Calculadora de Titulació - Resultats Ràpids de Concentracions d'Analits

Què és una calculadora de valoració?

Una calculadora de valoració determina la concentració d’una dissolució desconeguda, anomenada analit, mitjançant dades d’una valoració. En una valoració, s’afegeix lentament a l’analit una dissolució de concentració coneguda, anomenada valorant, fins que la reacció entre totes dues es completa. Mesurar quanta quantitat de valorant ha calgut permet a un químic calcular quina era la concentració de l’analit.

Fórmula de la valoració

La calculadora utilitza la fórmula estàndard de la valoració per a una reacció en què el valorant i l’analit reaccionen en una proporció 1:1:

$C_2 = \frac{C_1 \times V_1}{V_2}$

• $C_1$ = concentració del valorant (mol/L)
• $V_1$ = volum de valorant utilitzat (mL), igual a la lectura final de la bureta menys la lectura inicial
• $C_2$ = concentració de l’analit (mol/L)
• $V_2$ = volum de l’analit (mL)

La fórmula deriva d’una regla bàsica de les valoracions: en el punt en què la reacció s’ha acabat exactament (el punt d’equivalència), els mols de valorant afegits són iguals als mols d’analit presents, sempre que la reacció els consumeixi en una proporció 1:1. Els mols són iguals a la concentració multiplicada pel volum, de manera que:

$C_1 \times V_1 = C_2 \times V_2$

Despejant $C_2$ s’obté la fórmula anterior.

Com calcular la concentració de l’analit

1. Anota la lectura inicial de la bureta. És el volum inicial de la bureta, en mL. És 0,0 mL si la bureta s’havia omplert fins a la marca zero.
2. Anota la lectura final de la bureta. És el volum que es mostra quan la reacció acaba, fet que normalment s’identifica per un canvi de color d’un indicador.
3. Resta per obtenir el volum de valorant. Lectura final menys lectura inicial, en mL.
4. Introdueix la concentració del valorant. És la concentració coneguda de la dissolució patró, en mol/L.
5. Introdueix el volum de l’analit. És el volum de la dissolució desconeguda utilitzada, normalment mesurat amb una pipeta, en mL.
6. Aplica la fórmula. Multiplica la concentració del valorant pel volum de valorant i divideix el resultat pel volum de l’analit.

La lectura final ha de ser igual o superior a la lectura inicial, i el volum de l’analit ha de ser superior a zero. La calculadora comprova totes dues condicions i mostra un missatge d’error si alguna no es compleix.

Exemple resolt

Suposem que una bureta comença a 0,0 mL i acaba a 10,0 mL un cop completada la reacció. El valorant és 0,1 mol/L, i el volum de l’analit és 25 mL.

1. Volum de valorant: $10.0 - 0.0 = 10.0$ mL
2. Aplica la fórmula: $C_2 = \dfrac{0.1 \times 10.0}{25} = 0.04$ mol/L

La concentració de l’analit és 0,04 mol/L.

Valoracions que no són 1:1

Algunes reaccions consumeixen el valorant i l’analit en una proporció diferent d’1:1. Per exemple, l’àcid sulfúric reacciona amb l’hidròxid de sodi segons $\text{H}_2\text{SO}_4 + 2\text{NaOH} \rightarrow \text{Na}_2\text{SO}_4 + 2\text{H}_2\text{O}$, de manera que un mol d’àcid necessita dos mols de base. Cal ajustar la fórmula anterior amb els coeficients estequiomètrics:

$C_2 = \frac{C_1 \times V_1 \times n_2}{V_2 \times n_1}$

Aquí, $n_1$ és el coeficient del valorant en l’equació ajustada i $n_2$ és el coeficient de l’analit. En l’exemple de l’àcid sulfúric, $n_1 = 2$ (NaOH) i $n_2 = 1$ (H₂SO₄), de manera que el terme del valorant de la fórmula es divideix per un factor addicional de dos.

Tipus de valoració

• Valoració àcid-base. Un àcid fort o feble reacciona amb una base forta o feble. S’utilitza per determinar l’acidesa del vinagre, l’alcalinitat de l’aigua i la composició de comprimits antiàcids.
• Valoració redox. Es basa en la transferència d’electrons entre el valorant i l’analit. S’utilitza per mesurar la concentració de peròxid d’hidrogen o l’oxigen dissolt a l’aigua.
• Valoració complexomètrica. Un agent quelant com l’EDTA s’uneix als ions metàl·lics. S’utilitza per mesurar la duresa de l’aigua a partir del contingut de calci i magnesi.
• Valoració per precipitació. La reacció forma un sòlid insoluble. S’utilitza per mesurar la concentració de clorur amb nitrat de plata.

Fonts d'error

• Superar el punt final. Afegir el valorant massa ràpid pot fer superar el punt en què l’indicador canvia de color.
• Llegir malament el menisc. La bureta s’ha de llegir a l’altura dels ulls, observant la part inferior de la superfície corba del líquid.
• Bombolles d’aire a la punta de la bureta. Una bombolla atrapada fa que el volum registrat sigui superior al volum realment dispensat.
• Valorant degradat. Les dissolucions d’hidròxid de sodi absorbeixen diòxid de carboni de l’aire amb el temps, fet que en modifica la concentració.
• Material de vidre brut. Els residus de la bureta o del matràs poden reaccionar amb les dissolucions i alterar el resultat.

Preguntes més freqüents

Quina diferència hi ha entre el valorant i l’analit? El valorant és la dissolució de concentració coneguda que s’afegeix des de la bureta. L’analit és la dissolució de concentració desconeguda que es mesura.

Quina diferència hi ha entre el punt final i el punt d’equivalència? El punt d’equivalència és el moment exacte en què la reacció s’ha completat estequiomètricament. El punt final és el moment en què un indicador canvia de color, cosa que assenyala que la reacció ha acabat. Una bona elecció de l’indicador manté tots dos punts molt a prop, però rarament són idèntics.

Per què la calculadora exigeix que la lectura final sigui com a mínim igual a la lectura inicial? El volum de valorant és igual a la lectura final menys la lectura inicial. Com que la bureta es llegeix mentre es buida, el volum afegit no pot ser negatiu; per tant, la lectura final no pot ser inferior a la inicial.

Com es calcula una valoració amb una estequiometria diferent d’1:1? Multiplica el resultat estàndard per la proporció dels coeficients estequiomètrics entre el valorant i l’analit, tal com es mostra a la fórmula anterior. Una reacció en què dos mols de valorant reaccionen amb un mol d’analit requereix dividir per dos el terme del valorant.

Es pot utilitzar una valoració amb dissolucions acolorides o tèrboles? Sí. Quan és difícil veure un indicador de canvi de color, es pot utilitzar un elèctrode de pH (valoració potenciomètrica) o un conductímetre (valoració conductimètrica) per localitzar el punt final.

Quina precisió tenen els resultats de les valoracions? Amb material de vidre calibrat i una tècnica acurada, una valoració pot assolir una precisió d’aproximadament 0,1 %. La major part de l’error d’una valoració prové de la mesura i de la tècnica, no dels càlculs aritmètics.

Referències

1. Harris, D. C. (2015). Anàlisi química quantitativa (9a ed.). W. H. Freeman and Company.
2. Skoog, D. A., West, D. M., Holler, F. J. i Crouch, S. R. (2013). Fundamentals of Analytical Chemistry (9a ed.). Cengage Learning.
3. Compendi de terminologia química de la IUPAC (Gold Book).
4. NIST Chemistry WebBook, Institut Nacional d’Estàndards i Tecnologia dels Estats Units.