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UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES CUAUTITLAN METODOLOGÍA ALTERNATIVA A LA DETERMINACIÓN FARMACOPEICA PARA ÁCIDO ETILENDIAMINO TETRAACÉTICO (EDTA) DISÓDICO T E S I S QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE: QUÍMICO FARMACÉUTICO BIÓLOGO PRESENTA: MARTÍN TERESO JOSÉ ARTURO ASESORA: QFB. ELIA GRANADOS ENRIQUEZ COASESORA: DRA. ALMA REVILLA VÁZQUEZ CUAUTITLAN IZCALLI, ESTADO DE MÉXICO 2014 UNAM – Dirección General de Bibliotecas Tesis Digitales Restricciones de uso DERECHOS RESERVADOS © PROHIBIDA SU REPRODUCCIÓN TOTAL O PARCIAL Todo el material contenido en esta tesis esta protegido por la Ley Federal del Derecho de Autor (LFDA) de los Estados Unidos Mexicanos (México). El uso de imágenes, fragmentos de videos, y demás material que sea objeto de protección de los derechos de autor, será exclusivamente para fines educativos e informativos y deberá citar la fuente donde la obtuvo mencionando el autor o autores. Cualquier uso distinto como el lucro, reproducción, edición o modificación, será perseguido y sancionado por el respectivo titular de los Derechos de Autor. Universidad Nacional Autónoma de México DEDICATORIAS A MIS PADRES Por todo el apoyo recibido a lo largo de mi vida, por sus consejos, por su comprensión, por su esfuerzo y entrega para que yo sea una persona mejor preparada. Son mi mayor admiración, mi todo. En fin, esta vida nunca será suficiente para agradecerles todo lo que han hecho por mí. A MI HERMANA Que a pesar de mis rabietas, mal carácter, y que tal vez parezcamos de polos opuestos, sé que estás ahí para apoyarme, así como estoy yo para apoyarte. En fin, cariño de hermanos. A MI FAMILIA A mis abuelos, tíos y primos por estar siempre al pendiente de mi formación, por darme los más sabios consejos y recomendaciones, cada uno de ustedes forma parte importante dentro de mi vida. A MIS AMIGOS A Arturo, Edher y David por compartir grandes experiencias a lo largo de esta etapa, por los buenos momentos, por los malos también. Espero que sigamos juntos compartiendo experiencias por el resto de nuestras vidas (yo sé que sí). Gracias, hermanos. A MIS COMPAÑEROS A todos mis compañeros de generación, a mis cuates del “cubo” por su gran apoyo, por ser un gran grupo. Universidad Nacional Autónoma de México AGRADECIMIENTOS A mi asesora Q.F.B. Elia Granados Enríquez por haberme guiado a lo largo del desarrollo de este proyecto y por compartir sus conocimientos conmigo. A la Dra. Alma Revilla Vázquez por las constantes asesorías, por su apoyo, sus consejos y sobre todo, por la confianza puesta en mí para la realización de este trabajo. Gracias. A todos y cada uno de los profesores presentes a lo largo de mi desarrollo académico, por su gran labor y esfuerzo para formar personas triunfadoras. A mis sinodales: QFB. Guadalupe Rebollar Barrera, Dr. Julio Botello Pozos, QFB. Dalia Bonilla Martínez y Dra. Berenice Gómez Zaleta, ya que gracias a su orientación, comentarios, opiniones y observaciones fue posible la mejora de este trabajo. A la UNAM, en especial a la FES Cuautitlán por permitirme desarrollarme profesionalmente en las aulas de una de las instituciones más importantes a nivel nacional. A la FEUM, en esencial al Comité de Métodos generales de Análisis y a la empresa Bruluagsa por facilitar las muestras de EDTA materia prima. “Con fuerza de voluntad uno puede hacer cualquier cosa. Con fuerza de voluntad uno puede determinar su destino” -Bob Dylan- Universidad Nacional Autónoma de México ÍNDICE Índice General I Índice de Tablas Índice de Figuras Abreviaturas V VII VIII Resumen 1 Introducción 2 Objetivos 4 Objetivo General 4 Objetivos Particulares 4 I Generalidades 5 1.Ácido Etilendiamino Tetraacético (EDTA Disódico) 6 1.1 Química. 6 2. Teoría de las titulaciones de neutralización 9 2.1 Aspectos generales de los métodos volumétricos ácido-base. 9 2.1.1 Curvas de titulación (Método experimental para curvas de titulación). 10 2.1.2 Puntos de equivalencia y puntos finales 10 2.2 Titulación de un ácido fuerte con una base fuerte 12 2.3 Patrones primarios 14 2.4 Soluciones patrón 14 2.5 Electrodos y potenciometría 15 2.5.1 Potenciómetro (pH-metro) 15 2.5.2 La medida del pH y el electrodo de vidrio 15 2.5.2.1 Funcionamiento del electrodo de vidrio 18 2.5.2.2 Calibrado de un electrodo 19 2.6 Indicadores ácido-base 20 2.6.1 Fenolftaleína 22 II Procedimiento experimental 24 3. procedimiento experimental 25 3.1 Materiales y reactivos 25 3.2 Equipos 25 Universidad Nacional Autónoma de México 3.3 Metodología FEUM Décima edición (Farmacopea de los Estados Unidos Mexicanos), 2011, capitulo “Aditivos”, pág. 635 25 3.4 Propuesta 1: Disminución de volúmenes de trabajo (10 veces menor) 27 3.5 Variación de la Propuesta 1: Disminución de los volúmenes de Trabajo (4 veces menor) 28 3.6 Propuesta 2: Titulación ácido-base 29 3.6.1 Titulación ácido base con empleo de pH-metro y uso de indicador para la determinación de EDTA disódico 29 3.6.1.1 Valoración de EDTA disódico Reactivo Analítico 29 3.6.1.2 Valoración de EDTA disódico Materia Prima 30 3.6.1.2.1 Valoración de EDTA disódico Materia Prima para evaluar la robustez 31 3.6.1.2.2 Valoración de EDTA disódico Materia prima para evaluar la reproducibilidad 31 3.7 Modificación de la propuesta 2: Simplificación de la titulación ácido-base con empleo de indicador (fenolftaleína) 32 3.7.1 Valoración de EDTA disódico Reactivo Analítico 32 3.7.2 Valoración de EDTA disódico Materia Prima 33 3.7.2.1 Valoración de EDTA disódico Materia Prima para evaluar robustez 33 3.7.2.2 Valoración de EDTA disódico Materia prima para evaluar reproducibilidad 33 III Resultados y discusión 36 4. Metodología FEUM para la determinación de EDTA disódico 37 4.1 Propuesta 1: Disminución de volúmenes de trabajo (10 veces menor) 39 4.2 Variación de la propuesta 1: Disminución de volúmenes de trabajo (4 veces menor) 40 5. Propuesta 2: Titulación ácido-base 42 5.1 Titulación ácido-base con empleo de pH-metro para la determinación de EDTA disódico R.A. 42 a) Resultados obtenidos con el uso de 1mL de BaCl2 en la valoración. 43 b) Resultados obtenidos empleando 3 mL de BaCl2 en la valoración 49 Universidad Nacional Autónoma de México c) Usando 5 mL de BaCl2 en la valoración. 53 a1) Resultados obtenidos en la valoración de EDTA disódico R.A., utilizando fenolftaleína como indicador del punto final de valoración, y agregando 1 mL de BaCl2. 59 a2) Resultados obtenidos en la valoración de EDTA disódico R.A., utilizando fenolftaleína como indicador del punto final de valoración, y agregando 3 mL de BaCl2. 60 5.2 Titulación ácido-base con empleo de pH-metro y un indicador (fenolftaleína) para la determinación de EDTA disódico materia prima. 61 5.2.1 Valoración de EDTA disódico M.P. a diferentes niveles de concentración para evaluar la robustez del método. 67 a) Resultados obtenidos en la titulación de EDTA M.P. (0.03 M) 67 b) Resultados obtenidos en la titulación de EDTA M.P. (0.04 M) 68 c) Resultados obtenidos en la titulación de EDTA M.P. (0.05 M) 69 d) Resultados obtenidos en la titulación de EDTA M.P. (0.06 M) 70 e) Resultados obtenidos en la titulación de EDTA M.P. (0.07 M) 70 5.2.2 Reproducibilidad 72 6. Modificación de la propuesta 2: Simplificación de la valoración ácido-base con empleo de fenolftaleína como indicador. 75 6.1 Valoraciónde EDTA disódico R.A. 75 6.2 Valoración de EDTA disódico Materia Prima 77 6.2.1 Valoración de EDTA disódico M.P. a distintos pesos para evaluar la robustez 78 a) Valoración de 80 mg de EDTA disódico M.P. 78 b) Valoración de 90 mg de EDTA disódico M.P. 79 c) Valoración de 100 mg de EDTA disódico M.P. 79 d) Valoración de 110 mg de EDTA disódico M.P. 80 e) Valoración de 120 mg de EDTA disódico M.P. 80 6.2.2 Reproducibilidad 81 IV. Conclusiones 84 85 Universidad Nacional Autónoma de México V Referencias y Bibliografía Anexo 87 A1. Otras generalidades del EDTA Disódico 87 A1.1 EDTA como conservante 87 A1.2 Farmacología del EDTA 88 A1.3 Farmacocinética y modo de acción 88 A1.4 Indicaciones terapéuticas 88 A1.5 Toxicidad 89 A1.6 Derivados del EDTA 89 A2 Preparación de soluciones 90 A2.1 Solución de Hidróxido de Sodio 1N (S.V.) 90 A2.2 Solución de Hidróxido de Sodio 0.1N (S.V.) 90 A2.3 Solución de HCl 3N 90 A2.4 Solución de EDTA Disódico R.A. 0.05M 90 A2.5 Solución de BaCl2 0.5M 90 A2.6 Solución de EDTA M.P. a diferentes concentraciones: 0.03, 0.04, 0.05, 0.06 y 0.07M 91 A3. Análisis de varianza entre los resultados de la metodología en donde se usa el pH-metro y la metodología en donde se usa solamente fenolftaleína, para la determinación de EDTA Disódico 91 A4. Análisis de varianza para la propuesta 2: Titulación ácido-base para la cuantificación de EDTA Disódico Materia prima 92 A5. Análisis de varianza para la Modificación de la Propuesta 2: Simplificación de la titulación ácido-base con empleo de indicador (fenolftaleína) 95 Universidad Nacional Autónoma de México ÍNDICE DE TABLAS Tabla 1: Resultados obtenidos para la determinación de EDTA disódico R.A (Método FEUM) 38 Tabla 2: Resultados obtenidos en la Propuesta 1 para EDTA disódico R.A. 39 Tabla 3: Resultados obtenidos en la Variación de la propuesta 1 40 Tabla 4.