PREPARACIÓN Y VALORACION DE SOLUCIONES REDOX

A. PREPARACIÓN Y VALORACIÓN DE SOLUCIÓN DE PERMANGANATO DE POTASIO

I. OBJETIVOS

Preparar y valorar correctamente una solución de KMnO4 0.02M y de Tiosulfato de sodio. Aplicar el método de oxidación-reducción en titulación por permanganometría y

yodometría. Realizar los cálculos para determinar la confiabilidad de los resultados. Comparar la normalidad valorada con la teórica. Determinar los errores cometidos al realizar la experiencia, hablamos de errores instrumentales, de método

II. FUNDAMENTO TEORICODe igual forma que una titulación ácido base lleva a un producto neutro (sal más agua), en una titulación rédox conlleva a una reacción del tipo rédox. El termino rédox se refiere a las reacciones que involucran los procesos de oxidación y reducción de especies químicas, esto es, la transferencia de electrones de una especie que se oxida a una que se reduce. Cuando una sustancia sufre oxidación o reducción, su estado de oxidación cambia.

OXIDACIÓNLa oxidación tiene lugar cuando una especie química pierde electrones y en forma simultánea, aumenta su número de oxidación. Por ejemplo, el calcio metálico (con número de oxidación cero), se puede convertir en el ion calcio (con carga de 2+) por la pérdida de dos electrones.

REDUCCIÓNLa reducción ocurre cuando una especie química gana electrones y al mismo tiempo disminuye su número de oxidación. Por ejemplo, el cloro atómico (con número de oxidación cero) se convierte en el ion cloruro (con número de oxidación y carga de 1–) por ganancia de un electrón.

VOLUMETRÍAS REDOXLas volumetrías rédox o de oxidación - reducción, se relacionan con la titulación de un agente oxidante con una solución estándar de un agente reductos, o la titulación de un agente reductor con una solución estándar de un agente oxidante.gran número de sustancias son susceptibles de oxidarse o reducirse.

El punto final de una titulación rédox puede determinarse mediante el cambio de color de un indicador o utilizando un potenciómetro y electrodos adecuados.

PERMANGANATO DE POTASIOEs utilizado como agente oxidante en muchas reacciones químicas en el laboratorio y la industria. En química analítica, una solución acuosa estandarizada se utiliza con frecuencia como titulante oxidante en titulaciones rédox debido a su intenso color violeta.El permanganato violeta se reduce al catión Mn+2, incoloro, en soluciones ácidas. En soluciones neutras, el permanganato sólo se reduce a MnO2, un precipitado marrón en el cual el manganeso tiene su estado de oxidación +4. En soluciones alcalinas, se reduce a su estado +6, dando KMnO4.

VOLUMETRÍAS RÉDOX CON KMNO4

El KMnO4 es el agente oxidante más empleado en el análisis volumétrico por ser un agente oxidante fuerte que permite determinar la mayor parte de las sustancias reductoras y porque actúa como solución tipo y como indicador; la primera gota en exceso comunica color rosado a la solución que se valora.

Las oxidaciones con KMnO4 se caracterizan por ser rápidas en medio ácido, exceptuando la reacción con ácido oxálico H2C2O4, que requiere temperatura.

El KMnO4 no es un estándar primario; se consigue en un alto grado de pureza, pero sus soluciones acuosas no son estables; Por su alto poder oxidante reacciona con pequeñas cantidades de materia orgánica contenidas inclusive en el agua destilada, reduciéndose a MnO2; el MnO2 formado cataliza la descomposición de mayor cantidad de KMnO4. La luz también afecta las soluciones de permanganato de potasio; por esta razón las soluciones valoradas deben almacenarse en recipientes ámbar y en la oscuridad.

Para preparar una solución estable de KMnO4 es necesario eliminar las sustancias oxidables, principalmente el MnO2. Estos se logran hirviendo la solución, enfriando y separando el dióxido de manganeso, MnO2.

