Definición de valoración, curva, ecuación de molaridad, etc.
Know How

Preguntas más frecuentes y definición de valoración: ecuación de molaridad, curva, cálculo, etc.

Know How

El centro de conocimientos sobre temas relacionados con la valoración

Vea nuestro vídeo: ¿Qué es la valoración?

La valoración es una técnica analítica que permite la determinación cuantitativa de una sustancia específica (analito) disuelta en una muestra. Se basa en una reacción química completa entre el analito y un reactivo (valorante) con una concentración conocida que se añade a la muestra:

Analito + Reactivo (valorante) → Productos de la reacción

¡Encuentre aquí las respuestas a sus preguntas sobre valoración!

  • ¿Qué es la valoración? La definición de valoración
  • ¿Qué es / cómo es una curva de valoración?
  • ¿Qué es la valoración de un ácido / una base?
  • ¿Cómo se calcula la molaridad / ecuación de molaridad / concentración molar?
  • ¿Cuál es la diferencia entre la valoración de punto final y hasta puntos de equivalencia?
  • ¿A qué se hace referencia cuando se habla de valoración por retroceso?
  • ¿Qué ventajas aporta la valoración?
  • ¿Qué tipos de reacciones químicas se utilizan en la valoración?
  • ¿Qué métodos de indicación se utilizan en la valoración?
  • ¿En qué industrias o segmentos se utiliza la valoración?
  • ¿Cómo se puede acelerar la adición de valorante (incremental en comparación con dinámica)?
  • ¿Por qué, al realizar una valoración hasta puntos de equivalencia con un valorador automático, obtengo un resultado diferente en comparación con una valoración manual con un indicador de color?
  • ¿Qué electrodo debo utilizar para valoraciones no acuosas?
  • ¿Con qué frecuencia debo estandarizar el valorante?
  • ¿Qué es un valorador automático?
  • ¿Cómo funciona un valorador automático?
  • ¿Cuál ha sido la evolución histórica de los valoradores automáticos?

¿Qué es la valoración? La definición de valoración

La valoración es una técnica analítica que permite la determinación cuantitativa de una sustancia específica (analito) disuelta en una muestra. Se basa en una reacción química completa entre el analito y un reactivo (valorante) con una concentración conocida que se añade a la muestra:

Analito + Reactivo (valorante) = Productos de la reacción

Un ejemplo conocido es la valoración de ácido acético (CH3COOH) en vinagre con hidróxido de sodio, NaOH:

CH3COOH + NaOH → CH3COO- + Na+ + H2O

El reactivo se añade hasta que la reacción haya finalizado. Con el fin de realizar una determinación adecuada, el final de la reacción de valoración debe poder observarse con facilidad. Para ello, es necesario supervisar (indicar) la reacción utilizando unas técnicas adecuadas, como la potenciometría (medición de potencial con un sensor) o con indicadores de color. La medición del volumen del valorante dosificado permite calcular el contenido de analito mediante la estequiometría de la reacción química. La reacción que se produce en una valoración debe ser rápida, completa, clara y observable.

¿Qué es / cómo es una curva de valoración?

Las curvas de valoración ilustran el progreso cualitativo de una valoración. Permiten una evaluación rápida del método de valoración. Cabe distinguir entre las curvas de valoración logarítmicas y las lineales.

Básicamente, la curva de valoración tiene dos variables:

El volumen del valorante sería la variable independiente. La señal de la solución, por ejemplo, el pH para valoraciones de ácido/base como la variable dependiente, que depende de la composición de las dos soluciones.

Las curvas de valoración pueden adoptar 4 formas diferentes, y deben analizarse con los algoritmos de evaluación apropiados. Estas cuatro formas son: la curva simétrica, la curva asimétrica, la curva mínima/máxima y la curva segmentada

Curva de valoración
Curva de valoración

¿Qué es la valoración de un ácido / una base?

La valoración ácido/base es un análisis cuantitativo utilizado para determinar la concentración de una solución ácida o base desconocida mediante la adición de volúmenes medidos de un valorante base o ácido conocido que neutraliza el analito.

