¿Qué acidez tiene el vinagre? Tres indicadores, tres respuestas
En el laboratorio de un ciclo formativo de Lugo se valida la acidez de un vinagre de vino. Se pipetean 10,00 mL de muestra, se enrasan a 100,0 mL con agua destilada y se valoran tres alícuotas de 25,00 mL con NaOH 0,1000 mol/L estandarizado frente a ftalato ácido de potasio. Tres estudiantes valoran con indicadores distintos: A usa rojo de metilo (viraje 4,4–6,2), B fenolftaleína (8,2–10,0) y C azul de bromotimol (6,0–7,6). Los volúmenes medios son 16,90 mL, 18,45 mL y 18,20 mL, respectivamente. La etiqueta indica 5,0 g de ácido acético por 100 mL. Datos: densidad de la muestra 1,011 g/mL; Ka del ácido acético 1,8·10⁻⁵ (pKa 4,76); masa molar 60,05 g/mol. El profesor pide decidir qué resultado se informa, si el producto cumple la etiqueta y por qué los tres números no coinciden.
1. Calcula, a partir del dato de B, la concentración de ácido acético en g/100 mL y en % en masa, y decide si el producto cumple la etiqueta. ¿Qué comprobaciones harías antes de informar de un incumplimiento?
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Moles de NaOH en la alícuota: 0,1000 mol/L · 0,01845 L = 1,845·10⁻³ mol.
Estequiometría 1:1 (CH₃COOH + NaOH → CH₃COONa + H₂O): hay 1,845·10⁻³ mol de ácido en 25,00 mL de disolución diluida.
Referido a la muestra original: la dilución es 10,00 → 100,0 mL (factor 10), y la alícuota es 1/4 del volumen diluido: n = 1,845·10⁻³ · 4 = 7,380·10⁻³ mol en los 10,00 mL pipeteados. m = 7,380·10⁻³ · 60,05 = 0,4432 g.
Resultados: 0,4432 g / 10,00 mL → 4,43 g/100 mL. Masa de la muestra: 10,00 mL · 1,011 g/mL = 10,11 g → 0,4432/10,11 = 4,38 % en masa.
Cumplimiento: la etiqueta declara 5,0 g/100 mL; el valor obtenido es un 11 % inferior. La incertidumbre del método (bureta ±0,05 mL → 0,3 %, pipetas y patrón → ~0,5 % en total) es unas veinte veces menor que la diferencia, así que no se explica por azar.
Antes de informar un incumplimiento: verificar que el NaOH no ha envejecido ni absorbido CO₂ (reestandarizar), comprobar la calibración de la pipeta y de la bureta, confirmar el significado de la etiqueta (¿g/100 mL o g/100 g?), analizar una segunda botella del mismo lote y, si es posible, un material de referencia. Un desvío del 11 % es más probable que provenga de un fallo analítico que de un fraude, y la carga probatoria recae en el laboratorio.
2. Explica con el pH de equivalencia por qué A y C dan resultados más bajos que B, calcula la fracción de ácido valorada en cada caso y decide qué indicador es el adecuado.
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pH de equivalencia. En el punto de equivalencia solo hay acetato, una base débil. Concentración aproximada en el erlenmeyer: 7,38·10⁻³ mol / 0,1185 L ≈ 0,062 mol/L. Kb = Kw/Ka = 1,0·10⁻¹⁴ / 1,8·10⁻⁵ = 5,6·10⁻¹⁰. [OH⁻] = √(Kb·C) = √(5,6·10⁻¹⁰ · 0,062) ≈ 5,9·10⁻⁶ mol/L → pOH ≈ 5,23 → pH ≈ 8,8.
El indicador debe virar en torno a 8,8: solo la fenolftaleína (8,2–10,0) lo hace. El azul de bromotimol (6,0–7,6) y el rojo de metilo (4,4–6,2) viran antes de la equivalencia y, por tanto, subestiman.
Fracción valorada (Henderson-Hasselbalch: fracción = 1/(1 + 10^(pKa − pH))):
- A, viraje ≈ pH 5,8: 10^(4,76−5,8) = 0,091 → fracción ≈ 0,916 → 8,4 % por debajo de la equivalencia. Coherente con 16,90/18,45 = 0,916.
- C, viraje ≈ pH 6,6: 10^(4,76−6,6) = 0,0145 → fracción ≈ 0,986 → 1,4 % por debajo. Coherente con 18,20/18,45 = 0,986.
Conclusión: se informa 18,45 mL (fenolftaleína). El valor de C es un control de coherencia excelente: corregido por el sesgo predicho (18,20/0,986 = 18,46 mL) coincide con B, lo que refuerza la validez del resultado. El de A no debe promediarse con los demás: es un error sistemático de método, no una réplica.
3. El responsable propone valorar directamente 25,00 mL de vinagre sin diluir para ahorrar material y tiempo. Con la bureta disponible (50,00 mL) y NaOH 0,1000 mol/L, ¿es viable? Calcula y justifica, y propone una alternativa.
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Cálculo: la muestra contiene 4,43 g/100 mL, es decir, 0,0443 g/mL · 25,00 mL = 1,108 g de ácido acético, que son 1,108/60,05 = 1,845·10⁻² mol.
Volumen de NaOH 0,1000 mol/L necesario: V = n/c = 1,845·10⁻² / 0,1000 = 0,1845 L = 184,5 mL.
No es viable. Se necesitarían casi cuatro buretas llenas: habría que rellenar a mitad de valoración, lo que introduce un error grande (cada relleno implica una lectura más y una posible pérdida de cuenta de volumen), y el punto final sería prácticamente imposible de apreciar porque el indicador se descargaría sobre una disolución muy concentrada y el viraje sería brusco y tardío.
Alternativas, por orden de preferencia:
- Mantener la dilución del protocolo (10,00 → 100,0 mL): es la que hace que el volumen gastado (≈18 mL) caiga en la zona central de la bureta, donde la incertidumbre relativa es menor.
- Si se quiere evitar la dilución, reducir la toma de muestra: 5,00 mL de vinagre consumirían ≈37 mL de NaOH 0,1000 mol/L, viables en una bureta de 50 mL aunque con poco margen.
- Otra opción válida es diluir la muestra y usar una alícuota mayor (50,00 mL), pero nunca aumentar la concentración de la muestra en la bureta.
El criterio de calidad no es gastar menos, sino que el volumen valorado quede entre el 30 % y el 80 % de la capacidad de la bureta y que el viraje sea perceptible.