Titolazione NH3 con Acido Borico

[Mirtyeli]

In 100ml di H3BO3 0,300M vengono assorbite 2,00milliMol di NH3. Calcolare il pH al p.to di equivalenza se per la titolazione viene utilizzato HCL 0,1000M. (Al p.to eq la soluzione contiene NH4Cl e H3BO3). (Per NH3 pKb=4,75, per H3BO3 pKa=9,14). Il rosso di metile è un indicatore adatto? Provare a calcolare l'errore di titolazione.

La cosa che meno mi torna è data dal fatto che le moli di NH3 sono assorbite dall'acido borico.. Dunque come faccio a capire la concentrazione da usare per risolvere la titolazione?

[LuiCap]

Sei certa del dato 2,00 mmol di NH3???

[Mirtyeli]

Si, purtroppo!!

[LuiCap]

È un po' strano, però sarà così.
Io lo risolverei nel seguente modo.

Le 0,03 moli iniziali di H3BO3 reagiscono con 0,002 mol di NH3 secondo la reazione:
H3BO3 + 3 NH3 (NH4)3BO3
L'NH3 è il reagente limitante e si formeranno 0,002 mol di (NH4)3BO3 in 100 mL

Il borato di ammonio che si forma è un sale formato dallo ione NH4+ (acido coniugato della base debole NH3 con pKb = 4,75) e dallo ione BO3(3-) (base coniugata dell'acido debole H3BO3 con pKa = 9,14), perciò il pH iniziale di una soluzione 0,02 M è:
[H+] = radice quadrata (Kw x Ka/Kb) = 6,38·10^-10
pH = 9,20
Si tratta quindi di una soluzione basica.

Il titolo che hai dato alla discussione è sbagliato, ti consiglio di cambiarlo:
Titolazione (NH4)3BO3 con HCl

Durante la titolazione avviene la seguente reazione:
(NH4)3BO3 + 3 HCl 3 NH4Cl + H3BO3

Per arrivare al punto equivalente serviranno:
n HCl = 0,002 x 3 = 0,006 mol HCl
cioè un volume di:
V HCl = 0,006 mol / 0,1000 mol/L = 0,060 L = 60 mL

Al punto equivalente saranno perciò presenti:
n NH4+ = 0,002 x 3 = 0,006 mol in (100 + 60) mL [NH4+] = 3,75·10^-2 mol/L
n H3BO3 = 0,002 mol in (100 + 60) mL [H3BO3] = 1,25·10^-2 mol/L

Si forma perciò una soluzione formata da due acidi deboli, NH4+ e H3BO3, la cui concentrazione molare di H+ è data da:

[H+] = (Ka NH4+ x [NH4+] / [H+]) + (Ka H3BO3 x [H3BO3] / [H+]) + (Kw /[H+])
[H+] = 5,49·10^-6
pH = 5,26

[Mario]

Non sono d'accordo on la soluzione proposta.
L'acido borico forma (si suppone) una borato di ammonio e nel farlo si comporta come acido monoprotico.
Questa soluzione, vista la bassissima forza dell'acido borico, si comporta alla titolazione con un'acido forte come se fosse solamente presente NH4OH.
Ne consegue che il pH finale è quello di una soluzione di ammonio cloruro 0,02M. Ovvero con un pH pari a 5,48.
Il rosso di metile , con il suo pK=5, è del tutto adatto in questa titolazione.

Nota: questa esercizio ha una valenza pratica. Infatti questa procedura viene usata per la determinazione dell'ammoniaca nelle acque di scarico e in generale per determinare l'azoto secondo Kjeldahl.

saluti
Mario

[LuiCap]

Giusto Mario, però io continuo a non trovarmi con il pH al punto equivalente da lei scritto.

Trova qualcosa di sbagliato in questi calcoli?
Grazie.

   

[Mario]

Trovo che lo svolgimento sia prolisso. Ci si dilunga eccedendo in particolari poco significativi.
Ho già detto che siamo in presenza di una soluzioni di ammonio cloruro e che l'effetto dell'acido borico sia trascurabile.
Possiamo calcolare con maggiore precisione la concentrazione dell'NH4Cl.
Abbiamo 2mM di NH3 in 100 mL. Dopo titolazione abbiamo un volume di 120 mL. Quindi avremo una concentrazione finale di 0,017 M come NH4CL. E un pH di 5,51.

saluti
Mario

[Mirtyeli]

Grazie mille per la risposta dettagliatissima!! =)