En la valoración de un ácido HA con una base fuerte (por ejemplo, NaOH), se producen los dos equilibrios químicos siguientes:

Reacción ácido/base
Reacción ácido/base

Las reacciones ácido/base son muy rápidas, y el equilibrio químico se establece de forma extremadamente rápida. Por lo tanto, las reacciones ácido/base en soluciones acuosas son ideales para las valoraciones. Si las soluciones utilizadas no están demasiado diluidas, la forma de las curvas de valoración solo dependerá de la constante de acidez Ka.

¿Cómo se calcula la molaridad / ecuación de molaridad / concentración molar?

La cantidad de la concentración de sustancia de una solución de una entidad X (símbolo c(X)) es la cantidad de sustancia n dividida entre el volumen V de la solución.

N es el número de moléculas presentes en el volumen V (en litros), la relación N/V es el número de la concentración C, y NA es la constante de Avogadro, aproximadamente 6,022×1023 mol−1.

¿Cómo calcular la molaridad?
¿Cómo calcular la molaridad?

Las unidades utilizadas habitualmente para el análisis son mol/l y mmol/l.

¿Cuál es la diferencia entre la valoración de punto final y hasta puntos de equivalencia?

Modo de valoración de punto final (EP):

El modo de punto final representa el procedimiento de valoración clásico: se añade el valorante hasta que se observa el final de la reacción, por ejemplo, por un cambio de color de un indicador. Con un valorador automático, la muestra se valora hasta que se alcance un valor predefinido, por ejemplo, pH=8,2.

 

 

Valoración de punto final
Valoración de punto final

Modo de valoración hasta puntos de equivalencia (EQP):

El punto de equivalencia es el punto en el que el analito y el reactivo están presentes en exactamente las mismas cantidades. En la mayoría de los casos, es prácticamente idéntico al punto de inflexión de la curva de valoración, por ejemplo, en el caso de las curvas de valoración obtenidas de valoraciones ácido/base. El punto de inflexión de la curva se define por el valor de pH o potencial (mV) correspondiente, y el consumo de valorante (ml). El punto de equivalencia se calcula a partir del consumo de valorante de una concentración conocida. El producto de la concentración del valorante y el consumo de valorante le proporcionan la cantidad de sustancia que ha reaccionado con la muestra. En un valorador automático, los puntos medidos se evalúan de acuerdo con procedimientos matemáticos específicos que llevan a una curva de valoración evaluada. A continuación, se calcula el punto de equivalencia a partir de esta curva evaluada.

Valoración hasta puntos de equivalencia
Valoración hasta puntos de equivalencia

¿A qué se hace referencia cuando se habla de valoración por retroceso?

En una valoración por retroceso utilizamos dos reactivos: uno que reacciona con la muestra original (A) y un segundo que reacciona con los primeros reactivos (B).

En primer lugar, se añade a la muestra un exceso de reactivo A medido de forma precisa. Tras finalizar la reacción, se valora por retroceso este exceso de reactivo A con un segundo reactivo B. La diferencia entre la cantidad añadida del primer y el segundo reactivo proporciona la cantidad equivalente del analito. La valoración por retroceso se utiliza principalmente cuando la reacción de valoración de la valoración directa es demasiado lenta o cuando la indicación directa del punto de equivalencia no es satisfactoria. Por ejemplo, para la determinación del contenido de calcio mediante el uso de los reactivos EDTA (A) y ZnSO4 (B)

Valoración por retroceso
Valoración por retroceso

¿Qué ventajas aporta la valoración?

  • Técnica analítica clásica y conocida
  • Rapidez
  • Técnica muy precisa y exacta
  • Posibilidad de un alto grado de automatización
  • Buena relación entre precio y rendimiento en comparación con técnicas más sofisticadas
  • Posibilidad de uso por parte de operarios poco cualificados y con poca formación
  • Sin necesidad de conocimientos químicos muy especializados

¿Qué tipos de reacciones químicas se utilizan en la valoración?

En la valoración se utilizan varias reacciones de ensayo:

Reacciones ácido/base:

Ejemplos: contenido de ácido en vino y leche; contenido de ácido en kétchup; contenido de ácidos inorgánicos, como ácido sulfúrico.

Reacciones de precipitación:

Ejemplos: contenido de sal en patatas fritas, kétchup y alimentos; contenido de plata en monedas; contenido de sulfato en agua mineral; contenido de sulfato en baño de galvanoplastia.