- Resultados de pH experimental en función del volumen agregado de NaOH en la valoración de EDTA disódico, utilizando 1 mL de BaCl2. 43 Tabla 5. Delta de pH en función del volumen agregado de NaOH en la valoración de 5 mL de EDTA + 1 mL de BaCl2 45 Tabla 6.- Resultados finales obtenidos en la valoración de 5 mL de EDTA + 1 mL de BaCl2, usando NaOH 0.1075 M como solución valorante. 49 Tabla 7. Resultados obtenidos de valores de pH (pH experimental) en función del volumen agregado de NaOH en la valoración con 5 mL de EDTA + 3 mL de BaCl2. 49 Tabla 8. Delta de pH en función del volumen agregado de NaOH en la valoración con 5 mL de EDTA + 3 mL de BaCl2. 51 Tabla 9. Resultados finales obtenidos en la valoración de 5 mL de EDTA + 3 mL de BaCl2, usando NaOH 0.1075 N como solución valorante. 53 Tabla 10. Resultados obtenidos de valores de pH (pH experimental) en función del volumen agregado de NaOH en la valoración con 5 mL de EDTA + 5 mL de BaCl2. 53 Tabla 11. Delta de pH en función del volumen agregado de NaOH en la valoración con 5 mL de EDTA + 5 mL de BaCl2. 55 Tabla 12.- Resultados finales obtenidos en la valoración de 5 mL de EDTA + 5 mL de BaCl2, usando NaOH 0.1075 N como solución valorante. 56 Tabla 13. Resultados obtenidos en la valoración de 5 mL de EDTA + 1 mL de BaCl2, con NaOH 0.1075 N como solución valorante. Usando fenolftaleína como indicador. 59 Tabla 14. Resultados obtenidos en la valoración de 5 mL de EDTA + 3 mL de BaCl2, con NaOH 0.1075 N como solución valorante. Usando fenolftaleína como indicador. 60 Tabla 15.- Resultados obtenidos en la valoración de 5 mL de EDTA M.P. + 3 mL de BaCl2. Usando NaOH 0.0955 M como solución valorante. 61 Tabla 16. Delta de pH en función del volumen agregado de NaOH. Usando 3 mL de BaCl2 63 Tabla 17. Resultados generales obtenidos tras realizar la Propuesta 2: Determinación de EDTA disódico mediante una valoración ácido – base. Se valoraron 5 mL de EDTA M.P. 0.0502M + 3 mL de BaCl2, con NaOH 0.1M. 65 Tabla 18. Resultados generales obtenidos tras realizar la propuesta 2: Determinación de EDTA Disódico mediante una valoración ácido - base. 5 mL de EDTA MP 0.0502M + 3 mL de BaCl2. El punto final de la valoración es determinado con fenolftaleína. 65 Tabla 19. Valoración de EDTA materia (0.03 M) + 3 mL de BaCl2 0.5 M con NaOH 0.094 M como valorante. Usando fenolftaleína para determinar el punto final de valoración. 67 Tabla 20. Valoración de EDTA materia (0.04 M) + 3 mL de BaCl2 0.5 M con NaOH 0.094 M como valorante. Usando fenolftaleína para determinar el punto final de valoración. 68 Universidad Nacional Autónoma de México Tabla 21. Valoración de EDTA materia (0.05 M) + 3 mL de BaCl2 0.5 M con NaOH 0.0955 M como valorante. Se utilizó fenolftaleína para detectar el punto final de valoración. 69 Tabla 22. Valoración de EDTA materia (0.06 M) + 3 mL de BaCl2 0.5 M con NaOH 0.094 M como valorante, usando fenolftaleína para detectar el punto final de valoración. 70 Tabla 23. Valoración de EDTA materia (0.07 M) + 3mL de BaCl2 0.5 M con NaOH 0.094 M como valorante. Usando fenolftaleína para detectar el punto final de valoración. 70 Tabla 24. Resumen de resultados para la valoración de EDTA disódico M.P. a diferentes concentraciones. 71 Tabla 25. Resultados obtenidos por el Analista 1 72 Tabla 26. Resultados obtenidos por el Analista 2 73 Tabla 27. Resultados obtenidos por el Analista 1 73 Tabla 28. Resultados obtenidos por el Analista 2 74 Tabla 29. Resultados generales de la valoración de EDTA disódico Reactivo Analítico en la modificación de la propuesta 2. 76 Tabla 30. Resultados generales obtenidos en la valoración de EDTA Materia prima en la Modificación de la Propuesta 2 77 Tabla 31. Resultados obtenidos en la valoración de 80 mg aprox. de EDTA disódico materia prima. 78 Tabla 32. Resultados obtenidos en la valoración de 90 mg aprox. de EDTA disódico materia prima. 79 Tabla 33. Resultados obtenidos en la valoración de 100 mg aprox. de EDTA disódico materia prima. 79 Tabla 34. Resultados obtenidos en la valoración de 110 mg aprox. de EDTA disódico materia prima. 80 Tabla 35. Resultados obtenidos en la valoración de 110 mg aprox. de EDTA disódico materia prima 80 Tabla 36. Resultados obtenidos por el analista 1. 81 Tabla 37. Resultados obtenidos por el analista 2. 82 Tabla 38. Resultados obtenidos por el analista 1. 82 Tabla 39. Resultados obtenidos por el analista 2. 82 Tabla A3.1 Resumen de datos obtenidos después de la valoración de EDTA, para realizar un análisis de varianza. 91 Tabla A3.2 Análisis de varianza para determinar si existe diferencia significativa entre las medias obtenidas en los resultados de la valoración de EDTA disódico, usando pH-metro y usando fenolftaleína. 91 Tabla A4.1- Resumen de resultados obtenidos de cantidad por 2 analistas en 2 días. 92 Tabla A4.2 Tabulación de los datos a los que se les realizará el ANOVA 93 Tabla A4.3 Construcción del ANOVA 93 Tabla A5.1- Resumen de resultados obtenidos de % peso/peso de 2 analistas en 2 días. 95 Tabla A5.2 Tabulación de los datos a los que se les realizará el ANOVA 95 Tabla A5.3 Construcción del ANOVA 95 Universidad Nacional Autónoma de México ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1. Fórmula estructural del ácido Etilendiamo Tetraacético (EDTA). 6 Figura 2: Estructura de H4Y y sus productos de disociación 8 Figura 3. Procedimiento para realizar una titulación volumétrica con indicador 11 Figura 4. Curva de titulación de un ácido fuerte (HCl) con una base fuerte (NaOH) a diferentes concentraciones. 13 Figura 5. pH- metro (sensION pH31 Series) 15 Figura 6. Diagrama de un electrodo combinado de vidrio, con un electrodo de referencia de AgCl. 17 Figura 7. Diagrama general para la metodologíaFEUM, Propuesta 1 y variación de la propuesta 1 34 Figura 8. Diagrama general para la propuesta 2 y variación de la propuesta 2. 35 Figura 9. Representación gráfica de las 6 Curvas de valoración potenciométricas obtenidas para EDTA R.A., usando 1 mL de BaCl2. 44 Figura 10. Delta pH en función del volumen agregado de NaOH 46 Figura 11. Curvas de valoración potenciométricas (6 réplicas) obtenidas para EDTA R.A. usando 3 mL de BaCl2. 50 Figura 12. Delta pH en función del volumen agregado de NaOH en la valoración con 5 mL de EDTA + 3 mL de BaCl2. 52 Figura 13.- Curvas de valoración potenciométrica (6 réplicas) obtenidas para EDTA R.A. usando 5 mL de BaCl2. 54 Figura 14. Delta pH en función del volumen agregado de NaOH en la valoración con 5 mL de EDTA + 5 mL de BaCl2 56 Figura 15. Efecto de la cantidad de Bario en la valoración potenciométrica para EDTA Disódico R.A. 57 Figura 16.- Curvas de valoración obtenidas para materia prima de EDTA (6 réplicas), usando 3 mL de BaCl2. 62 Figura 17. Gráfico de delta de pH en función del volumen agregado de NaOH. Usando 3 mL de BaCl2. 64 Universidad Nacional Autónoma de México ABREVIATURAS EDTA: Ácido Etilendiamino Tetraacético. FEUM: Farmacopea de los Estados Unidos Mexicanos. Peq: Punto de equivalencia. mL: Mililitros. g: Gramos. mg: Miligramos. Conc: Concentración (moles/L). Cant: Cantidad. R.A: Reactivo Analítico. M.P: Materia prima. Sol: Solución. S.V: Solución Valorante. Vol. Agreg: Volumen agregado. S: Desviación estándar. CV: Coeficiente de Variación. Prom: Promedio. Pto. Final: Punto final de valoración. % (p/p): Porcentaje peso a peso, es la relación entre la cantidad calculada de analito mediante el punto de equivalencia o el punto final de la valoración y la cantidad pesada del mismo al inicio de la metodología. Se expresa en porcentaje. Universidad Nacional Autónoma de México Página 1 RESUMEN La FES-Cuautitlán en colaboración con integrantes de las comisiones que conforman la Farmacopea de los Estados Unidos Mexicanos (FEUM), trabaja en la optimización y mejora continua de las metodologías presentes en dicha publicación. La FEUM en nuestro país tiene carácter normativo, es decir, los laboratorios y empresas relacionadas con la industria farmacéutica deben aplicar las metodologías aquí reportadas [1]. Durante la revisión constante de la FEUM se detectan metodologías que pueden ser optimizadas conforme a los avances tecnológicos o bien por cuestiones ecológicas. Recientemente se detectó que la metodología para la determinación de EDTA disódico puede ser optimizada, en términos de minimizar el uso de reactivos y agentes químicos relacionados. A fin de mejorar la metodología publicada en la farmacopea, en este trabajo se realizan dos propuestas y se llevan a cabo a la par experimentos con los mismos estándares y materia prima para todas las metodologías a fin de realizar una comparación en términos de economía y precisión. La finalidad de este trabajo es proponer a la FEUM una metodología alterna a la reportada. Para la primer propuesta se prueba la metodología original, tal como se sugiere realizar en la FEUM (Farmacopea de los Estados Unidos Mexicanos, Décima edición, 2011, capitulo “Aditivos”, pag. 635). A partir de esta metodología se realizaron 2 modificaciones que consistieron en la reducción de volúmenes y cantidades de trabajo 10 y 4 veces menor con respecto a metodología de la FEUM. En la segunda propuesta