No carbonatos".
PRINCIPIOS
? Este método esta basado en la cuantificación de los iones Ca y Mg por titulación con el EDTA y su posterior conversión a Dureza Total expresada como CaCO3.
? La muestra de agua que contiene los iones calcio y magnesio se le añade el buffer de PH 10, posteriormente, se le agrega el indicador eriocromo negro T( ENT ), que hace que se forme un complejo de color púrpura, enseguida se procede a titular con EDTA (sal disódica) hasta la aparición de un color azul .
Reacciones:
Ca2+ + Mg2+ + Buffer PH 10 ———>
Ca2+ + Mg2+ + ENT ———–>[Ca-Mg–ENT] Complejo púrpura
[Ca-Mg–ENT] + EDTA ————->[Ca-Mg–EDTA] + ENT color azul
Existen varios tipos de valoraciones complexométricas, dependiendo de la sustancia que se utilice como valorador:
Valoraciones con mercurio:
El ión Hg2+ es capaz de formar una variedad de complejos de poca disociación, con distintos iones, como el ion cloruro, fluoruro, tiocianato, etc. La concentración de estos iones en una solución se puede determinar realizando una valoración con el ión mercurio, por ejemplo:
Hg2+ + 2 Cl– ? HgCl2
El dicloruro de mercurio es un complejo muy poco disociado. Como indicador de punto final de esta reacción se puede utilizar nitroprusiato de sodio. Cuando ya todo el cloruro ha reaccionado con mercurio, la siguiente gota de valorante pasa a formar nitroprusiato de mercurio, compuesto poco soluble, que indica la finalización de la valoración. Algunos iones pueden interferir con esta valoración, ya que forman complejos con mercurio o con el nitroprusiato, como por ejemplo los iones de cobre y cobalto.
Valoración con iones de plata:
Un ejemplo de este tipo de valoración complexométrica es la valoración de presencia del ión cianuro en una disolución. La reacción de formación de complejo sería la siguiente:
2 CN– + Ag+ ? Ag (CN)2–
Cuando se llega al punto de equivalencia puede observarse turbidez color blanco, debido a que comienza a ocurrir la siguiente reacción:
Ag (CN)2– + Ag+ ? Ag (CN) 2Ag
Muestras de agua
Almacenaje de la muestra
? La muestra puede ser recolectada y almacenada en un recipiente de plástico, bien tapado.
Campo de aplicación
El análisis de la dureza total en muestras de aguas es utilizado en al industria de bebidas, lavandería, fabricación de detergentes, acabados metálicos, teñido y textiles. Además en el agua potable, agua para calderas, etc.
Interferencias
En la tabla se encuentran la lista de la mayor parte de las sustancias que interfieren. Sí existen más de una sustancia interferentes, los límites dados en la tabla pueden variar. La turbidez se elimina por filtración.
* Si están presentes son titulados como dureza.
Resultados
? Dureza Total = ppm de Ca +ppm Mg (ENT)
? Dureza de Ca = ppm de Ca (murexide)
? Dureza de Mg = ppm de Dureza Total – Dureza de Mg
? Este método tiene un error relativo de 1.9% y una desviación estándar relativa de 9.2 %, tal como se determinaron en un estudio inter laboratorios.
Método y material empleado:
• Matraz Erlenmeyer
• Bureta
• Vaso de precipitado
• Pipeta
• Piceta
• Luna de reloj
• Soporte universal.
La complexometria es una técnica para la determinación analítica directa o indirecta de elementos o compuestos por medición del complejo soluble formado. En principio, cualquier compuesto que forme cuantitativamente un complejo con su ion metálico puede ser usado en complexometria si se dispone de un medio adecuado para determinar el piloto de equivalencia. El método surgió, en realidad, hace más de cien años.
La valoración de Liebig de la plata con cianuro se basaba en la formación de un ion completo de cianuro de plata muy estable, Ag (CN)2.
Otros ejemplos clásicos bien conocidos son la valoración del aluminio y la del circonio con un fluoruro basada en la formación de sus fluoruros complejos no disociables.
Muchísimas reacciones dan iones complejos o moléculas neutras sin disociar. Pero pocas pueden usarse para valoración, pues la mayoría de los complejos son demasiado inestables para la valoración cuantitativa. Los citratos y tartratos forman complejos estables con muchos iones metálicos polivalentes, pero se usan rara vez como valorante, porque forman más de un complejo con un ion metálico dado y esto dificulta la determinación del punto final.
Complexométrica o Valoración Complexometría
Para que reacción sea adecuada debe cumplir los mismos requisitos generales que las otras
Volumetrías (ácido-base, redox, volumetría de pp.)