Reacciones redox:

Ejemplos: contenido de cobre, cromo y níquel en baño de galvanoplastia.

Reacciones complexométricas:

Ejemplos: dureza total del agua (Mg y Ca); contenido de calcio en leche y queso; análisis de cemento.

Reacciones de precipitación coloidal:

Ejemplos: contenido de tensoactivo aniónico en detergentes; contenido de tensoactivo aniónico en detergentes en polvo; contenido de tensoactivo aniónico en limpiadores líquidos.

Encuentre su aplicación.

¿Qué métodos de indicación se utilizan en la valoración?

Las valoraciones se pueden clasificar según los principios de indicación y las reacciones químicas que se producen.

Potenciometría:

La medición directa del potencial galvánico desarrollado por un conjunto de electrodos recibe el nombre de potenciometría, y el rendimiento de una valoración mediante el uso de este método se denomina valoración potenciométrica.

 

medición directa del potencial galvánico
medición directa del potencial galvánico

 

El potencial U que se genera se debe medir, si fuese posible, con una corriente cero, con un amplificador de señales de alta impedancia por los siguientes motivos:

  • La base de la potenciometría es la ecuación de Nernst, creada para sensores en equilibrio químico y eléctrico. Un flujo de corriente excesivo a través de las superficies límite de las fases perturbaría este equilibrio.
  • Otro motivo para el uso de una entrada de medición de alta impedancia está relacionado con la construcción especial de los electrodos selectivos de iones y pH. El circuito de medición incluye la membrana selectiva de iones, cuya resistencia eléctrica puede alcanzar fácilmente el rango de 100–1000 MΩ. Si el error experimental debido al efecto divisor de la tensión se debe mantener por debajo del 0,1 %, la impedancia de entrada del instrumento de medición debe ser, como mínimo, 1000 veces mayor. Esto se puede observar en la siguiente ecuación:

 

 

Por lo tanto, para sensores con una resistencia muy alta, es necesario utilizar amplificadores de señal con una impedancia de entrada de 1012 Ω.

 

Voltametría:

Esta técnica de indicación implica la medición de la diferencia de potencial entre dos electrodos metálicos polarizados por una corriente pequeña. Como sucede con la potenciometría, la curva de valoración voltamétrica es una curva de potencial-volumen.

Es necesario utilizar el siguiente equipo de medición:

 

 

La fuente de alimentación estabilizada proporciona la corriente. Se debe seleccionar la resistencia R conectada al circuito, de forma que se pueda generar una corriente Ipol dentro del intervalo 0,1 – 20 μA. El potencial U que se desarrolla entre los electrodos se mide exactamente como en un potenciómetro. Una de las principales aplicaciones de la indicación voltamétrica es la determinación del contenido de agua mediante el método de Karl Fischer.

 

Fotometría:

La base de la indicación fotométrica es la disminución de la intensidad en una longitud de onda concreta de un haz de luz que pasa a través de una solución. La transmisión es la variable medida principal en fotometría y se expresa como

 

transmisión
transmisión

 

T: transmisión

I0: intensidad de la luz incidente

I: intensidad de la luz transmitida

Si se absorbe toda la luz, I = 0 y, por lo tanto, T = 0. Si no se absorbe la luz,

I = I0 y T = 1 (o %T = 100 %).

En fotometría, el trabajo se suele realizar utilizando la absorción como la variable medida. La relación entre la transmisión y la absorción se describe mediante la ley de Bouguer- Beer-Lambert:

A = − log T = A = ε · b · c

A: absorción

ε: coeficiente de extinción

c: concentración de la sustancia absorbente

d: longitud de la ruta de la luz a través de la solución

A partir de la relación anterior, se puede observar que hay una relación lineal entre la absorción A y la concentración c.

En comparación con los sensores potenciométricos, los sensores fotoeléctricos ofrecen varias ventajas para la valoración:

  • son más fáciles de usar (no es necesario rellenar las soluciones electrolíticas y no hay obstrucciones en la unión)
  • mayor vida útil (prácticamente irrompibles)
  • se pueden utilizar para llevar a cabo todas las valoraciones clásicas hasta un cambio de color (sin cambio en los procedimientos y estándares tradicionales).

