Quimica analitica borax

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QUÍMICA ANALÍTICA II. Sem. 2010-I Documento de apoyo : Acidez-complejos (2). Titulacion de bórax en medio manitolado. Dr. Alejandro Baeza. ____________________________________________________________

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Planteamiento del sistema enestudio: El bórax, tetraborato de sodio decahidratado, Na2B4O7 .10H2O, presenta una solubilidad máxima en agua aproximadamente de 3g en 100 g de agua a 25°C. Al mezclarse en agua ocurren los siguientes procesos: Na2B4O7 .10H2O  Na2B4O7 + 10H2O Na2B4O7 + 7H2O  2H3BO3 + 2B(OH)4- + 2Na+ H3BO3 + H2O == B(OH)4- + H+ Ka = 10-9.2

El bórax tiene muchos usos comerciales y por lo tanto se hace obligada ladeterminación de su pureza. La valoración titulométrica directa con disoluciones valoradas de NaOH no es posible debido al valor tan alto de pKa del ácido bórico producto de disoluciones deciforrmales de tetraborato de sodio. Sin embargo rutinariamente se titulan las muestras en presencia de un polialcohol como la hexosa manitol [I] ya que se ha reportado la formación de dos complejos con el aniónborato:

= Ma [I] ____________________________________________________________

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HO

OH

HO

O

B
HO (-) OH

+

==

B
HO (-) OH

+ 2H2O log β1 = 2.5

HO

OH

O

O

B
HO (-) OH

+

2

==

B
O (-) O

+ 2H2O log β2 = 4.7

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________________________________ Lapresencia del manitol en exceso provoca que la disociación del ácido bórico sea más cuantitativa lo que permite la valoración titulométrica de muestras de bórax con disoluciones patrón de NaOH y fenolftaleína como indicador del punto de equivalencia experimental (“punto final de titulación”). De manera abreviada: H3BO3 + complejación: H2O === B(OH)4- + H+ 2Ma B(OH)4-(Ma)2  “el nivel de acidez esfunción del nivel de

pH = f (pMa)

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Estudio de la titulación de bórax por adiciones fCo de NaOH en ausencia de manitol. Se prepara una disolución de FNa2B4O7 .10H2O = Co = 5 mmol/L y se titula por adiciones fCo de NaOH. El ácidobórico resultado de la disolución reacciona con el NaOH. El estudio de la operación analítica propuesta se ejemplifica con los siguientes pasos: a) Predicción de la reacción: Na2B4O7 + 7H2O  2H3BO3 + 2B(OH)4- + 2Na+ inicio final Co 0 2Co 2Co 2Co

H2O 0 H+

H3BO3 9.2 B(OH)4-

H2O 14 OHpH Na+ NaOH

b)

Calculo de la Kreacción de la reacción operativa: H3BO3 + H2O == B(OH)4- + H+ H+ + OH-== H2O ___________________________ H3BO3 + OH- = B(OH)4Ka = 10-9.2 Kw-1 = 1014 Kreac = 104.8

c)

Tabla de variación de especies: H3BO3 2Co + OHfCo  1 Co( f -2) = B(OH)42Co

inicio agreg. a.p.e. 0< f2

Co(2-f ) 1 2

Co(f +2) 4Co 4Co

d)

Calculo del pH = f(f).

Para el intervalo 0 < f < 2, puede utilizarse el polinomio resultante de la combinación del balance de masa, elbalance de la electroneutralidad y de Ka y Kw, La ecuación de Charlot, obtener polinomios reducciones en función del predominio de especies durante la operación analítica de titulación:

�� + = ����

���� 2−�� − �� + + ���� − ���� ��+2 + �� + − ���� −

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Para f = 0, las concentraciones de H+ y OH- son despreciables frente a 2Co toda vez que el pH es cercano al valor de pKa = 9.2 por tener el par conjugado ácido-base. El polinomio reducido obtenido corresponde a la ecuación de Henderson-Hasselbalch:

�� + = ���� �� + = ����

���� 2−�� − �� + + ���� − ���� ��+2 + �� + − ���� − 2���� 2����
��(����)− 4 ��3 ����3

���� =...