se realizó una valoración ácido-base, con empleo de potenciómetro y un indicador. Al llevar a cabo las metodologías propuestas se obtuvo una disminución de los costos, la simplificación del trabajo por parte del analista. Así mismo, y no menos importante, la reducción de la generación de residuos que repercute directamente con todas aquellas cuestiones ecológicas. Universidad Nacional Autónoma de México Página 2 INTRODUCCIÓN La FEUM es el documento expedido por la Secretaría de Salud que consigna los métodos generales de análisis y los requisitos sobre identidad, pureza y calidad de los fármacos, aditivos, medicamentos, productos biológicos y demás insumos para la salud, es decir, es un documento de carácter normativo dentro del país. Dentro del mismo se encuentran diversas metodologías que se revisan al haber algún comentario de algún usuario o bien regularmente por el comité respectivo. En los tiempos modernos surgen diversas cuestiones de gran importancia, como son aquellas que se relacionan con la economía y aquellas que, de alguna forma, se asocian con la conservación del medio ambiente. Es por eso que últimamente se han revisado varias metodologías que se encuentran en la farmacopea, con el principal objetivo de mejorarlas, y lograr resultados satisfactorios a un bajo costo y con una menor generación de residuos que impacten con el medio ambiente. En los productos regulados por la FDA, los niveles de EDTA disódico son demasiado bajos como para considerarse tóxicos, pero a nivel industrial el EDTA se está convirtiendo en un contaminante del medio ambiente debido a la gran cantidad utilizado en distintos procesos de fabricación de productos y aplicaciones [2, 3]. El EDTA disódico se encuentra comúnmente en una amplia gama de productos de cuidado personal, incluyendo la solución de lentes de contacto, gotas para los ojos, productos para el baño, productos de cuidado de la piel y los cosméticos. También se utiliza como conservante y estabilizante en muchos alimentos y bebidas procesadas [2, 3, 4]. La metodología que se revisa en este trabajo es la determinación de EDTA disódico mediante una valoración de complejación (Complejometría) que involucra la reacción de carbonato de calcio con EDTA disódico (Farmacopea de los Estados Unidos Mexicanos, Décima edición, 2011, capitulo “Aditivos”, pag. 635). Este es un método bastante sencillo, que genera resultados confiables, pero que al llevarse a cabo utiliza una gran cantidad de reactivos y soluciones, generando una gran cantidad de residuos. Estos residuos normalmente deben ser tratados para poder ser desechados de tal manera que no afecte la salud humana y que a su vez no impacte al medio ambiente [1]. Universidad Nacional Autónoma de México Página 3 Por ello se decidió modificar el método original con el fin de reducir los volúmenes y/o cantidades de reactivos, manteniendo resultados similares a los que se obtienen en el método original reportado en la FEUM. Por otra parte, se propuso una metodología alterna que consistió en una valoración ácido- base, siendo ésta una metodología rápida y exacta para analizar sustancias ácidas y básicas, ofreciendo ventajas en cuanto a la disminución de trabajo por parte del analista, bajo costo, y la clara disminución en la generación de residuos. Este método es más conveniente que el de la FEUM, ya que el punto final de la valoración puede determinarse solamente con un indicador visual. En general, este trabajo da a conocer un método alterno para la cuantificación de EDTA disódico que permite obtener resultados confiables a un menor costo y con la menor generación de residuos. Universidad Nacional Autónoma de México Página 4 OBJETIVOS OBJETIVO GENERAL • Proponer una técnica alterna para la cuantificación de ácido etilendiamino tetraacético (EDTA) disódico mediante una titulación ácido-base, con el fin de disminuir costos y la generación de residuos, y en base a los resultados sugerir modificaciones a la metodología publicada en la farmacopea. OBJETIVOS PARTICULARES • Proponer modificaciones a la metodología publicada en la FEUM para la cuantificación de EDTA disódico, mediante la reducción de volúmenes y la cantidad de materiaprima utilizados en el método, para reducir costos, cuidando de mantener buena precisión (CV<2%). • Proponer una metodología alterna a la publicada en la FEUM para la determinación de EDTA disódico que consiste en una valoración ácido-base, con el fin de obtener resultados precisos y que resulte conveniente en cuanto a costos y generación de residuos. • Comparar estadísticamente los resultados experimentales obtenidos en las metodologías propuestas, para determinar cuál es el mejor. Universidad Nacional Autónoma de México Página 5 I GENERALIDADES Universidad Nacional Autónoma de México Página 6 1. Ácido Etilendiamino Tetraacético (EDTA) Disódico 1.1 Química El ácido Etilendiamino Tetraacético, llamado también Ácido (etilendinitrilo) Tetraacético que se abrevia generalmente como EDTA, y sus sales se utilizan principalmente como agentes quelantes en la industria farmacéutica, cosmética y alimentaria. Debido a esta acción quelante se utiliza para disminuir la dureza del agua, secuestrando iones calcio y magnesio, presentes en las aguas duras. El EDTA disódico como agente quelante ayuda a unir a los radicales libres y las impurezas, permitiendo que los principales ingredientes de los detergentes trabajen con eficacia y coherencia, sin exceso de "alteración química" [5,6]. El EDTA es el valorante complejométrico más utilizado, ya que permite determinar prácticamente todos los elementos de la tabla periódica, ya sea por valoración directa u otra modalidad de valoración. El EDTA tiene la siguiente fórmula estructural: Figura 1. Fórmula estructural del ácido Etilendiamino Tetraacético (EDTA) [5,6]. El EDTA pertenece a la familia de los ácidos poliaminocarboxílicos y contiene seis posibles posiciones de enlace con el ión metálico: cuatro grupos carboxilo y dos grupos amino. El EDTA es un ligando hexadentado. Las cuatro primeras constantes de disociación del EDTA corresponden a los grupos carboxílicos, mientras que K5 y K6 corresponden a la disociación de los protones de los grupos amonio. Universidad Nacional Autónoma de México Página 7 Las constantes sucesivas de equilibrio [5,6] para la disociación de los cuatro hidrógenos ácidos del EDTA son: K1= 1.02 x 10-2 K2= 2.14 x 10-3 K3= 6.92 x 10-7 K4= 5.50 x 10 -11 Estos valores indican que los dos primeros protones se pierden mucho más rápidamente que los dos restantes. Además de estos cuatro hidrógenos ácidos cada nitrógeno tiene un par de electrones no compartidos, la molécula tiene así seis puntos posibles para unirse con un metal y, por tanto, está clasificado como un ligando hexadentado. Las abreviaturas H4Y, H3Y-, H2Y2-, HY3- y Y4- son las que se encuentran en los estudios de los equilibrios del EDTA y sus compuestos de coordinación. Tanto el ácido libre H4Y como la sal disódica Na2H2Y se pueden adquirir como reactivos de elevada pureza. El primero puede servir como patrón primario después de desecarlo a 105 °C; se disuelve luego en la cantidad mínima de base necesaria para su completa disolución. La sal disódica Na2H2Y · 2H2O contiene un exceso del 0.3% de humedad. Con respecto a la cantidad estequiométrica en condiciones atmosféricas normales; para la mayoría de los trabajos rigurosos la corrección en el peso de este exceso de humedad es suficiente para la preparación de soluciones patrón. Si es necesario, el dihidrato puro se puede obtener calentando el sólido a 80 °C durante varios días en una atmósfera con humedad relativa del 50% [5,6]. Universidad Nacional Autónoma de México Página 8 Figura 2: Estructura de H4Y y sus productos de disociación. Observe que la especie protonada H4Y existe como doble zwitterión*, con los átomos de nitrógeno de las aminas y dos de los grupos carboxílicos protonados. Los dos primeros se disocian de los grupos carboxílico, y los dos últimos, de los grupos amino [5,6]. *Es un compuesto químico que es eléctricamente neutro pero que tiene cargas formales positivas y negativas sobre átomos diferentes. Universidad Nacional Autónoma de México Página 9 2. Teoría de las titulaciones de neutralización Los métodos por titulación comprenden un grupo grande y poderoso de procedimientos cuantitativos que se basan en la medición de la cantidad de un reactivo de concentración conocida que se consume por el analito. En la titulación volumétrica se mide el volumen de una solución de concentración conocida que se necesita para reaccionar por completo con el analito. Por su parte, la titulación gravimétrica sólo difiere de aquella en que se mide la masa del reactivo en lugar del volumen de solución. En la titulación coulombimétrica, el “reactivo” que consume al analito es una corriente eléctrica directa y constante de magnitud conocida, en este método, lo que se mide es el tiempo requerido para completar la reacción electroquímica [7]. Los métodos por titulación se utilizan en análisis de rutina porque son rápidos, convenientes, precisos y se pueden automatizar fácilmente. Las titulaciones de neutralización encuentran gran aplicación en la determinación de ácidos y bases naturales y sintéticas, además de especies moleculares que pueden transformarse en ácidos o bases mediante reacciones químicas, estos métodos también encuentran aplicación en la determinación de una amplia variedad de especies inorgánicas, orgánicas y bioquímicas [7]. 