La solución de permanganato de potasio se valora con un reductor tipo primario; el más empleado es el oxalato de sodio Na2C2O4 en presencia de H2SO4. Las reacciones que ocurren son:

MnO4- + 8H+ + 5e- Mn+2 + 4H2O

C2O4 = 2CO2 + 2e-

Las reacciones son muy lentas a temperatura ambiente, pero prácticamente instantáneas a la temperatura de 55 - 60 °C.

halógenos, compuestos oxyhalogenos, dicromatos, peróxidos y ion cúprico. La relación equivalente que ocurre son mostradas como: el número de miliequivalentes de agente oxidante es igual al número de miliequivalentes de yodo liberado, es igual al número de miliequivalentes de agente reductor empleado en la titulación del yodo liberado. Los agentes oxidantes pueden ser titulados por agentes reductores por la formación intermediaria del Yodo.1

La gran ventaja del proceso del yodo está en la cantidad cuantitativa exacta de la reacción de titulación y el punto final bien definido que puede ser obtenido. Una gota de solución de yodo 0.1N imparte un color precipitable a 200 ml de agua, y la prueba puede ser hecha mas sensitiva por la adición de almidón el cual forma con el yodo, una complejo de absorción azul oscuro que contiene yodo . a veces el color varía y es rosado o azul, dependiendo de las condiciones.1

Las soluciones estándar generalmente usadas son de yodo y Tiosulfato de sodio, a veces arsenito de sodio es empleado. Tiosulfato de sodio es un agente oxidante más satisfactorio que el anterior, pero como puede ser usado para titular una solución ácido de yodo, y para el arsenito de sodio una solución neutra de yodo es requerido.

III. MATERIALES Y REACTIVOS.

MATERIALES Balanza analítica Bureta Fiola Matraz Erlenmeyer Pipeta Probeta Soporte universal Vagueta Vaso de precipitación Termómetro Cocina

REACTIVOS Permanganato de potasio (KMnO4 ) sólido Oxalato de sodio ( Na2C2O4) Acido sulfúrico (H2SO4) 1M Yodato de potasio (KIO3 )sólido Yoduro de potasio (KI) sólido

Tiosulfato de sodio(Na2S2O3) sólido Acido clorhídrico (HCl) 1M Solución de almidón

Anaranjado de metilo Agua saturada de bromo Agua destilada

IV. PARTE EXPERIMENTAL

EXPERIMENTO Nº 01: PREPARACION DE SOLUCION DE PERMANGANATO DE POTASIO 0,1N

Debemos proteger la solución de: La luz Los gases. La materia organica.

Preparación de 500ml de solución de KMnO4 0,1N.

MnO4- + C2O4 + H2SO4 Mn +2+ CO2

Calculamos la masa de reactivo que se diluyó a 500ml

0.1 = w(5) (0.5)(157.9)

w= 1.58 gramos

Pero el KMnO4 que tenemos esta al 99.3% en peso, este es el peso aproximado de soluto que debemos pesar es:

1.58gramos (100) = 1.59 gramos

99.3

La masa pesada fue de 1.59 gramos, la cual la diluimos a 500ml en la fiola tapándola con papel alrededor y así evitar que tenga contacto con la luz.

La normalidad teórica varía con esta variación de masa:

N = 1.58 (0.993)(5) =0.099 =0.1N (157.9)(0.5)

Explicación:Se sabe que el permanganato de potasio es altamente oxidante se usó vidrio para evitar perder soluto al momento de pesa. Al preparar la solución se protegió de la luz para evitar la formación de MnO2.

EXPERIMENTO Nº 2: VALORAR LA SOLUCIÓN DE PERMANGANATO DE POTASIO 0.1N CON OXALATO DE SODIO Na2C2O4

- Pese muestras de 0.2g de oxalato de sodio (Na2C2O4),luego pese la sal a un matraz de 300ml.

- Agregue 60ml de solución de H2SO4 2N, agite hasta la disolución del oxalato y calienta hasta 80°C aproximadamente.

