Informe 9 - Valoraciones Redox PDF

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EN ESTE DOCUMENTO ENCONTRARAS LA INFORMACIÓN NECESARIA DE LA PRACTICA SOBRE VALORACIONES DE REDOX...

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1: VALORACIONES DE OXIDO REDUCCIÓN “Permanganimetría: Determinación de Peróxido de Hidrogeno y Oxidabilidad del Agua” “Cerimetría: Determinación de Hierro” “Yodimetría: Determinación de Ácido Ascórbico en la Vitamina C y el Jugo de Naranja” “Yodometría: Determinación de Hipoclorito de Sodio en el Clorox”

ÍNDICE:

Página

Resumen.

3

Introducción.

3

Objetivos.

6

Metodología:

7

1. Plan de Muestreo

7

2. Procedimiento para la recolección de datos:

8

 Materiales y reactivos.

8

 Método analítico.

9

 Diagrama de flujo del procedimiento. 3. Resultados y Cálculos

12 17

2: Conclusiones.

22

Bibliografía.

22

RESUMEN Se realizaron las diferentes valoraciones por Reacciones de Oxido-Reducción dividiéndose en 4 partes las cuales tenían sus 4 diferentes disoluciones patrones. (Permanganimetría, Cerimetría, Yodometría y Yodimetría) estas se estandarizaron y se realizaron las diferentes valoraciones para determinar componentes tales como Acido Ascórbico, Hipoclorito de Sodio, Oxigeno Libre, Hierro y Peróxido de Hidrogeno.

INTRODUCCION La volumetría redox (óxido - reducción) consiste en la medición del volumen necesario de una sustancia oxidante o reductora para determinar el punto final de una reacción redox. Para calcular el peso equivalente de una sustancia oxidante o reductora, se debe dividir el peso molecular de la misma con respecto al cambio del número de oxidación. Las soluciones de los oxidantes más comunes en la titulación de los reductores son los siguientes: KMnO4, K2Cr2O7 y el KI, mientras que los reductores más comunes son: Na2C2O4, H2C2O4, y el Cl−.

3: Permanganimetría El Permanganato de potasio KMnO4 se ha utilizado mucho como agente oxidante por más de 100 años. Es un reactivo que está disponible con facilidad, no es caro y no requiere indicador a menos que se utilice en solución muy diluida. Una gota de permanganato 0.1 N imparte un color rosa perceptible al volumen de solución, que por lo general se usa en una titulación. Este color se emplea para indicar el exceso de reactivo. El permanganato participa en varias reacciones químicas, ya que el manganeso puede existir en los estados de oxidación de +2, +3,+4, +6 y +7. Estas reacciones se resumen a continuación: 0

2+¿+ 4 H 2 O E =+ 1.51 V (1 ) ¿ −¿ ↔ Mn ¿ +¿+5 e ¿ −¿+8 H ¿ MnO 4

Esta reacción tiene lugar en soluciones muy acidas (0.1 N mayor) 0

−¿ ↔ MnO 2 +2 H 2 O E =+1.70 V (2) ¿ +¿+3 e −¿+4 H ¿ ¿ MnO 4 (s )

El estado de oxidación +3 del manganeso no es estable, pero los aniones formadores de complejos, como el pirofosfato o el fluoruro, estabiliza el ion. 2−¿ E 0=+0.54 V (3) −¿↔ MnO¿4 ¿ −¿+ e ¿ MnO 4

4: Esta reacción tiene lugar solo en soluciones muy alcalinas, a una concentración de iones OH - de 1 M. En soluciones con pH más bajo ocurrirá la reacción (2). Es usual adicionar cloruro de bario para precipitar BaMnO 4, eliminando el color verde del MnO42-, y también previniendo que suceda una reducción posterior. La reacción más común con la que nos encontramos en el laboratorio en los cursos introductorios es la primera, que sucede en solución muy acida. El permanganato reacciona rápidamente con muchos agentes reductores de acuerdo con la reacción (1), pero algunas substancias requieren calentamiento o el uso de un catalizador para aumentar la velocidad de la reacción. No por el hecho de muchas de las reacciones del permanganato sean lentas se encontraran más dificultades al utilizar este reactivo. Por ejemplo, el permanganato es un oxidante suficientemente fuerte para oxidar el Mn(II) a MnO2 de acuerdo con la ecuación: +¿ ¿ −¿+2 H 2 O →5 MnO2 + 4 H 2+ ¿ 2 MnO¿4 3 Mn¿ (s )

