Práctica de Yodimetrías y Yodometrías PDF

Preview

Summary

Download Práctica de Yodimetrías y Yodometrías PDF

Description

Prof.: Antonio Delgado – Efrén Forcada

Volumetrías Redox: Yodimetrías y Yodometrías

YODIMETRÍAS

Y YODOMETRIAS

Fundamento Los procesos yodimétricos-yodométricos se fundan en la reacción siguiente: Yodimetria I2 + 2 e-

2 IYodometría

que es reversible y con un potencial normal de reducción de +0536 V. La yodimetría comprende las determinaciones efectuadas con soluciones valoradas de yodo. La yodometría consiste en la valoración del yodo que se libera por oxidación del yoduro. Por tanto, todas las sustancias que tienen un potencial normal inferior al del sistema yodo-yoduro, se oxidan con el yodo y se pueden determinar por valoración con solución patrón de yodo. Algunas de estas reacciones yodimétricas pueden ser las siguientes: Sn+2 + I2 → Sn+4 + 2 ISO3-2 + I2 + H2O → SO4-2 + 2 H+ + 2 IS-2 + I2 → S + 2 H+ + 2 I2 S2O3-2 + I2 → S4O6-2 + 2 IEn cambio en los sistemas fuertemente oxidantes el yoduro ejerce una acción reductora, con formación de una cantidad equivalente de yodo. El yodo liberado se valora con tiosulfato de sodio. Algunas de las principales reacciones yodométricas son: 2 Ce+4 + 2 I- → 2 Ce+3 + I2 2 Cu+2 + 4 I- → 2 CuI + I2 Cl2 + 2 I- → 2 Cl- + I2 Br2 + 2 I- → 2 Br- + I2 2 MnO4- + 16 H+ + 10 I- → 2 Mn++ + 5 I2 + 8 H2O Cr2O7-2 + 14 H+ + 6 I- → 2 Cr+3 + 3 I2 + 7 H2O BrO3- + 6 H+ + 6 I- → Br- + 3 I2 + 3 H2O El sistema redox yodo (triyoduro)-yoduro: I3- + 2 e- ↔ 3 I- tiene un potencial estándar de + 0,54 como hemos visto. La especie principal presente en una disolución de yodo y yoduro de potasio es el ión triyoduro (I3-), y muchos químicos se refieren a estas disoluciones como disoluciones de triyoduro en vez de yodo. Por sencillez, se utiliza el término disoluciones de yodo y se escriben las ecuaciones empleando I2 en lugar de I3-. El yodo es una agente oxidante más débil que el permanganato de potasio y el dicromato de potasio. En los procesos analíticos, el yodo se emplea como un agente oxidante (yodimetría) y el ión yoduro se utiliza como agente reductor (yodometría). Relativamente pocas sustancias son agentes reductores lo bastante fuertes como para valorarlas con yodo directamente. Por ello, la cantidad de determinaciones yodimétricas es pequeña. No obstante, muchos agentes oxidantes tienen la fuerza necesaria para reaccionar por completo con el ión yoduro y con esto hay muchas aplicaciones de los procesos yodométricos, en los cuales se adiciona un exceso de yoduro al agente oxidante que se va a determinar, así, se libera yodo y éste se valora con disolución de tiosulfato de sodio. La reacción entre el yodo y el tiosulfato se desplaza totalmente a la derecha.

1

Prof.: Antonio Delgado – Efrén Forcada

1

Volumetrías Redox: Yodimetrías y Yodometrías

PREPARACI ÓN DE U N A DI SOLU CI ÓN 0 ,1 N DE N a 2 S 2 O 3 .5 H 2 O

Objetivo Preparar una disolución 0,1 N de Na2S2O3.5H2O Fundamento Muchos agentes oxidantes se pueden analizar adicionando yoduro de potasio (KI) en exceso y valorando el yodo que se libera. Ya que muchos agentes oxidantes necesitan estar en disolución ácida para reaccionar con yoduro, el valorante que se utiliza comúnmente es el tiosulfato de sodio en los procesos yodométricos. El tiosulfato de sodio comercial es el Na2S2O3.5H2O y su peso equivalente es igual a un mol, deducido de la reacción de reducción siguiente: 2 S2O3-2 → S4O6-2 + 2 e1 equivalente de Na2S2O3 . 5H2O =