- Llenar con solución de permanganato la bureta de 50ml, coloque debajo de ella el matraz con el oxalato, dejando caer una gota de permanganato y agite vigorosamente para formar la semilla del ión Mn+2 y luego siga adicionando gota a gota la solución de la bureta a razón de 10 a 15mm por minuto. La titulación debe efectuarse en caliente de 80 a 90°C.

- La titulación se continúa hasta que la adición de una gota de esta solución, obtenga un color rosa débil.

KMnO4 + Na2C2O4 + H2SO4 K2SO4 + Na2SO4 + CO2 + H2O + MnSO4

Tenemos una masa de 0.2 gramos de Na2C2O4, pero tres personas diferentes realizaron la titulación, el volumen teórico gastado es::

#eq-gramos Na2C2O4 = #eq-gramos KMnO4

(0.2)(2) = (0.1) V1

134V1 = 29.85 mL

titulación Volumen gastado

1º titulación 28.7 ml

2º titulación 27 ml

3º titulación 26.1 ml

Calculamos las normalidades experimentales:Para masa 1 y V gastado1

#eq-gramos Na2C2O4 = #eq-gramos KMnO4

N1(0.0287) = (0.2)(2)/134N1 = 0.101

Para masa 2 y V gastado2

#eq-gramos Na2C2O4 = #eq-gramos KMnO4

N2(0.027) = (0.2)(2)/134N2 = 0.110

Para masa 3 y V gastado3

#eq-gramos Na2C2O4 = #eq-gramos KMnO4

N3(0.0261) = (0.2)(2)/134N3 = 0.114

La normalidad experimental:

Explicación:En esta experiencia se tuvo que trabajar con la mayor velocidad y cuidado posible debido al alto poder oxidante del permanganato de potasio; el menor descuido provocaría la formación de MnO2. A fin de evitar errores y conociendo que la reacción es lenta se añade H2SO4 el cual actúa como catalizador. Antes de empezar a valorar se debe dejar caer una gota de permanganato de potasio para formar ion Mn+2. En cambio si se echa a chorro se formaría MnO2 y se saturaría la solución. Si se observa una coloración mayor se añade más H2SO4 , el cual contribuirá para llegar al Mn+2 y no al MnO2 el cual evitaría observar el punto de viraje.

CALCULOS ESTADISTICOS

a. DETERMINACIÓN DE CIFRAS SIGNIFICATIVAS:1. 1012. 1103. 114

b. DETERMINACION DE LA PRUEBA 4D

Calculo de y :

Xprom = 0.101+0.110+0.114 3

Xprom = 0.108 El dato sospechoso es 0.114

Calculo de ’ y :

Xprom = 0.101+0.110 2

Xprom = 0.105

= 0.101 – 0.105 + 0.110 – 0.105

2

= 5x10-4

= 2x10-3

Nº Masa de patrón primario(Na2C2O4)

(gr)

Volumen gastado de KMnO4 (ml)

Normalidad practica

1 0,2 28.7 0.101

2 0,2 27 0,110

3 0,2 26.1 0,114

Prueba :

(0.114 – 0.105) ¿? 0.002 0.009 > 0.002Rechazamos el dato.

c. VALOR PROMEDIO DE LA NORMALIDAD

X’=0.108

d. LIMITE DE CONFIANZA

Desviación: 2.08x10-3

Limite de confianza al 95%= (0.101 – 0.110)

e. MEDIANAMe=0.101

f. RECORRIDOW=0.114 -0.101= 0.013

B. PREPARACIÓN Y ESTANDARIZACIÓN DE UNA SOLUCIÓN DE TIOSULFATO DE SODIO

EXPERIMENTO Nº 1 PREPARACION DE SOLUCIONES

A. Solución Madre de KIO3:Pesar exactamente 0.2 gramos de KIO3, llevar una fiola de 250 mL y enrasarlo con agua destilada.

B. Solución indicadora de almidón:

Con 0.02 gramos de almidón soluble forme una pasta con 5ml de agua. Diluya a 100ml de agua hirviente y caliente hasta que la mezcla sea clara, enfríe y guarde en un frasco tornado herméticamente.

