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Fundamento teórico

Complexometría. EDTA

La idea fundamental en la determinación volumétrica de un ion es encontrar una reacción química a través de la cual la concentración del ion baje bruscamente, llegando a ser despreciable. También, y no menos importante en volumetría, es encontrar la forma de controlar el avance y el estado del proceso químico que se considera adecuado. De la multitud de procesos químicos viables, una posibilidad es rebajar la concentración del ion mediante su reacción para formar un compuesto complejo que, aunque soluble, sea estable y, por tanto, poco disociado.

            En general(13), un complejo es cualquier compuesto en el que el enlace tiene lugar por interacción de los electrones del dador con los orbitales vacíos del aceptor (generalmente un metal). Existen muchas reacciones de formación de compuestos complejos, pero la mayoría de ellas no son adecuadas para una determinación volumétrica de iones. Aquellos procesos de formación de complejos que conllevan diferentes estados intermedios no suelen ser viables ya que las estabilidades de estos estados intermedios suelen ser parecidas siendo imposible evitar la existencia de múltiples especies en disolución: cuando aún no ha terminado la formación completa de un complejo intermedio, empieza la formación del siguiente complejo intermedio, no observándose un cambio notorio en la concentración del metal libre.

No obstante, se conocen una serie de compuestos orgánicos que son muy adecuados para nuestro propósito ya que forman con los iones metálicos un único complejo, en proporción 1:1,  llamado quelato[1]. Estos compuestos orgánicos tienen en sus moléculas átomos de oxígeno y/o de nitrógeno con pares de electrones no compartidos que pueden formar enlaces de coordinación. Se forman así sales complejas “internas” (quelatos) en las que el ion metálico es retenido porque forma enlaces con los átomos del ligando[2] aptos para formar el enlace coordinado. De forma general se puede afirmar que estos compuestos orgánicos son reactivos aptos para determinaciones volumétricas de iones metálicos porque: son solubles, reaccionan con rapidez suficientemente grande con el ion que se quiere determinar y porque actúan como un único ligando que se une de forma múltiple con el ion central, con formación de una sal compleja interna estable y fácilmente soluble.

Los grupos más efectivos para formar quelatos son los grupos amino y carboxilato. Los ligandos polidentados (contienen más de un grupo capaz de unirse al ion metálico) más importantes tienen en común la estructura

A estos compuestos orgánicos se les denomina en general complexonas, y a las valoraciones en las que intervienen, valoraciones complexométricas[3]. El compuesto más ampliamente utilizado es el ácido etilendiaminotetraacético (EDTA), que posee seis grupos (dos amino y cuatro carboxilatos) capaces de formar complejos con los iones metálicos.

 

EDTA[4] (fórmula semidesarrollada)

 

EDTA (fórmula de esqueleto)

 

            El EDTA forma quelatos con casi todos los iones metálicos, siendo estas reacciones la base de diferentes métodos analíticos de determinación de estos iones por valoración con una disolución estándar de EDTA. El primer artículo(15), inicio de una larga serie de estudios fundamentales sobre los ácidos poliaminocarboxílicos como reactivos quelatantes, data de 1945. Fue publicado por el químico suizo Gerold Karl Schwarzenbach[5], profesor en la Escuela Politécnica Federal de Zúrich(16).  Un año más tarde descubrió la utilización de la murexida como indicador en la determinación complexométrica del calcio y en 1948 publicó(17) un nuevo método para la determinación de la dureza en aguas mediante la valoración complexométrica de Ca2+ y Mg2+. Schwarzenbach y sus colaboradores no son solo la referencia inicial en el estudio de estos complejos, sino que han sido fundamentales en el progreso de procedimientos analíticos de determinación que incluyen el desarrollo de indicadores que respondan a las variaciones de la actividad de los iones metálicos. Desde 1945 hasta hoy se cuentan por miles las publicaciones relacionadas con el análisis complexométrico(15).


 

[1] El término viene del griego y significa pinza de cangrejo, en referencia a la forma en que la molécula orgánica “agarra” al ion metálico para formar un anillo heterocíclico.

[2] Nombre que recibe la molécula, en este caso orgánica, que forma el compuesto complejo.

[3] También quelatométricas o quelométricas.

[4] Ácido 2-({2-[Bis(carboximetil)amino]etil}(carboximetil)amino)acético(14)

[5] G. Schwarzenbach: Schweiz. Chem. Ztg. Tech. Ind., 28:377 (1945)