Titulación termométrica - la pieza que falta en el rompecabezas
26 oct. 2020
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La titulación es una técnica de análisis bien establecida que se enseña a todos y cada uno de los estudiantes de química. Se lleva a cabo en casi todos los laboratorios analíticos, ya sea como titulación manual, titulación fotométrica, o titulación potenciométrica. En esta entrada de blog, me gustaría presentar un tipo adicional de titulación que puede no haber oído hablar antes - titulación termométrica – que puede considerarse la pieza que falta en el rompecabezas de la titulación.
Aquí, planeo cubrir los siguientes temas:
- ¿Qué es la titulación termométrica?
- ¿Por qué considerar la titulación termométrica?
- Ejemplos prácticos de aplicación
¿Qué es la titulación termométrica?
A primera vista, la titulación termométrica (TET) parece una titulación normal y no notará mucha (o ninguna) diferencia a corta distancia. Las diferencias en comparación con la titulación potenciométrica están en los detalles.
TET se basa en el principio de cambio de entalpía (ΔH). Cada reacción química está asociada con un cambio de entalpía que a su vez provoca un cambio de temperatura. Durante una titulación, el analito y el titulador reaccionan exotérmicamente (aumento de la temperatura) o endotérmicamente (disminución de la temperatura).
Durante una titulación termométrica, el titulador se agrega a una velocidad constante y el cambio de temperatura causada por la reacción entre el analito y el titulador. Al graficar la temperatura versus el volumen de titulante agregado, el punto final puede determinarse por una ruptura dentro de la curva de titulación. Figura 1 muestra curvas de titulación termométrica idealizadas para situaciones exotérmicas y endotérmicas.
¿Qué sucede durante una titulación termométrica?
Durante un exotérmico en la reacción de titulación, la temperatura aumenta con la adición del titulante siempre que el analito aún esté presente. Cuando se consume todo el analito, la temperatura vuelve a disminuir a medida que la solución se equilibra con la temperatura atmosférica y/o debido a la dilución de la solución con el titulador (Figura 1, gráfico izquierdo). Esta disminución de la temperatura da como resultado un punto final exotérmico.
Por el contrario, para un endotérmico en la reacción de titulación, la temperatura disminuye con la adición del titulante siempre que el analito aún esté disponible. Cuando se consume todo el analito, la temperatura se estabiliza o aumenta nuevamente a medida que la solución se equilibra con la temperatura atmosférica y/o debido a la dilución de la solución con titulante (Figura 1, gráfica derecha). Esta disminución de la temperatura da como resultado un punto final endotérmico.
Por lo tanto, no es necesario conocer la temperatura absoluta, aislar el recipiente de titulación o termostatizar el recipiente de titulación.
Para medir los pequeños cambios de temperatura durante la titulación, se termistor de respuesta muy rápida con un alta resolución es requerido. Estos sensores son capaces de medición diferencias de temperatura de menos de 0,001 °C, y permitir la recopilación de un punto de medición cada 0,3 segundos (Figura 2).
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Si desea obtener más información sobre la teoría detrás de TET, entonces descargue nuestra monografía completa y gratuita sobre titulación termométrica.
¿Por qué considerar la titulación termométrica?
La titulación potenciométrica y fotométrica ya están bien establecidas como técnicas de titulación instrumental, entonces, ¿por qué debería uno considerar la titulación termométrica en su lugar?
TET tiene las mismas ventajas que cualquier técnica de titulación instrumental:
- Análisis económicos: Los instrumentos de titulación son económicos y no tienen altos costos de operación y mantenimiento en comparación con otros instrumentos para análisis elemental (p. ej., HPLC o ICP-MS).
- Método absoluto: La titulación es un método absoluto, lo que significa que no es necesario calibrar el sistema con frecuencia.
- Uso versátil: La titulación es un método universal, que se puede utilizar para determinar muchos analitos diferentes en diversas industrias.
- Fácil de automatizar: La titulación puede ser fácilmente automatizado, aumentando la reproducibilidad y la eficiencia en su laboratorio.
Obtenga más información sobre cómo la automatización de las titulaciones puede ayudar a la carga de trabajo de su laboratorio en nuestro artículo de blog anterior.
¿Por qué considerar la automatización, incluso para titulaciones simples?
En comparación con la titulación instrumental clásica, la titulación termométrica tiene varias ventajas adicionales:
- Titulaciones rápidas: Debido a la constante adición de titulante, las titulaciones termométricas son muy rápidas. Por lo general, una titulación termométrica toma de 2 a 3 minutos.
- Sensor único: Independientemente de la reacción de titulación (p. ej., ácido-base, redox, precipitación,…), se puede utilizar el mismo sensor (Thermoprobe) para todas ellas.