La indicación fotométrica es posible para muchas reacciones analíticas:

  • Valoraciones de ácidos/bases (acuosas y no acuosas)
  • Complexometría
  • Valoraciones de redox
  • Valoraciones de precipitaciones
  • Valoraciones turbimétricas

En la fotovaloración, se debe seleccionar una longitud de onda que ofrezca la mayor diferencia posible en la transmisión antes y después del punto de equivalencia. En la zona visible, estas longitudes de onda suelen situarse en el rango comprendido entre 500 y 700 nm.

Ejemplos de uso: reacciones complexométricas y turbidimétricas.

 

Conductividad:

La conductividad es la capacidad de una solución para dejar pasar una corriente a través de ella. La unidad de medida de la conductividad son los µS/cm (microsiemens/centímetro) o mS/cm (milisiemens/centímetro). Un valor elevado indica un número alto de iones. La cantidad de corriente que fluye a través de la solución es proporcional a la cantidad de iones. Si conocemos la conductividad de una solución, podemos hacernos una idea del contenido total de iones. Además, si conocemos la cantidad de iones, podemos incluso establecer su concentración.

Para medir la conductividad, se aplica una tensión a través de dos placas sumergidas en la solución. Las placas son metálicas, aunque también se pueden utilizar polos de grafito. Cuando los iones disueltos empiezan a desplazarse hacia las placas, la corriente eléctrica fluye entre ellas.

corriente eléctrica
corriente eléctrica

El principio de la valoración conductimétrica.

Durante la valoración, uno de los iones es sustituido por el otro y, de forma invariable, estos dos iones tienen una conductividad iónica diferente, haciendo que la conductividad de la solución varíe durante la valoración. Por lo tanto, si añadimos una solución de un electrodo a otro, la conductancia final se basará en la aparición de la reacción. Pero si no se produce ninguna reacción química en las soluciones electrolíticas, habrá un aumento en el nivel de conductancia. El punto de equivalencia se puede ubicar gráficamente trazando el cambio en la conductancia como una función del volumen de valorante añadido.

principio de valoración conductimétrica
principio de valoración conductimétrica

Valoración termométrica

El principio fundamental de que cada reacción química viene acompañada de un cambio en la energía constituye exactamente la base de la valoración termométrica. Durante las reacciones endotérmicas, la energía se absorbe y se observa una bajada de la temperatura. En las reacciones exotérmicas sucede lo contrario, ya que en ellas se libera energía. El punto de equivalencia (EQP) de una valoración se puede detectar mediante un seguimiento del cambio en la temperatura (Figura 1). Durante una valoración exotérmica, la temperatura aumenta hasta alcanzar el EQP. A continuación, la temperatura se estabiliza inicialmente y desciende con posterioridad. En la valoración endotérmica se da el proceso contrario.

Vista esquemática de una valoración exotérmica y una valoración endotérmica
Vista esquemática de una valoración exotérmica y una valoración endotérmica

Tal como se ha descrito anteriormente, se observa una reducción de la temperatura durante la reacción en la valoración endotérmica. Tras alcanzar el punto de equivalencia, la temperatura se estabiliza. El punto final se determina calculando la segunda derivada de la curva (evaluación segmentada).

Los únicos requisitos de una valoración termométrica son: una reacción química con un gran cambio de energía, un termómetro rápido y preciso, y un valorador capaz de realizar una evaluación segmentada de la curva de valoración.

 

Valoración coulométrica

La técnica de valoración coulométrica fue desarrollada originalmente por Szebelledy y Somogy [1] en 1938. Este método difiere de la valoración volumétrica en que el valorante se genera in situ mediante electrólisis y, posteriormente, reacciona de forma estequiométrica con la sustancia que se pretende determinar. La cantidad de sustancia reaccionada se calcula a partir de la carga eléctrica total que la atraviesa, Q, en culombios, y no a partir del volumen de valorante consumido, como sucede en la valoración volumétrica.

 

¿En qué industrias o segmentos se utiliza la valoración?