Cuando se utiliza para la oxidación de compuestos orgánicos en disolución alcalina y en presencia de ion bárico, tiene lugar su reducción a ion manganato, MnO4- - , que precipita en forma de BaMnO4. La reducción de MnO4- a Mn2+es un poseso muy complejo que implica la formación de estados intermedios de oxidación del manganeso; sin embargo, si se ajustan las condiciones para que el producto final sea Mn ++, se puede establecer la estequiometria entre el permanganato y el agente reductor, independientemente del mecanismo de la reacción. En disolución neutra, el permanganato se descompone lentamente y las disoluciones ácidas son aún menos estables. La reacción esta autocatalizada por el bióxido de manganeso. Las trazas de sustancias reductoras presentes en el agua destilada utilizada en la preparación de la disolución reducen

permanganato

a

bióxido

de

manganeso,

que

cataliza

la

descomposición. La descomposición de las disoluciones de permanganato resulta también catalizada por la luz.

5: La mayor parte de las valoraciones con permanganato se verifican en disolución ácida con formación de manganeso (II) como producto de reducción. La determinación de algunas sustancias dependen del pH, por ejemplo en disolución ácida solo se pueden determinar los siguientes iones: ion oxalato, ion ferrocianuro, arsénico (III), antimonio (III), peróxido de hidrógeno, peróxidos y per carbonatos, dióxido de sulfuro, ion sulfuro, ácido sulfhídrico, sulfuros solubles, HCNS, ion nitrito, titanio, vanadio, uranio, hierro metálico en presencia de óxido de hierro, manganeso. Si la determinación de iones se hace en medio neutro el producto de reducción del permanganato es el MnO2. Cerimetría En medio ácido, las sales de cerio (IV) tienen carácter oxidante fuerte y se reducen a ion cerio (III), ganando un sólo electrón. La simplicidad de esta reacción la hace muy interesante para múltiples valoraciones.

Oxidación del ion hierro (II) con el ion cerio (IV).

Yodimetría El yodo es un oxidante medio y permite valorar sustancias como los tiosulfatos o arsenitos, mientras se reduce a ion yoduro. Otras sustancias que pueden valorarse con yodo son los sulfitos, sulfuros, y los iones arsénico (III), estaño (II) y cobre (I). Sólo es estable si se adicionan yoduros, por formación de I3-.

Yodometría Yodometría, también conocido como valoración yodométrica, es un método de análisis químico volumétrica, una valoración redox donde la aparición o desaparición de yodo elemental indica el punto final.

6: Tenga en cuenta que Yodometría implica la valoración indirecta de yodo libre mientras que la Yodimetría implica valoración directa del yodo liberado.

OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL  Determinar

las

mencionados

concentraciones

con

la

ayuda

de

de

los

las

diferentes

diferentes

analitos

valoraciones

oxidimetrícas. OBJETIVOS ESPECIFICOS  Demostrar que a partir de reacciones de Oxido / Reducción es posible determinar las concentraciones de un analito.  Estandarizar satisfactoriamente las disoluciones patrones de KMnO4, I3- y Na2S2O3  Comparar las concentraciones obtenidas con las que se encuentran en las etiquetas comerciales (en el caso del Ácido Ascórbico)

METODOLOGÍA

PLAN DE MUESTREO Muestra Bruta o Muestra Global Utilizada - 2 Litros de Agua del Laguito - 15 Tabletas de Vitamina C “Cebion minis” (100 mg) - Frasco 500 mL Clorox

7: - Botella de 350 mL de Jugo de Naranja (sin azúcar puro) - Agua Oxigenada JGB 120 mL

