Punto de equivalencia

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El punto de equivalencia , o punto estequiométrico , de una reacción química es el punto en el que se han mezclado cantidades químicamente equivalentes de reactivos. En una reacción ácido-base, el punto de equivalencia es el punto en el que los moles de ácido y los moles de base se neutralizan entre sí según la reacción química. Esto no implica necesariamente una relación molar de ácido:base de 1:1, sino simplemente que la relación es la misma que en la reacción química. Se puede encontrar mediante un indicador, por ejemplo, fenolftaleína o naranja de metilo .

El punto final (relacionado con el punto de equivalencia, pero no igual) se refiere al punto en el que el indicador cambia de color en una titulación colorimétrica .

Diferentes métodos para determinar el punto de equivalencia incluyen:

Indicador de pH

Un indicador de pH es una sustancia que cambia de color en respuesta a un cambio químico. Un indicador ácido-base (por ejemplo, fenolftaleína ) cambia de color según el pH . Los indicadores redox también se utilizan con frecuencia. Se añade una gota de solución indicadora a la titulación al inicio; cuando el color cambia, se ha alcanzado el punto final, que es una aproximación al punto de equivalencia.

Conductancia

La conductividad de una solución depende de los iones que están presentes en ella. Durante muchas titulaciones, la conductividad cambia significativamente. (Por ejemplo, durante una titulación ácido-base, los iones H ₃ O ⁺ y OH ⁻ reaccionan para formar H ₂ O neutro. Esto cambia la conductividad de la solución). La conductancia total de la solución depende también de los otros iones presentes en la solución (como los contraiones). No todos los iones contribuyen por igual a la conductividad; esto también depende de la movilidad de cada ion y de la concentración total de iones ( fuerza iónica ). Por lo tanto, predecir el cambio en la conductividad es más difícil que medirlo.

Cambio de color

En algunas reacciones, la solución cambia de color sin necesidad de añadir ningún indicador. Esto se observa a menudo en las valoraciones redox, por ejemplo, cuando los diferentes estados de oxidación del producto y del reactivo producen colores diferentes.

Precipitación

Si la reacción forma un sólido, se formará un precipitado durante la titulación. Un ejemplo clásico es la reacción entre Ag ⁺ y Cl− ^para formar la sal AgCl, muy insoluble. Sorprendentemente, esto suele dificultar la determinación precisa del punto final. Como resultado, las titulaciones por precipitación a menudo deben realizarse como titulaciones por retroceso .

Calorímetro de titulación isotérmica

Un calorímetro de titulación isotérmica utiliza el calor producido o consumido por la reacción para determinar el punto de equivalencia. Esto es importante en las titulaciones bioquímicas , como la determinación de cómo se unen los sustratos a las enzimas .

Titulación termométrica

La titulación termométrica es una técnica extraordinariamente versátil. Se diferencia de la titulación calorimétrica en que el calor de la reacción (indicado por el aumento o la caída de la temperatura) no se utiliza para determinar la cantidad de analito en la solución de muestra. En cambio, el punto de equivalencia se determina por la velocidad de cambio de temperatura . Debido a que la titulación termométrica es una técnica relativa, no es necesario realizar la titulación en condiciones isotérmicas, y las titulaciones se pueden realizar en recipientes de plástico o incluso de vidrio , aunque estos recipientes generalmente están cerrados para evitar que las corrientes de aire causen "ruido" y alteren el punto final. Debido a que las titulaciones termométricas se pueden realizar en condiciones ambientales, son especialmente adecuadas para el proceso de rutina y el control de calidad en la industria. Dependiendo de si la reacción entre el titulante y el analito es exotérmica o endotérmica , la temperatura aumentará o disminuirá durante la titulación. Cuando todo el analito se ha consumido por la reacción con el titulante, un cambio en la tasa de aumento o disminución de la temperatura revela el punto de equivalencia y se puede observar una inflexión en la curva de temperatura. El punto de equivalencia se puede localizar con precisión empleando la segunda derivada de la curva de temperatura. El software utilizado en los sistemas de titulación termométrica automatizados modernos emplea sofisticados algoritmos de suavizado digital para que el "ruido" resultante de las sondas de temperatura altamente sensibles no interfiera con la generación de un "pico" de segunda derivada suave y simétrico que define el punto final. La técnica es capaz de lograr una precisión muy alta y los coeficientes de varianza (CV) de menos de 0,1 son comunes. Las sondas de temperatura de titulación termométrica modernas constan de un termistor que forma un brazo de un puente de Wheatstone . Acoplados a la electrónica de alta resolución, los mejores sistemas de titulación termométrica pueden resolver temperaturas de hasta 10 ⁻⁵ K. Se han obtenido puntos de equivalencia precisos en titulaciones en las que el cambio de temperatura durante la titulación ha sido tan pequeño como 0,001 K. La técnica se puede aplicar a prácticamente cualquier reacción química en un fluido donde haya un cambio de entalpía, aunque la cinética de la reacción puede desempeñar un papel en la determinación de la nitidez del punto final. La titulación termométrica se ha aplicado con éxito a titulaciones ácido-base, redox, EDTA y de precipitación. Ejemplos de titulaciones de precipitación exitosas son el sulfato por titulación con iones de bario, el fosfato por titulación con magnesio en solución amoniacal, el cloruro por titulación con nitrato de plata ., níquel por titulación con dimetilglioxima y fluoruro por titulación con aluminio (como K ₂ NaAlF ₆ ) Debido a que la sonda de temperatura no necesita estar conectada eléctricamente a la solución (como en las titulaciones potenciométricas), las titulaciones no acuosas se pueden realizar tan fácilmente como las titulaciones acuosas. Las soluciones que son muy coloreadas o turbias se pueden analizar por termometría sin tratamiento adicional de la muestra. La sonda prácticamente no requiere mantenimiento. Utilizando buretas modernas de alta precisión accionadas por motor paso a paso, las titulaciones termométricas automatizadas suelen completarse en unos pocos minutos, lo que hace que la técnica sea una opción ideal cuando se requiere una alta productividad de laboratorio.

Espectroscopia

La espectroscopia se puede utilizar para medir la absorción de luz por la solución durante la titulación, si se conoce el espectro del reactivo, del titulante o del producto. Las cantidades relativas del producto y del reactivo se pueden utilizar para determinar el punto de equivalencia. Alternativamente, se puede detectar la presencia de titulante libre (que indica que la reacción se ha completado) a niveles muy bajos. Un ejemplo de detectores de punto final robustos para el grabado de semiconductores es el EPD-6, un sistema que sondea reacciones en hasta seis longitudes de onda diferentes. ^[1]

Amperometría

La amperometría se puede utilizar como técnica de detección ( titulación amperométrica ). La corriente debida a la oxidación o reducción de los reactivos o productos en un electrodo de trabajo dependerá de la concentración de esa especie en la solución. El punto de equivalencia se puede detectar entonces como un cambio en la corriente. Este método es más útil cuando se puede reducir el exceso de titulante, como en la titulación de haluros con Ag ⁺ . (Esto también es útil porque ignora los precipitados).

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