Control de calidad de vinagre: valoración, pH de equivalencia e indicador
Un laboratorio de control de calidad analiza un vinagre comercial cuya etiqueta indica 5,0 g de ácido acético por 100 mL. Se toman 25,0 mL de vinagre y se diluyen hasta 250,0 mL en un matraz aforado. De la disolución diluida se valoran 25,0 mL con NaOH 0,100 mol·L⁻¹, gastándose 18,75 mL hasta el punto de equivalencia. La densidad del vinagre es 1,01 g·mL⁻¹ y su único ácido apreciable es el acético (Ka = 1,8·10⁻⁵; Kw = 1,0·10⁻¹⁴; masa molar 60,05 g·mol⁻¹). El responsable duda entre usar fenolftaleína (viraje 8,2-10,0) o naranja de metilo (3,1-4,4) y quiere saber si el producto cumple la etiqueta. Además, debe explicar por qué el pH en el punto de equivalencia no es 7.
1. Calcule el contenido de ácido acético del vinagre original en % masa/volumen y compare con la etiqueta.
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n(NaOH) = 0,01875 L × 0,100 mol·L⁻¹ = 1,875 × 10⁻³ mol. La estequiometría es 1:1, así que en los 25,0 mL valorados hay 1,875 × 10⁻³ mol de ácido acético.
La disolución diluida contenía 250,0 mL, diez veces más volumen que la alícuota: n(ácido) en el matraz = 1,875 × 10⁻² mol. Esos moles proceden de los 25,0 mL de vinagre original. m = 1,875 × 10⁻² × 60,05 = 1,126 g. Por tanto, % masa/volumen = (1,126 g/25,0 mL) × 100 = 4,50 g/100 mL.
La etiqueta indica 5,0 g/100 mL; el valor medido es 4,50 g/100 mL, un 10 % inferior. Sin un margen de tolerancia especificado, el producto no cumple estrictamente la etiqueta.
2. Calcule el pH en el punto de equivalencia y elija el indicador adecuado.
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En la equivalencia todo el ácido acético se ha convertido en acetato. n(acetato) = 1,875 × 10⁻³ mol. Volumen total = 25,0 + 18,75 = 43,75 mL = 0,04375 L. [acetato] = 1,875 × 10⁻³/0,04375 = 0,04286 mol·L⁻¹.
Kb = Kw/Ka = 1,0 × 10⁻¹⁴/1,8 × 10⁻⁵ = 5,56 × 10⁻¹⁰. [OH⁻] = √(Kb × C) = √(5,56 × 10⁻¹⁰ × 0,04286) = 4,88 × 10⁻⁶ mol·L⁻¹. pOH = 5,31; pH = 14,00 − 5,31 = 8,69.
El pH de equivalencia es básico porque el acetato hidroliza: CH3COO⁻ + H2O ⇌ CH3COOH + OH⁻. El indicador adecuado es la fenolftaleína, cuyo intervalo de viraje (8,2-10,0) incluye el pH 8,69. El naranja de metilo viraría antes de la equivalencia.
3. Si se valoraran 50,0 mL de la disolución diluida en lugar de 25,0 mL, manteniendo la misma concentración de NaOH, prediga cómo cambiarían el volumen de equivalencia y el pH en la equivalencia. Justifique la respuesta.
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Al tomar 50,0 mL se duplica la cantidad de ácido acético: n = 2 × 1,875 × 10⁻³ = 3,75 × 10⁻³ mol. Con la misma concentración de NaOH, el volumen de equivalencia también se duplica: V = 3,75 × 10⁻³/0,100 = 0,0375 L = 37,5 mL.
En la equivalencia, el volumen total sería 50,0 + 37,5 = 87,5 mL y la cantidad de acetato sería 3,75 × 10⁻³ mol. La concentración de acetato es 3,75 × 10⁻³/0,0875 = 0,04286 mol·L⁻¹, exactamente la misma que antes. Como el pH de una disolución de acetato depende de su concentración y de Kb, el pH de equivalencia no cambia: sigue siendo 8,69. Lo que cambia es el volumen de valorante necesario, no la composición final diluida.