Determinaciones potenciométricas y amperométricas
1. Objetivo
El objetivo de esta práctica es la determinación de las concentraciones de Fe (II) sólo o junto con V (IV) ,utilizando como reactivo valorante Ce (IV) ,mediante volumetrías de óxido-reducción, empleando técnicas electroanalíticas para detección del punto final : la potenciometría y la amperometría.
2. Material y aparatos
-Valorador automático Metrohm modelo 716 DMS Titrino, con electrodos (combinado Pt-Ag/AgCl y Pt-Pt) y dotado de placa de agitación y calefacción.
-Placa calefactora con agitación magnética.
-Barrita agitadora.
-Matraces aforados de 25, 50,100 y 1000 ml
-Probeta de 10 ml
-Balanza analítica.
-Vasos de precipitados de 100, 250 y 1000 ml.
-Pipetas automáticas.
-Pipeta Pasteur.
3. Reactivos
-Disolución patrón de Ce (IV) 0.0620.
-Disolución de Fe (II) 0.25 M.
-Disolución de V (IV) 0.05M.
-H2S04 concentrado.
- H2S04 3M.
-Na2S03 sólido.
-Agua destilada.
1
4. Procedimiento experimental
4.1 Preparación de las disoluciones de reactivos
-Disolución de Fe (II) (nosotras preparamos esta disolución)
Preparación de 100 ml de una disolución de Fe (II) en concentración aproximada entre 0.20 y 0.25 M, a partir de (NH4)2Fe (S04)2. 6 H2O (sal de Mohr) en medio H2S04 0.5 M.
Cálculos:
Mw (sal de Mohr)=392.14 g/mol
0.25M =Xg
392.14 g /mol100 x 10−3
Xg= 9.80035 g de sal de Mohr
H2O + H2SO4 3M 100 ml disolución [H2SO4] =0.5M
3M x V = 0.5 M x 100 ml V= 16.67 ml de H2SO4 3M hay que añadir para tenerlo en la disolución en 0.5M
Pesamos en la balanza analítica ≈ 9.8 g de sal de Mohr trasvasándolos a un vaso de precipitados de 100 ml, disolvimos con agua destilada, añadimos unos 17 ml de H2SO4 3M y una vez bien disuelta la sal de Mohr lo trasvasamos a un matraz aforado de 1000 ml y enrasamos con agua.
4.2 Técnicas electroanalíticas
4.2.1 Valoración de Fe (II) con Ce (IV) mediante potenciometría a i=0
ELECTRODO INDICADOR DE PLATA
La reacción de valoración será:
Fe2+ + Ce4+ Fe3+ + Ce3+
Lavamos el electrodo de plata con agua destilada y lo secamos suavemente, programamos el valorador automático para i=0 y la impresora y rellenamos la bureta que contiene el reactivo valorante, Ce (IV).
Pipeteamos 1 ml de la disolución de Fe (II) con una pipeta automática (enjuagándola con esta disolución previamente), lo llevamos a un vaso de precipitados, le añadimos una barrita de agitación, agua destilada (la suficiente para que el electrodo no toque la barrita) y 10 ml de H2SO4 3M medidos en una probeta.
Por último pulsamos la tecla “start”.
Observamos como que el potencial va subiendo y cuando esté en 1200 mv o cercano pulsamos la tecla “stop” y automáticamente nos imprime la gráfica.
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GRÁFICA Nº1:
Obtenemos dos puntos de equivalencia y claramente se ve que es el segundo, por lo que anotamos el volumen gastado V (Ce)= 4.126 ml.
Calculamos la concentración de Fe (II):
4.126 ml x 0.0620 M = 1 ml x [Fe]
[Fe] = 0.2558 M
Error de la pipeta: 1.000 x 0.25100
= 0.0025
E = ± √( 0.00010.0620 )
2
+( 0.014.12 )
2
+( 0.00201.000 )
2
= ± 0.0034990
ε = ± E x 0.2558 = ±0.000895062≈0.0009
[Fe] = (0.2558 ± 0.0009) M
Realizamos una segunda valoración.
GRÁFICA Nº2:
Obtenemos también dos puntos de equivalencia, pero está vez son unos puntos más próximos entre sí, elegimos el primer punto ya que en el segundo ya se ha pasado.
V (Ce) =4.159 ml
4.159 ml x 0.0620 M = 1 ml x [Fe]
[Fe] = 0.257858M
E = ± √( 0.00010.0620 )
2
+( 0.014.15 )
2
+( 0.00201.000 )
2
= ± 0.0035224
ε =± E x 0.257858= ± 0.00090829 ≈0.0009
[Fe] = (0.2579 ± 0.0009) M
[Fe]FINAL=0.25785+0.2558
2 = 0.2568 M
ε = ± 12√0.00092+0.00092
= ± 0.0006363≈0.0006
[Fe]FINAL = (0.2568 ± 0.0006) M
3
4.2.2 Valoración de Fe (II) y V (IV) con Ce (IV) mediante potenciometría a i=0
Las reacciones de valoración son:
Fe2+ + Ce4+ Fe3+ + Ce3+
V4+ + Ce4+ V5+ + Ce3+
La oxidación de Fe2+ no da problemas en frio, pero la de V4+ es de cinética lenta y debemos acelerarla calentando la disolución.