Mr 248,09 = = 248,09 g/mol − 1 nº e

Para determinar el punto final de la valoración se emplea el indicador de almidón. El almidón reacciona con el yodo, en presencia de yoduro, dando un complejo adsorción de color azul intenso que contiene yodo y yoduro y que es perceptible para concentraciones muy bajas de yodo. La valoración se da por terminada cuando una gota de tiosulfato de sodio en exceso haga virar el color, de azul verdoso a verde pálido. Observaciones - Preparar la sal de tiosulfato de sodio con agua destilada recién hervida, puesto que el CO2 que pueda existir en el agua destilada normal transforma el tiosulfato en hidrogenosulfito y azufre: S2O3-2 + 2 CO2 + 2 H2O → HSO3- + S ↓ + 2 HCO3- + H+ - El tiosulfato sódico se descompone en disoluciones ácidas, formando azufre como un precipitado lechoso: S2O3-2 + 2 H+ → H2SO3 + S ↓ De cualquier modo la reacción es lenta y no sucede cuando el tiosulfato se valora en disoluciones ácidas de yodo con agitación. La reacción entre el yodo y el tiosulfato es más rápida que la reacción de descomposición. - Si el pH de la disolución está por encima de 9, el tiosulfato se oxida parcialmente a sulfato: 4 I2 + S2O3-2 + 5 H2O → 8 I- + 2 SO4= + 10 H+ En disolución neutra ó ligeramente alcalina no ocurre la oxidación del tiosulfato a sulfato, especialmente cuando se emplea yodo como valorante. - Se aconseja añadir a la solución preparada, 10 mg de yoduro mercúrico ó 1 mL de cloroformo para mejorar su conservación.

- La solución deberá guardarse en recipientes de color topacio. - El almidón no debe añadirse a la solución al iniciar la valoración puesto que formaría con el yodo un complejo insoluble en agua. Se adiciona cuando la mayor parte del yodo ha reaccionado, lo que se reconoce porque la solución toma un color verde amarillento Adicionando el almidón, la solución se torna azul y se continúa la valoración hasta la aparición de un color verde pálido.

2

Prof.: Antonio Delgado – Efrén Forcada

Volumetrías Redox: Yodimetrías y Yodometrías

Materiales - Bureta - Vasos de precipitados - Matraz erlenmeyer - Pipetas aforadas. - Soporte y pinzas Reactivos - Na2S2O3 .5H2O. Preparad 500 mL/Grupo Procedimiento 1º) Hervir 600 ml. de agua destilada durante 15 minutos como mínimo. Enfriar. 2º) Pesar en un vaso de precipitados pequeño la cantidad necesaria para preparar 500 mL de disolución 0,1 N de tiosulfato sódico. 3º) Disolver esta sal en un poco de agua destilada hervida y llevar y enrasar finalmente en un matraz aforado de 500 mL mediante el agua destilada hervida. Homogeneizar la disolución. 4º) Trasvasar la disolución a un frasco de color topacio y añadir 1 ml. de cloroformo para conservar mejor la disolución. Cálculos

3

Prof.: Antonio Delgado – Efrén Forcada

Volumetrías Redox: Yodimetrías y Yodometrías

NORMALIZ ACIÓN DE LA DI SOL. DE Na 2 S 2 O 3 .5H 2 O 0 ,1 N FREN T E AL K 2 Cr 2 O 7 0 ,1 N

2

Objetivo

Determinar el Factor de corrección de la disolución de Na2S2O3.5H2O. Fundamento

Inicialmente, el dicromato potásico es reducido por la solución ácida de yoduro de potasio a sal crómica verde, liberándose una cantidad equivalente de yodo, según la reacción molecular: K2Cr2O7 + 16 KI + 14HCl → 8 KCl + 2 CrCl3 + 3 I2 + 7 H2O

El aire oxida al KI en forma apreciable cuando la concentración del ácido es mayor a 0,4 M. Para obtener mejores resultados se añade al matraz de valoración un poco de bicarbonato sódico ó de hielo seco. El CO2 que se genera desplaza al aire, después de esto se deja reposar la mezcla hasta que la reacción se termina. Finalmente, el yodo liberado se valora con solución de tiosulfato de sodio, según la reacción molecular: I2 + 2 Na2S2O3 → Na2S4O6 + 2 NaI En el punto de equivalencia, se tiene: nº equivalentes de Na2S2O3.5H2O = nº equivalentes de K2Cr2O7 Materiales

-

Bureta. Soporte. Pinzas Nueces Vasos de precipitados Pipetas aforadas y graduadas. Matraces erlenmeyer

Reactivos

-

-

KI NaHCO3 ó KHCO3 HCl concentrado K2Cr2O7 0,1 N Na2S2O3.5H2O 0,1 N Almidón soluble (indicador) 50 mL: A 0,5 g de almidón soluble se le añade un poco de agua fría y se hace una papilla. A continuación se añade agua destilada hasta un volumen de 50 mL de disolución. Hervir hasta que la solución quede transparente. Añadir 1,5 gramos de KI y disolver. Finalmente añadir 0,25 mg de HgI2 ó 0,25 mL de cloroformo para su mejor conservación. Guardar en frasco color topacio. Cloroformo.

