Estandarización de soluciones: qué es, características y ejercicios

¿Qué es la estandarización de soluciones?

La estandarización de soluciones es un proceso que permite la determinación exacta de la concentración de una solución. Las sustancias que se usan con este fin reciben el nombre de estándares primarios.

Una solución se estandariza usando el método de la valoración volumétrica (titulación), ya sea mediante técnicas clásicas o instrumentales (potenciometría, colorimetría, etc.). 

Para ello, la especie disuelta reacciona con un estándar primario pesado anticipadamente. Por lo tanto, es indispensable el uso de balones volumétricos para estos análisis cuantitativos.

Por ejemplo, el carbonato de sodio es un estándar primario que se usa en la estandarización de los ácidos, entre ellos el ácido clorhídrico que se convierte en titulante, ya que puede ser utilizado en la titulación del hidróxido de sodio. Así, se puede determinar la basicidad de una muestra.

Se adicionan volúmenes del titulante continuamente hasta que haya reaccionado con una concentración equivalente del analito.

Esto señala que se ha alcanzado el punto de equivalencia de la titulación. En otras palabras, el titulante “neutraliza” al analito por completo mediante su transformación en otra especie química.

Se conoce cuándo se debe finalizar la adición del titulante con el uso de indicadores El instante en que el indicador cambia de color se llama punto final de la titulación.

¿En qué consiste la estandarización?

La estandarización no es más que la obtención de un estándar secundario que servirá para determinaciones cuantitativas. Si se conoce su concentración, se puede saber cuál será la del analito una vez titulado.

Cuando se requiere de una gran exactitud en la concentración de las soluciones, se estandariza tanto la solución titulante como la solución a la que ella va a titular.

Las reacciones en las que se usa el método de la titulación incluyen:

– Reacciones ácido-base. Mediante el método de la volumetría se puede determinar la concentración de muchos ácidos y bases.

– Las reacciones de óxido reducción. Las reacciones químicas que involucran la oxidación son muy utilizadas en el análisis volumétrico, como por ejemplo, las determinaciones yodimétricas.

– Las reacciones de precipitación. El catión plata se precipita unido a un anión del grupo de los halógenos, como el cloro, obteniéndose cloruro de plata, AgCl.

– Reacciones de formación de complejos, por ejemplo, la reacción de la plata con el ion cianuro.

Características de los estándares primarios

Las sustancias utilizadas como estándares primarios deben de cumplir con una serie de requisitos para cumplir con su función de estandarización:

– Tener una composición conocida, ya que de lo contrario no se sabrá con exactitud cuánto debe pesarse del estándar (y mucho menos calcular su concentración posterior).

– Ser estables a temperatura ambiente y resistir las temperaturas necesarias para su secado en la estufa, inclusive temperaturas iguales o superiores a la temperatura de ebullición del agua.

– Tener una gran pureza. En todo caso, las impurezas no deben exceder de un 0,01 a un 0,02%. Además, las impurezas pueden determinarse cualitativamente, lo que facilitaría la remoción de posibles interferentes en los análisis (volúmenes erróneos utilizados de titulante, por ejemplo).

– Ser fáciles de secar y no pueden ser higroscópicas, es decir, retener agua durante el secado. Tampoco deben perder peso al exponerse en contacto con el aire.

– No absorber gases que puedan producir interferencias, así como la degeneración del patrón.

– Reaccionar rápida y estequiométricamente con el reactivo titulante.

– Tener un peso equivalente elevado que reduzca los errores que puedan cometerse durante el pesaje de la sustancia.

Ejemplos de estándares primarios

Para estandarizar bases

– Ácido sulfosalicílico

– Ácido benzoico

– Ftalato ácido de potasio

– Ácido sulfanílico

– Ácido oxálico

Para estandarizar ácidos

– Trishidroximetil aminometano

– Carbonato de sodio

– Bórax (mezcla de ácido bórico y borato de sodio)

– Tri-hidroximetil-aminometano (conocido como THAM)

Para estandarizar los reactivos redox

– Óxido arsenioso

– Hierro

– Dicromato de potasio

– Cobre

Ejercicios

Ejercicio 1

Se disuelve en el agua una cierta cantidad de carbonato de sodio (estándar primario para los ácidos) que pesa 0,3542 g y se titula con una solución de ácido clorhídrico.