Para observar lo que ocurre experimentalmente vamos a realizarla primero en frio y después en caliente.
Pipeteamos 1 ml de la disolución de Fe (II) con una pipeta automática (enjuagándola con esta disolución previamente) ,5 ml de la disolución de V (IV) y los llevamos a un vaso de precipitados, le añadimos una barrita de agitación, agua destilada (la suficiente para que el electrodo no toque la barrita) y 10 ml de H2SO4 3M medidos en una probeta.
GRÁFICA Nº 3
Nos dice que tiene 4 puntos de equivalencia, pero en realidad no alcanza el 2º punto de equivalencia, observamos que va subiendo y subiendo muy poco a poco y que se gasta mucho Ce; esta gráfica no valdría por lo que procedemos a realizar la valoración en caliente.
Añadimos los mismos ml de cada disolución y lo llevamos a calentar en la campana; tiene que calentar hasta ≈ 60º, no necesitamos termómetro vamos midiendo la temperatura a través del tacto (hasta que esté bien caliente), pero no puede llegar a ebullición, ya que si esto sucediera perderíamos Fe2+, ya que algo de éste se oxidaría.
Observamos como que el potencial va subiendo y cuando esté en 1200 mv o cercano pulsamos la tecla “stop”.
GRÁFICA Nº 4
Obtenemos 2 puntos de equivalencia:
V (Ce)= EP1 4.234 ml V (v (IV)) = 8.405 – 4.234 = 4.171 ml (en Ce)
EP2 8.405 ml
4.234 ml x 0.0620 M = 1 ml x [Fe] [Fe] = 0.262508 M
E = ± √( 0.00010.0620 )
2
+( 0.014.23 )
2
+( 0.00201.000 )
2
= ± 0.0034914
4
ε =± E x 0.262508= ± 0.0009165 ≈0.0009 [Fe] = (0.2625 ± 0.0009) M
4.171 ml x 0.0620 M = 5 ml x [V] [V] =0.05172 M
Error de la pipeta: 5.000 x 0.20100
= 0.01
E = ± √( 0.00010.0620 )
2
+( 0.014.17 )
2
+( 0.0015.000 )
2
= ± 0.002896
ε =± E x 0.05172= ± 0.00014982 ≈0.0001 [V] = (0.0517 ± 0.0001) M
4.2.3 Valoración de Fe (II) con Ce (IV) mediante potenciometría a i≠0
ELECTRODO DOBLE DE PLATINO
La reacción de valoración será:
Fe2+ + Ce4+ Fe3+ + Ce3+
Lavamos el electrodo doble de platino con agua destilada y lo secamos suavemente, programamos el valorador automático para i≠0, imponiéndole una i=2µA, y la impresora y rellenamos la bureta que contiene el reactivo valorante, Ce (IV).
Pipeteamos 1 ml de la disolución de Fe (II) con una pipeta automática (enjuagándola con esta disolución previamente), lo llevamos a un vaso de precipitados, le añadimos una barrita de agitación, agua destilada (la suficiente para que el electrodo no toque la barrita) y 10 ml de H2SO4 3M medidos en una probeta.
Por último pulsamos la tecla “start”.
Observamos que el potencial sube y baja rápidamente, manteniéndose un tiempo, después llega a un máximo y es aquí cuando tenemos que fijarnos justo cuando después de ese máximo baje para darle a la tecla “stop”
GRÁFICA Nº 5
Observamos donde está el potencial máximo y anotamos el volumen:
V (Ce) = 4.2040 ml
4.2040 ml x 0.0620 M = 1 ml x [Fe] [Fe] = 0.260648 M
E = ± √( 0.00010.0620 )
2
+( 0.014.20 )
2
+( 0.00201.000 )
2
= ± 0.0035029
ε =± E x 0.260648= ± 0.00091302 ≈0.0009
[Fe] = (0.2606 ± 0.0009)
5
4.2.4 Valoración de Fe (II) con Ce (IV) mediante amperometría
ELECTRODO DOBLE DE PLATINO
La reacción de valoración será:
Fe2+ + Ce4+ Fe3+ + Ce3+
Lavamos el electrodo doble de platino con agua destilada y lo secamos suavemente, programamos el valorador automático para amperometría, imponiéndole una ΔE=200mv, y la impresora y rellenamos la bureta que contiene el reactivo valorante, Ce (IV).
Pipeteamos 1 ml de la disolución de Fe (II) con una pipeta automática (enjuagándola con esta disolución previamente), lo llevamos a un vaso de precipitados, le añadimos una barrita de agitación, agua destilada (la suficiente para que el electrodo no toque la barrita) y 10 ml de H2SO4 3M medidos en una probeta.
Por último pulsamos la tecla “start”.
Observamos como la intensidad va subiendo y subiendo al ir adicionándole Ce hasta llegar a un máximo, a partir de aquí va bajando hasta que de repente vuelve a subir, en ese punto mínimo es donde tenemos que fijarnos para justo cuando después de ese mínimo suba darle a la tecla “stop”.