Esta es una lista no exhaustiva de las industrias en las que se utiliza la valoración:

  • Fabricación de vehículos, cerámica, industria química, productos derivados del carbón, revestimientos, cosmética
  • Detergentes
  • Productos electrónica, galvanoplastia, energía, explosivos
  • Alimentos y bebidas
  • Vidrio, servicios públicos
  • Salud
  • Piel
  • Maquinaria
  • Materiales de envasado, pinturas, pigmentos, papel y pulpa, petróleo, productos farmacéuticos, fotografía, productos de plástico, impresión y publicaciones
  • Ferrocarril, goma
  • Piedra (arcilla, cemento)
  • Textil, tabaco
  • Agua
  • Zeolita

¿Cómo se puede acelerar la adición de valorante (incremental en comparación con dinámica)?

Adición incremental de valorante (INC)

El valorante se añade en incrementos de volumen constantes dV. La adición incremental de valorante se utiliza en valoraciones no acuosas, que en ocasiones tienen una señal inestable, y también en valoraciones redox y fotométricas, donde el salto potencial en el punto de equivalencia se produce de forma repentina. Recuerde que en la zona con mayor pendiente de la curva hay un número relativamente escaso de puntos medidos.

Adición dinámica de valorante (DYN)

Un cambio constante de pH o potencial por incremento permite la variación del incremento de volumen entre el incremento de volumen mínimo y máximo.
De este modo, se puede acelerar el análisis mediante el uso de grandes incrementos en las zonas planas de la curva de valoración. Además, se obtienen más puntos medidos en la zona más pendiente de la curva, lo que genera una evaluación más precisa.

Valoración de punto final en comparación con el punto de equivalencia
Valoración de punto final en comparación con el punto de equivalencia

¿Por qué, al realizar una valoración hasta puntos de equivalencia con un valorador automático, obtengo un resultado diferente en comparación con una valoración manual con un indicador de color?

Esa discrepancia en los resultados se hace evidente principalmente al realizar valoraciones ácido/base mediante uno de los indicadores de pH. El primer motivo es que los indicadores de pH cambian el color dentro de un rango de pH, en lugar de en un valor fijo. El punto real en el que cambia el color depende mucho de la muestra y puede no coincidir con el punto de equivalencia químico. Esto puede provocar una pequeña discrepancia en el resultado, algo que puede corregirse estandarizando el valorante con un método parecido al que se emplea para las muestras.

El segundo motivo de esta diferencia tiene que ver principalmente con la sensibilidad del ojo humano al cambio de color. Aunque se inicie un cambio de color, puede que el ojo humano aún no detecte cambio alguno. Esto puede demostrarse utilizando un sensor fotométrico como los fototrodos DP5 de METTLER TOLEDO. Al utilizar uno de estos sensores se aprecia un gran cambio en la transmitancia de la luz mucho antes de que el ojo humano detecte un cambio de color. En una valoración ácido/base típica realizada mediante indicación potenciométrica con un sensor de pH, el cambio drástico en la señal se da con el primer indicio de ácido o base sobrante, por lo que resulta un indicador más preciso del punto final.

¿Qué electrodo debo utilizar para valoraciones no acuosas?

Normalmente, al realizar una valoración no acuosa suelen darse tres problemas con los electrodos. El primer problema se debe a la presencia de un electrolito acuoso y un disolvente no acuoso. Con sustituir el electrolito del electrodo se soluciona el problema fácilmente. El segundo problema tiene que ver con el hecho de que la muestra no sea conductora, lo que provoca un mal circuito eléctrico entre las semiceldas de medición y referencia o partes del electrolito en caso de que se combinen. Esto se traduce en una señal ruidosa, especialmente si se utiliza un sensor con una unión cerámica estándar en la referencia. Una solución parcial a este problema pasa por utilizar un sensor con una unión con diafragma, como la del electrodo DG113. Este sensor cuenta con LiCl en etanol como electrolito estándar y, en lugar de una unión cerámica, dispone de un diafragma de polímeros que ofrece una mayor zona de contacto entre las partes de trabajo y referencia y, por lo tanto, menos ruido.

El tercer problema no es un problema del propio electrodo, sino de manipulación del sensor. Para que un sensor (de pH) de vidrio funcione correctamente, es necesario hidratar la membrana de vidrio (el bulbo del electrodo). Esto se consigue acondicionando el electrodo en agua desionizada. Durante una valoración no acuosa, esta membrana se deshidrata gradualmente, lo que reduce la respuesta del electrodo. Para evitar o corregir este problema, debe reacondicionar el electrodo con regularidad sumergiéndolo en agua.

