Ejercicios: valoraciones redox

Veamos un par de ejemplos de valoraciones redox con permanganato (permanganimetrías):

Ejercicio 1

Ejercicio-valoracion-redox-permanganato-1

Ejercicio 2

Ejercicio-valoracion-redox-permanganato-2

Valoraciones redox

Una valoración redox nos permite determinar la concentración de una disolución al hacerla reaccionar en un proceso redox con otra cuya concentración es conocida.

permanganimetría

El momento en el que se ha completado la reacción entre oxidante y reductor se denomina punto de equivalencia, que puede determinarse a partir de la estequiometría de la reacción.

Equivalentes y normalidad

El número de equivalentes de una especie que interviene en una reacción redox es igual al número de electrones que pone en juego en dicho proceso. Teniendo esto en cuenta, se define la normalidad de una disolución como:

Redox-equivalentes

El agente reductor aporta electrones que son captados por el oxidante. El punto de equivalencia se alcanza cuando los equivalentes de oxidante coinciden con los equivalentes del reductor:

Nox · Vox = Nred · Vred

Punto final de la valoración

Se denomina punto final al momento en el cual se estima que una valoración ha terminado, pues la reacción entre oxidante y reductor ha concluido. Se puede determinar:

  • Mediante medidas potenciométricas: se observa un salto en la medida del potencial del medio en torno al punto de equivalencia.
  • Usando indicadores redox: sustancias que presentan una coloración diferente en sus formas oxidada y reducida. No obstante, algunos agentes valorantes como el permanganato potásico no precisan de la utilización de indicadores, pues el propio reactivo presenta colores diferentes en su forma oxidada y en la reducida.

Permanganimetría

Un tipo de valoraciones redox muy conocidas son las que tienen lugar en presencia de permanganato, ya que es un agente oxidante que presenta un color distinto en su forma oxidada (color púrpura) y en su forma reducida (incoloro). Se dice, entonces, que el permanganato es un autoindicador.

Una reacción típica es la que tiene lugar entre el permanganato y el agua oxigenada, como verás en los siguientes ejercicios.

Indicadores ácido-base

Los indicadores ácido-base son compuestos orgánicos de fórmula compleja cuyo color cambia según el pH del medio en el que se encuentren.

Son ácidos o bases débiles cuyas bases o ácidos conjugados poseen una estructura química diferente que hace que presenten un color diferente. Si consideramos un indicador genérico HIn de carácter ácido:

Indicadores-equilibrio

  • En las disoluciones ácidas la concentración de H3O+ es muy alta, por lo que el equilibrio del indicador se desplaza hacia la izquierda y aparece el color A.
  • En las disoluciones básicas, el equilibrio está desplazado hacia la derecha para que aumente la concentración de H3O+ y se obtiene el color B.

Se considera que para que el ojo humano aprecie con claridad la diferencia entre los dos colores, la concentración de una forma debe ser entre 10 y 100 veces superior a la otra, por lo que el cambio de color se produce gradualmente en un intervalo de entre una y dos unidades de pH. El cambio de color de un indicador se denomina viraje y el intervalo de pH en el cual se produce es el intervalo de viraje, y es característico de cada indicador:

indicadores

Los indicadores de pH nos permiten determinar el punto final de una valoración. Para ello se debe hacer una correcta elección del indicador, de modo que:

  • El punto de equivalencia debe encontrarse en el intervalo de viraje del indicador.
  • Se deben utilizar cantidades muy pequeñas de indicador, para que no interfieran apreciablemente con los reactivos.
  • El punto final se corresponde con el primer cambio neto de color detectable y persistente, durante al menos 20 o 30 segundos.

Los indicadores más comúnmente empleados son el rojo de metilo y la fenolftaleína:

Curva-de-valoracion-acido-propanoico

Valoraciones ácido-base

Reacciones de neutralización

La neutralización es una reacción entre un ácido o una base que conduce a la formación de una sal y de agua:

Reaccion-neutralizacion

La sal sólo aparece si se cristaliza ya que se forma a partir del anión procedente de la disociación del ácido y del catión procedente de la disociación de la base, que se encuentran en la disolución, y realmente no experimentan ninguna modificación por lo que son meros “iones espectadores” de la reacción. Por lo que en esencia, la neutralización es la reacción que tiene lugar entre el H3O+ y el OH, que conduce a la formación de agua:

reaccion-neutralizacion-2

Cuando la neutralización tiene lugar entre dos disoluciones, una de carácter ácido y otra de carácter básico, se puede establecer la siguiente igualdad:

Reaccion-neutralizacion-3

Esta expresión nos será de gran utilidad en las valoraciones ácido-base.

Valoraciones ácido-base

Una valoración (o volumetría) ácido-base consiste una reacción de neutralización que permite determinar la concentración de una disolución de un ácido mediante una disolución de base de concentración conocida, o viceversa.

Sobre la disolución de ácido (o base) de concentración desconocida que se pretende valorar, se van añadiendo sucesivos volúmenes de la disolución de base (o ácido) de concentración conocida. Cuando la concentración de H3O+ aportada por el ácido es igual a la concentración de OH aportada por la base se alcanza el punto de equivalencia, en el cual la neutralización se ha completado.

Curva de valoración

Si en el transcurso de la valoración vamos registrando el pH de la disolución a valorar al ir añadiendo pequeños volúmenes de la disolución valorante, podemos hacer una representación gráfica del pH frente al volumen añadido que conocemos como curva de valoración.

Al valorar un ácido fuerte con una base fuerte, el punto de equivalencia tiene lugar a un pH de 7:

curva-valoracion-acido-base-fuerte

Se produce un salto brusco de pH en las proximidades del punto de equivalencia (teórico) que permite determinar cuando se ha alcanzado el punto final de la valoración (experimental). La diferencia existente entre el punto de equivalencia y el punto final es el error de valoración. La detección del punto final puede realizarse mediante medidas sucesivas de pH o usando indicadores, que cambian de color según el pH del medio.

En la valoración de un ácido débil con una base fuerte, o una base débil con un ácido fuerte, el punto de equivalencia se sitúa a un pH distinto de 7, debido a la hidrólisis del ion que procede del ácido o base débil:

curva-valoracion-acido-base-debil

Cuando se valora un ácido poliprótico, se producen tantos saltos como protones tiene el ácido:

curva-valoracion-acido-poliprotico

Montaje de una valoración ácido-base

Valoracion-acido-base-montaje

Puedes comprobar las aplicaciones de lo anterior en estos ejercicios.