4

Prof.: Antonio Delgado – Efrén Forcada

Volumetrías Redox: Yodimetrías y Yodometrías

Procedimiento 1º) Pesar 1,5 g. de KI, más 1 g. de NaHCO3 ó KHCO3. Disolver en unos 100 ml. de agua destilada aproximadamente. Trasvasar a un matraz erlenmeyer. 2º) Añadir 6 ml. de HCl concentrado en una vitrina de gases. 3º) Añadir 12 ml. de K2Cr2O7 0,1 N medidos con pipeta. Agitar. Guardar tapado en la oscuridad unos 5-10 minutos. 4º) Valorar rápidamente frente al tiosulfato sódico 0,1 N hasta color verde-amarillento. 5º) Rápidamente añadir 2 ml. de soluc. de ALMIDÓN (indicador) y continuar valorando con disolución de Tiosulfato sódico 0,1 N hasta viraje del indicador del azul-verdoso al verde pálido (punto final de la valoración). 6º) Realizar el ensayo tres veces.

Dada la inestabilidad de la disolución del Na2S2O3 es conveniente determinar el factor diariamente ó cuando se vaya a utilizar. Tabla de datos experimentales: Ensayos

V (mL) K2Cr2O7 0,1 N

V (mL) Na2S2O3.5H2O

1º 2º 3º = Cálculos

nº de moles del Dicromato potásico = nº de moles del Tiosulfato sódico ó bien nº equivalentes de Na2S2O3.5H2O

= nº equivalentes de K2Cr2O7

V Na2S2O3.5H2O x N Na2S2O3.5H2O x FNa2S2O3.5H2O = VK2Cr2O7 x FNa2S2O3

=

NK2Cr2O7

VK 2Cr 2O 7 x N K 2Cr 2O 7 VNa 2S2 O3 x N Na S O 2 2

3

Determinar - El factor de corrección del S2O3=. - Ajustar la reacción por el método del ión-electrón.

5

Prof.: Antonio Delgado – Efrén Forcada

Volumetrías Redox: Yodimetrías y Yodometrías

Ejemplo gráfico del proceso de preparación y valoración de una solución de Na2S2O3 con K2Cr2O7

6

Prof.: Antonio Delgado – Efrén Forcada

3

Volumetrías Redox: Yodimetrías y Yodometrías

NORMALIZ ACIÓN DE LA DI SOLU CI ÓN DE S 2 O 3 = 0 ,1 N FREN T E AL K I O 3

Objetivo Determinar el Factor de corrección de la disolución de Na2S2O3.5H2O. Otro método alternativo. Materiales - Bureta. - Soporte. - Pinzas - Nueces - Vasos de precipitados. - Matraces aforados. - Pipetas aforadas y graduadas. - Matraces erlenmeyer Reactivos - KIO3 - KI - HCl 0,1 N - Na2S2O3.5H2O 0,1 N - Almidón soluble Procedimiento 1º) Pesar en un vaso de precipitados pequeño y en una balanza analítica de precisión una cantidad conocida de KIO3 (próxima a 0,6 g.). Disolver en la menor cantidad posible de agua destilada. 2º) Añadir 3 g. de KI. Disolver y llevar a un matraz aforado de 250 ml. Homogeneizar. 3º) Tomar con pipeta aforada porciones de 25 ml. y pasarla a un matraz erlenmeyer. 4º) Añadir 25 ml. de HCl 0,1 N y valorar rápidamente frente al S2O3= 0,1 N hasta color amarillo-pálido. 5º) Añadir rápidamente unos 5 ml. de almidón y continuar valorando hasta desaparición del color azul (punto final de la valoración). Tabla datos experimentales Ensayos gramos de KIO3 V (mL) Na2S2O3.5H2O F= 1º 2º 3º

= Cálculos

nº de moles de IO3- = nº de moles de S2O3-2 ó bien

nº equivalentes del IO3- = nº equivalentes del S2O3-2 gramos KIO 3 = V Na2S2O3.5H2O x N Na2S2O3.5H2O x P. equivalente gramos KIO 3 FNa S O .5 H O = 2 2 3 2 V Na 2S2 O3 x N Na S O x P.eq. KIO3 2 2

FNa2S2O3.5H2O

3

Determinar -a) El peso equivalente del KIO3 según la semirreacción: IO3- + 6H+ + 6e- → I- + 3H2O -b) El factor del Na2S2O3 0,1 N. -c) La N del KIO3.