Cu+2 + 4 (NH3) ? [Cu (NH3)4]+2
Conceptos ácidos – base: Lewis
Acido = aceptor de electrones. Posee orbitales vacíos disponibles para electrones de la base.
Base = dador de electrones. Electrones o alta densidad electrónica disponible para ceder
Elementos de Transición Externa, principalmente grupo d
Inorgánicos, (simples), monodentados y
Orgánicos (quelatos, polidentados), más importantes en Qca. Anal
Ejemplos de ligantes simples: NH3, H2O, Halógenos, SCN-, CN-, OH-, etc.
Ligantes polidentados o agentes quelantes:
Poseen uno varios átomos o donantes electronegativos. Ej.: N, O, P, X
Capacidad de coordinación mayor que uno
Forman uno o más enlaces con un único ión central para formar uno o varios anillos heterocíclicos de 5 a 6
Miembros (estabilidad).
Estrictamente: Número de coordinación = del catión. Capacidad de coordinación = del ligante
Indicador complexométrico
A indicador complexométrico es ionochromic tinte eso experimenta un cambio definido del color en presencia del metal específico iones. Forma un débil complejo con los iones presente en la solución, que tiene color perceptiblemente diverso que el exterior existente de la forma del complejo.
En química analítica, complexométrico indicadores se utilizan adentro titulación complexométrica para indicar el momento exacto en que todos los iones del metal en la solución son secuestrados por a agente chelating (lo más generalmente posible EDTA). Tales indicadores también se llaman indicadores metallochromic.
Se describe el indicador puede estar presente en otra fase líquida en equilibrio con la fase titulada, el indicador como indicador de la extracción.
Algunos indicadores complexométricos son sensibles al aire y se destruyen. Cuando tal solución pierde color durante la titulación, una gota o dos del indicador fresco puede tener que ser agregado.
Características
Los indicadores usados en complexometría deben reunir una serie de requisitos, que son necesarios para que pueda considerarse como un buen indicador.
1. El complejo metal-indicador debe ser menos estable que el complejo metal-EDTA.
2. El complejo metal-indicador debe tener un color diferente que el indicador libre.
3. El complejo metal-indicador debe tener un color intenso, de modo que sólo haga falta añadir una pequeña cantidad del indicador.
4. El indicador debe formar complejo únicamente con el metal que se está valorando y de este modo los demás metales no interferirían en la operación.
5. La reacción entre el complejo metal-indicador y el EDTA debe ser muy rápida con lo cual se consigue un inmediato cambio de color en el punto de equivalencia.
Algunos indicadores complexométricos
? Eriochrome T negro para calcio, magnesio y aluminio
? Naranja del Xylenol para galio, indio y scandium
? Azul metílico del calcein
? Murexide
? Negro rápido de Sulphon
? Eriochrome B rojo
? Calcein
? Calcon
? Eriochrome B azul-negro
? SE azul de Eriochrome
? Azul de Hydroxynaphthol
? Azul de Methylthymol
? Púrpura de la ftaleína
? Rojo de Pyrogallol
? Dimethylnaphthidine 3.3
? Chromazurol S
? Hematoxylin para cobre
? Naftol B verde
? 1 (2-pyridilazo) – 2-naphthol (CACEROLA)
Aplicaciones de complexometría
Se han realizado con éxito titulaciones quelometricas, casi todos los cationes comunes. Las titulaciones directas con EDTA se pueden realizar por lo menos con 25 cationes empleando indicadores, metal crómico. Los agentes formadores de complejos, como el citrato y el tartrato, con frecuencia se adicionan a la titulación para prevenir la precipitación de los hidróxidos metálicos. Para los metales que forman complejos con el EDTA, con frecuencia se utiliza a un amortiguador a base de NH3—-NH4Cl a un pH de 9 ó 10.
La dureza total del agua, así como el calcio y magnesio, se puede determinar por medio de una valoración directa con EDTA utilizando como indicador el negro eriocromo T o la calmagita, el complejo entre el Ca²+ y el indicador es demasiado débil para que ocurra el cambio de color adecuado. Sin embargo, el magnesio forma un complejo más estable que el calcio y se obtiene un punto final apropiado en un amortiguador de amoniaco a pH 10. Si la muestra no contiene magnesio se puede agregar un poco de sal magnesio al EDTA antes de estandarizarlo. De esta manera, el titulante (pH 10) es una mezcla de MgY²¯ y Y4¯ y cuando se agrega a la solución que contiene Ca2+ , se forma la sal CaY²¯, que es mas estable, y se libera el Mg2+ que reacciona con el indicador para formar el Mgln¯ de color rojo. Cuando todo el calcio se ha agotado, el titulante adicional convierte el Mgln¯ en MgY2¯ y el indicador regresa a la forma HLN²¯ de color azul.
