Reacciones de neutralización

· Cuando reacciona un ácido con una base se produce una sal y agua. Esta reacción se denomina neutralización porque el ácido y la base dejan de serlo cuando reaccionan entre sí, pero no significa, necesariamente, que el pH de la disolución resultante sea neutro.

Ácido + Base   ð Sal + Agua

En una volumetría se miden volúmenes haciendo uso de material muy simple: bureta y pipeta. Al ser esta volumetría de neutralización o ácido-base lo que se hace es provocar una reacción ácido-base debiendo determinar el punto de equivalencia, es decir: en que momento el número de equivalentes de ácido añadidos coinciden con el número de equivalentes de base. La determinación de este punto de equivalencia se realiza con un indicador ácido-base apropiado. El indicador elegido debe virar en un intervalo de pH en el que quede incluido el pH de la disolución obtenida cuando se alcanza el punto de equivalencia. El alumno puede calcular, de forma aproximada, el pH de la disolución de acetato de sodio obtenida y decidir qué indicador entre los disponibles en el laboratorio es el adecuado para tal determinación.

La acidez y la basicidad constituyen el conjunto de propiedades características de dos importantes grupos de sustancias químicas: los ácidos y las bases. Las ideas actuales sobre tales conceptos químicos consideran los ácidos como dadores de protones y las bases como aceptoras. Los procesos en los que interviene un ácido interviene también su base conjugada, que es la sustancia que recibe el protón cedido por el ácido. Tales procesos se denominan reacciones ácido-base.

La acidez y la basicidad son dos formas contrapuestas de comportamiento de las sustancias químicas cuyo estudio atrajo siempre la atención de los químicos. En los albores mismos de la ciencia química, Boyle y Lavoisier estudiaron sistemáticamente el comportamiento de las sustancias agrupadas bajo los términos de ácido y álcali (base).

Pero junto con los estudios descriptivos de sus propiedades, el avance de los conocimientos sobre la estructura del átomo y sobre la naturaleza íntima de los procesos químicos aportó nuevas ideas sobre los conceptos de ácido y de base.

En la actualidad, el resultado final de la evolución de esos dos conceptos científicos constituye un importante capítulo de la química general que resulta imprescindible para entender la multitud de procesos químicos que, ya sea en la materia viva, ya sea en la materia inerte, se engloban bajo el nombre de reacciones ácido-base

Por medio de las volumetrías de neutralización determinamos concentraciones de ácidos o de bases midiendo volúmenes equivalentes de bases o de ácidos de concentración conocida.

· Según las cantidades de sustancia (número de moles) relativas de estas sustancias y la estequiometría de la reacción se pueden dar tres situaciones:

a) exceso de ácido: reacciona toda la base con parte del ácido presente y queda un exceso de ácido sin reaccionar: la disolución final será ácida (pH < 7)

b) exceso de base: reacciona todo el ácido con parte de la base presente y queda un exceso de base sin reaccionar: la disolución final será básica (pH > 7)

c) proporción estequiométrica de ácido y base: todo el ácido y toda la base presente reaccionan entre sí, no queda exceso de ninguno de ellos. La neutralización es completa. Se ha alcanzado el punto de equivalencia. El pH de la disolución final dependerá de la sal que se forme, ya que ésta podrá sufrir hidrólisis y por ello el pH en el punto de equivalencia puede ser distinto de siete. Será siete (neutra) si la  sal  formada proviene de ácido fuerte-base fuerte, como el NaCl.

Tengamos en cuenta que:

pH= - log [H+]  ð [H+] = 10-pH ;   [H+] · [OH-]=10-14

Valoraciones ácido - base

· Por medio de una valoración ácido-base se determina la concentración de un ácido en disolución a partir de la concentración conocida de una base, o viceversa, basándose en la reacción de neutralización.

· La valoración se realiza mezclando paulatinamente hasta que se alcanza el punto de equivalencia, momento en el que la reacción de neutralización ha sido completa. En ese momento el número de iones hidronio procedentes del ácido es igual al número de iones hidroxilo procedentes de la base.

· El punto final de la valoración se alcanza cuando se produce el cambio de color del indicador, es decir, cuando el operador que realiza la valoración detecta ese cambio de color

· El indicador adecuado para una determinada volumetría debe elegirse de manera que el punto final esté muy próximo al punto de equivalencia (menor error posible cometido en la valoración); o dicho de otra manera, que el valor del pKin esté muy próximo al valor del pH en el punto de equivalencia.

· Si el nº de moles de ácido = x· nº moles de base 

(V·M)ácido = x · (V·M)base

dónde x viene determinada por la estequiometría de la reacción (x=1, 2, 3,  ½ , ….)

Curva de valoración de AF-BF Curva de valoración de BF-AF Curva de valoración de AD-BF

El pH en el punto de equivalencia de una reacción de neutralización es diferente según la fortaleza del ácido y/o la base que se neutraliza.
Los indicadores que indican el punto de equivalencia no son igual de útiles para todas las reacciones.

- Reacciones de neutralización entre ácido fuerte (HCl) y base fuerte Na(OH). El pH en el punto de equivalencia es 7 ya que todos los iones hidronio han sido neutralizados por los iones hidroxilo, para dar H2O

El resto de los iones no reaccionan con el agua ya que:

- Cuando la neutralización se produce entre un ácido fuerte y una base débil. El catión de la base sufre una hidrólisis produciéndose iones hidronio, por lo que el pH es < 7.

- Cuando la neutralización se produce entre una base fuerte y un ácido débil. El anión del ácido sufre una hidrólisis produciéndose iones hidróxido, por lo que el pH es > 7.

- Cuando la neutralización se produce entre una base débil y un ácido débil. El anión del ácido sufre una hidrólisis al igual que el catión de la base, por lo que el pH es < 7 si es más débil la base y es >7 si es más débil el ácido.

La elección del indicador adecuado para determinar el punto de equivalencia dependerá del pH final, que tiene que estar dentro del intervalo en el que el indicador sufre el cambio de color.

Indicadores ácido-base.

· Los indicadores ácido-base son sustancias (vegetales o sintéticas) que cambian de color en función del pH.

· Los indicadores están formados por moléculas complejas que representamos por la fórmula general HIn.

· Cuando se disuelven unas gotas de indicador en agua se establece el siguiente equilibrio:

HIn +  H2D  In- + H3O+

la forma ácida (forma molecular = HIn) tiene un color (A) y la forma básica (forma iónica = In-) tiene otro color (B)

· El intervalo de viraje o rango del pH en que se produce el cambio de color entre las formas ácida y básica, depende de cada indicador y es aproximadamente de dos unidades de pH, como máximo (en función de la diferencia visual entre los colores A y B), centrado alrededor de su  pKa ð pH = pKa ± 1

· Un indicador es tanto más útil cuanto menor es su intervalo de viraje y más claro se vea el cambio de color.

· Los indicadores se utilizan en el laboratorio para determinar el pH de las disoluciones y el punto final de las valoraciones ácido-base.

Veamos el intervalo de viraje de varios indicadores

 

Indicador

Color a pH inferior

Intervalo de viraje

Color a pH superior

1. Naranja de metilo

rojo

3,1 – 4,4

amarillo

2. Azul de bromotimol

amarillo

6,0 – 7,6

azul

3. Fenolftaleína

incoloro

8,3 – 10,0

rojo

4. Rojo de metilo

rojo

4-6

amarillo

Si el pH está dentro del intervalo de viraje, aparecerá una mezcla de ambos colores.