2.1 - Aspectos generales de los métodos volumétricos ácido-base. Una solución patrón (o titulante patrón) es un reactivo de concentración conocida con el que se lleva a cabo un análisis por titulación. La titulación se realiza añadiendo de una bureta, u otro artefacto automatizado que entregue líquido, una solución patrón a la solución del analito hasta que la reacción se considere completa. El volumen de reactivo requerido para completar la titulación se determina por diferencia entre las lecturas inicial y final [7]. Durante una titulación, el punto de equivalencia se alcanza cuando la cantidad de titulante añadido es químicamente equivalente a la cantidad de analito en la muestra. Por ejemplo, en la titulación de cloruro de sodio con nitrato de plata, el punto de equivalencia se logra después de añadir exactamente 1 mol de iones plata por cada mol de iones cloruro en la Universidad Nacional Autónoma de México Página 10 muestra. Para la titulación de ácido sulfúrico con hidróxido de sodio, el punto de equivalencia se alcanza tras añadir 2 moles de la base por cada mol de ácido [7]. A veces es necesario añadir un exceso de solución patrón y después valorar el exceso, por retrotitulación, con un segundo reactivo patrón. En este caso, el punto de equivalencia corresponde al punto en el que la cantidad de titulante inicial es químicamente equivalente a la cantidad de analito más la cantidad del titulante añadido en la retrotitulación [7]. 2.1.1 Curvas de Titulación Método experimental para curvas de titulación. La mejor forma de seguir una titulación ácido-base paso a paso es midiendo el pH en el curso de la titulación y trazando una gráfica de pH en función de los mililitros de titulante (o pH contra porcentaje de neutralización). En la mayor parte de la titulación ácido-base, el pH cambia gradualmente a medida que se le añade el titulante. Cerca del punto de equivalencia, se produce un cambio brusco de pH. La velocidad del cambio ∆ pH por ∆ mL de titulante es máxima en el punto de equivalencia. Los datos para construir una curva de titulación ácido-base pueden obtenerse experimentalmente mediante el uso de un potenciómetro (Véase 2.5). El aparato mide el pH de una solución por ladiferencia de potencial de los dos electrodos que se sumergen en la solución. Se emplea un electrodo de vidrio como electrodo indicador, porque su potencial varía según el pH de la solución. Como el electrodo de referencia se emplea un electrodo de calomel, porque su potencial no varía, ni en soluciones de pH muy distintos. La diferencia de potencial de estos electrodos medida en voltios o milivoltios, es una función lineal del pH de la solución. La escala del potenciómetro está diseñada de tal manera que es posible leer el voltaje directamente en términos de pH [8]. 2.1.2 Puntos de equivalencia y puntos finales El punto de equivalencia de una titulación es un valor teórico que no se puede determinar experimentalmente. Sólo se puede estimar su posición observando algún cambio físico asociado a la condición de equivalencia. Este cambio se llama punto final de la titulación. Universidad Nacional Autónoma de México Página 11 Nunca estará de más buscar que sea mínima la diferencia de volumen o de masa entre el punto de equivalencia y el punto final. No obstante, siempre se tendrán diferencias entre estos puntos como consecuencia de cambios físicos insuficientes o de la incapacidad para apreciarlos. La diferencia de volumen o masa entre el punto de equivalencia y el punto final es el error de titulación. En una titulación es muy común añadir un indicador a la solución del analito para obtener un cambio físico apreciable (el punto final) en o cerca del punto de equivalencia. Como se verá después, los cambios más grandes en la concentración relativa del analito o del titulante se dan, precisamente, en la zona del punto de equivalencia. Estos cambios de concentración son los que hacen que cambie la forma del indicador, siendo los más típicos la aparición o desaparición de un color, o la aparición o desaparición de turbidez [7]. Para detectar los puntos finales también se utilizan instrumentos que responden a los cambios de ciertas propiedades de la solución durante una titulación. Los instrumentos más utilizados para este fin son los colorímetros, turbidímetros, instrumentos que miden temperatura, voltímetros, amperímetros, conductímetros y pontenciómetros [7]. Figura 3.- Procedimiento para realizar una titulación volumétrica con indicador [7]. Universidad Nacional Autónoma de México Página 12 2.2 Titulación de un ácido fuerte con una base fuerte Para desarrollar una curva de titulación de un ácido fuerte con una base fuerte se necesitan tres tipos de cálculos, donde cada uno corresponde a una etapa distinta de la titulación: 1) antes del punto de equivalencia, 2) en el punto de equivalencia, y 3) después del punto de equivalencia. Previo al punto de equivalencia, la concentración del analito se calcula a partir de la concentración inicial del ácido y de los datos de volumen totales ([H+]= moles H+ presentes - moles de base añadidos/ volumen total). En el punto de equivalencia, los iones hidronio e hidróxido están presentes en concentraciones iguales, y la concentración del ion hidronio se obtiene directamente de la constante del producto iónico del agua; es decir, el pH en esta etapa es igual a 7. Después del punto de equivalencia, se calcula la concentración formal del exceso de base, cuya concentración es igual a la del ion hidróxido. Una manera adecuada de convertir a pH esta última concentración, se hace tomando el logaritmo negativo a ambos lados de la constante del producto iónico del agua. Por tanto, Kw = [H3O+][OH-] -log kw = -log [H3O+][OH-] = -log [H3O+] – log [OH-] pKw = pH + pOH -log 10-14 = 14 = pH + pOH A continuación (Figura 4) se muestra una curva de titulación de un ácido fuerte a distintas concentraciones con una base fuerte. En ella se pueden observar las diferentes etapas de la titulación: antes del punto de equivalencia, en el punto de equivalencia y después del punto de equivalencia. Universidad Nacional Autónoma de México Página 13 Figura 4. Curva de titulación de un ácido fuerte (HCl) con una base fuerte (NaOH) a diferentes concentraciones [9]. Punto de equivalencia Universidad Nacional Autónoma de México Página 14 2.3 Patrones primarios Un patrón primario es un compuesto de alta pureza que sirve de referencia en todos los métodos volumétricos y gravimétricos. La exactitud de un método depende de las propiedades de este compuesto. Los requisitos más importantes que debe cumplir un patrón primario son: - Pureza elevada (se debe contar con métodos establecidos para confirmar su pureza) - Estabilidad atmosférica. - Ausencia de agua de hidratación para que la composición del sólido no cambie con las variaciones en la humedad relativa. - Que sea barato y se pueda conseguir con facilidad. - Tener una solubilidad razonablemente grande para reducir al mínimo el error relativo asociado a la operación de pesada [5]. 2.4 Soluciones patrón Las soluciones que se emplean en las titulaciones de neutralización son ácidos o bases fuertes, ya que estas sustancias reaccionan completamente con el analito que las correspondientes especies débiles, de manera que se obtienen puntos finales bien definidos. Las soluciones patrón de ácidos se preparan por dilución de ácidos como clorhídrico, perclórico o sulfúrico concentrado. El ácido nítrico rara vez se emplea debido a que sus propiedades oxidantes facilitarían posibles reacciones indeseables. Cabe hacer notar que los ácidos perclórico y sulfúrico concentrados calientes son potentes agentes oxidantes y, por lo tanto, peligrosos. Sin embargo, las soluciones diluidas frías de estos reactivos por suerte son relativamente inocuas y se pueden emplear en el laboratorio analítico sin tomar más precauciones especiales que la protección con los aditamentos adecuados usados en el laboratorio (lentes de seguridad, guantes, etc.) Universidad Nacional Autónoma de México Página 15 Las soluciones patrón en pH alcalino generalmente se preparan a partir de hidróxidos de sodio o potasio y ocasionalmente de hidróxido de bario. Hay que recordar que cuando se manejan soluciones diluidas de estos reactivos siempre se deben usar lentes de seguridad [5]. 