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En química, el punto de equivalencia es un concepto que se aplica a las titulaciones o valoraciones volumétricas. A su vez, estas son técnicas analíticas para determinar el contenido o la concentración de una sustancia, a la que se denomina analito, dentro de una muestra de composición desconocida. El punto de equivalencia de una titulación corresponde al momento preciso en el que el número de equivalentes añadidos del titulante es exactamente igual al número de equivalentes del analito o titulado presente en la alícuota analizada.
En otras palabras, es el momento exacto durante una titulación en el que se cumple que:
Visto desde otro punto de vista, es el punto exacto durante una titulación en el que el titulante y el titulado se encuentran en proporciones estequiométricas de acuerdo a la reacción química involucrada en la titulación.
Uso del punto de equivalencia
La finalidad de toda titulación o valoración volumétrica, sin importar de qué tipo sea, siempre es hallar el punto de equivalencia o, más precisamente, el volumen de titulante requerido para alcanzar el punto de equivalencia. Esto es así porque dicho volumen es el que permite determinar la concentración o el número de equivalentes del analito en la muestra a partir de la concentración conocida del agente titulante y, posiblemente, el volumen de la alícuota.
Determinación del número de equivalentes de analito en la alícuota
Como el número de equivalentes está relacionado con la concentración normal y el volumen por medio de la ecuación
donde V es el volumen y N es la concentración normal, entonces la condición del punto de equivalencia se puede reescribir como
Utilizando esta ecuación se puede determinar el número total de equivalentes presentes en la alícuota que se está titulando. Después, el número de equivalentes puede convertirse a masa por medio del peso equivalente del analito, o a moles por medio del número de equivalentes por mol según la reacción particular de titulación.
Determinación de la concentración normal del analito
La ecuación de la condición de equivalencia también se puede reescribir como
De donde se obtiene que
Utilizando esta ecuación, se puede obtener la concentración normal de la muestra que se está titulando. Dicha concentración se puede transformar a concentración molar dividiéndola por el número de equivalentes por mol según la reacción particular de titulación.
Independientemente del uso que se le dé a dicho volumen, el procedimiento experimental de la titulación consiste en hallar el volumen del titulante en el punto de equivalencia. Sin embargo, esto representa un problema, como veremos a continuación.
El punto de equivalencia es un punto teórico
El punto de equivalencia es un punto teórico que nunca se llega a conocer con absoluta certeza durante una titulación. Esto se debe, en primer lugar, a la existencia inevitable de errores experimentales. Estos errores incluyen tanto errores aleatorios y de apreciación relacionados con la medición de masas y volúmenes, como errores relacionados con las habilidades del químico analítico al momento de preparar las soluciones y de llevar a cabo la titulación.
Pero hay una razón de fondo más importante por la que no podemos conocer el punto de equivalencia en una titulación: no hay manera de saber exactamente cuándo se alcanzó, como se explica en la siguiente sección.
El punto de equivalencia se estima por medio del punto final
Cuando durante una titulación observamos un cambio de color o la aparición de un precipitado, esto nos indica que ya debemos parar la titulación y anotar el volumen de titulante añadido. Este volumen es el que luego utilizamos como si fuera el volumen del punto de equivalencia en las ecuaciones anteriores.
Sin embargo, resulta que ese no es, en realidad, el punto de equivalencia. Ese punto en el que paramos la titulación en realidad se llama, convenientemente, punto final de la titulación. La diferencia entre el punto final y el punto de equivalencia es que el punto final es el que realmente vemos o detectamos gracias al uso de un indicador que sufre un cambio observable, presumiblemente en el punto de equivalencia, o en un punto muy cercano a este. Por esta razón, el punto final no es más que una estimación experimental del punto de equivalencia, el cual es un punto meramente teórico.
Debido a la forma en la que funcionan los distintos tipos de indicadores, estos rara vez sufren un cambio observable exactamente en el punto de equivalencia. Algunos cambian un poco antes, llevándonos a subestimar el punto de equivalencia, mientras que otros cambian un poco después, llevándonos a sobreestimarlo. Pero incluso si tuviéramos un indicador ideal que cambiara exactamente en el punto de equivalencia, sería muy difícil notar este cambio hasta que hayamos agregado un exceso, aunque sea muy leve, de titulante.
Por estas razones y más, el punto final nunca será más que una estimación, a veces mejor, a veces peor, del verdadero punto de equivalencia que estamos buscando.
Importancia de la concentración normal y del número de equivalentes en el punto de equivalencia
A muchos estudiantes de química les cuesta entender, en un principio, por qué existe el concepto de concentración normal y del número de equivalentes. Además, les confunde el hecho de que una misma solución pueda tener diferentes concentraciones normales, dependiendo del uso que se le dé.
Sin embargo, todo cobra sentido cuando nos enfrentamos a las titulaciones o valoraciones volumétricas y al punto de equivalencia.
Supongamos que una reacción de titulación tiene la siguiente forma, donde A es el analito, T el titulante, P representa los productos de reacción y a, b y c son los coeficientes estequiométricos:
Para esta reacción, el punto en el que A y T se encuentran en proporciones estequiométricas sería cuando se cumpla que
lo que corresponde al punto de equivalencia.
Esta ecuación se puede utilizar perfectamente para llevar a cabo los cálculos de una titulación. Sin embargo, para poder utilizarla, es indispensable conocer la ecuación química ajustada, de lo contrario no se tendrían los coeficientes estequiométricos a y b.
Por otro lado, debido a la forma en la que se definen los números de equivalentes, ambos miembros de la ecuación anterior terminan representando el número de equivalentes de A y T, lo que reduce esta ecuación a la primera que mostramos al principio de este artículo para cualquier reacción de titulación que esté involucrada, siempre y cuando sea del mismo tipo.
Por ejemplo, si se conocen el número de equivalentes de un ácido, estos reaccionarán con el mismo número de equivalentes de una base, sin importar cuál sea el ácido o cuál sea la base (siempre y cuando se trate de una reacción ácido-base).
Igualmente, el número de equivalentes de un agente oxidante en una titulación redox siempre será igual al número de equivalentes del agente reductor, sin importar cuáles estos sean, pero siempre y cuando estén involucrados en una reacción redox.
De esta forma, el procedimiento para hacer los cálculos relacionados con el punto de equivalencia se simplifica, ya que no es necesario ajustar las ecuaciones químicas de la titulación si trabajamos con equivalentes y normalidad, cosa que sí sería necesario de trabajar con moles y molaridad.
Referencias
Análisis volumétrico – Titulación – Indicadores ácido / base. (s. f.). Universidad Nacional de Rosario. https://www.fbioyf.unr.edu.ar/evirtual/pluginfile.php/131892/course/section/4402/titulacion%202021.pdf
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Chang, R. (2012). Química (11.a ed.). McGraw-Hill Education.
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Skoog, D. A., West, D., Holler, J., & Crouch, S. (2014). Fundamentos de química analítica (9.a ed.). Cengage Learning.
Teixidó, C. M. (2020, 19 junio). La vieja normalidad química y la nueva normalidad del desconfinamiento. Investigación y Ciencia. https://www.investigacionyciencia.es/blogs/fisica-y-quimica/24/posts/la-vieja-normalidad-qumica-y-la-nueva-normalidad-del-desconfinamiento-18735
