Determinación de NaOH, NaHCO3, Na2CO3

Objetivos

• Aplicar los principios de las volumetrías de neutralización en la determinación de NaOH, NaHCO₃, Na₂CO₃ o mezclas posibles en una solución alcalina
• Calcular el contenido de NaOH, NaHCO₃, o Na₂CO₃ mezclas posibles en una solución alcalina
• Calcular el error absoluto y el error relativo de los resultados de las muestras alcalinas

Aspectos teóricos

Determinación de NaOH, NaHCO₃, Na₂CO₃ o mezclas posibles en muestras alcalinas. Mediante volumetrías de neutralización se pueden cuantificar los componentes de una solución alcalina que contenga NaOH, NaHCO₃, y Na₂CO₃, solo o combinados.

Solo pueden existir en cantidades apreciables de dos de los tres componentes, por cuanto el tercero se elimina por reacción entre ellos. Por lo anterior, una solución puede contener una mezcla de NaOH y Na₂CO₃ o de Na₂CO₃ y NaHCO₃. No pueden existir en solución NaOH y NaHCO₃ porque reaccionan entre sí para dar Na₂CO₃ según la siguiente reacción iónica:

OH¯ + HCO₃¯ ⟶ CO₃⁼ + H₂O

La cuantificación de estas sustancias se puede realizar mediante dos métodos.

El primer método permite determinar la composición alcalina de la muestra mediante dos titulaciones: una, con un indicador de viraje ácido como el metil naranja y la otra, con un indicador de viraje básico como la fenolftaleína.

El segundo método cuantifica mezclas de NaOH y Na₂CO₃ o de Na₂CO₃ y NaHCO₃, adicionando BaCl₂

Determinación de la composición alcalina de la muestra mediante dos titulaciones

La composición de la solución se calcula a partir de dos volúmenes relativos de ácido patrón necesarios para valorar volúmenes iguales de muestra con dos indicadores, uno que vire en medio ácido y otros que vire en medio básico.

Si se llama VF al volumen del ácido necesario para el viraje con fenolftaleína y VM al volumen necesario para el viraje con metil naranja, la muestra contendrá los siguientes compuestos.

Las reacciones iónicas que ocurren en la valoración de los componentes de la solución alcalina con HCl y los volúmenes relacionados con cada indicador, aparecen a continuación:

a) Si la muestra contiene NaOH
OH¯ + H⁺ ⟶ H₂O (VF = VM)

b) Si la muestra contiene Na₂CO₃
CO₃⁼ + H⁺ ⟶ HCO₃¯ (VF)
HCO₃¯ + H⁺ ⟶ Na₂CO₃ (VM - VF)

c) Si la muestra contiene NaHCO₃
HCO₃¯ + H⁺ ⟶ H₂CO₃ (VM)

d) Si la muestra contiene NaOH y Na₂CO₃
OH¯ + H⁺ ⟶ H₂O
CO₃⁼ + H⁺ ⟶ HCO₃^{- *}
El volumen gastado en las dos reacciones anteriores corresponde a VM - VF
HCO₃^{- *} + H⁺ ⟶ H₂CO₃ (VM - VF)

e) Si la muestra contiene Na₂CO₃ y NaHCO₃
CO₃⁼ + H⁺ ⟶ HCO₃^{- *} (VM)
HCO₃¯ + H⁺ ⟶ H₂CO₃
HCO₃^{- *} + H⁺ ⟶ H₂CO₃
El volumen gastado en las dos reacciones anteriores corresponde a VM - VF.

Los resultados en muestras formadas por uno solo de los compuestos alcalinos son exactos, pero para mezclas no, porque el punto final de la valoración de carbonatos en presencia de fenolftaleína es difuso. Se prefiere en este último caso, métodos específicos para mezclas.

Determinación de mezclas de NaOH y Na₂CO₃ con BaCl₂. Se hacen dos valoraciones; en una de ellas se determinan los miliequivalentes totales usando un indicador de viraje ácido (VM); para la otra valoración se separa el carbonato de la solución agregando un exceso de BaCl₂. El BaCO₃ formado es una sal con solubilidad muy baja. La cuantificación de los hidróxidos se hace utilizando un indicador de viraje básico (VF). Las reacciones que ocurren son:

Alcalinidad total: OH¯ + H⁺ ⟶ H₂O

HCO₃¯ + H⁺ ⟶ H₂CO₃

El volumen gastado en las dos reacciones corresponde a VM.