C. Preparación De Solución De Tiosulfato de Sodio 0,005MPreparar 500ml de una solución 0.005M de Na2S2O3.Al preparar la solución asegúrese que el agua de disolución esté libre de oxígeno y otras impurezas, asimismo deberá protegerse de la luz y mantenerse totalmente tapado.

M = W W = M . PM . V W = (0.005)(248.18)(0.25)= 0.310 gr PM. V

W = 0.310 X 0.998= 0.309g

EXPERIMENTO Nº2: VALORACIÓN DE SOLUCIÓN DE TIOSULFATO DE SODIO 0.005M

Tomar 5ml de solución de KIO3 y colocarlo en un matraz, seguidamente agregar 0,1 gramos de KI, mezclando totalmente.Adicionar 10ml de agua destilada y 1ml de solución de 1M de HCl, inmediatamente titular. La coloración intensa amarillo o caramelo deberá ir virando hasta un color amarillo pálido.Adicionar de 2 a 5mL de solución indicadora y se obtendrá una coloración azul, la cual indica que hay yodo; seguir titulando hasta obtener una solución incolora.

Determinar la molaridad de las soluciones.

IO3- + 5I- + 5H+ 3I2 + 2H2O

I2 + 2S2O3- S4O6-2 + 2I-

Solución teórica: 0.005M

Molaridad practica = #moles S2O3 /V(l)

Datos de KIO3

W = 0.2gPM = 214g/molPeso de IO3-/alícuota = (0.2g/250ml)*(5ml)*(0.997) = 0.00395g KIO3 #moles de IO3- = 0.00395 / (214g/mol) = 1.8457 x 10-5 mol

1mol de IO3- 3mol de I2

1.8457x 10-5 X X = 5.5373 x 10-5 I2

1mol de I2 2mol de S2O3-2

5.5373 x 10-5 X = 1.107 x 10-4 S2O3-2

Volumen teórico = 1.107 x 10-4 moles / (0.005) = 22.1ml

Los resultados fueron los siguientes considerando los demás datos de los otros grupos:

Explicación:En

esta experiencia el tiosulfato de sodio es un compuesto inestable, protegió esta solución de la luz y del aire a fin de evitar errores. Aquí fue necesario realizar la experiencia con la mayor agilidad posible ya que de no ser así, el resultado podría alterarse.Además fue importante saber que el I2 es fácilmente contaminable por los halógenos y la reacción IO3

- + I- es lenta por lo cual debemos tener todos los reactivos a utilizar listos y las cantidades adecuadas, a fin de valorar rápidamente y evitar que el I2 se contamine con los cloruros presentes en el aire (ya que en el laboratorio hay presencia de muchos gases), razón por la cual el HCl debe agregar en la medida correcta para evitar alteraciones o que el I2

capturen al I- o al cloro. El almidón se debe agregar cuando la solución se torne amarilla y si se torna azul quiere decir que llego al punto de equivalencia, hay presencia de amilasa.Y se debe seguir valorando hasta que la solución se torne azul.

CALCULOS ESTADISTICOS

a. DETERMINACIÓN DE CIFRAS SIGNIFICATIVAS1. 7682. 7143. 629

b. DETERMINACION DE LA PRUEBA 4D

Calculo de y :

X= 0.00741D promedio = 0

Prueba :

0.00629 >0 Se rechaza

NºVALORA_CION Volumen

gastado de

Na2S2O3(m)

Volumen de alícuota de iodato(mL)

N° moles de yodato N° moles de

Tiosulfato

Molaridad de Na2S2O3

1 14.4 5 1.8457x 10-5 mol

1.107x 10-4 mol

0.00768

2 15.5 5 1.8457x 10-5 mol

1.107 x 10-4 mol

0.00714

3 17.6 5 1.8457x 10-5 mol

1.107 x 10-4 mol

0.00629

c. VALOR PROMEDIO DE LA MOLARIDAD

X=0.00703

d. MEDIANA

Me = 0.00027

e. Recorrido:W = 0.00054

C. CUESTIONARIO

2. ¿Qué otros agentes oxidantes se utilizan en titulación óxido-reducción?