GRÁFICA Nº 6
Buscamos el valor de intensidad más bajo:
V (Ce) = 4.5930 ml
Vemos que el valor anterior de volumen gastado es de 4.2590 ml, salta de este valor a 4.5930 ml; por lo que estaría entre estos dos, es un problema se esta técnica, que es muy rápida, y al ser tan rápida perdemos precisión.
4.5930 ml x 0.0620 M = 1 ml x [Fe] [Fe] = 0.284766 M
E = ± √( 0.00010.0620 )
2
+( 0.0014.590 )
2
+( 0.00201.000 )
2
= ± 0.0025785
ε =± E x 0.284766= ± 0.0007342 ≈0.0007
[Fe] = (0.2947 ± 0.0007) M
4.2.5 Valoración de Fe (II) y V (IV) con Ce (IV) mediante potenciometría a i=0
6
GRÁFICA Nº 7 (Realizamos otra más de este caso para practicar)
V (Ce)= EP2 4.082 ml V (v (IV)) = 8.293 – 4.082 = 4.211 ml (en Ce)
EP3 8.293 ml
4.082 ml x 0.0620 M = 1 ml x [Fe] [Fe] = 0.253084 M
E = ± √( 0.00010.0620 )
2
+( 0.014.08 )
2
+( 0.00201.000 )
2
= ± 0.00355088
ε =± E x 0.253084= ± 0.00089867≈0.0009
[Fe] = (0.2531 ± 0.0009) M
4.211 ml x 0.0620 M = 5 ml x [V] [V] =0.0522164 M
Error de la pipeta: 5.000 x 0.20100
= 0.01
E = ± √( 0.00010.0620 )
2
+( 0.014.21 )
2
+( 0.0015.000 )
2
= ± 0.0028781
ε=± E x 0.0522164= ± 0.000150284 ≈0.0002
[V] = (0.0522 ± 0.0002) M
4.2.6 Determinación del contenido de Fe y o V en muestras desconocidas
Muestra nº 4 Fer-In-Sol
Suplemento nutricional de Fe en gotas
125.1 mg /ml FeSO4
Ingredientes: FeSO4 y excipientes como la sacarosa
4.2.6.1 Cálculos previos:
MW(FeSO4)=151.9066 g/mol
125.1/151.9066=0.8235 mmol de FeSO4 por ml
M=0.8235/25=0.0329 M en 25 ml añadiendo 1 ml de Fer-In-Sol
0.0620 M x 3 ml =0.186 mmol
ml x 0.0329 = 0.186 ml=5.47 no tengo pipetas de 5, es mucho volumen
.Supongo que gasto 2 ml:
0.0620 M x 2 ml = 0.124 mmol
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0.124=ml x 0.0329 ml (Fe)=4
H2O + H2SO4 3M 25 ml disolución [H2SO4] =0.5M
3 M x ml = 0.5 M x 25 ml ml=4.16≈4 ml de H2SO4 3M
4.2.6.2 Procedimiento
Pipeteamos con la pipeta automática 1 ml de Fer-In-Sol llevándolo a un matraz aforado de 25 ml, añadimos un poco de agua destilada, 4 ml de H2SO4 3M medidos con la probeta y enrasamos con agua destilada.
Valoración de Fe (II) con Ce (IV) mediante potenciometría a i=3µA
Pipeteamos 4 ml de la disolución de la disolución con una pipeta automática (enjuagándola con esta disolución previamente), lo llevamos a un vaso de precipitados, le añadimos una barrita de agitación, agua destilada (la suficiente para que el electrodo no toque la barrita) y 10 ml de H2SO4 3M medidos en una probeta.
Este procedimiento lo realizamos 3 veces ya que haremos 3 valoraciones.
GRÁFICA Nº 8 V (Ce)=1.1450 ml
GRÁFICA Nº 9 V (Ce)=1.0250 ml V=1.0873 ml (media)
GRÁFICA Nº 10 V (Ce)=1.0920 ml
Podríamos haber puesto mayor volumen de medicamento porque calculamos que gastaría unos 2ml de Ce y gasta mucho menos.
4.2.6.3Resultados
1.0873 ml x 0.0620 M = 4 ml x [Fe] [Fe] = 0.015852 M en 25 ml
Contenido real mg /ml:
0.016854 M = mol
25x 10−3 l mol= 4.2135 x 10-4
4.2135 x 10-4 mol = g
151.9066gmol
gFeSO4 =0.06401 =64 mg/ml
Error de la pipeta: 4.000 x 0.20100
= 0.008
E = ± √( 0.00010.0620 )
2
+( 0.014.08 )
2
+( 0.00201.000 )
2
+( 0.0084.000 )
2
+( 0.0325.00 )
2
= ± 0.0042483
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ε=± E x 0.0522164= ± 0.000221835 ≈0.0002
[FeSO4] = (64±0.0002) mg/ml
Obtenemos un valor más bajo de lo que esperamos, debido a que el FeSO4 es oxidable, y al tener el medicamento mucho tiempo se ha ido oxidando.
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