- Sensor sin mantenimiento: Además, el termosonda es libre de mantenimiento. Requiere sin calibración o relleno de electrolito y simplemente se puede almacenar en seco.
- Menos solvente: Normalmente, las titulaciones termométricas utilizan 30 ml de disolvente o incluso menos. La pequeña cantidad de disolvente garantiza que la dilución se minimice y que los cambios de entalpía se puedan detectar de forma fiable. Como beneficio adicional, menos gasto es producido.
- Titulaciones adicionales posibles: Debido a que el cambio de entalpía es universal para cualquier reacción química, la titulación termométrica no está ligada a encontrar un indicador de color o electrodo de indicación adecuado. Esto permite la posibilidad de titulaciones adicionales que no pueden ser cubiertas por otros tipos de titulación.
- Preparación de muestras más fácil: Como TET utiliza concentraciones de titulador más altas, es posible utilizar tamaños de muestra más grandes, lo que reduce los errores de pesaje y dilución. También se pueden omitir los tediosos pasos de preparación de muestras, como la filtración.
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Ejemplos prácticos de aplicación
En esta sección mostraré algunos ejemplos prácticos donde se puede aplicar TET.
Número de ácido y número de base
El número de ácido (AN) y el número de base (BN) son dos parámetros clave en la industria del petróleo. Se determinan mediante una titulación ácido-base no acuosa utilizando KOH o HClO4, respectivamente, como titulante.
Durante tales determinaciones, los ácidos muy débiles (para el análisis de AN) y las bases (para el análisis de BN) se titulan con solo pequeños cambios de entalpía. Usando un indicador catalítico, estos ácidos y bases débiles también pueden determinarse por TET.
ASTM D8045 describe el análisis de la AN por titulación termométrica. Los beneficios de realizar esta titulación son:
- Menos solvente (30 ml en lugar de 60 o 120 ml), lo que significa menos gasto
- Titulación rápida (1–3 minutos)
- Sin condicionamiento del sensor
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AB-405: Determinación del índice de base total en derivados del petróleo
Sodio
Usando la titulación convencional, el contenido de sal en los alimentos generalmente se determina basándose únicamente en el contenido de cloruro. Sin embargo, los alimentos suelen contener fuentes adicionales de sodio, por ejemplo, glutamato monosódico (también conocido como «MSG»). Con TET es posible titular el sodio directamente y, por lo tanto, determinar de forma económica el verdadero contenido de sodio en los alimentos, según lo estipulado en varios países.
Para obtener información más detallada sobre la titulación en sí, descargar el boletín de aplicaciones gratis aquí.
AB-298: Determinación automatizada de sodio en varios alimentos con 859 Titrotherm
Análisis de fertilizantes
Los fertilizantes consisten en varios nutrientes, incluidos fósforo, nitrógeno y potasio, que son importantes para el crecimiento de las plantas. TET permite el análisis de estos nutrientes empleando reacciones gravimétricas clásicas como base para la titulación (p. ej., precipitación de sulfato con bario). Esto permite una determinación rápida, sin necesidad de esperar horas para obtener un resultado, como ocurre con los procedimientos convencionales basados en el secado y pesado del precipitado.
Nutrientes
que pueden ser analizados por TET:
- Fosfato
- Potasio
- Nitrógeno amoniacal
- Nitrógeno ureico
- Sulfato
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Para obtener información más detallada sobre las diferentes aplicaciones de fertilizantes, consulte el Buscador de aplicaciones Metrohm:
Buscador de aplicaciones Metrohm: aplicaciones TET para fertilizantes
Compuestos organometálicos
Compuestos metal-orgánicos, tales como reactivos de Grignard o compuestos de butil litio, se utilizan para sintetizar ingredientes farmacéuticos activos (API) o fabricar polímeros como el polibutadieno. Con TET, el análisis de estas especies sensibles se puede realizar de forma rápida y fiable titulándolos bajo gas inerte con 2-butanol.
Si desea obtener más información sobre este tema, echa un vistazo a nuestro correspondiente gratuito Nota de aplicación.
Determinación de compuestos organometálicos
Estos fueron solo algunos ejemplos sobre las posibilidades de la titulación termométrica para demostrar su uso versátil. Para una selección más detallada, echa un vistazo a nuestra Buscador de aplicaciones.
Para resumir:
- TET es un método de titulación alternativo basado en Cambio de entalpia
- A rápido y sensible Thermoprobe se utiliza para determinar puntos finales exotérmicos y endotérmicos
- La titulación termométrica es una técnica de análisis rápido Proporcionar resultados en menos de 3 minutos
- La titulación termométrica se puede utilizar para varios análisis, incluidos Titulaciones que no se pueden realizar de otro modo. (p. ej., determinación de sodio)
Espero que esta descripción general le haya dado una mejor idea sobre la titulación termométrica: la pieza que falta en el rompecabezas de la titulación.
