Patrón primario: características y ejemplos
Un patrón primario o estándar primario es un reactivo de alta pureza que se utiliza para calibrar o estandarizar otras soluciones mediante el procedimiento de titulación. Esta técnica de análisis consiste en la colocación del patrón primario en una bureta, actuando como titulante, y haciéndolo reaccionar lentamente con la solución a estandarizar.
Se añade un indicador de pH o de otra función a la solución calibrada que permita la determinación de la concentración de una sustancia determinada. La solución calibrada de esta forma recibe el nombre de patrón secundario o estándar secundario.
Para ser usado como patrón o estándar primario, un reactivo debe cumplir con una serie de requisitos, los cuales incluye, entre otros, una pureza superior al 99.9 % y que no sea reactivo con el agua, el oxígeno y el dióxido de carbono presentes en el aire.
Pocos reactivos cumplen con estos requisitos, por lo que los reactivos que pueden ser usados como patrones primarios son escasos. En una escala de jerarquía de los estándares: los estándares primarios ocupan el primer nivel; los estándares secundarios, el segundo, mientras el último nivel corresponde a las soluciones de trabajo.
Índice del artículo
- 1 Características de un patrón primario
- 2 Diferencias con el patrón secundario
- 3 Ejemplos
- 4 Referencias
Un patrón o estándar primario debe cumplir con un conjunto de requisitos que permitan su uso en esta función. Estos requisitos pueden ser resumidos en forma siguiente:
Un reactivo para ser usado como patrón primario debe tener una pureza superior al 99.9 %, indicando que la concentración de impurezas permitidas debe oscilar entre un 0.01 % y un 0.02 %. La concentración de las impurezas debe ser determinada mediante métodos analíticos.
El patrón primario debe ser químicamente estable y no ser reactivo. Las sustancias reactivas durante su almacenamiento se combinan principalmente con componentes del aire; tales como el vapor de agua, el dióxido de carbono y el oxígeno, pudiéndose alterar por lo tanto el peso neto del reactivo.
Esto provoca que el peso real de la sustancia sea menor que el peso calculado o teórico; lo cual, incapacita su uso como patrón primario. Por esta razón el hidróxido de sodio, una sustancia higroscópica, no puede utilizarse como patrón primario en la estandarización de las soluciones ácidas.
Es conveniente que la sustancia usada como patrón primario tenga un peso equivalente elevado. Esto minimiza el error que pueda cometerse al pesar la sustancia.
Se han señalado otras características deseables en una sustancia usada como patrón primario, pero de menor importancia, como el que estas sustancias no sean muy costosas y tengan poca toxicidad.
Una solución del patrón primario se prepara con una sustancia que cumple con los requisitos antes señalados. Mientras, una solución de un patrón secundario se prepara a una concentración aproximada, debiéndose estandarizarse mediante el uso de una solución del patrón primario.
La estandarización de la solución del patrón secundario se realiza mediante la titulación de la solución del patrón secundario, usando como titulante la solución del patrón primario. Esto permite preparar con la exactitud deseada la concentración de la solución de un patrón secundario.
El patrón secundario se prepara mediante una titulación usando como titulante un patrón primario; mientras que el uso del patrón secundario como titulante produce una solución de trabajo.
En la salud pública el concepto de estándares primarios y secundarios tiene otra connotación. Los estándares primarios están dirigidos para proteger la salud pública, mientras los estándares secundarios están dirigidos a lo estético.
Hay cuatro titulaciones utilizadas para las preparaciones de soluciones de patrones secundarios. Ellas son: titulaciones ácido-base, redox, por precipitación y por formación de complejos.
Ácidos
En esta titulación se emplean como patrones primarios el carbonato de sodio, Na2CO3, el cual tiene un peso molecular de 105.99 g/mol, y el Tris(hidroximetil)aminometano (TRIS o THAM), teniendo un peso molecular de 121.14 g/mol.
El hidróxido de sodio no puede utilizarse por ser una sustancia higroscópica, por lo que es difícil obtener una pesada exacta de esta sustancia.
Bases o álcalis
En la titulación de las bases se utilizan como patrones primarios el ftalato hidrógeno de potasio o ftalato ácido de potasio, el cual se abrevia como KHP, y cuya fórmula química es C8H5KO4, con un peso molecular de 204.23 g/mol. Este es el patrón primario por excelencia para estandarizar.
Asimismo, se utilizan el yodato de hidrógeno de potasio, de fórmula química KH(IO3)2 y de peso molecular 389.92 g/mol; y el ácido benzoico, de fórmula química C7H6O2, con un peso molecular de 122.12 g/mol.
Otro patrón primario bastante usado, en ausencia del KHP, es el ácido oxálico; específicamente su hidrato, C2O4·2H2O.
No se usan el ácido clorhídrico ni el ácido sulfúrico por no tenerse una información exacta acerca de sus concentraciones. El ácido nítrico presenta el mismo problema, pero además contiene trazas de ácido nitroso (HNO2), el cual actúa sobre algunos indicadores de pH, provocando su alteración.
Como indicador ácido-base casi siempre se utiliza la fenolftaleína, pues ofrece un punto final bastante notorio, y su uso es bastante simple.
Se utilizan varios estándares o patrones primarios para los reactivos redox. El trióxido de arsénico, As2O3, se usa como patrón primario en la titulación del permanganato de potasio, KMnO4 y el yodo molecular, I2.
El hierro con estado de oxidación +2, se utiliza como patrón primario en la titulación del permanganato de potasio, el sulfato de cerio, Ce(SO4)2, y el dicromato de potasio, K2Cr2O7. El K2Cr2O7 se utiliza como patrón primario en la titulación del tiosulfato de sodio, Na2S2O3, reactivo esencial para las determinaciones yodométricas.
Por otro lado, el cobre se utiliza como patrón primario en la titulación del tiosulfato de sodio.
La plata en solución precipita en presencia de los iones X–:
Ag+ + X– → AgX (s) (precipitado)
X– representa al cloruro, bromuro, yoduro o el ion tiocianato, SCN–. Así y por ejemplo, el cloruro de sodio se emplea como titulante o patrón primario para la estandarización de las soluciones de nitrato de plata, AgNO3.
El EDTA (etilendiaminatetracetato) es estandarizado con una solución de carbonato de calcio, CaCO3, que actúa como estándar primario.
Ca2+ + EDTA4- → CaEDTA2-
- Day, R., & Underwood, A. (1986). Química Analítica Cuantitativa (quinta ed.). PEARSON Prentice Hall.
- Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (26 de agosto de 2020). What Is a Primary Standard in Chemistry? Recuperado de: thoughtco.com
- Wikipedia. (2020). Primary standard. Recuperado de: en.wikipedia.org
- Dr. Doug Stewart. (2020). Definition of Primary Standars. Recuperado de: chemicool.com
- Kevin Beck. (04 de marzo de 2020). Four Characteristics of a Primary Standard Substance. Recuperado de: sciencing.com
- Elsevier B.V. (2020). Primary Reference Standard. ScienceDirect. Recuperado de: sciencedirect.com