Hidróxidos: CO₃¯ + Ba⁺² ⟶ BaCO₃↑

OH¯ + H⁺ ⟶ H₂O (V1)

Determinación de mezclas de Na₂CO₃ y NaHCO₃ con BaCl₂. Se hacen dos valoraciones; en una de ellas se determinan los miliequivalentes totales usando un indicador de viraje ácido (VM); para la otra valoración se agrega un exceso de álcali tipo para convertir el NaHCO₃ en Na₂CO₃ (V2). Posteriormente se adiciona BaCl₂ para precipitar todo el Na₂CO₃ y se valora el NaHCO₃ por retroceso con ácido tipo (V2).

Las reacciones que ocurren son:

Alcalinidad total: CO₃⁼ + 2·H⁺ ⟶ H₂CO₃

HCO₃⁼ + H⁺ ⟶ H₂CO₃

Bicarbonatos: HCO₃¯ + OH¯ ⟶ CO₃⁼ + H₂O

CO₃⁼ + Ba⁺² ⟶ BaCO₃↑

OH¯ + H⁺ ⟶ H₂O (V2)

Aspectos teóricos por consultar

• Calcule la solubilidad en mg/ del BaCO₃
• Explique en qué consiste una valoración por retroceso
• ¿En qué consiste un ensayo en blanco? ¿Con qué fin se realiza?
• Describa la preparación de 1 l de BaCl₂ al 10 % (P/V)

Materiales, reactivos y equipos

Materiales. 1 pipeta de 10 ml, 1 bureta de 25 ml, 2 erlenmeyer de 250 ml, 1 probeta de 100 ml, 1 pipeta de 5 ml, 1 embudo de vidrio.

Reactivos. fenolftaleína al 0,1 % en etanol, solución patrón de HCl, solución patrón de NaOH, naranja de metilo al 0,1 %, muestras alcalinas, BaCl₂ al 10 % (P/V).

Equipos. Pehachímetro.

Procedimiento

Determinación de la composición de la muestra. Determine el pH de la muestra. Posteriormente tome una alícuota de 10 ml y deposítela en un erlenmeyer de 250 ml; agregue 100 ml de agua destilada y 3 gotas de fenolftaleína; valore con el HCl patrón hasta el cambio de color de la solución de rosado a incoloro; reporte el volumen gastado (VF) y mida el pH de la solución restante. Adicione 3 gotas de metil naranja y continúe la titulación hasta el cambio de color de amarillo a rojo; informe el volumen total (VM), determine el pH de la solución resultante; realice la valoración por duplicado. Informe los volúmenes como el promedio de dos valoraciones que no difieran en más de 0,2 ml.

Determine la composición alcalina de la muestra de acuerdo con la relación de los volúmenes vF y VM. Exprese los contenidos de la muestra en g/l de compuesto.

Determinación de NaOH y Na₂CO₃ con BaCl₂. A partir del dato promedio de VM determine los miliequivalentes totales de la muestra.

Transfiera una alícuota de 10 ml de la muestra a un erlenmeyer de 250 ml, adicione 5 ml de BaCl₂ al 10 % y 2 gotas de fenolftaleína; valore el NaOH con el HCl patrón hasta que el color de la solución pase de rosa a incoloro. Informe el resultado como el promedio de las dos valoraciones. Anote el volumen V1.

Exprese los contenidos de NaOH y Na₂CO₃ en gramos de compuesto por litro de muestra.

Determinación de Na₂CO₃ y NaHCO₃ con BaCl₂. A partir del dato promedio de VM determine los miliequivalentes totales de la muestra.

Transfiera una alícuota de 10 ml de la muestra a un erlenmeyer de 250 ml; adicione 25 ml de NaOH patrón, 5 ml de BaCl₂ al 10 % y 2 gotas de fenolftaleína; valore el exceso de NaOH con el HCl patrón hasta que el color de la solución pase de rosa a incoloro. Informe el resultado como el promedio de dos valoraciones. Anote el volumen V1.

Exprese los contenidos de Na₂CO₃ y NaHCO₃ en gramos de compuesto por litro de muestra.

Preguntas y cálculos

Llene las siguientes tablas y determine la composición de la muestra expresando los contenidos en g/l (adjunte los cálculos respectivos para cada determinación: tabla 1, tabla 2 o tabla 3.)

Tabla de datos

Tabla 1. Determinación de la composición alcalina de la muestra.

Tabla 2. Determinación de NaOH y Na₂CO₃ con BaCl₂

Tabla 3. Determinación de Na₂CO₃ y NaHCO₃ con BaCl₂

Compuestos en la muestra relación entre VF y VM en la valoración de volúmenes iguales de muestra.

NaOH VF = VM

Na₂CO₃ VF = ½ VM

NaHCO₃ VF = 0; VM > 0

NaOH, Na₂CO₃ VF > ½ VM

Na₂CO₃, NaHCO₃ VF < ½ VM

Autor: Carlos Bahamon. España.

Editor: Ricardo Santiago Netto (Administrador de Fisicanet)

Prácticas y ensayos de laboratorio.