Punto de equivalencia

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. Para una reacción ácido-base, el punto de equivalencia es donde los moles de ácido y los moles de base se neutralizarían entre sí según la reacción química. Esto no implica necesariamente una proporción molar de ácido:base de 1:1, simplemente que la proporción es la misma que en la reacción química. Se puede determinar 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 valoración colorimétrica.

Métodos para determinar el punto de equivalencia

Los diferentes métodos para determinar el punto de equivalencia incluyen:

p Indicador H

A pH indicador es una sustancia que cambia el color en respuesta a un cambio químico. Un indicador de base ácido (por ejemplo, fenolphthalein) cambia de color dependiendo del pH. Los indicadores de redox también se utilizan con frecuencia. Una gota de solución indicadora se añade a la titación al principio; cuando el color cambia el punto final se ha alcanzado, es una aproximación del punto de equivalencia.

Conducta

La conductividad de una solución depende de los iones presentes en ella. Durante muchas titraciones, la conductividad cambia significativamente. (Por ejemplo, durante una titación de base ácida, el H₃O⁺ y OH⁻ iones reaccionan a forma neutral H₂O. Esto cambia la conductividad de la solución.) La conducta total de la solución depende también de los otros iones presentes en la solución (como los iones de contra). 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 ionica). Así, predecir el cambio de conductividad es más difícil que medirlo.

Cambio de color

En algunas reacciones, la solución cambia de color sin ningún indicador añadido. Esto se ve a menudo en las titraciones redox, por ejemplo, cuando los diferentes estados de oxidación del producto y reaccionante producen diferentes colores.

Precipitación

Si la reacción forma un sólido, entonces un precipitado se formará durante la titación. Un ejemplo clásico es la reacción entre Ag⁺ and Cl⁻ para formar la sal muy insoluble AgCl. Sorprendentemente, esto generalmente hace difícil determinar el punto final precisamente. Como resultado, las titraciones de precipitación a menudo tienen que hacerse como titraciones traseras.

Calórico de la titración estermal

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

Titrimetría termométrica

La titrimetría termométrica es una técnica extraordinariamente versátil. Esto se diferencia de la titrimetría calimétrica por el hecho de que el calor de la reacción (como se indica por aumento de temperatura o caída) no se utiliza para determinar la cantidad de analito en la solución de la muestra. En cambio, el punto de equivalencia se determina por la tasa de cambio de temperatura. Debido a que la titrimetría termométrica es una técnica relativa, no es necesario llevar a cabo la titración bajo condiciones isotérmicas, y las titraciones se pueden realizar en vasos plásticos o incluso vidrio, aunque estos vasos generalmente están encerrados para evitar que las gotas perdidas causen "ruido" e perturbando el punto final. Debido a que las titraciones 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 titrant y el analyte es exotérmica o endotérmica, la temperatura se elevará o caerá durante la titración. Cuando todo el analito ha sido consumido por la reacción con el titrant, un cambio en la tasa de aumento o disminución de temperatura revela el punto de equivalencia y una inflexión en la curva de temperatura se puede observar. El punto de equivalencia puede situarse precisamente empleando el segundo derivado de la curva de temperatura. El software utilizado en modernos sistemas de titración termométrica automatizada emplea sofisticados algoritmos de suavizado digital para que "ruido" resultante de las sondas de temperatura altamente sensibles no interfiera con la generación de un segundo derivado liso, simétrico que define el punto final. La técnica es capaz de muy alta precisión, y los coeficientes de varianza (CV) de menos de 0,1 son comunes. Las sondas termométricas modernas consisten en un termistor que forma un brazo de un puente Wheatstone. Junto a la electrónica de alta resolución, los mejores sistemas de titración termométrica pueden resolver temperaturas a 10^{; 5 -}K. Se han obtenido puntos de equivalencia en titraciones donde el cambio de temperatura durante la titulación ha sido tan pequeño como 0.001K. La técnica se puede aplicar en esencia a cualquier reacción química en un fluido donde hay un cambio enérgico, aunque los cines reaccionarios pueden desempeñar un papel en la determinación de la agudeza del punto final. La titrimetría termométrica se ha aplicado con éxito a las titraciones ácido-base, redox, EDTA y precipitación. Ejemplos de titraciones precipitadas exitosas son sulfato por titración con iones de bario, fosfato por titración con magnesio en solución amoníaco, cloruro por titración con nitrato de plata, níquel por titración con dimetilglioximo y fluoruro por titración con aluminio (como K₂NaAlF₆) Debido a que la sonda de temperatura no necesita estar conectada eléctricamente a la solución (como en las titraciones potentiométricas), las titraciones no acuosas se pueden llevar a cabo tan fácilmente como las titraciones acuosas. Las soluciones altamente coloreadas o turbidas pueden ser analizadas por termométrico sin más tratamiento de muestra. La sonda es esencialmente libre de mantenimiento. Utilizando burettes motorizadas modernas y de alta precisión, las titraciones termométricas automatizadas suelen completarse en unos minutos, haciendo de la técnica una opción ideal donde se requiere una alta productividad de laboratorio.

Espectroscopia

La espectroscopia se puede utilizar para medir la absorción de la luz por la solución durante la titulación, si se conoce el espectro del reaccionante, titrant o producto. Las cantidades relativas del producto y el reaccionante pueden utilizarse para determinar el punto de equivalencia. Alternativamente, la presencia de titrant libre (indicando que la reacción está completa) se puede detectar a niveles muy bajos. Un ejemplo de detectores de puntos finales robustos para el grabado de semiconductores es EPD-6, un sistema que provoca reacciones en hasta seis longitudes de onda diferentes.

Amperometría

La aperometría se puede utilizar como técnica de detección (titración aerométrica). La corriente debido a la oxidación o reducción de los reaccionarios o productos en un electrodo de trabajo dependerá de la concentración de esa especie en solución. El punto de equivalencia puede ser detectado como un cambio en la corriente. Este método es más útil cuando se puede reducir el exceso de titrant, como en la titración de los halides con Ag⁺. (Esto es útil también en que ignora las precipitaciones.)