OBJETIVOS:
• Medir la dureza presente en aguas naturales y tratadas, mediante una titulación complexométrica
• Aplicar los principios básicos de la volumetría por formación de complejos en la determinación de la dureza de una muestra de agua.
Materiales y productos:
Matraz:
Recipiente de cristal donde se mezclan las soluciones químicas, generalmente de forma esférica y con un cuello recto y estrecho, que se usa para contener líquidos
Bureta:
Las buretas son tubos cortos, graduados, de diámetro interno uniforme, provistas de un grifo de cierre o llave de paso en su parte inferior llamado robinete. Se usan para ver cantidades variables de líquidos, y por ello están graduadas con pequeñas subdivisiones (dependiendo del volumen, de décimas de mililitro o menos). Su uso principal se da en volumetrías, debido a la necesidad de medir con precisión volúmenes de líquido variables.
Vaso de precipitado:
Un vaso de precipitados o vaso de precipitado es un recipiente cilíndrico de vidrio fino que se utiliza muy comúnmente en el laboratorio, sobre todo, para preparar o calentar sustancias y traspasar líquidos. Son cilíndricos con un fondo plano; se les encuentra de varias capacidades, desde 1 ml hasta de varios litros. Normalmente son de vidrio o de goma aquéllos cuyo objetivo es contener gases o líquidos. Tienen componentes de teflón u otros materiales resistentes a la corrosión.
Pipeta:
La pipeta es un instrumento volumétrico de laboratorio que permite medir la alícuota de líquido con bastante precisión. Suelen ser de vidrio. Está formada por un tubo transparente que termina en una de sus puntas de forma cónica, y tiene una graduación (una serie de marcas grabadas) con la que se indican distintos volúmenes.
Pizeta:
La pizeta es un recipiente cilíndrico sellado con tapa rosca, el cual posee una gran manguera pequeña con una abertura, capaz de entregar agua a cualquier líquido que se encuentre contenido en la pizeta, en pequeñas cantidades (en forma de chorro
Soporte universal:
Un soporte de laboratorio, soporte universal o pie universal es una pieza del equipamiento de laboratorio donde se sujetan las pinzas de laboratorio, mediante dobles nueces. Sirve para sujetar tubos de ensayo, buretas, embudos de filtración, criba de decantación o embudos de decantación, etc. También se emplea para montar aparatos de destilación y otros equipos similares más complejos. El soporte universal es una herramienta que se utiliza en laboratorios para realizar montajes con los materiales presentes en el laboratorio y obtener sistemas de mediciones o de diversas funciones. Pero no sabemos quien la invento.
EDTA:
El ácido etilendiaminotetraacético, 1 también denominado EDTA o con menor frecuencia AEDT, es una sustancia utilizada como agente quelante que puede crear complejos con un metal que tenga una estructura de coordinación octaédrica. Coordina a metales pesados de forma reversible por cuatro posiciones acetato y dos amino, lo que lo convierte en un ligando hexadentado, y el más importante de los ligandos quelatos.
Indicador negro de eriocromo NET:
El negro de ericromo T, también conocido como NET, es un indicador de iones metálicos, muy utilizado para titular diversos cationes comunes, comportándose como un ácido débil.
Los complejos metálicos del NET frecuentemente son rojos en un rango de PH entre 4 a 12, cuando está libre en solución en un rango de PH menor a 10 su color es rosado, a PH igual a 10 es de color azul.
Solución buffer de pH10:
Un tampón o buffer es una o varias sustancias químicas que afectan a la concentración de los iones de hidrógeno (o hidronios) en el agua. Siendo que pH no significa otra cosa que potencial de hidrogeniones (o peso de hidrógeno), un "buffer" (o "amortiguador") lo que hace es regular el pH.
Cuando un "buffer" es añadido al agua, el primer cambio que se produce es que el pH del agua se vuelve constante. De esta manera, ácidos o bases (álcalis = bases) adicionales no podrán tener efecto alguno sobre el agua, ya que esta siempre se estabilizará de inmediato
Observaciones:
• Se observo que en la primera experiencia se uso mayor cantidad de EDTA, para que haga el cambio de color, mientras que en la segunda experiencia se uso menos EDTA para que el cambio de color sea más rápido y la solución obtenga un color más oscuro.
Conclusiones:
• A mayor cantidad de NET, la solución cogerá un color más oscuro.
Autor:
Lipa Mamani Cintya Micaela
Miranda Taco Edgar
Vilca Apaza Elida Noemi
Yanarico Huaracallo Yanet
DOCENTE: ING. JORGE VALDEIGLESIAS JARA
SEMESTRE: V
JULIACA -PERU
2015