Dicromato de potasio(K2Cr2O7

Bromato de potasio (KBrO3) Acido nítrico concentrado Agua regia Peróxido de hidrogeno. Acido sulfúrico concentrado.

3. ¿Qué precauciones debe considerarse al valorar una solución de KMnO4, sabiendo que contiene MnO2?

Disuelto el KMnO4 calentar la solución para acelerar la oxidación de la materia orgánica, consiguiendo la precipitación de MnO2 y luego se la debe dejar reposar para que coagule el MnO2, inicialmente coloidal. A continuación debe separarse ese MnO2para evitar que catalice la descomposición del KMnO4. Dicha separación se hace por filtración con lana de vidrio o con crisol filtrante de vidrio, nunca con papel de filtro.La solución filtrada debe guardarse en frascos oscuros y de ser posible con cierre esmerilado para evitar la acción de la luz y del polvillo atmosférico. La solución así preparada y conservada, son estables durante muchos meses.

4. Indique que reactivos se pueden utilizar para reacciones REDOX preliminares.Reactivos Oxidante:Bismutato de sodioPeroxidisulfato de amonioPeróxido de sodio y peróxido de hidrógenoPermanganato de potasioBromato de potasioDicromato de potasio

Reactivos Reductores Dióxido de azufre. Acido sulfuroso. Acido sulfihidrico. Cloruro estannoso. Hidrogeno molecular. Metales. HCl.

5. Indique que otros patrones primarios se pueden utilizar para valorar el KMnO4

Oxido de arsénico (III)Sal de Mohr (FeSO4. (NH4)2SO4.6H2O)Ioduro potásicoHierro metálico

6. ¿Qué otros reactivos autoindicadores conoce?El yodo puede ser una utoindicador pero en soluciones aproximadas a 5×10-6M en I2, lo cual corresponde a diluir menos de una gota de solución 0,05M de yodo en 100mL. A partir de la solución del analito que es incolora, la desaparición del color del yodo puede servir como indicador en las titulaciones con Tiosulfato de sodio.

7. Explique sobre la inestabilidad de las soluciones de KMnO4.Las soluciones que contienen permanganato son inestables debido a que este componente es altamente oxidante por excelencia por lo que daña la materia orgánica, razón por la cual dicha soluciones no pueden estar contenidas en recipientes de plásticos sino mas bien deben estar contenidas en recipientes de vidrio , además considerando que el permanganato de potasio tiende a formar MnO2.

La luz también afecta las soluciones de permanganato de potasio; por esta razón las soluciones valoradas deben almacenarse en recipientes oscuros.En soluciones neutras, el permanganato sólo se reduce a MnO2, un precipitado marrón en el cual el manganeso tiene su estado de oxidación +4.Por su alto poder oxidante reacciona con pequeñas cantidades de materia orgánica contenidas inclusive en el agua destilada, reduciéndose a MnO2; el MnO2 formado cataliza la descomposición de mayor cantidad de KMnO4.

8. ¿Qué precauciones debe considerarse al valorar una solución de Na2S2O3 con I2?Como la reacción entre el MnO4 y C2O4-2 es lenta tiende a formarse el MnO2 para evitar Se prepara una solución de KIO3 con KI y HCl.Para asegurar la disolución de I2, se debe disolver con un exceso de KI solido, esta solución por ser volátil debe ser tapada al igual que la solución de Tiosulfato para evitar que la luz descomponga este reactivo.

9. ¿A qué se debe la coloración azul, producida por el iodo y el almidón, si la coloración es rojiza, qué indica?

Se debe a la adsorción del yodo en el interior de la cadena helicoidal de β-amilosa, componente macromolecular de muchos almidones. La coloración rojiza es producida por la presencia de α-amilasa.

