4.6 Introducción a la titulación

Pregunta esencial

¿Cómo podemos encontrar una concentración desconocida?

Imagina que tienes una botella de ácido, pero le falta la etiqueta. No puedes ver las moléculas, pero sí puedes medir volúmenes con mucha precisión. Al terminar esta lección, deberías poder usar una titulación para saber cuánto ácido hay en esa botella.

La titulación

• Una titulación encuentra la cantidad de una sustancia desconocida.
• Se agrega una solución conocida desde una bureta.
• Se detiene cuando la reacción está completa.

La solución que se analiza va en el matraz. Se llama analito y su cantidad es desconocida. La bureta contiene el titulante, una solución de concentración conocida que reacciona con el analito. Agrega el titulante poco a poco, detente justo cuando el analito haya reaccionado por completo y lee en la bureta el volumen que usaste.

Punto de equivalencia y punto final

• Punto de equivalencia: todo el analito se consumió.
• Punto final: el indicador cambia de color.
• Un buen indicador tiene su punto final ≈ el punto de equivalencia.

El punto de equivalencia es el momento que queremos encontrar, pero no podemos verlo directamente. Por eso agregamos un indicador, un colorante que cambia de color, como este matraz que se vuelve rosa. El cambio de color nos dice cuándo detenernos.

Moles en el punto de equivalencia

• Los moles de titulante reaccionan exactamente con los moles de analito.
• Usa la razón molar de la ecuación balanceada.

HCl + NaOH → NaCl + H₂O

Para el HCl y el NaOH la razón es 1 : 1, así que en el punto de equivalencia, mol HCl = mol NaOH. Los moles salen de los datos de la solución: mol = M × V, con V en litros (mL ÷ 1000 = L). Si la razón no es 1 : 1, como con el ácido sulfúrico, usa la razón molar de la ecuación igual que en cualquier problema de estequiometría.

Curva de titulación

• El pH sube despacio y luego salta.
• El punto de equivalencia está a la mitad del salto.
• Ácido fuerte + base fuerte: pH 7 en la equivalencia.

Esta curva muestra un ácido fuerte (HCl) titulado con una base fuerte (NaOH). Al principio el matraz está lleno de ácido, así que el pH es bajo y sube despacio. Cerca del punto de equivalencia, una sola gota de base puede cambiar el pH en varias unidades. Para un ácido fuerte con una base fuerte, el punto de equivalencia está en pH 7, porque la solución contiene solo agua y una sal neutra. Baja en línea recta desde la mitad del salto para encontrar el volumen: aquí, 25.0 mL.

Partículas durante una titulación

• H⁺ + OH⁻ → H₂O conforme se agrega NaOH.

Etapa	Qué hay en el matraz
Inicio	Muchos H+ y Cl− del ácido
A la mitad	La mitad de los H+ reaccionó con OH− y formó agua. Se agregaron Na+. El Cl− es un espectador
Equivalencia	Sin H+ ni OH−: solo Na+, Cl− y agua, así que el pH es 7
Después de la equivalencia	Ya no queda ácido para reaccionar, así que el OH− en exceso se acumula y el pH sube mucho

Las moléculas de agua no se dibujan, para que la imagen sea más sencilla.

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Ejemplos resueltos

Primero intenta resolver cada problema por tu cuenta y luego abre la solución para revisar tu trabajo.

Ejemplo 1: Cálculo de la molaridad

Una muestra de 25.00 mL de HCl se titula con NaOH 0.100 M. El punto de equivalencia se alcanza después de 18.40 mL de NaOH. ¿Cuál es la concentración del HCl?

Mostrar la solución

1. Ecuación balanceada: HCl + NaOH → NaCl + H₂O, una razón de 1 : 1.
2. Moles de titulante: 18.40 mL ÷ 1000 = 0.01840 L. mol NaOH = (0.100 mol/L)(0.01840 L) = 0.001840 mol
3. Razón molar: 1 : 1, así que mol HCl = 0.001840 mol
4. Molaridad del analito: [HCl] = 0.001840 mol ÷ 0.02500 L
5. Respuesta: [HCl] = 0.0736 M (tres cifras significativas, limitadas por 0.100 M)

Ejemplo 2: Una razón molar de 1 : 2

Una muestra de 20.00 mL de H₂SO₄ requiere 32.50 mL de NaOH 0.150 M para llegar al punto de equivalencia. Encuentra la concentración del H₂SO₄. H₂SO₄ + 2NaOH → Na₂SO₄ + 2H₂O

Mostrar la solución

1. Razón molar: el ácido sulfúrico tiene dos hidrógenos ácidos, así que 1 mol H₂SO₄ : 2 mol NaOH.
2. Moles de titulante: 32.50 mL = 0.03250 L. mol NaOH = (0.150 mol/L)(0.03250 L) = 0.004875 mol
3. Usa la razón: 0.004875 mol NaOH × (1 mol H₂SO₄ / 2 mol NaOH) = 0.002438 mol H₂SO₄
4. Molaridad: 0.002438 mol ÷ 0.02000 L = 0.1219 M
5. Respuesta: [H₂SO₄] = 0.122 M. Si olvidas la razón molar, obtienes 0.244 M, el doble de la respuesta correcta.

Ejemplo 3: Lectura de una curva de titulación

Una muestra de 10.00 mL de HCl se titula con NaOH 0.200 M. Usa la curva para encontrar el volumen en el punto de equivalencia y luego encuentra la concentración del HCl.

Mostrar la solución

1. Encuentra el punto de equivalencia: la mitad del salto vertical pronunciado.
2. Lee el volumen: baja en línea recta hasta el eje x, V(NaOH) = 20.0 mL = 0.0200 L
3. Moles de NaOH: (0.200 mol/L)(0.0200 L) = 0.00400 mol
4. Razón molar: 1 : 1, así que mol HCl = 0.00400 mol
5. Respuesta: [HCl] = 0.00400 mol ÷ 0.01000 L = 0.400 M

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Práctica

La hoja de práctica llegará pronto.

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Diapositivas de la lección

• Diapositivas de 4.6 Introducción a la titulación (PDF) (en inglés)

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Ideas clave

• Titulante: conocido. Analito: desconocido.
• Punto de equivalencia: el analito se consumió.
• Punto final: el indicador cambia de color.
• La mitad del salto = equivalencia.

De vuelta a la pregunta esencial: mide el volumen de titulante necesario para llegar al punto de equivalencia, encuentra sus moles y usa la estequiometría para obtener los moles y la concentración del analito. A continuación, el Tema 4.7 clasifica las reacciones por tipo.

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