Alícuotas Se tomaron alícuotas de 100 mL para el agua del laguito. Se tomaron aproximadamente 1.3 g de Agua Oxigenada, 0.7 a 0.8 g de Vitamina C previamente triturada, 25 mL de jugo de naranja y 25 mL de Clorox

PROCEDIMIENTO PARA LA RECOLECCIÓN DE DATOS

MATERIALES UTILIZADOS 

Beacker de 100 mL



Matraz Erlenmeyer



Pipetas Graduadas y Volumétricas



Frasco Lavador



Trípode



Mechero Bunsen

8: 

Malla de Asbesto



Bureta de 50 mL



Pinzas para bureta



Soporte Universal



Goteros



Papel Indicador de pH



Mortero

REACTIVOS UTILIZADOS 

Disoluciones KMnO4

Patrón

de

aproximadamente

0.0200 M y 0.0020 M 

Disolución Patrón de Ce 4+ 0.1000 M



Disolución

Patrón

de I3-

Triyoduro

aproximadamente 0.0200 M 

Disolución

Patrón

de

Na2S2O3.5H2O aproximadamente 0.1000 M 

Oxalato de Sodio



Almidón



Ácido Sulfúrico 3M, 4M y Concentrado



Hidróxido de Sodio 1M



Ácido Clorhídrico 1M y Concentrado



Sulfato Ferroso Amónico (Sal de Mohr)



Yoduro de Potasio



Patrón Primario de As2O3



Patrón Primario de K2Cr2O7



Ferroina



Anaranjado de Metilo



Bicarbonato de Sodio

METODO ANALÍTICO Permanganimetría La Permanganimetría es una valoración de especies que pueden oxidarse con permanganato. Se emplea en la valoración del agua oxigenada, materia orgánica, nitritos, etc. El punto de equivalencia se alcanza cuando el número de equivalentes de la disolución valorada es el mismo que el de la disolución a valorar.

9: El permanganato es un oxidante enérgico y en medio ácido se reduce según esta semirreacción: 8 H+ + MnO4- + 5 e- → Mn2++ 4 H2O Para que transcurra la reacción, se necesitan iones H + que pueden ser suministrados por un ácido no oxidable por el permanganato como el ácido sulfúrico. Las valoraciones de permanganato no necesitan indicador, ya que comunica a las disoluciones un color violeta intenso que pasa a incoloro debido a la reacción MnO4- → Mn2+ Violeta

Rosa palido

Cerimetría Cerimetría o titulación cerimétrica, también conocida como la oxidimetría del cerio, es un método de análisis químico volumétrico, una valoración redox en la que un complejo indicador “Ferroina” indica el punto final. La ferroína puede adquirir un color de forma reversible en su forma oxidada al hacer la valoración con una solución Ce4+. El uso de las sales de cerio (IV) como reactivos para el análisis volumétrico se propuso por primera vez en el medio del siglo XIX, pero los estudios sistemáticos no comenzaron hasta unos 70 años después. Las soluciones estándar se pueden preparar a partir de diferentes sales de Ce4+, pero se elige a menudo sulfato de cerio. La Cerimetría está vinculada a la reacción redox Fe 2+ a Fe3+, que puede ser utilizado para el análisis de los niveles estequiométricos para el caso de la oxidación, que se añade un exceso precisa de sal de alta pureza cristalina de Mohr en la digestión de un óxido en Ácido Clorhídrico (HCl) Yodimetría El yodo es un tipo de oxidante de tipo medio, el cual nos permite realizar la valoración de diferentes sustancias, en las que destacamos los tiosulfatos. En

