Óxido de Zinc (ZnO): Fundamentos de Valoración y Control de Calidad

1. Fundamentos y Reacciones Químicas en la Valoración del ZnO

El óxido de zinc (ZnO) es una base anfótera, poco soluble en agua, pero que reacciona fácilmente con ácidos. Para su valoración, se disuelve en exceso de ácido clorhídrico (HCl) formándose cloruro de zinc (ZnCl₂) y agua:

$$\text{ZnO} + 2\text{HCl} \rightarrow \text{ZnCl}_2 + \text{H}_2\text{O}$$

Como en la práctica se emplea un exceso de HCl, el remanente de ácido se valora por retroceso (método indirecto) mediante titulación con una base fuerte (KOH), usando un indicador como el naranja de metilo.

$$\text{HCl} + \text{KOH} \rightarrow \text{KCl} + \text{H}_2\text{O}$$

El fundamento de este método radica en:

1. Disolver cuantitativamente el ZnO en un exceso conocido de ácido.
2. Determinar el ácido no consumido por titulación, y por diferencia calcular la cantidad de ácido que reaccionó con el ZnO, obteniendo así la pureza del ZnO.

2. Métodos Indirectos de Valoración

a) ¿En qué caso se deben utilizar los métodos indirectos?

Los métodos indirectos se emplean cuando la valoración directa presenta limitaciones:

• Si el punto final de la valoración no se puede visualizar de forma clara en las valoraciones directas.
• Cuando las velocidades de reacción son demasiado lentas.
• Cuando se necesita un exceso de reactivo para completar la reacción con el analito en el punto final de la valoración.

En el caso del ZnO, como es poco soluble, no se puede titular directamente con HCl gota a gota, sino que se disuelve en exceso y luego se determina el sobrante (método indirecto).

b) Explica los tres métodos indirectos

Los métodos indirectos de valoración son:

• Método del exceso: Se añade un reactivo en exceso (generalmente un ácido), luego se valora el exceso con otra disolución estándar. Ejemplo: ZnO con exceso de HCl, y el sobrante de HCl se valora con NaOH.
• Método de sustitución: La sustancia problema no reacciona directamente con el titulante, entonces se sustituye por otra sustancia equivalente que sí pueda valorarse. Ejemplo: Una sal poco soluble que se precipita y luego se valora el ion liberado o consumido.
• Método de retroceso: Similar al del exceso, pero enfocado en calcular la cantidad consumida de reactivo a partir de lo que sobra tras la reacción. Ejemplo: Sustancia X + exceso de ácido; se valora el ácido sobrante con una base.

3. Definiciones Clave

a) Volumen en exceso

Cantidad de titulante que se añade de más para asegurar que toda la muestra reaccione. Ejemplo: Si se necesitan 20 mL de HCl para disolver el ZnO, se colocan 30 mL. Los 10 mL extras son el exceso que se determinará con NaOH.

b) Volumen teórico

Es el volumen exacto de titulante que, según la reacción estequiométrica, debería reaccionar con la sustancia problema. Ejemplo: Para 0.1 g de ZnO se requieren 24.6 mL de HCl 0.1 N (calculado con la estequiometría).

c) % de rendimiento (o pureza)

Indica la relación entre la cantidad experimental obtenida y la teórica esperada.

4. Métodos Alternativos de Valoración de ZnO

a) Métodos Volumétricos

Además del método indirecto con HCl (exceso + retroceso), el ZnO puede cuantificarse volumétricamente mediante:

• Valoración complejométricas con EDTA: El ZnO se disuelve en exceso de ácido clorhídrico o nítrico para obtener iones Zn²⁺ en solución. Luego se neutraliza el exceso de ácido con un tampón (generalmente amoniaco/amonio a pH 10). Se titula con EDTA 0.05 M, que forma un complejo muy estable con Zn²⁺. Se utiliza el indicador negro de eriocromo T (cambia de rojo vino a azul cuando todo el Zn²⁺ es secuestrado por el EDTA). Este método es muy usado porque es más específico, exacto y no requiere trabajar con excesos de ácido.
• Valoración por precipitación: El Zn²⁺ puede precipitarse como ZnS en medio ligeramente ácido con H₂S. Luego, el precipitado puede redispersarse y valorarse, aunque este método es menos común hoy día por su poca exactitud y la toxicidad del H₂S.

b) Métodos Instrumentales

Hoy en día, en farmacopeas y control de calidad, los métodos instrumentales son los más usados por su exactitud y sensibilidad:

• Espectrofotometría UV-Visible: El Zn²⁺ reacciona con reactivos cromógenos (por ejemplo, ditizona), formando un complejo coloreado que absorbe luz a una longitud de onda específica. Se mide la absorbancia en un espectrofotómetro y, mediante una curva de calibración, se determina la concentración de zinc.
• Espectroscopía de Absorción Atómica (AAS): La muestra se disuelve y se introduce en una llama o en horno de grafito. El Zn absorbe radiación en una longitud de onda característica (~213.9 nm). Es uno de los métodos más precisos para cuantificar zinc, incluso en trazas.
• ICP-OES / ICP-MS (Plasma Acoplado Inductivamente): Se usa en laboratorios avanzados. Permite cuantificar el zinc con altísima sensibilidad, y a la vez detectar otros metales presentes como impurezas.

5. Resumen de la Farmacopea (ANMAT) para Óxido de Zinc

a) Características y Ensayos Generales

Definición: El óxido de zinc debe contener entre 99.0 % y 100.5 % de ZnO, calculado sobre la sustancia recientemente sometida a ignición. Se exige una alta pureza, lo que garantiza que se trata de un reactivo farmacéutico adecuado.

Características generales:

• Polvo blanco o blanco amarillento, muy fino, amorfo e inodoro.
• Absorbe dióxido de carbono del aire.
• Soluble en ácidos diluidos, insoluble en agua y alcohol.

Conservación: Debe guardarse en envases bien cerrados para evitar que capte humedad y CO₂ del aire.

Ensayos incluidos:

• Identificación: Calentado adquiere color amarillo que desaparece al enfriar; reacciona con ácido clorhídrico produciendo efervescencia.
• Alcalinidad: Verificación de que no quede exceso de base libre.
• Pérdida por calcinación: No debe exceder el 1.0%.
• Límite de arsénico y metales pesados: Control de contaminantes tóxicos.
• Carbonato y color de la solución: Ensayos para verificar la ausencia de carbonatos o impurezas solubles.
• Plomo: No debe producirse precipitado con los reactivos de ensayo (confirmando ausencia de este metal pesado).

b) Método de Valoración Cuantitativa (Método Oficial)

Este es un método de valoración por retroceso:

1. Pesar 1.5 g de ZnO recientemente calcinado.
2. Agregar 2.5 g de cloruro de amonio y disolver en 50 mL de ácido sulfúrico 1 N con calor suave.
3. Titular el exceso de ácido sulfúrico con hidróxido de sodio 1 N, usando azul de metilo como indicador.

Se realiza una determinación en blanco y se aplican correcciones necesarias. Equivalencia: Cada mL de ácido sulfúrico 1 N equivale a 40.70 mg de ZnO.

6. Respaldo con Cálculos

Respalda con cálculos (lo) el volumen en exceso que se coloca en la práctica.

Leche de Magnesia (Mg(OH)₂): Valoración y Ensayos de Suspensión

1. Limitación del Mg(OH)₂ que obliga a la Valoración por Retroceso

La principal limitación del hidróxido de magnesio (Mg(OH)₂) es que es muy poco soluble en agua, lo que impide una valoración directa confiable, ya que no se alcanza una disolución homogénea y completa del analito.

Por esta razón, se utiliza una valoración por retroceso: se agrega un exceso conocido de ácido fuerte (por ejemplo, HCl), que reacciona con el Mg(OH)₂, y luego el exceso de ácido se valora con una base estandarizada (NaOH). Esto permite determinar indirectamente la cantidad de Mg(OH)₂ presente.

2. Uso del Indicador Naranja de Metilo

¿Por qué utilizamos el indicador naranja de metilo y no fenolftaleína en la valoración? Fundamenta tu respuesta.

• El naranja de metilo cambia de color en un intervalo de pH 3.1–4.4, adecuado para detectar el punto final en valoraciones ácido-base fuertes en medio ácido.
• En el caso de la leche de magnesia, se valora el exceso de HCl que no reaccionó con Mg(OH)₂. El punto final ocurre en un medio ácido, por lo que el naranja de metilo es el más adecuado.
• La fenolftaleína, en cambio, vira en un intervalo de pH 8.3–10.0, propio de medios básicos, lo cual no corresponde al punto de viraje buscado en esta titulación por retroceso.

Por lo tanto, se usa naranja de metilo porque asegura una detección precisa del punto final en el rango de pH ácido.