Para alcanzar el punto de viraje del indicador anaranjado de metilo, añadido a la solución de carbonato de sodio, se gastaron 30,23 mL de la solución de ácido clorhídrico. Calcular la concentración del HCl.

Esta es la solución que va a ser estandarizada, mediante el uso del carbonato de sodio como estándar primario.

Na₂CO₃     +      2 HCl  =>  2 NaCl     +      H₂O     +       CO₂

pEq (Na₂CO₃ = pm/2)                   (peso molecular de Na₂CO₃ = 106 g/mol)

pEq = (106 g/mol) / (2 Eq/mol)

= 53 g/Eq

En el punto de equivalencia:

mEq HCl =  mEq de Na₂CO₃

VHCl x N HCl = mg Na₂CO₃ / pEq N_aCO₃

30,23 mL x N HCl = 354, mg / (53 mg / mEq)

Y despejando entonces la normalidad del HCl, N:

30,23 mL x N HCl  = 6,68 mEq

N HCl = 6,68 mEq / 30,23 mL

N HCl = 0,221 mEq / mL

Ejercicio 2

Para estandarizar una disolución de NaOH se utiliza el ftalato de potasio (KHP), un estándar primario que es un sólido estable al aire y fácil de pesar.

Se disuelven 1,673 gramos de ftalato de potasio en 80 mL de agua y se agregan 3 gotas de una solución del indicador fenolftaleína que desarrolla un color rosado en el punto final de la titulación.

Sabiendo que la titulación del KHP consume 34 mL del NaOH, ¿cuál es su normalidad?

Peso equivalente del ftalato potásico = 204,22 g/Eq

En el punto final de equivalencia:

Equivalentes de NaOH = Equivalentes de KHP

VNaOH x N = 1,673 g / (204,22 g / Eq)

Equivalentes de KHP = 8,192·10^-3 Eq

Entonces:

V NaOH x N OH = 8,192·10^-3 Eq

Y como se gastaron 34 mL (0,034 L), se sustituye en la ecuación

N NaOH = (8,192·10^-3 Eq / 0,034 L)

= 0,241 N

Ejercicio 3

Una muestra de CaCO₃ puro (un estándar primario) que pesa 0,45 g, se disuelve en un volumen de agua, y después de solubilizarlo, se completa con agua a 500 mL en un matraz aforado.

Se toman 100 mL de la solución de carbonato de calcio y se colocan en un matraz erlenmeyer. La solución se titula con 72 mL de ácido etilendiaminatetracético (AEDT), empleando indicador negro eriocromo T.

Calcule la molaridad de la solución de AEDT

En el punto de equivalencia de la titulación:

mmol AEDT = mmol CaCO₃

V x molaridad de AEDT = mg CaCO₃ / PM CaCO₃

De la disolución del carbonato de calcio en 500 mL se tomó 100 mL para la titulación, es decir, 0,09 g (la quinta parte de 0,45 g). Por lo tanto:

0,072 L x M de AEDT = 0,09 g / 100,09 g/mol

M de AEDT = 8.99·10^-4 mol/ 0,072 L

= 0,0125

Referencias

1. Galano Jiménez, A. & Rojas Hernández, A. Sustancias patrones para estandarización de ácidos y bases. Recuperado de depa.fquim.unam.mx
2. Estandarización de soluciones valorantes. Recuperado de ciens.ucv.ve
3. Standardization of Acid and Base Solutions. Recuperado de chem.latech.edu
4. Day, R. A. y Underwood, A. L. (1989). Química Analítica Cuantitativa.