2.5 Electrodos y potenciometría 2.5.1 Potenciómetro (pH-metro) Es un instrumento (Figura 5) que tiene un sensor (electrodo) que utiliza el método electroquímico para medir el pH de una disolución. Figura 5. pH- metro (sensION pH31 Series) 2.5.2 La medida del pH y el electrodo de vidrio El electrodo de vidrio es un electrodo no convencional, cuya diferencia de potencial se desarrolla a través de una membrana que conecta iónicamente dos disoluciones, una interna (propia del electrodo) y otra externa (que es la de medida). Este potencial es sensible a los cambios en la actividad del ion hidrógeno en la disolución problema. Universidad Nacional Autónoma de México Página 16 Sorensen (en 1909) definió originalmente pH como el valor negativo del logaritmo de la concentración molar de iones hidrógeno referida a la concentración estándar (normalmente 1 M). Posteriormente se consideró preferible la definición en función de la actividad iónica relativa, es decir: pH = -log aH = -log(mH γH/m°) (1) Siendo aH la actividad relativa (en base molal), γH es el coeficiente de actividad del ión hidrógeno a la molalidad mH y mº la molalidad estándar. El pH intenta ser una medida de la actividad de iones hidrógeno en la solución electrolítica. Sin embargo como está definido en términos de una cantidad que no puede ser medida por un método termodinámicamente válido, la definición dada por la ecuación (1) sólo es una definición formal de pH. La medida primaria del pH se realizacon una celda de Hidrógeno sin transferencia, conocida como la Celda Harned Pt | H2 | H+, sol. buffer, Cl– | AgCl | Ag con un buffer estándar, iones hidrógeno y cloruro de potasio o sodio como contraiones, lo que permite utilizar el electrodo de plata -cloruro de plata o el de calomel (mercurio - cloruro mercurico) como electrodo de referencia. Las medidas prácticas de pH se realizan con el electrodo de vidrio, el cual es el único capaz de medir la actividad iónica únicamente por medio de la diferencia de potencial de su membrana. El circuito de medida es el correspondiente a un sistema en el equilibrio electroquímico por lo que se utiliza un voltímetro de alta resistencia. En base a ello la “Pure and Applied Chemistry” define al pH como la medida de la actividad en un circuito potenciométrico [10]. Universidad Nacional Autónoma de México Página 17 El electrodo de vidrio (Figura 6) consta de un delgado bulbo de vidrio (silicato o aluminosilicato tridimensional hidratado) sensible al pH, de composición química cuidadosamente controlada. Este bulbo se une a un tubo interno relleno con una disolución de HCl 0.1 M, la cual contiene un electrodo de referencia externo. Figura 6. Diagrama de un electrodo combinado de vidrio, con un electrodo de referencia de AgCl. El electrodo está sumergido en una disolución de pH desconocido, de forma que el tapón poroso queda por debajo de la superficie del líquido. Los dos electrodos de Ag miden el voltaje creado a través de la membrana [10]. Conexiones al potenciómetro (pH-metro) Entrada de aire Disolución acuosa saturada de AgCl y KCl Nivel del líquido del electrodo de referencia externo Nivel del líquido del electrodo de referencia interno Alambre de plata Nivel de la disolución en el vaso Tapón poroso que permite que vaya saliendo lentamente electrolito del electrodo HCl 0.1M saturado en KCl Membrana de vidrio AgCl(s)+ KCl(s) Pasta de AgCl suspendida entre los dos lados del alambre de Ag doblado Universidad Nacional Autónoma de México Página 18 En el caso de los electrodos combinados, los mismos se unen físicamente al electrodo de vidrio con uno de referencia externo para mayor comodidad en un mismo cuerpo físico. Por fuera del tubo interno, entonces se encuentra otro tubo, a modo de camisa, relleno con una disolución acuosa saturada de KCl, dentro del cual se encuentra otro electrodo de referencia pero interno, que permite cerrar el circuito y así realizar la medida de potencial. En el tubo exterior se suele tener un sistema correspondiente a un electrodo referencia sensible a los iones Cl- como el de calomel o el de plata/cloruro de plata, con una concentración de iones Cl- fija dada por la saturación de la disolución de KCl. Por otro lado, el electrodo de referencia usual en el tubo interno viene dado por la concentración fija de KCl y el electrodo de referencia. Los tubos externo e interno se encuentran físicamente separados, pero iónicamente conectados, por medio del flujo de iones a través de un tapón poroso [10]. 2.5.2.1 Funcionamiento del electrodo de vidrio La base del funcionamiento del electrodo de vidrio es la propia del intercambio de los H+ de la disolución con los iones monovalentes del vidrio, especialmente Na+, o Li+ a través de: H+sol + Li+vid ↔ Li+sol + H+vid (2) Los cationes monovalentes, en particular el Na+, pueden moverse lentamente a través de la red de silicatos (composición de la membrana del vidrio). La mayoría de los cationes metálicos situados en las regiones hidratadas del gel de la membrana se difunden, pasando del vidrio a la disolución. Al mismo tiempo, los H+ de la disolución pueden difundirse hacia el interior de la membrana. La reacción de sustitución de cationes metálicos por H+ en el vidrio es un equilibrio de intercambio. La razón de que un electrodo de vidrio responda selectivamente a H+, y no a los demás, es porque solo los H+ se enlazan significativamente a la capa hidratada de gel. Universidad Nacional Autónoma de México Página 19 La diferencia de potencial entre los electrodos interior y exterior de Ag/AgCl (figura 6) depende de la concentración de cloruro de cada comportamiento y de la diferencia de potencial a través de la membrana de vidrio. Como la concentración de cloruro es constante en cada comportamiento electrolítico, y la concentración de H+ también es constante en el interior de la membrana de vidrio, el único factor variable es el pH de la disolución de fuera de la membrana de vidrio [10]. La respuesta de un electrodo real de vidrio viene dada por la ecuación: E= constante+β (0.05916) log (AH+ (fuera)/AH+ (dentro)) a 25oC (3) El valor de β, la eficacia electromotriz, es próxima a 1.00 (típicamente>0.98). El término constante, llamado potencial de asimetría, se origina porque las dos caras de un objeto real nunca son idénticas, y existe un pequeño potencial incluso si las AH+ son iguales a ambos lados de la membrana. El potencial de asimetría se corrige calibrando el electrodo con una disolución de pH conocido [10]. 2.5.2.2 Calibrado de un electrodo Un electrodo de vidrio debe calibrase con uno (o más) soluciones amortiguadoras (buffer), escogidos de manera que el pH de la muestra que se quiere determinar quede encuadrado dentro del pH de esos estándares. Antes de usar un electrodo de pH hay que asegurarse de que quede abierto el orificio de entrada de aire, que hay cerca del extremo superior de la Figura 6. (La abertura se debe cerrar cuando se guarda el electrodo, para evitar la evaporación de la disolución que llena el compartimiento del electrodo de referencia). Lavar el electrodo con agua destilada y secarlo con suavidad con una toallita de papel. No frotarlo, porque se pueden producir estáticas en la superficie del vidrio. Sumergir el electrodo en un buffer de pH 7 y dejar que se equilibre agitando por un tiempo. Siguiendo las instrucciones del fabricante, ajustar la lectura del medidor (mediante el botón “calibrado”) de manera que señale el pH del buffer. Fijar la lectura (botón “Ok”). Después lavar el electrodo con agua, secarlo y sumergirlo en las otras soluciones amortiguadoras, cuyo valor de pH generalmente es 4 y 10. Repetir el mismo procedimiento que se utiliza al calibrar con buffer pH 7. Finalmente, sumergir el electrodo Universidad Nacional Autónoma de México Página 20 en la muestra problema, agitar el líquido, dejar que se estabilice la lectura, y leer el pH que marque el indicador del pH-metro. Guardar el electrodo de vidrio sumergido en una disolución acuosa, para evitar que se deshidrate el vidrio. Si el electrodo se seca, hay que volverlo a acondicionar manteniendo en agua durante varias horas [10]. 2.6 Indicadores ácido /base Muchas sustancias naturales y sintéticas presentan colores que dependen del pH de las soluciones en que se disuelven. Algunas de estas sustancias, que se han utilizado por siglos para indicar la acidez o alcalinidad del agua, aún se emplean como indicadores ácido/base. Un indicador ácido/base es un ácido o una base orgánicos débiles cuya forma no disociada tiene un color diferente al de su base o ácido conjugado. Como ejemplo, el siguiente equilibrio describe el comportamiento de un indicador ácido, HIn, típico HIn + H2O ↔ In- + H3O+ Color ácido Color básico En este caso, la disociación del indicador se acompaña de cambios en su estructura interna y un concomitante cambio de color. El equilibrio para un indicador básico, In, es In + H2O ↔ InH+ + OH-Color básico Color ácido La expresión para la constante de disociación de un indicador ácido toma la forma Ka= [H3O+][In -] (4) [HIn] Que por reordenación, lleva a [H3O+]= Ka [HIn] [In-] (5) De aquí vemos que la concentración de ion hidronio determina la relación de las formas ácida y básica conjugada del indicador [5,9]. Universidad Nacional Autónoma de México Página 21 El ojo humano es poco sensible a las diferencias de color en soluciones que contienen una mezcla de In- y HIN, en particular cuando la relación [In-]/[HIn] es poco más de 10 o menor que 0.1. Como consecuencia, para el observador común, el color que imparte a una solución un indicador típico parece cambiar rápidamente sólo dentro de las relaciones de concentración que están entre 10 y 0.1. A valores mayores o menores, para el ojo humano el