10. Explique sobre la estabilidad de las soluciones de Tiosulfato de sodio.

Las soluciones de Tiosulfato de sodio son inestables ya que fácilmente liberan azufre identificándose la presencia de azufre por un color amarillento en la solución y este se encuentra en forma coloidal. Además al ser inestable es afectado por la luz, el aire, etc, por lo que la solución debe estar contenido en un recipiente de vidrio oscuro

Los factores que influyen en la velocidad de esta reacción son: el pH, la presencia de microorganismos, la concentración de la solución, la presencia de iones de cobre, así como a la exposición a la luz solar. Estos factores pueden ser la causa que la concentración de Tiosulfato cambie en varias unidades por ciento.La causa más importante de la inestabilidad de soluciones de Tiosulfato neutras o ligeramente alcalinas es que ciertas bacterias metabolizan el ion Tiosulfato a iones sulfito y sulfato, así como azufre elemental.Ahora para reducir este problema la soluciones de este reactivo deben prepararse en condiciones adecuadas de esterilidad. La actividad bacteriana parece ser mínima a un pH entre 9 y 10, lo cual explica, al menos de manera parcial, la mayor estabilidad del reactivo en soluciones ligeramente alcalinas. La presencia de bactericidas como cloroformo, benzoato de sodio, o yoduro de mercurio (II), también retarda la descomposición.

11. Que otros patrones primarios existen para el Tiosulfato de sodio

Por ejemplo : - Dicromato de potasio- Bromato de potasio- Iodato acido de potasio- Ferrocianuro de potasio- Cobre metalico

EXPLICACIÓN

La solución de KMnO4 fue cubierta con papel para evitar que penetrara la luz y reaccione formando MnO2, también es por esta razón que se trasvasó a la bureta cuando la solución estuvo casi lista. Se calentó la solución de Na2C2O4 hasta aproximadamente 80º C (ebullición incipiente) pues a temperaturas menores la reacción anterior es muy lenta y a temperaturas mayores se produce la descomposición del H2C2O4 en CO y H2O. En la solución de Tiosulfato se tapó, porque es muy inestable en el ambiente, se puede descomponer con la luz.

El KI se agregó en exceso para aumentar la solubilidad del I2

El I2 es volátil, es por esta razón que la solución de KI2 con KIO3 se tuvo que tapar El punto final se alcanza cuando desaparece el color azul, al agregar un ligero exceso de Na2S2O3.

Las reacciones son las siguientes:

IO3- + 5I- + 6H+ → 3I2 + 2H2O

3I2 + 2S2O3-2 → 2I- +S4O6

CONCLUSIONES:

Se tomo todas las medidas necesarias para preparar correctamente las soluciones de permanganato de potasio, Tiosulfato de sodio y yodato de potasio y así asegurar la estabilidad de estos, minimizando cualquier tipo de error

Se aplicó diferentes técnicas de valoración rédox como son la permanganometría e yodometría.. Hubo imprecisión en los valores obtenidos, por lo que fue necesario aplicar las pruebas estadísticas correspondientes, y así tener datos con mayor precisión.

RECOMENDACIONES

Al realizar soluciones son solutos sólidos, tener en cuenta las trazas de soluto que quedan en el papel en que fue pesado, para esto, lavar el papel para evitar perdida de reactivo.

Usar un adecuado método de medición , para evitar errores en la medida de volumen gastado, y abrir gradualmente la llave de la misma para obtener un goteo adecuado.

Mantener en constante agitación de la solución en el matraz.

Proteger de la luz principalmente las soluciones a titular, porque se pueden descomponer rápidamente por acción de esta.

La bureta se debe llenar justo en el momento de titular, para evitar cualquier interferencia de algún factor externo.

La valoración no debe pasar de los 5 min para evitar que reaccione con la luz.

IX. BIBLIOGRAFIA.

Skoog, West. Química Analítica Harvey, David. Química Analítica Moderna. Editorial McGraw – Hill. España 2000. Raymond Chang. Química General. Alexeiv, Analitica Cuantitativa II.