Curvas de valoración explicadas: puntos de equivalencia, semiequivalencia y elección del indicador

Qué muestra una curva de valoración

En una valoración ácido-base, una disolución de concentración conocida (el valorante) se añade desde una bureta a un volumen medido de analito. El punto de equivalencia es donde los moles de valorante coinciden exactamente con los moles de analito. El punto final es donde el indicador cambia de color.

La curva tiene cuatro partes: el pH inicial, la zona tampón (para un ácido o una base débil), el salto brusco alrededor del punto de equivalencia y la zona plana de exceso de valorante.

Las fórmulas de cada zona

Para un ácido débil HA valorado con NaOH:

• Inicio: [H⁺] = √(Ka × C).
• Zona tampón: pH = pKa + log(moles de A⁻ / moles de HA).
• Semiequivalencia: moles de A⁻ = moles de HA, así que pH = pKa.
• Equivalencia: solo queda A⁻. [OH⁻] = √(Kb × C), donde Kb = Kw / Ka y C es la concentración de la sal en el volumen total.
• Después de la equivalencia: [OH⁻] = moles de NaOH en exceso / volumen total.

El simulador no cambia entre estas fórmulas. Resuelve el balance de cargas completo, [H⁺] + [Na⁺] = [OH⁻] + [A⁻] + 2[A²⁻] + 3[A³⁻] + [Cl⁻], en cada volumen. Así da valores correctos para ácidos polipróticos y disoluciones muy diluidas, donde las aproximaciones fallan.

Cómo usar el simulador de curvas de valoración

1. Abre el simulador de curvas de valoración.
2. Elige el Analito en el matraz. Los ácidos se valoran con NaOH y las bases con HCl. Elige Ácido débil personalizado o Base débil personalizada para escribir tu propio pKa o pKb.
3. Introduce la Concentración del analito (mol/L), el Volumen del analito (mL) y la concentración del valorante en la bureta.
4. Lee el panel de resultados: el pH inicial, cada punto de equivalencia y cada punto de semiequivalencia.
5. Elige un indicador en Mostrar la franja de color del indicador para ver su intervalo en el gráfico. La tabla de indicadores indica el error de punto final del naranja de metilo, el rojo de metilo, el tornasol, el azul de bromotimol y la fenolftaleína.
6. Escribe volúmenes en pH a volúmenes elegidos para obtener una tabla de valores de pH.
7. Guarda el gráfico con Exportar PNG o los datos con Exportar CSV.

Ejemplos resueltos

1. 25,00 mL de HCl 0,100 M con NaOH 0,100 M

Inicio: pH = −log 0,100 = 1,00. Tras 10,00 mL: 2,50 − 1,00 = 1,50 mmol de H⁺ en 35,00 mL, así que [H⁺] = 0,0429 M y pH = 1,37.

A 25,00 mL el pH es 7,00. A 30,00 mL hay 0,500 mmol de OH⁻ en exceso en 55,00 mL, así que pOH = 2,04 y pH = 11,96. El pH salta de 3,7 a 10,3 entre 24,90 y 25,10 mL.

2. 25,00 mL de ácido acético 0,100 M con NaOH 0,100 M

Inicio: [H⁺] = √(1,74 × 10⁻⁵ × 0,100) = 1,32 × 10⁻³ M, pH = 2,88. A 12,50 mL, pH = pKa = 4,76. A 20,00 mL, pH = 4,76 + log(2,00/0,50) = 5,36.

A 25,00 mL el matraz contiene acetato 0,0500 M. Kb = 5,75 × 10⁻¹⁰, [OH⁻] = 5,36 × 10⁻⁶ M, pH = 8,73. La fenolftaleína es el indicador adecuado.

3. 25,00 mL de NH₃ 0,100 M con HCl 0,100 M

Inicio: pH = 11,12. En la semiequivalencia, pH = pKa del NH₄⁺ = 9,25. En la equivalencia el matraz contiene NH₄⁺ 0,0500 M, así que pH = 5,28. Usa rojo de metilo.

4. 25,00 mL de H₃PO₄ 0,100 M con NaOH 0,100 M

Los valores de pKa son 2,15, 7,20 y 12,38. El primer punto de equivalencia está en 25,00 mL, pH 4,70. El segundo está en 50,00 mL, pH 9,67. A 37,50 mL, pH = pKa₂ = 7,20.

El tercer punto de equivalencia, a 75,00 mL, no muestra ningún salto, porque el HPO₄²⁻ es un ácido demasiado débil para valorarlo en agua.

5. 25,00 mL de Na₂CO₃ 0,0500 M con HCl 0,100 M

El carbonato acepta dos protones. El primer punto de equivalencia (CO₃²⁻ → HCO₃⁻) está en 12,50 mL, pH 8,34. El segundo (HCO₃⁻ → H₂CO₃) está en 25,00 mL, pH 3,98. El naranja de metilo marca el segundo punto final, más nítido.

Tabla resumen

Intervalos de viraje de los indicadores: naranja de metilo de 3,1 a 4,4 (de rojo a amarillo), rojo de metilo de 4,4 a 6,2 (de rojo a amarillo), tornasol de 4,5 a 8,3 (de rojo a azul), azul de bromotimol de 6,0 a 7,6 (de amarillo a azul), fenolftaleína de 8,2 a 10,0 (de incolora a rosa).

Errores comunes

• Suponer que todos los puntos de equivalencia están a pH 7.
• Olvidar sumar el volumen de valorante al volumen de analito antes de calcular las concentraciones.
• Usar Henderson-Hasselbalch a 0 mL o en el punto de equivalencia, donde solo hay una forma presente.
• Elegir un indicador porque su intervalo incluye el 7, y no porque caiga en la parte vertical.
• Esperar un salto visible para cada protón de un ácido poliprótico.
• Tratar el punto final y el punto de equivalencia como si fueran lo mismo.

Consejos para el examen

• AP Chemistry: a menudo te piden esbozar la curva y marcar el punto de semiequivalencia. Escribe «pH = pKa porque [HA] = [A⁻]».
• A-level: aprende las cuatro formas de curva y los dos indicadores. Fenolftaleína para ácido débil con base fuerte; naranja de metilo para ácido fuerte con base débil.
• JEE y NEET: en el punto de equivalencia de un ácido débil con una base fuerte, pH = 7 + ½(pKa + log C). Para acetato 0,05 M: 7 + ½(4,76 − 1,30) = 8,73.
• El volumen de valorante en la equivalencia depende solo de los moles, no de la fuerza del ácido. El pH en ese punto sí depende de la fuerza.

Herramientas relacionadas

Guías relacionadas