Los estándares primarios y secundarios en química

Estándares primarios y secundarios en química

En todo el mundo se están produciendo reacciones químicas en este mismo momento: en los laboratorios farmacéuticos, en innumerables instalaciones industriales y en tu propio cuerpo.

Un rasgo característico de todas las reacciones es que las moléculas se combinan en proporciones molares, es decir, proporciones conocidas de partículas (átomos o moléculas), en lugar de proporciones de masa. Esto sucede aunque las proporciones de masa pueden determinarse en ciertas reacciones a partir de los pesos moleculares individuales de las partículas constituyentes.

Una forma de normalizar una reacción química en solución es utilizar un proceso llamado valoración, que a su vez se basa en compuestos denominados sustancias estándar primarias.

¿Qué es la valoración?

Puede haber ocasiones en las que necesites mezclar los volúmenes de dos soluciones de reactivos de masas conocidas, pero solo conozcas la concentración molar de una de ellas. Si sabes cuándo se ha completado la reacción, puedes utilizar las relaciones molares para calcular el número de moles de producto que se han hecho, y utilizar este número sumado al del volumen de la solución desconocida para determinar la concentración molar de la solución desconocida.

Para que este método sea útil, la concentración de la solución de referencia (o valorante) debe conocerse con mucha precisión. De no ser así, los errores en este valor se propagarán en errores en la concentración de la incógnita en sus cálculos.

Los estándares primarios y la solución estándar primaria

Los estándares primarios se utilizan ampliamente en la química analítica. En este caso, se elige un reactivo que sea fácil de pesar, que tenga poca reactividad con otras sustancias, que sea puro, que no cambie de peso cuando se exponga a condiciones de humedad y que tenga un peso equivalente elevado. Los factores menos importantes que se tienen en cuenta son la disponibilidad de la sustancia elegida como norma primaria y los bajos niveles de toxicidad para reducir el riesgo. Algunos ejemplos de estándares primarios son los ácidos de valoración y las valoraciones redox.

Una solución estándar primaria es aquella en la que la concentración de un determinado reactivo es muy fiable. Se obtiene a partir de una valoración estándar primaria de una sustancia especial llamada, por supuesto, sustancia estándar primaria.

Características de la sustancia estándar primaria

Una sustancia estándar primaria se disuelve en agua pura para crear una solución primaria. Es fácil imaginar cómo un error que podría tolerar en un experimento de laboratorio de química, y que de hecho sería un resultado excelente en ese contexto, sería inaceptable cuando se requiere una precisión realmente alta.

A continuación se describen las cuatro propiedades más importantes de una sustancia estándar primaria.

  1. Una sustancia estándar primaria es pura. Si hay impurezas en el sólido, esto interferirá con el cálculo de la molaridad de la supuesta solución estándar y causará otros problemas. Una pureza del 99.9 (999 partes en 1000) se considera aceptable para una sustancia estándar primaria. El carbonato de sodio (Na2CO3) está disponible en este nivel de pureza.
  2. Una sustancia estándar primaria es abundante y económica. Muchas sustancias son baratas y fáciles de encontrar pero es difícil mantener su pureza. Este es el caso del hidróxido de sodio (NaOH, también llamado soda cáustica o sosa cáustica), que es una base que puede utilizarse para valorar ácidos. El NaOH tiende a absorber pequeñas cantidades de agua en su entorno, y otros compuestos se enfrentan a dificultades similares cuando se manipulan.
  3. Una sustancia estándar primaria tiene una fórmula conocida. Algunas sustancias se disuelven en agua para dar una mezcla de compuestos relacionados. Por ejemplo, cuando el ácido nítrico (HNO3) se disuelve en agua, una cantidad desconocida de ácido nitroso (HNO2) estará presente en la solución e interactuará con las moléculas de la reacción en cuestión, provocando el fracaso del proceso.
  4. Una sustancia estándar primaria permanece inalterada durante el pesaje. Un problema al que los científicos se han enfrentado desde tiempos inmemoriales es el de desarrollar sistemas de medición que no afecten a la propia cantidad medida. Pesar sustancias significa someterlas a un contacto físico que puede afectar a la masa, la pureza y otras características críticas de una sustancia estándar primaria y, por tanto, de la solución a la que contribuye.

Sustancia y solución estándar secundaria

Las sustancias que no pueden mantenerse al aire libre, que reaccionan fácilmente con los componentes del aire (O2, CO2, etc.) o con la balanza al ser pesadas, se denominan sustancias estándares secundarias. Algunos ejemplos de sustancias estándar secundarias son el ácido clorhídrico (HCL), el ácido sulfúrico (H2SO4), el hidróxido de sodio (NaOH), el hidróxido de potasio (KOH), el permanganato de potasio (KMnO4), entre otros.

Un estándar secundario es un estándar que se coloca en el laboratorio para un análisis específico. Por lo general, no se mantiene constante y su concentración disminuye con el tiempo, por lo que las mediciones de alta precisión que se realizan durante la preparación no se mantienen. Una sustancia secundaria suele estar normalizada con respecto a una norma primaria.

En general, las sustancias como el ácido clorhídrico y el ácido sulfúrico no son adecuadas para su uso como patrones primarios, ya que no se conoce con exactitud el nivel de concentración de los ácidos concentrados disponibles en el mercado.

Sin embargo, se puede preparar una solución débil de estos ácidos con una concentración estimada y luego resolver correctamente la concentración por valoración con una solución estándar primaria de una base como el carbonato de sodio (Na2CO3).

Un estándar secundario es un producto químico o reactivo que tiene ciertas propiedades. Entre estas se destacan:

  • Es menos estable y más reactivo que el estándar primario.
  • Su solución permanece estable durante un largo periodo de tiempo.
  • Es menos puro que el estándar primario.
  • Está titulado contra el estándar primario.

Fuentes