7

Prof.: Antonio Delgado – Efrén Forcada

4

Volumetrías Redox: Yodimetrías y Yodometrías

DET ERM I NACI ÓN DEL CLORO ACT I VO M EDI AN T E LA DI SOLU CI ÓN DE Na 2 S 2 O 3 .5 H 2 O 0 ,1 N

Introducción

Los polvos de blanqueo y las lejías empleadas en la limpieza de ropas, son unos compuestos de cloro e hipocloritos que deben su acción al poder decolorante (oxidante) del cloro. El hipoclorito desprende gas cloro, que debido a su elevado potencial redox (Eo = +1,36 V) oxida el yoduro a yodo y éste se valora con solución patrón de tiosulfato sódico. La concentración suele darse en g/L de cloro activo. El porcentaje de Cloro activo es una unidad de concentración usado en los blanqueadores con base de hipoclorito. La lejía a base de cloro es un desinfectante comúnmente utilizado. El cloro también se utiliza para el blanqueamiento del papel. El blanqueamiento ocurre gracias a la oxidación del cloro o hipoclorito. El cloro se aplica a escala masiva. Es un elemento muy reactivo, de manera que forma compuestos con otros elementos muy rápidamente. Además, cloro tiene la particularidad de formar uniones con substancias que normalmente no reaccionan entre ellas. La industria química genera más de diez mil productos de cloro usando una pequeña cantidad de químicos a base de cloro. Productos que contienen cloro son el pegamento, pinturas, solventes, gomas de espuma, parachoques, aditivos para la comida, pesticidas y anticongelantes. Uno de los usos más comunes de substancias a base de cloro son los PVC (policloruro de vinilo). PVC se usa extensamente, por ejemplo en tuberías de drenaje, ruedas de aislamiento, suelos, ventanas, botellas y ropa impermeable. Cloro como desinfectante El cloro es uno de los desinfectantes mas utilizados. Es muy práctico y efectivo para la desinfección de microorganismos patogénicos. Se puede utilizar fácilmente, medir y controlar. Es persistente en su justa medida y relativamente barato. El cloro se ha utilizado en muchas aplicaciones, como la desactivación de patógenos en agua potable, piscinas y aguas residuales, para la desinfección de áreas domesticas y para el blanqueamiento de textiles, por más de doscientos años. Cuando se descubrió, todavía no se sabía que las enfermedades eran causadas por los microorganismos en el agua. Fue en el siglo XIX cuando doctores y científicos se dieron cuenta de que muchas enfermedades eran contagiosas y que el contagio de la enfermedad puede prevenirse mediante la desinfección de las áreas de hospitales. Poco después, se empieza a experimentar con el cloro como agente desinfectante. En 1835 el doctor y escritor Oliver Wendel Holmes recomienda a las amas de casa el lavarse las manos con calcio hipoclorito (Ca(ClO)2.4H2O) para prevenir el contagio de “la fiebre del ama de casa”.

De cualquier manera, solo comenzamos a utilizar desinfectante a escala general en el siglo XIX, después de que Louis Pasteur descubriera que los microorganismos son los responsables del contagio de muchas enfermedades. El cloro ha jugado un importante papel en alargar la esperanza de vida de los seres humanos. Cloro como blanqueante/ lejía Las superficies pueden desinfectarse a base de lejía. La lejía contiene cloro gas disuelto en una solución alcalina, como hidróxido de sodio.

8

Prof.: Antonio Delgado – Efrén Forcada

Volumetrías Redox: Yodimetrías y Yodometrías

Cuando se disuelve el cloro en una solución alcalina, se forman iones hipoclorito en una reacción autoredox. El cloro reacciona con hidróxido de sodio a hipoclorito de sodio. Este es un desinfectante muy bueno con un efecto estable. La lejía nunca se debe combinar con ácidos. Cuando entra en contacto con ácidos el hipoclorito se vuelve inestable, causando el escape de cloro gas venenoso. El acido hipocloroso (HOCl) no es muy estable. La lejía en polvo (CaOCl2) también se puede utilizar. Esta se produce mediante la utilización de cloro a través de hidróxido de calcio. Los beneficios de la lejía en polvo es que es sólida. Esto facilita su aplicación como desinfectante en áreas medicas, próximo a su uso como lejía. Cuando el polvo desinfectante se disuelve, reacciona con agua a ácido hipocloroso (HOCl) e iones hipoclorito (OCl-). Como funciona la desinfección por cloro? El cloro mata patógenos como las bacterias y los virus, rompiendo las uniones químicas moleculares. Los desinfectantes usados para esta aplicación consisten en compuestos de cloro que pueden intercambiar átomos con otros compuestos, como enzimas en bacteria y otras células. Cuando las enzimas entran en contacto con el cloro, uno o más de los átomos de hidrógeno es substituido por el cloro. Esto provoca que la molécula se transforme o se rompa. Si la enzima no funciona correctamente, causa la muerte de la célula o bacteria.