3. Ensayos de Control de Calidad en Suspensiones

Los principales ensayos aplicados a suspensiones (como la leche de magnesia) son:

• Uniformidad de dosis: Asegurar que cada dosis contenga la misma cantidad de principio activo.
• Tamaño de partícula: Determina la dispersión y estabilidad de la suspensión (muy importante en Mg(OH)₂).
• Sedimentación y redispersabilidad: Comprobar que, tras reposo, las partículas sedimentadas puedan redistribuirse fácilmente al agitar.
• Viscosidad: Relacionada con la estabilidad física y la facilidad de administración.
• pH: Debe mantenerse dentro del rango especificado para garantizar estabilidad y eficacia.
• Ensayo de contenido: Cuantificación del principio activo presente en la suspensión.

4. Otro Método Volumétrico e Instrumental para Valorar Leche de Magnesia

Método Volumétrico Alternativo

Valoración directa con ácido estándar fuerte (siempre y cuando se empleen técnicas para favorecer la disolución de Mg(OH)₂, como agitación y calentamiento controlado).

Métodos Instrumentales

• Espectrofotometría de Absorción Atómica (AAS): Permite cuantificar el magnesio de manera precisa.
• Espectrofotometría UV-Visible: Midiendo complejos coloreados de magnesio.
• ICP-OES (Espectroscopía de Emisión Óptica con Plasma Acoplado Inductivamente): Muy exacta para la cuantificación de Mg.

5. Creación y Resolución de un Problema

Problema: Determinar la cantidad de muestra de suspensión de leche de magnesia que reacciona con 11 mL de titulante.

R: La cantidad de muestra para una reacción de 11 mL es de 0.4 mL de leche de magnesia. En el vaso de precipitado con la leche de magnesia añadimos un exceso de 16 mL de HCl, añadiendo 2 gotas de naranja de metilo y titulamos con KOH 0.1 N hasta cambio de color. Terminando la titulación se observa un viraje de rojo a amarillo. El volumen gastado es de 5.3 mL de KOH. ¿Cómo podemos saber si el volumen en exceso es el adecuado?

Cálculo del volumen de HCl que realmente reaccionó con la muestra:

$$\text{V}_{\text{muestra}} = \text{V}_{\text{HCl añadido}} – \text{V}_{\text{retro}} = 16.0 – 5.3 = 10.7 \text{ mL}$$

Ácido Acetilsalicílico (ASA): Degradación y Ensayos Farmacopeicos

1. Compuesto Subproducto y Límites de Concentración

Averigua qué compuesto durante la valoración ácido-base debe también valorarse como subproducto del ASA y en qué concentración debe encontrarse, para no tomarse dañino.

Compuesto identificado: Ácido salicílico (AS)

Origen: Producto de hidrólisis del Ácido Acetilsalicílico (AAS) en medio acuoso o alcalino.

Ecuación de degradación:

$$\text{AAS} + \text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{Ácido salicílico} + \text{Ácido acético}$$

Límites farmacopeicos:

• USP/Ph.Eur.: Máximo 0.3% respecto al AAS.
• Farmacopea Boliviana: Sigue estándares internacionales (90–110% principio activo, ≤0.3% impurezas).

Riesgos por exceso:

• Concentraciones >0.3% pueden causar irritación gástrica.
• Niveles >1% provocan síntomas de salicilismo (tinnitus, náuseas, acidosis metabólica).

2. Ensayos Farmacopeicos

a) Ensayo de Hermeticidad en Comprimidos

• Normativa: USP <671>
• Propósito: Verificar que el empaque primario proteja contra humedad, luz y gases.
• Criterio de aceptación: Sin evidencia de degradación por humedad.

b) Ensayo de Disgregación de Comprimidos de Ácido Acetilsalicílico

• Normativa: USP <701>
• Límite temporal: 15–30 minutos en medio acuoso (37°C).
• Importancia: Garantiza la liberación del principio activo para su absorción.

3. Certificado de Control de Calidad

Consigue un Certificado de Control de Calidad en comprimidos (ASA y otro) y resume las pruebas de control que se realizan, así como sus parámetros normales.

4. Problema de Valoración de ASA

Durante la valoración de ASA por método indirecto se pesa una píldora indicada: ASA 500 mg.

Peso comprimido = 610 mg

a) Si valoras 400 mg, ¿qué volumen en exceso colocas de NaOH 0.15 N?

b) Si gastas 3 mL menos que el volumen en exceso, determina los mg/comprimido de ASA puro y si es aceptado o no según la farmacopea.