¿Con qué frecuencia debo estandarizar el valorante?

Normalmente, depende de la estabilidad del valorante y de las medidas que se hayan tomado para proteger el valorante de los contaminantes habituales que podrían provocar una reducción en la concentración. Los ejemplos más comunes de dicha protección del valorante son: el almacenamiento de valorantes fotosensibles, como las soluciones de yodo, en botellas oscuras; la protección contra la humedad de valorantes de Karl Fischer, por ejemplo, con tamiz molecular o gel de sílice; y la protección de algunas bases fuertes, como el hidróxido de sodio, contra la absorción de dióxido de carbono.

¿Qué es un valorador automático?

Los valoradores automáticos son instrumentos controlados mediante microprocesadores que permiten la automatización de todas las operaciones que forman parte de la valoración:

  1. Adición de valorante
  2. Supervisión de la reacción (adquisición de la señal)
  3. Detección del punto final
  4. Almacenamiento de datos
  5. Cálculo
  6. Almacenamiento de resultados
  7. Transferencia de datos a una impresora o a un ordenador / sistema externo

¿Cómo funciona un valorador automático?

Los valoradores automáticos siguen una secuencia de operaciones definida. Esta secuencia es prácticamente la misma en los diferentes modelos y marcas. Se realiza y se repite varias veces hasta que se alcanza el punto final o el punto de equivalencia de la reacción de valoración (ciclo de valoración). El ciclo de valoración consta de cuatro pasos principales:

  1. Adición de valorante
  2. Reacción de valoración
  3. Adquisición de señal
  4. Evaluación

Cada paso cuenta con distintos parámetros específicos (p. ej., tamaño de los incrementos), que se deben definir según la aplicación de cada valoración. Las aplicaciones más complejas implican más pasos; por ejemplo, dosificación de un reactivo adicional para valoraciones por retroceso, dilución o ajuste del valor de pH. Estos pasos y sus correspondientes parámetros se resumen en un método de valoración.

¿Cuál ha sido la evolución histórica de los valoradores automáticos?

El procedimiento clásico:

La valoración es una técnica analítica clásica de uso muy extendido. Originariamente, se realizaba añadiendo el valorante con un cilindro de vidrio graduado (bureta). La adición del valorante se llevaba a cabo manualmente con una llave. Un cambio en el color indicaba el fin de la reacción de valoración (punto final). En un principio, solo se llevaban a cabo aquellas valoraciones que mostraban un cambio de color importante cuando alcanzaban el punto final. Posteriormente, las valoraciones se teñían de forma artificial con un tinte indicador. La precisión alcanzada dependía principalmente de la destreza del químico y, en concreto, de su capacidad para percibir distintos colores.

El procedimiento moderno:

La valoración ha experimentado una gran evolución: las buretas de émbolo manuales y, posteriormente, motorizadas permiten una adición de valorante reproducible y precisa. Los electrodos de medición de potencial reemplazan a los indicadores de color, con lo que se consiguen resultados más precisos y exactos. La representación gráfica del volumen del valorante frente al potencial ofrece una determinación más exacta sobre la reacción que el cambio de color que se produce en el punto final. La valoración se puede supervisar y evaluar de forma automática gracias a microprocesadores. Esto supone un importante avance hacia la automatización total.

Hoy y mañana:

El desarrollo aún no está completo. Los valoradores automáticos modernos permiten definir secuencias de análisis completas para obtener la máxima flexibilidad en el desarrollo del método. Es posible definir el método específico para cada aplicación combinando funciones de operación individuales como «Dosificar», «Revolver», «Valorar» o «Calcular» en una secuencia definida. Los instrumentos auxiliares (cambiadores de muestra, bombas) ayudan a reducir y simplificar el trabajo de los laboratorios. Otra nueva tendencia es la conexión a ordenadores y sistemas de gestión de información de laboratorio (LIMS).

Thank you for visiting www.mt.com. We have tried to optimize your experience while on the site, but we noticed that you are using an older version of a web browser. We would like to let you know that some features on the site may not be available or may not work as nicely as they would on a newer browser version. If you would like to take full advantage of the site, please update your web browser to help improve your experience while browsing www.mt.com.