10: dichos procesos el yodo se ve reducido a ion yoduro. Otras de los compuestos que podemos analizar a través de valoraciones con el yodo, son los sulfitos, sulfuros, y diferentes iones como el de arsénico, estaño o cobre. Cuando realizamos reductimetrías, para valorar el yodo, el agente reductor por excelencia es el Tiosulfato. Por lo general, las reacciones que usan dicha aplicación, no pueden reaccionar directamente con el Tiosulfato, así, los agentes oxidantes reaccionan para dar lugar al yodo con yoduros, para más tarde pasar a valorarlos con Tiosulfato. Este tipo de reacción es de indirecta y se conoce con el nombre de Yodometría. En cambio, cuando hablamos de Yodimetría, hacemos referencia a una valoración que se realiza directamente con el yodo. Son numerosos los compuestos capaces de llegar a oxidar al ion yoduro, transformándolo en yodo. Seguidamente se procede a valorar el yodo que se ha formado con una disolución de Tiosulfato, pudiendo conocer así, tras una serie de cálculos, la cantidad de sustancia que hasta ahora no conocíamos, la cual ha conseguido oxidar al ion yoduro. Una práctica común del uso de las Yodimetrías, es la determinación del ácido ascórbico en preparados de tipo farmacéuticos. Dicha determinación se realiza a través de la valoración del ácido ascórbico con una disolución de I2. El ácido ascórbico puede ser oxidado de manera cuantitativa con un oxidante relativamente débil con el yodo; cuya disolución de yodo se prepara añadiendo

Un exceso de yoduro potásico KI, para que se forme el complejo I3, el cual tiene como característica, que es más soluble que el I2. I3- + 2e- ↔ 3IAl ser el I2 un oxidante débil, la gran mayoría de las sustancias que acompañan al ácido ascórbico en los preparados farmacéuticos, como pueden ser los excipientes, no suelen interferir en su valoración. El indicador utilizado es el conocido con el nombre de, engrudo de almidón, el cual no responde a un cambio brusco de potencial que se produce en las

11: cercanías del punto de equivalencia sino a la formación de un complejo en exceso de I2, de coloración azul. Yodometría Yodometría se utiliza comúnmente para analizar la concentración de agentes oxidantes en muestras de agua, tales como la saturación de oxígeno en los estudios ecológicos o de cloro activo en el análisis del agua de la piscina. Para un volumen conocido de la muestra, se añade una cantidad en exceso de yoduro, pero conocido, que los agentes oxidantes oxida yoduro a yodo. El yodo se disuelve en la solución que contiene yoduro para dar iones Triyoduro, que tienen un color marrón oscuro. La solución de ión Triyoduro se valora a continuación, contra la solución de Tiosulfato estándar para dar yoduro de nuevo utilizando indicador de almidón: I3- + 2e- ↔ 3IJunto con potencial de reducción de Tiosulfato: S4O62- + 2e- ↔ 2S2O32La reacción global es la siguiente: I3- + 2S2O32- -------> S4O62- + 3IPara simplificar, las ecuaciones normalmente se escriben en términos de yodo molecular acuoso en lugar del ion Triyoduro, ya que el ion yoduro no participa en la reacción en términos de análisis relación molar. La desaparición del color azul profundo debido a la descomposición de yodoalmidón marca el punto final El agente reductor utilizado no necesariamente tiene que ser Tiosulfato, cloruro de estaño, sulfitos, sulfuros, arsénico, antimonio y se utilizan comúnmente alternativas. DIAGRAMAS DE FLUJO Permanganimetría Estandarización de la “DP” KMnO4 aproximadamente 0.0200 M

12: Se toman aproximadamente 0.2 a 0.23 g de Oxalato de Sodio (Na2C2O4)

Se les agrega 10 mL de Ácido Sulfúrico Concentrado. Se agita hasta la disolución completa del Oxalato. Se agrega rápidamente un volumen entre 20 y 25 mL de disolución patrón de Permanganato de Potasio agitándola fuertemente hasta la decoloración de la solución

Calentar la disolución decolorada a una temperatura aproximadamente 70°C y seguir valorando con la disolución patrón de KMnO4 hasta cuando una gota genere una coloración rosa que persista durante 30 segundos mínimo. Anotar el Volumen Consumido y hacer los cálculos

Permanganimetría Determinación de Peróxido de Hidrogeno en Agua Oxigenada.

Pesamos en un pesasustancia limpio y seco de 1.25 a 1.5 g de Agua Oxigenada y transferir cuantitativamente a un matraz Erlenmeyer. Diluirlo con agua destilada hasta 50 mL aproximadamente

A esta disolución se le añaden 10 mL de Ácido Sulfúrico 3 M

Se valora con la disolución patrón de KMnO4 hasta cuando una gota genere una coloración rosa que persista durante 30 segundos mínimo. Anotar el Volumen Consumido y hacer los cálculos

13:

Permanganimetría Determinación de la Oxidabilidad del Agua del Laguito.

