¿Influye el CO2 atmosférico en el resultado de una valoración ácido-base?

Escrito por Quimitube el 10 noviembre

Tal vez la pregunta que da título a esta entrada os pueda parecer un tanto sorprendente, o incluso fuera de lugar: ¿cómo es que nos planteamos esto siquiera? ¿Desde cuándo el dióxido de carbono atmosférico puede influir en el resultado de una valoración ácido-base? Pues bien, en esta entrada analizaremos un poco más a fondo los posibles procesos para ver que, en realidad, esta no es una pregunta ni mucho menos descabellada.

De hecho, la solubilidad del CO₂ en el agua pura a 25ºC es de 1,45 g/L, y aumenta considerablemente a medida que la temperatura disminuye, superando los 3 g/L a 0ºC (a menor temperatura, la menor movilidad de las moléculas hace que se pueda disolver una mayor cantidad de ellas en la misma cantidad de agua). Además, en las aguas naturales la presencia de este gas es muy habitual y a él se debe un porcentaje nada desdeñable del bicarbonato que estas contienen. ¿Por qué no habría de ocurrir algo similar también en el agua de una disolución en el laboratorio?

El dióxido de carbono es un óxido de un no metal que puede reaccionar con el agua para formar el ácido carbónico, H₂CO₃, un ácido débil. En agua, el CO₂ disuelto estará, en parte, como ácido carbónico (el agua en equilibrio con la atmósfera contiene en torno a 10^-5M del mismo [1]), y el resto como moléculas de dióxido de carbono rodeadas de moléculas de agua, lo cual podemos escribir como CO_2(aq). El H₂CO₃ es, de hecho, el ácido que produce las burbujas de las bebidas carbonatadas, que no son otra cosa que el dióxido de carbono que se desprende.

El equilibrio de formación de dicho ácido carbónico en agua una vez disuelto el dióxido de carbono es:

CO_2(g) + H₂O_(l) ↔ H₂CO_3(aq)

Vamos a simplificar de este modo, aunque desde un punto de vista más formal deberíamos de decir que el CO₂ disuelto, que es un ácido de Lewis, hidroliza al agua liberando protones al medio, según el proceso [2]:

CO_2(g) + H₂O_(l) ↔ HCO₃^‒_(aq) + H⁺_(aq)

Sin embargo, nosotros nos centraremos simplemente en el equilibrio escrito anteriomente, la formación de H₂CO₃, y los equilibrios que éste puede llevar a cabo como procesos posteriores. Así, una vez formado, dicho ácido se puede desprotonar parcialmente (no totalmente, porque como hemos dicho no es un ácido fuerte, pero sí parcialmente) para dar dos aniones, el anión bicarbonato y el anión carbonato (aunque en muy distinta proporción, especialmente a pH neutro). Los dos posibles equilibrios de desprotonación del ácido carbónico son:

• Pérdida del primer protón, de ácido carbónico a bicarbonato: pK_a = 6,35

H₂CO_3(aq) + H₂O_(l) ↔ HCO₃^‒_(aq) + H₃O⁺_(aq)

• Pérdida del segundo protón, de bicarbonato a carbonato: pK_a = 10,33

HCO₃^‒_(aq) +H₂O_(l) ↔ CO₃^2-_(aq)+ H₃O⁺_(aq)

De los valores de pK_a de cada equilibrio podemos ver que el bicarbonato, HCO₃^–, es un ácido bastante débil (pK_a = 10,33) y tiene muy poca tendencia a ceder el protón, a no ser que estemos a pH considerablemente básico. Sin embargo, la pérdida del primer protón tiene un pK_a de 6,35. Aunque sigue siendo un ácido bastante débil (por ejemplo, el ácido acético se considera débil y su pK_a es de 4,75, por lo que es más fuerte que el carbónico) su valor hace que a un pH aproximado de 7 sí que tenga lugar y que la disolución de CO₂ acidifique un poco el agua.

Por tanto, como vemos, la disolución del ácido carbónico y la formación de bicarbonato y carbonato conlleva la formación de H₃O⁺ y, por tanto, disminuye el pH del medio. Ahora vemos, por tanto, que la pregunta inicial no es tan descabellada, ya que si estamos llevando a cabo una valoración ácido-base, esos protones procedentes de la disolución de dióxido de carbono en el agua van a entrar en el juego y nos pueden producir un cierto error en el resultado de la valoración. Si la concentración de base empleada en la valoración o valorada está en torno al 0,1M, este error de valoración por la presencia de ácido carbónico es despreciable, pero si la concentración es pequeña, inferior a 0,05M, entonces sí que es un error apreciable y es necesario eliminar el ácido carbónico presente hirviendo el agua empleada tanto para disolver el analito como para preparar los reactivos. Para comprobar si es necesario hervir el agua antes de proceder a la valoración, se pueden agregar algunas gotas de fenolftaleína a 500 mL de agua y comprobar si se percibe coloración rosa con la adición de tan solo 0,2 o 0,3 mL de base 0,1M. Si no es así y es necesario un volumen mayor de base para lograr que aparezca la coloración rosa propia de la fenolftaleían en medio básico, significa que la cantidad de ácido carbónico es apreciable y es aconsejable hervirla y enfriarla antes de proceder a preparar la muestra o la solución patrón. Una vez hervida, se puede guardar en una botella hermética de polietileno para evitar que vuelva a «contaminarse» con el dióxido de carbono atmosférico. Para que veáis que, en efecto, esto no es tan raro como podría parecernos a primera vista, el error que se comete por esto en una valoración está bautizado como error de carbonato, y es más frecuente cuando utilizamos agua destilada que agua desionizada.

Referencias e información adicional.

[1] SKOOG, Douglas. WEST, Donald M. HOLLER, F. James. CROUCH, Stanley R. Química Analítica. 7a ed. México: McGrawHill, 2001. ISBN: 970-10-3358-2.

[1] Tema 6. Química de las aguas naturales. Asignatura de Química del medio ambiente de la Universidad de Granada.

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