color prácticamente se vuelve constante e independiente de esta relación. Por lo que se puede afirmar que el indicador promedio HIn exhibe su color ácido puro cuando [HIn] ≥ 10 [In-] 1 Y su color básico cuando [HIn] ≥ 1 [In-] 10 El color parece ser intermedio con relaciones de concentración entre estos dos valores. Estas relaciones varían considerablemente de un indicador a otro; además de que las personas tienen distinta capacidad para distinguir los colores [5,9]. Si las dos relaciones de concentración se sustituyen en la ecuación 5, se puede estimar el margen de concentración de ion hidronio que se requieren para que ocurra un cambio completo en el color del indicador. Así, para el color completamente ácido, [H3O+] ≥ Ka 10 1 De manera similar, para el color puramente básico, [H3O+] ≤ Ka 1 10 Universidad Nacional Autónoma de México Página 22 Para obtener el margen del indicador, se toman los logaritmos negativos de las dos expresiones: Intervalo de pH del indicador= -log 10Ka a –logKa/10 Intervalo de pH del indicador = -1 + pKa a -(-1)+ pKa Intervalo de pH del indicador= pKa +/- 1 (6) Por lo tanto, un indicador con una constante de disociación de 1 X 10-5 (pKa= 5) muestra un típico cambio total de color cuando el pH de la solución en que se disuelve cambia de 4 a 6 (ecuación 6). Una relación semejante para un indicador de tipo básico se puede obtener fácilmente [5,9]. El pH al cual cambia de color un indicador depende de la temperatura y fuerza iónica, así como de la presencia de disolventes orgánicos y de partículas coloidales. Algunos de estos efectos, en particular los dos últimos, pueden ocasionar que el intervalo de transición cambie por una o más unidades de pH [5,9]. 2.6.1 Fenolftaleína La fenolftaleína de fórmula (C2OH14O4) es un indicador de pH que en soluciones ácidas permanece incoloro, pero en presencia de bases toma un color rosado con un punto de viraje entre pH= 8.3 - 10 Es un compuesto químico orgánico que se obtiene por reacción del fenol (C6H5OH) y el anhídrido ftálico (C8H4O3) en presencia de ácido sulfúrico. El cambio de color está dado por las siguientes ecuaciones químicas: De medio neutro a medio básico: H2Fenolftaleína + 2 OH- ↔ Fenolftaleína2- + 2 H2O Incoloro → Rosa Universidad Nacional Autónoma de México Página 23 De medio básico a medio muy básico: Fenolftaleína2- + OH- ↔ Fenolftaleína (OH)3- Rosa → Incoloro De medio básico a medio neutro o ácido: Fenolftaleína2- + 2 H+ ↔ H2Fenolftaleína Rosa → Incoloro De medio neutro o ácido a medio muy ácido: H2Fenolftaleína + H+ ↔ H3Fenolftaleína+ Incoloro → Naranja En soluciones fuertemente básicas, la fenolftaleína se torna incolora. En soluciones fuertemente ácidas es naranja [11,12]. Universidad Nacional Autónoma de México Página 24 II Procedimiento Experimental Universidad Nacional Autónoma de México Página 25 3. Procedimiento Experimental 3.1 Materiales y Reactivos EDTA Disódico R.A. (JT Baker, México; Ensayo: 99.6%), EDTA Disódico materia prima (Ensayo: No Disponible), NaOH (JT Baker, México; Ensayo: 97%), HCl, CaCO3, BaCl2 (JT Baker, México; Ensayo: 99%)). Azul de Hidroxinaftol, Fenolftaleína (JT Baker, México) y material de vidrio común, bureta. 3.2 Equipos Balanza analítica digital (Mettler Toledo PB303-S), balanza analítica (Sauter sin modelo), potenciómetro con electrodo de vidrio combinado (Hanna HI 9124), potenciómetro con electrodo de vidrio combinado (senION pH-38), potenciómetro con electrodo de vidrio combinado (Conductronic pH-110), parrilla con agitador magnético (Cimarec Barnsted Thermolyne). 3.3 Metodología seguida de acuerdo a la FEUM décima edición (Farmacopea de los Estados Unidos Mexicanos), 2011, capitulo “Aditivos”, pag. 635. Preparación de la muestra Se pesaron aproximadamente 5 g de EDTA disódico. Se disolvieron en aproximadamente 100 mL de agua contenidos en un matraz volumétrico de 250 mL, se agregó agua a volumen y se mezcló. A esta solución se le llamó –Preparación de la muestra- Universidad Nacional Autónoma de México Página 26 Valoración Se pesaron 200 mg de sustancia de referencia de carbonato de calcio para quelatometría. Posteriormente, se transfirieron a un vaso de precipitado de 400 mL. Se agregaron 10 mL de agua y se agitó por rotación moderada hasta formar una suspensión espesa. Se cubrió el vaso de precipitado con un vidrio de reloj y, sin retirarlo, se agregaron 2 mL de HCl 3 N, se agitó y se disolvió el calcio. Se diluyó con agua hasta aprox. 100 mL (Solución). Se agitó la solución con un agitador magnético, se agregaron aprox. 30 mL de la preparación de valoración (EDTA) con una bureta de 50 mL. Se agregaron 15 mL de NaOH 1 N y una pequeña cantidad (aprox. 0.30 g) de azul de hidroxinaftol, y se continuó la valoración con preparación de la muestra hasta llegar a un punto final azul. Universidad Nacional Autónoma de México Página 27 Se pesaron aproximadamente 5 g de EDTA disódico. Se disolvieron en aproximadamente 100 mL de agua contenidos en un matraz volumétrico de 250 mL, se agregó agua a volumen y se mezcló. A esta solución se le llamó –Preparación de la muestra- 3.4 Propuesta 1: Disminución de volúmenes de trabajo (10 veces menor). Preparación de la muestra Valoración Se pesaron 20 mg de estándar de carbonato de calcio para quelatometría. Posteriormente, se transfirieron a un vaso de precipitado de 50 mL, se agregó 3 mL de agua y se agitó por rotación moderada hasta formar una suspensión espesa. Se cubrió el vaso de precipitado con un vidrio de reloj y, sin retirarlo, se agregaron unas gotas (aprox. 0.5 mL) de HCl 3 N, se agitó y se disolvió el calcio. Se diluyó con agua hasta aprox. 10 mL (Solución) Se agitó la solución con un agitador magnético, se agregaron aprox. 3.0 mL de la preparación de valoración (EDTA) con una bureta de 25 mL. Se agregaron 1.5 mL de NaOH 1 N y una cantidad muy pequeña de azul de hidroxinaftol triturado. Se continuó la valoración con la preparación de la muestra hasta un punto final azul. Universidad Nacional Autónoma de México Página 28 Se pesaron aproximadamente 5 g de EDTA disódico Se disolvieron en aproximadamente100 mL de agua contenidos en un matraz volumétrico de 250 mL, se agregó agua a volumen y se mezcló. A esta solución se le llamó –Preparación de la muestra- 3.5 Variación de la propuesta 1: Disminución de volúmenes de trabajo (4 veces menor) Preparación de la muestra Valoración Se pesaron 50 mg de estándar de carbonato de calcio para quelatometría. Posteriormente, se transfirieron a un vaso de precipitado de 100 mL. Se agregaron 5 mL de agua y se agitó por rotación moderada hasta formar una suspensión espesa. Se cubrió el vaso de precipitado con un vidrio de reloj y, sin retirarlo, se agregaron 1 mL de HCl 3 N, se agitó y se disolvió el calcio. Se diluyó con agua hasta aprox. 20 mL (Solución). Se agitó la solución con un agitador magnético, se agregaron aprox. 7 mL de la preparación de valoración (EDTA) con una bureta de 25 mL Se agregaron 5 mL de NaOH 1 N y una cantidad muy pequeña de azul de hidroxinaftol triturado, y se continuó la valoración con la preparación de la muestra hasta un punto final azul. Universidad Nacional Autónoma de México Página 29 Se pesaron aproximadamente 1.86 g de EDTA disódico R.A. Se disolvieron en aproximadamente 80 mL de agua contenidos en un matraz volumétrico de 100 mL, se agregó agua a volumen y se mezcló. A esta solución se le llamó –Solución problema- 3.6 Propuesta 2: Titulación ácido-base 3.6.1 Titulación ácido base con empleo de pH-metro y uso de indicador para la determinación de EDTA disódico 3.6.1.1Valoración de EDTA disódico R.A. (Reactivo Analítico). Preparación de la solución problema Valoración Se tomaron 5 mL de solución problema de EDTA (0.05 M) con ayuda de una pipeta volumétrica. Transferir a un vaso de volumen pequeño Se añadieron con ayuda de una pipeta volumétrica 1,3 ó 5 mL de solución de BaCl2 0.5 M y se agregan unas gotas de fenolftaleína como indicador. Se agitó con una barra magnética para mezclar perfectamente la solución. Se colocó el electrodo combinado de vidrio, y se procedió con la valoración - repetida 6 veces para cada volumen de BaCl2 (1, 3 ó 5) con NaOH estandarizado (0.1M), añadir de 0.5 mL en 0.5 mL hasta alcanzar el vire del indicador. Universidad Nacional Autónoma de México Página 30 Se pesaron aproximadamente 1.86 g de EDTA disódico M. P. Se disolvieron en aproximadamente 80 mL de agua contenidos en un matraz volumétrico de 100 mL, se agregó agua a volumen y se mezcló. A esta solución se le llamó –Solución problema- 3.6.1.2 Valoración de EDTA M.P (Materia Prima) Preparación de la solución problema Valoración Se tomaron 5 mL de solución problema de EDTA (0.05 M) con ayuda de una pipeta volumétrica. Transferir a un vaso de precipitados de volumen pequeño. Se añadieron con ayuda de una pipeta volumétrica 3 mL de solución de BaCl2 0.5 M. Se agregan unas gotas de Fenolftaleína. Se agitó con una barra magnética para mezclar perfectamente la solución. Se colocó el electrodo combinado de vidrio, y se procedió con la valoración – repetida por sextuplicado- con NaOH estandarizado (0.1 M), añadir de 0.5 mL en 0.5 mL hasta alcanzar el vire del indicador. Universidad Nacional Autónoma de México Página 31 3.6.1.2.1 Valoración de EDTA Materia Prima para evaluar la robustez del método 1.