Cuando se añade cloro al agua, se forma acido hipocloroso: Cl2 + H2O → HOCl + H+ + ClDependiendo del valor de PH, acido hipocloroso en parte se descompone en iones de hipoclorito Cl2 + 2H2O → HOCl + H3O + ClHOCl + H2O → H3O+ + OClEste se descompone en átomos de cloro y oxigeno:

OCl- → Cl- + O

Acido hipocloroso (HOCl), que es eléctricamente neutral, y iones hipoclorito (OCl-), eléctricamente negativos) forman cloro libre que se combina junto. Esto es lo que provoca la desinfección. Ambas sustancias tienen un comportamiento muy distintivo. Acido hipocloroso es un agente más reactivos y más fuerte que el hipoclorito. Acido hipocloroso se divide en acido hipoclorito (HCl) y oxigeno atómico (O). El átomo de oxigeno es un desinfectante muy poderoso. Las propiedades de desinfección del cloro en agua se basan en el poder de oxidación de los átomos de oxigeno libre y reacciones de sustitución del cloro.

La pared celular de los microorganismos patógenos están cargados negativamente. De esta manera 9

Prof.: Antonio Delgado – Efrén Forcada

Volumetrías Redox: Yodimetrías y Yodometrías

puede ser penetrado por el acido hipocloroso neutro, en lugar de por el ión hipoclorito cargado negativamente. Acido hipocloroso puede penetrar capas limosas, paredes celulares y capas protectoras de microorganismos matando de manera efectiva los patógenos. Los microorganismos mueren o su actividad reproductiva se ve inhibida. La efectividad de la desinfección se determina mediante el pH del agua. Desinfección con cloro tiene lugar a pH óptimo entre 5.5 a 7.5. Acido hipocloroso (HOCl) reacciona más rápidamente con iones hipoclorito (OCl-); esto es un 80-100% más efectivo. El nivel de acido hipocloroso disminuirá cuando el valor del pH sea mas alto. Con un valor de pH de 6, el nivel de acido hipocloroso es de un 80% y el resto son iones hipoclorito. Cuando el valor del pH es 8, ocurre lo contrario. Cuando el valor del pH es de 7.5 las concentraciones se igualan. Que es cloro activo libre o unido?

Cuando se añade cloro como desinfectante, normalmente comienza reaccionando con sustancias orgánicas e inorgánicas disueltas en el agua. El cloro no puede utilizarse a posteriori porque se transforma en otros productos. La cantidad de cloro utilizada en el proceso se denomina “cloro requerido” en el agua. El cloro puede reaccionar con amonio (NH3) y producir cloraminas, compuestos químicos a base de cloro, nitrógeno (N) e hidrogeno (H). Estos compuestos se denominan “compuestos de cloro activo” (contrario al acido hipocloroso e hipoclorito, que se denomina forma libres activas de cloro y son responsables de la desinfección del agua. De todas maneras, estos compuestos reaccionan mucho más lentamente que el cloro libre activo. Fundamento El cloro de una lejía se encuentra en forma de hipoclorito:

Cl2 + H2O → ClO- + Cl- + 2 H+ Cuando el hipoclorito se trata con ioduro potásico (KI) en medio acético, se obtiene yodo (I2). Este yodo se valora posteriormente con disolución de Na2S2O3.5H2O: ClO- + 2 I- + 2 H+ → Cl- + I2 + H2O 2 S 2 O 3 = + I2 → S 4 O 6 = + 2 I Se utiliza como indicador una disolución de engrudo de almidón. El punto final de la valoración se pone de manifiesto por la desaparición del color azul del complejo que el yodo forma con el almidón. Materiales - Bureta. - Matraces erlemeyer - Vasos de precipitados. - Matraces aforados. - Pipetas aforadas. Reactivos - Lejías - Acido acético conc. - KI 10 % (100 mL/grupo) - Na2S2O3.5H2O 0,1 N - Indicador Almidón

10

Prof.: Antonio Delgado – Efrén Forcada

Volumetrías Redox: Yodimetrías y Yodometrías

Procedimiento 1º) Según la concentración de Cl2 tomad de muestra los siguien...