¿Qué concentración tiene el ácido clorhídrico?

¿Te has encontrado con un ácido clorhídrico (HCl) comercial sin etiqueta de concentración? En esta guía detallada, aprenderás a determinar con precisión la concentración de HCl mediante titulación. Este método es crucial para laboratorios, industrias químicas y estudiantes avanzados de química.

Recomendaciones de seguridad: Antes de comenzar, es crucial usar equipo de protección personal:

Gafas de seguridad
Guantes de laboratorio
Tener en cuenta que el ácido clorhídrico e hidróxido de sodio son compuestos corrosivos

Materiales necesarios:

Ácido clorhídrico comercial (sin concentración conocida)
Hidróxido de sodio (NaOH) en hojuelas o polvo
5 mL de agua destilada
Fenolftaleína al 1% en isopropanol
Equipo de seguridad (gafas y guantes)
Balanza analítica (precisión de 0.01 g)
Probeta de 10 mL
Matraz Erlenmeyer de 250 mL
Pipeta graduada o bureta
Termómetro (rango 0-100°C)

Paso 1: Preparación de la solución de hidróxido de sodio

Medición de reactivos:

Pesar 2.00 gramos de hidróxido de sodio (NaOH).
Medir 5 mL de agua destilada en una probeta.

Preparación de la solución:

Mezclar cuidadosamente el NaOH con los 5 mL de agua destilada.

Cálculo de la molaridad:

(1) $\begin{equation*} Volumen~(L) = 0.005~litros \end{equation*}$

(2) $\begin{equation*} Moles~(mol) = \frac{masa~(g)}{Peso~molecular~\frac{g}{mol}} \end{equation*}$

(3) $\begin{equation*} Moles~de~NaOH~(mol) = \frac{2.00~g~de~NaOH }{ 40~\frac{g}{mol}}=\textbf{0.05~mol~de~NaOH}\end{equation*}$

(4) $\begin{equation*} Molaridad~(M) = \frac{moles~(mol)}{volumen~(L)} \end{equation*}$

(5) $\begin{equation*} Molaridad~(M) = \frac{ 0.05~mol}{ 0.005~(L)} = \textbf{10~M}\end{equation*}$

Resultado: Solución de NaOH 10 molar (10 M)

Nota: Se observará un aumento de temperatura debido a la reacción exotérmica. La temperatura puede subir hasta 40°C. El pH de esta solución es aproximadamente 11.

Paso 2: Preparación del ácido clorhídrico (HCl) para titulación

Medición del ácido:

Medir 5 mL del ácido clorhídrico comercial usando una probeta de 10 mL.
Verter cuidadosamente con la ayuda de un embudo los 5 mL de ácido en un matraz Erlenmeyer de 250 mL.

Adición del indicador:

Agregar exactamente dos gotas de fenolftaleína en isopropanol al 1% m/m al matraz con el ácido.
Mezclar suavemente para distribuir el indicador.
Observar que la solución permanece incolora en este punto debido a que el pH del ácido es inferior a 7.

Paso 3: Proceso de titulación

Montaje del equipo:

Preparar la pipeta graduada o bureta con la solución de NaOH 10M.
Agregar gota a gota la solución de NaOH al ácido con la fenolftaleína.
Agitar constantemente el matraz durante la adición.
Continuar la adición hasta que la solución en el matraz se torne rosa fucsia.
Este cambio de color indica el punto de neutralización HCl + NaOH → NaCl + H₂O

Medición del volumen:

Anotar el volumen de NaOH utilizado. En este caso fue de 2.28 mL o 0.00228 L.

Paso 4: Cálculos

Moles de NaOH usados:
(6) $\begin{equation*} Moles~de~NaOH~(mol)=Molaridad~(M)*Volumen~(L) \end{equation*}$

(7) $\begin{equation*} Moles~de~NaOH~(mol)=10~M*0.00228~L=\textbf{0.0228~moles }\end{equation*}$
La relación molar HCl:NaOH es 1:1, por lo tanto:
(8) $\begin{equation*} Moles~de~HCl = Moles~de~NaOH =\textbf{0.0228~moles}\end{equation*}$
Molaridad de HCl:
(9) $\begin{equation*} Molaridad~(M) = \frac{moles~de~HCl~(mol)}{Volumen~(L)} \end{equation*}$

(10) $\begin{equation*} Molaridad~(M) = \frac{0.0228~mol}{0.005~L}=\textbf{4.56~M} \end{equation*}$
Porcentaje masa/volumen:
(11) $\begin{equation*} Masa~de~HCl~(g) = Moles~(mol) * Peso~molecular~(\frac{g}{mol}) \end{equation*}$

(12) $\begin{equation*} Masa~de~HCl~(g) = 0.0228~moles * 36.46~\frac{g}{mol}=\textbf{0.83~g} \end{equation*}$

(13) $\begin{equation*} Porcentaje~en~masa~(\%)= \frac{masa~(g)}{volumen~(L)} \end{equation*}$

(14) $\begin{equation*} Porcentaje~en~masa~(\%)= \frac{0.83~g }{5~mL}*100\end{equation*}$

(15) $\begin{equation*} Porcentaje~en~masa~(\%)= \textbf{16.6~\%} \end{equation*}$

Resultado: El HCl comercial tiene una concentración de 4.56 M o 16.6% m/v (% g de HCl/mL).

Nota: El pH final de la solución titulada es aproximadamente 12, lo que indica un ligero exceso de base.

Paso 5. Etiquetado:

Marcar la botella con la concentración determinada, expresada tanto en términos de molaridad (M) como en porcentaje masa/volumen (% m/v).

Recomendación adicional:

Para mayor precisión, considera realizar una segunda titulación.

Este etiquetado preciso no solo facilita el uso futuro del ácido en experimentos y procesos químicos, sino que también cumple con las normas de seguridad y buenas prácticas de laboratorio. Es importante asegurarse de que la etiqueta sea resistente a los químicos, claramente legible y contenga toda la información relevante, incluyendo la fecha de la determinación de la concentración. Este proceso de etiquetado meticuloso ayuda a prevenir errores, optimiza el manejo de reactivos y contribuye a mantener un ambiente de trabajo seguro y eficiente en el laboratorio.