- Preparar 5 niveles de concentración de EDTA disódico: 0.03, 0.04 0.05, 0.06 y 0.07 M 2.- Valorar (ver procedimiento para valoración de materia prima de EDTA disódico) por sextuplicado cada nivel de concentración. 3.- Calcular la concentración y cantidad de EDTA para cada nivel de concentración. 3.6.1.2.2 Valoración de EDTA Materia Prima para evaluar la Reproducibilidad. 1.-Realizar el procedimiento de valoración para EDTA disódico en dos días diferentes y por un analista diferente (analista 2) 2.- Calcular la concentración obtenida a partir de los datos de volumen en punto final de valoración y la cantidad de EDTA disódico. 3.- Realizar el tratamiento estadístico (ANOVA) a los resultados obtenidos Universidad Nacional Autónoma de México Página 32 En un vaso de precipitados o un matraz Erlenmeyer de 50 mL pesar aproximadamente 60 mg de EDTA R.A. 3.7 Modificación de la Propuesta 2: Simplificación de la valoración ácido base con empleo de indicador. 3.7.1Valoración de EDTA disódico R.A. Con ayuda de una pipeta, agregar 10 mL de agua y agitar el contenido del vaso, preferiblemente con un agitador magnético, hasta que se disuelva por completo. Mantener en agitación a lo largo del procedimiento. Agregar al contenido del vaso 3 mL de BaCl2 0.5 M y unas gotas de fenolftaleína. -Solución problema- Con una bureta de 25 mL que contiene NaOH S.V. 0.1 N comenzar la valoración de la solución problema hasta llegar al punto final de la valoración (color rosa). Universidad Nacional Autónoma de México Página 33 En un vaso de precipitados o un matraz Erlenmeyer de 50 mL pesar aproximadamente 60 mg de EDTA M.P. 3.7.2 Valoración de EDTA disódico Materia Prima 3.7.2.1 Valoración de EDTA materia prima para evaluar la Robustez Preparar 5 niveles de concentración de EDTA disódico: 0.03, 0.04, 0.05, 0.06 y 0.07 M. Valorar (ver procedimiento para valoración de EDTA disódico M.P.) por sextuplicado cada nivel. 3.7.2.2 Valoración de EDTA materia prima para evaluar la Reproducibilidad 1.-Realizar el procedimiento de valoración para EDTA disódico en dos días diferentes y por un analista diferente (analista 2). 2.- Determinar la cantidad exacta de EDTA a partir del punto final de valoración. 3.- Realizar el tratamiento estadístico (ANOVA) a los resultados obtenidos. Con ayuda de una pipeta, agregar 10 mL de agua y agitar el contenido del vaso, preferiblemente con un agitador magnético, hasta que se disuelva por completo. Mantener en agitación a lo largo del procedimiento. Agregar al contenido del vaso 3 mL de BaCl2 0.5 M y unas gotas de fenolftaleína. -Solución problema- Con una bureta de 25 mL que contiene NaOH S.V. 0.1 N comenzar la valoración de la solución problema hasta llegar al punto final de la valoración (color rosa). Universidad Nacional Autónoma de México Página 34 Figura 7. Diagrama general para la metodología FEUM, Propuesta 1 y variación de la propuesta 1 Universidad Nacional Autónoma de México Página 35 Figura 8. Diagrama general para la propuesta 2 y variación de la propuesta 2. Universidad Nacional Autónoma de México Página 36 III Resultados y Discusión Universidad Nacional Autónoma de México Página 37 4.- Metodología FEUM para la determinación de EDTA disódico Se llevó a cabo el procedimiento de valoración para la determinación complejométrica de EDTA disódico de acuerdo a lo establecido con la FEUM [1]. Cabe destacar que las reacciones que se llevan a cabo son las siguientes: CaCO3↓ + 2H+ <======> H2CO3 + Ca2+ (7) H+ + Ca (OH)+ + Y4- <======> CaY2- + H2O (8) La ecuación 7 representa la primera reacción que se lleva a cabo en el procedimiento. Ésta reacción se efectúa para “liberar” el calcio y que pueda reaccionar con el EDTA, formando un complejo. El pH en el que se da la reacción es de 1.70. Después de liberar el calcio se lleva la reacción complejométrica (ecuación 8), siendo ésta la reacción principal en la metodología. Cabe destacar que al llevarse a cabo estareacción el pH de la misma cambia bruscamente de 1.70 a 13.10 debido a la adición de 15 mL de NaOH 1 N (1 M), es por eso que la especie participante en la reacción es Ca(OH)+. Como un dato adicional: para la preparación y valoración se pesaron aproximadamente 5g de EDTA disódico R.A., aforando a 250 mL, y utilizando azul de hidroxinaftol como indicador. A continuación se muestran de manera general las ecuaciones que se utilizaron para obtener el peso, en miligramos, de reactivo analitico de EDTA disódico utilizado en la valoración complejométrica correspondiente a la metodología de la FEUM. Primeramente se muestra la ecuación 9 utilizada para obtener los milimoles de Ca2+ a partir de la cantidad pesada de carbonato de calcio. (mg de carbonato de calcio pesados)(peso molecular de carbonato de calcio)= milimoles de carbonato de calcio= milimoles de Ca2+ (9) Sustituyendo los valores obtenidos en la experimentación, la ecuación 9 queda de la siguiente manera: (200 mg CaCO3)( � ���� ���� � . �� � �� ���� )= 1.9981 mmol de CaCO3= 1.9981 mmol de Ca 2+ Universidad Nacional Autónoma de México Página 38 Tomando en cuenta que la relación estequiométrica es 1 a 1 (ecuación 8), la concentración de EDTA disódico se determinó de la siguiente manera: ��������� �� ���� �� �������� �� !�"�!�#�ó% �� &���!�#�ó% (()*+) = Concentración molar de EDTA (10) Sustituyendo los valores obtenidos de la valoración en la ecuación 10, la concentración de EDTA disódico se calcula de la siguiente manera: �.��?� ���� ���� @.A �� = 0.0534 M Se procedió a convertir la concentración de EDTA disódico en cantidad: (Concentración molar de EDTA)(peso molecular de EDTA)(pureza)(volumen de aforo de la preparación de valoración)= Cantidad de EDTA disódico. (11) Sustituyendo los valores en la ecuación 11, la cantidad de EDTA disódico se obtiene así: ( . B A ��� � C ) D @E.EBE ()*+ F.G � ��� ()*+ )HIó�HJ�K D � ()*+ )HIó�HJ� F.+. ��.L ()*+ F.G. K (0.25 O) = P. QQRS T UVWX Y. X. Los resultados obtenidos en la determinación de EDTA disódico, realizando la metodología publicada en la FEUM se muestran en la Tabla 1. Tabla 1. Resultados obtenidos para la determinación de EDTA disódico R.A (Método FEUM) Metodología FEUM Peso CaCO3 (mg) Vol. EDTA 0.0536M (mL) Cant. EDTA (mg) 200 37.4 4.99 203 37.6 5.04 202 37.6 5.02 202 37.7 5.00 204 38 5.01 201 37.4 5.01 Prom. 37.61 5.012 S 0.2228 0.0161 CV 0.5923 0.3215 Universidad Nacional Autónoma de México Página 39 4.1 Propuesta 1: Disminución de volúmenes de trabajo (10 veces menor). Para realizar este método se redujeron los volúmenes de trabajo 10 veces por debajo de los volúmenes establecidos en el procedimiento original [1]. Esto con la intención de reducir costos y generación de residuos, pero tratando de asegurar que los resultados fueran lo más parecidos en ambos casos (Propuesta FEUM y Propuesta 1). Es decir, al calcular la cantidad de EDTA se obtienen cantidades similares a las que se trabajan al momento de la - preparación de la muestra- Utilizando las ecuaciones 9, 10 y 11, se obtienen los resultados (Tabla 2) correspondientes a la propuesta 1 Tabla 2. Resultados obtenidos en la Propuesta 1 para EDTA disódico R.A. Propuesta 1: 10 veces menor Peso CaCO3 (mg) Vol. EDTA 0.0536M (mL) Cant. EDTA (mg) 20.6 4.1 4.69 23.1 4.5 4.79 22.4 4.4 4.75 24 4.8 4.66 21.5 4.2 4.77 24 4.7 4.77 Prom. 4.7383 S 0.05154 CV 1.087 Universidad Nacional Autónoma de México Página 40 4.2 Variación de la propuesta 1: Disminución de volúmenes de trabajo (4 veces menor). De manera similar a la propuesta 1, en este método se redujeron los volúmenes de trabajo sólo que a cuatro veces menos en relación a los volúmenes y cantidades sugeridas en el procedimiento original establecido por la FEUM [1]. Esto con la misma intención de reducir costos y generación de residuos, pero tratando de asegurar que los resultados se mantuvieran confiables y con buena precisión. El plantear esta variación en la metodología resultaba sencillo porque ya se había trabajado con una reducción considerable de las cantidades y volúmenes utilizados (10 veces menos). Entonces, estas cantidades y volúmenes de trabajo eran -intermedias-, pues eran cantidades y volúmenes de trabajo que oscilaron entre las utilizadas en el método original (FEUM y la propuesta 1). Para el caso de esta variación o modificación de la metodología, los resultados obtenidos no difieren de manera considerable si se les compara con los obtenidos en la metodología original y en la propuesta 1. Utilizando las ecuaciones 9, 10 y 11, se procede a calcular la cantidad de EDTA disódico en la proporción agregada de preparación de la valoración. Para realizar estos cálculos se toma en cuenta que para la preparación de la misma se pesaron aproximadamente 4.6868 g. de EDTA disódico. Estos resultados se muestran en la Tabla 3. Tabla 3. Resultados obtenidos en la Variación de la propuesta 1. Variación de la propuesta 1: 4 veces menor Peso CaCO3 (mg) Vol. EDTA 0.0501M (mL) Cant. EDTA (mg) 52.5 10.3 4.76 53.7 10.6 4.73 51.4 10.2 4.70 54.1 10.8 4.68 51.4 10.1 4.75 54.1 10.7 4.72 Prom. 4.723 S 0.0298 CV 0.6318 Universidad Nacional Autónoma de México Página 