Se tomaron 100 mL de Agua del Laguito y se pasaron a un Matraz Erlenmeyer.

Valorar rápidamente el exceso de Sulfato Ferroso Amónico con la disolución patrón de KMnO4 0.0020 M hasta cuando una gota genere una coloración rosa que persista durante 30 segundos mínimo.

A esta muestra se le añaden 5 mL de Ácido Sulfúrico Concentrado y se toma el pH con papel indicador.

Se le añaden 10 mL de Sal de Mohr (Sulfato Ferroso Amónico) 0.0100 M y se mantiene en caliente hasta que desaparezca el color del permanganato

Se hierve la solución por 5 minutos para eliminar los sulfuros y los nitritos del agua

A la solución se le añaden 10 mL de disolución patrón de KMnO4 0.0020 M y se mantiene la ebullición por 10 minutos.

Cerimetría Determinación de Hierro en el Sulfato Ferroso Amónico (Sal de Mohr)

Se tomaron 0.15 g aproximadamente de Sulfato Ferroso Amónico

Esta se diluyó con agua destilada hasta aproximadamente 50 mL

Se le añadió a la solución 10 mL de Ácido Sulfúrico 3M.

14: Finalmente a la solución se le añaden 5 gotas del indicador Redox Ferroina y se valora con “DP” Ce4+ hasta que se presente un color azul claro en la solución

Yodimetría Estandarización de la Disolución Patrón de Triyoduro (I3-)

Se utiliza un pesasustancia limpio y seco y se le añaden 0.15 a 0.2 g de PP As2O3

Se disuelven en unos 20 mL de NaOH 1.00 M. Si es necesario se calienta la solución para que el soluto se disuelva fácilmente

Se valora la solución con Triyoduro hasta que aparezca el primer tinte azul/violeta que persista por lo menos 30 segundos

Se le añaden 5 mL de solución indicadora de almidón

Se le adicionan a la solución 2 gotas de Anaranjado de Metilo y seguidamente HCl 1 M Hasta cuando el color del patrón primario cambie de amarillo a rosa

Se pesan en una balanza 3 a 4 g de NaHCO3 y se agrega a la disolución del PP. Se diluye con Agua destilada hasta 100 mL

Yodimetría Determinación de Ácido Ascórbico en la Vitamina C.

Se pesaron en la balanza analítica 15 tabletas de “Cebion mini” 100 mg y por promedio se tomó el peso de una tableta

Las tabletas se trituraron con un mortero y se tomó en un pesasustancia de 0.7 a 0.8 g de Vitamina C

Diluir con agua destilada la vitamina C triturada hasta llevarla a 50 o 100 mL se transfiere a un Matraz Erlenmeyer

15: Se hacen los cálculos y se determina cuantos miligramos de Ácido Ascórbico hay en una tableta de “Cebion mini”

Se valora inmediatamente con la disolución patrón de Triyoduro hasta que la solución presente un cambio de color a azul violeta

Se le adiciona a la solución 5 mL del Indicador de Almidón.

Yodimetría Determinación de Ácido Ascórbico en el Jugo de Naranja

Se tomaron 25 mL de Jugo de Naranja

Se diluyo hasta 100 mL con agua destilada y se transfirió a un matraz Erlenmeyer

Se le adiciona a la solución 5 mL del Indicador de Almidón

Se hacen los cálculos y se determina cuantos miligramos de Ácido Ascórbico hay en el jugo de naranja.

Se valora inmediatamente con la disolución patrón de Triyoduro hasta que la solución presente un cambio de color a azul violeta

Yodometría Estandarización

del

Disolución

Patrón

de

Tiosulfato

de

Sodio

(Na2S2O3.5H2O)

Se pesa en un pesasustancia limpio y seco de 0.1 a 0.2 g de Dicromato de Potasio

Se transfiere a un Matraz Erlenmeyer y se diluye con agua...