41 Al comparar los resultados obtenidos en las metodologías anteriores se puede ver que de acuerdo a los resultados de las Tablas 2 y 3, el peso obtenido de EDTA Disódico es muy similar al peso obtenido en la metodología original (ver Tabla 1), es decir, en los tres diferentes métodos se obtiene una cantidad de EDTA muy parecida. Como se observó en la Tabla 2, al reducir 10 veces las cantidades a pesar, se obtienen resultados similares a los de la metodología FEUM. Por otra parte, la modificación a la propuesta 1 también arroja resultados similares (ver Tabla 3). En cuanto a precisión, las metodologías anteriores (Metodología FEUM, propuesta 1 y variación de la propuesta 1) muestran que se mantienen dentro de los parámetros establecidos. Para ello se toma como referencia los datos estadísticos como son la desviación estándar y el CV Los criterios de aceptación dictan que para que un método fisicoquímico cuente con precisión, éste no debe superar el 2% por lo que se considera que las metodologías anteriores cuentan con la precisión requerida. Estos métodos tienen diversas ventajas, siendo la principal la reducción de costos y la menor generación de residuos, además del ahorro de tiempo por parte del analista, el cual en menos adiciones llega al punto final de la valoración. Universidad Nacional Autónoma de México Página 42 5. Propuesta 2: Titulación ácido-base. En esta metodología llevó a cabo una valoración ácido – base para la determinación de EDTA disódico. Este método consistió en plantear, primeramente, la reacción H2Y2- + Ba2+ ↔ BaY2- + 2H+ valorándose los protones liberados con NaOH, siendo una reacción ácido fuerte - base fuerte dando un punto de equivalencia bien definido en el punto medio de la curva. Las reacciones que se llevan a cabo son las siguientes: H2Y2- + Ba2+ <===> BaY2- + 2H+ (12) H+ + OH- <===> H20 (13) La reacción (13) representa la reacción principal de valoración que se lleva a cabo. 5.1 Titulación ácido-base con empleo de un potenciómetro (pH-metro) para la determinación de EDTA disódico R.A. Se procedió a realizar el procedimiento (ver punto 3.6), primeramente, para reactivo analítico de EDTA disódico. Siguiendoel procedimiento se adicionaron 1, 3 y 5 mL de BaCl2 respectivamente. Se realizaron 6 repeticiones para cada uno de los volúmenes de BaCl2 establecidos. Todo esto con el fin de definir un volumen adecuado de BaCl2 que brindara resultados confiables. Universidad Nacional Autónoma de México Página 43 A continuación se presentan los resultados obtenidos a partir de la valoración de EDTA disódico reactivo analítico, usando un potenciómetro (Conductronic pH-120) y empleando diferentes volúmenes de BaCl2. a) Resultados obtenidos con el uso de 1 mL de BaCl2 en la valoración: Tabla 4.- Resultados de pH experimental en función del volumen agregado de NaOH en la valoración de EDTA disódico, utilizando 1 mL de BaCl2. Vol agreg. NaOH 0.1075M (mL) pH Exp. 1 pH Exp. 2 pH Exp. 3 pH Exp. 4 pH Exp. 5 pH Exp. 6 Prom. S CV 0 4.52 4.47 4.53 4.5 4.51 4.52 4.51 0.0214 0.47 0.5 4.82 4.80 4.83 4.82 4.81 4.82 4.82 0.0103 0.21 1 5.03 5.01 5.04 5.02 5.02 5.05 5.03 0.0147 0.29 1.5 5.17 5.19 5.2 5.2 5.17 5.19 5.19 0.0137 0.26 2 5.3 5.28 5.29 5.3 5.28 5.29 5.29 0.0089 0.17 2.5 5.41 5.40 5.43 5.42 5.4 5.4 5.41 0.0126 0.23 3 5.53 5.52 5.54 5.53 5.51 5.51 5.52 0.0121 0.22 3.5 5.65 5.67 5.69 5.67 5.65 5.65 5.66 0.0163 0.29 4 5.86 5.83 5.85 5.85 5.83 5.81 5.84 0.0183 0.31 4.5 6.25 6.19 6.26 6.21 6.22 6.22 6.23 0.0259 0.42 5 11.31 11.24 11.3 11.3 11.2 11.2 11.27 0.0335 0.30 5.5 11.71 11.75 11.8 11.7 11.7 11.7 11.73 0.0204 0.17 6 11.88 11.89 11.9 11.9 11.9 11.9 11.89 0.0082 0.07 6.5 11.98 12.03 12 12 12 12 12.01 0.0204 0.17 7 12.08 12.12 12.1 12.1 12.1 12.1 12.10 0.0164 0.14 7.5 12.15 12.17 12.2 12.2 12.2 12.1 12.16 0.0147 0.12 8 12.21 12.23 12.2 12.2 12.2 12.2 12.21 0.0110 0.09 8.5 12.23 12.27 12.3 12.2 12.2 12.2 12.24 0.0151 0.12 9 12.27 12.30 12.3 12.3 12.3 12.3 12.28 0.0121 0.10 Universidad Nacional Autónoma de México Página 44 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 p H Volumen gastado de NaOH 0.01075N (mL) Figura 9. Representación gráfica de las 6 Curvas de valoración potenciométricas obtenidas para EDTA R.A., usando 1 mL de BaCl2. La Figura 9 muestra las 6 curvas de valoración correspondientes a la valoración de EDTA, usando 1 mL de BaCl2. A continuación (Tabla 5) se muestran los valores de delta de pH en función del volumen agregado de NaOH. Estos valores y su respectivo gráfico (Figura 10) se utilizaron para calcular el volumen de valorante necesario para llegar al punto de equivalencia. Universidad Nacional Autónoma de México Página 45 Tabla 5. Delta de pH en función del volumen agregado de NaOH en la valoración de 5 mL de EDTA + 1 mL de BaCl2 Vol agreg. NaOH 0.1M (mL) Delta pH 1 Delta pH 2 Delta pH 3 Delta pH 4 Delta pH 5 Delta pH 6 0 - - - - - - 0.5 0.3 0.33 0.3 0.32 0.3 0.3 1 0.21 0.21 0.21 0.2 0.21 0.23 1.5 0.14 0.18 0.16 0.18 0.15 0.14 2 0.13 0.09 0.09 0.1 0.11 0.1 2.5 0.11 0.12 0.14 0.12 0.12 0.11 3 0.12 0.12 0.11 0.11 0.11 0.11 3.5 0.12 0.15 0.15 0.14 0.14 0.14 4 0.21 0.16 0.16 0.18 0.18 0.16 4.5 0.39 0.36 0.41 0.36 0.39 0.41 5 5.06 5.05 5.03 5.09 5.02 5.02 5.5 0.4 0.51 0.46 0.44 0.47 0.47 6 0.17 0.14 0.13 0.16 0.18 0.17 6.5 0.1 0.14 0.13 0.13 0.1 0.13 7 0.1 0.09 0.08 0.08 0.09 0.08 7.5 0.07 0.05 0.07 0.07 0.07 0.05 8 0.06 0.06 0.04 0.03 0.06 0.06 8.5 0.02 0.04 0.05 0.03 0.02 0.04 9 0.04 0.03 0.04 0.05 0.04 0.04 Universidad Nacional Autónoma de México Página 46 0 1 2 3 4 5 6 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5 8 8.5 9 9.5 10 D e lt a p H Volumen agregado NaOH 0.1075M (mL) Figura 10. Delta pH en función del volumen agregado de NaOH El valor de delta pH máximo permite determinar el punto de equivalencia. Usando éste en la ecuación de la recta se determina el volumen necesario de NaOH para llegar al mismo. A fin de ilustrar como se realiza la determinación del volumen de equivalencia utilizando el grafico de delta de pH, se explica con un ejemplo. Ejemplo: A partir de los siguientes datos se obtiene el volumen necesario de valorante para llegar al punto de equivalencia. -El valor de delta de pH para la primer valoración es 5.06 (es la diferencia entre las lecturas de pH 6.25 y pH 11.31) -La ecuación de la recta que corresponde al primer ensayo de la valoración de pH exp. 1= F(Vol agreg. NaOH) es: y=mx + b (14) y= 1.1157x + 3.4721 Universidad Nacional Autónoma de México Página 47 Como el delta es la diferencia entre dos puntos, en este caso lecturas de pH, se divide el valor de delta entre 2. B. L E = 2.53 El valor resultante se suma al valor inferior en el que comienza a darse el cambio significativo de pH (6.25). También se puede restar al valor superior donde el cambio significativo de pH termina (11.31). 2.53 + 6.25= 8.78 Ahora, sustituimos el valor anterior en la ecuación de la recta (ecuación 14). y= 1.1157x + 3.4721 8.78=1.1157x + 3.4721 Donde “Y” es el valor de pH en el que se llega al punto de equivalencia “x” es el valor de volumen necesario de valorante para llegar el punto de equivalencia. Para ello se despeja la incógnita y se sustituyen los valores en la ecuación 15 como se muestra a continuación: x= Z [ \ � (15) ] = 8.78 − 3.47211.1157 x=4.7574≈ 4.76 mL (Ver tabla 6) Después de obtener el volumen necesario de valorante para alcanzar el punto de equivalencia se calcula la concentración y la cantidad obtenida de EDTA disódico en la valoración. Universidad Nacional Autónoma de México Página 48 Para determinar la concentración y cantidad de EDTA disódico presente en la solución problema se toman en cuenta las ecuaciones 12 y 13, y se realizan una serie de cálculos. Estos cálculos se llevan a partir de los volúmenes de punto de equivalencia obtenidos con las ecuaciones 14 y 15 y se muestran en la Tabla 6. A continuación se presenta la forma en cómo se realizaron los cálculos para determinar la concentración y cantidad de EDTA. Como ya se mencionó anteriormente se toman en cuenta las ecuaciones 12 y 13 como se muestra: H2Y2- + Ba2+ <===> BaY2- + 2H+ (12) Inicio) 0.25585mmol 4.7 mL(0.1075 M)= 0.5117 mmol H+ + OH- <===> H20 (13) 0.25585 mmol 0.25585 mmol En base a los datos mostrados arriba se procede a calcular la concentración y la cantidad de EDTA disódico contenida en la solución problema. Para ello, se utiliza la ecuación 16 como se muestra enseguida: ���� ()*+ �HIó�HJ� c��d��e ��íJd�g� ()*+ �HIó�HJ� h�i c���i�i (�C) (16) Sustituyendo los valores, la ecuación 16 queda así: ( .EBB?B ���� ���� ���ó��#� B �C ()*+ )HIó�HJ� ) = 0.05117 M Para obtener la cantidad de EDTA se parte de la concentración obtenida en la ecuación 16 y se plantea la siguiente ecuación: (Concentración EDTA disódico)(Volumen de aforo de la solución problema)(Peso molecular)(Pureza)= cantidad, en gramos, de EDTA disódico. (17) Sustituyendo los datos, la ecuación 17 queda de la siguiente manera: ( . B��@ ���� ���� ���ó��#� � �� )(100mL)( @E.EBE � ���� ���ó��#� � ���� ()*+ ) ( � � ()*+ F.+ ��.L � ()*+ F.G. )=1912.4633 mg EDTA R.A. = 1.9124 g EDTA Disódico R.A (ver Tabla 6) Universidad Nacional Autónoma de México Página 49
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