viernes, 8 de julio de 2011

Valoraciones potenciométricas de oxido-reducción

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OBJETIVOS

1.       Determinar con precisión el punto final de la valoración potenciométrica de I2 con Na2SO3

2.       Trazar experimentalmente la curva de valoración potenciométrica de I2 con Na2SO3

3.       Determinar la concentración de una disolución de I2 cuando se valora con Na2SO3 por el método potenciométrico.

INTRODUCCIÓN

A diferencia de una valoración volumétrica en la que se encuentra la concentración de una sustancia a partir de otra de concentración conocida, en una valoración potenciométrica de oxido-reducción se encuentra la concentración de un oxidante o de un reductor mediante la variación potencial en volts, la cual se mide con un potenciómetro y un electrodo de platino.

El electrodo indicador de platino tiene a su vez, en un hueco intermedio, un electrodo de referencia, que sirve para mantener un potencial de referencia constante, este electrodo de referencia no interviene en la reacción redox y sirve para medir el voltaje que se genera; en cuanto al electrodo de platino, se utiliza para transmitir electrones de la especie presente en la disolución o hacia ella, también se pueden utilizar electrodos indicadores de oro, de plata o de mercurio que tampoco intervienen en la reacción.

Para medir el potencial del sistema se usa la siguiente expresión matemática:


Donde:

E= potencial del sistema

E0=potencial normal del par oxido-reductor dado

R=constante universal de los gases

T=temperatura a condiciones normales

F=constante de Faraday

n=número de electrones que intervienen en la reacción de oxido-reducción

Sustituyendo los valores de R,T y F la ec. Simplificada quedaría de la siguiente manera:



ACTIVIDADES PREVIAS

1.       Realizar los cálculos para preparar

a)      100mL de H2SO4 3.0 M

3mol/L * 0.1L= 0.3 mol * (98.08g/mol)=29.42 g * (1mL/1.8 g)= 16.34mL/98%= 16.68mL de H2SO4 al 98% aforados a 100mL de disolución

b)      100 mL de I2 0.05 M

0.05mol/L*0.100L=5E-3mol de I2* (253.8g/mol)=1.27 g de I2 aforados a 100mL

c)       100 mL de Na2S2O3

100mL de Na2S2O3 * 1.74g/mL= 174 g de Na2S2O3 a una temperatura menor a 42°C

2.       Escribir la reacción que se verifica entre el I2 y el Na2S2O3

I2  + 2 Na2S2O3 à  2NaI + Na2S4O6



3.       Investigar el potencial estándar de reducción de:

I2/I-  à 0.615 V (ac)

S4O6-2/S2O3-2 à 0.08 V

4.       Investigar las características que debe tener un electrodo indicador

-Responde de manera rápida y reproducible  los cambios de concentración del analito

-Debe tener un potencial que varíe de manera conocida con la concentración del analito

-De preferencia debe ser selectivo en su respuesta



5.       Investigar las características de un electrodo de referencia y dar ejemplos

-Tiene un potencial que se conoce con exactitud

-Potencial constante

-Potencial totalmente insensible a la composición de disolución analito

-Fácil de montar

-Mantiene el potencial constante al paso de pequeñas corrientes


DESARROLLO EXPERIMENTAL

1. Disolución de tiosulfato de sodio
i) Se pesaron 30 mg de KIO3
ii) Se colocaron 40 ml de agua más 10 ml de ácido sulfúrico con 2 g. de KI
iii) Se valoró con tiosulfato la solución hasta el vire



2. Valoración potenciométrica de yodo con tiosulfato de sodio
i) Se montó el equipo para valorar
ii) Se midieron 10 ml de disolución de yodo. Se colocó en vaso de 100 ml + 1 ml de ácido sulfúrico y 30 ml de agua
iii) Se introdujo la barra magnética, electrodos e indicador
iv) Se colocó el reactivo titulante en la bureta y se ajustó a 25 ml
v) Se continuó agregando reactivo titulante en volúmenes de 0.5 ml
vi) Se graficaron los puntos

Resultados
1.       Construir una tabla del volumen agregado de titulante y el voltaje registrado


mL
mV
ml
mV
ml
mV
ml
mV
0
172
4.2
164
8.4
147
12.6
-395
0.2
171
4.4
164
8.6
146
12.8
-395
0.4
171
4.6
163
8.8
144
13
-395
0.6
170
4.8
163
9
142
13.2
-395
0.8
170
5
162
9.2
139
13.4
-395
1
170
5.2
161
9.4
136
13.6
-397
1.2
170
5.4
161
9.6
132
13.8
-397
1.4
169
5.6
160
9.8
126
14
-397
1.6
169
5.8
160
10
112
14.2
-397
1.8
169
6
159
10.2
-290
14.4
-399
2
169
6.2
159
10.4
-328
14.6
-400
2.2
168
6.4
158
10.6
-331
14.8
-400
2.4
168
6.6
157
10.8
-350
15
-400
2.6
167
6.8
156
11
-357
15.2
-399
2.8
167
7
155
11.2
-362
15.4
-398
3
167
7.2
154
11.4
-367
15.6
-398
3.2
166
7.4
153
11.6
-369
15.8
-399
3.4
166
7.6
152
11.8
-374
16
-401
3.6
165
7.8
151
12
-384


3.8
165
8
150
12.2
-384


4
165
8.2
149
12.4
-387


Tabla I. Volumen de Na2S2O3 agregado a una solución de I2 (en medio ácido H+) de concentración desconocida y voltaje (en milivoltios) registrado por el potenciómetro.
2.       Graficar el potencial en función del volumen agregado de titulante
Gráfica 2. Voltaje (medido en milivolts) registrado en función del volumen de Na2S2O3 (0.049 M) agregado.


3.       Localizar con ayuda del diagrama de potencial en función del volumen del titulante el punto de equivalencia de la valoración potenciométrica por los siguientes métodos
a)      Método de la primera derivada
b)      Método de la segunda derivada
Gráfica 3. Primera derivada .Voltaje (medido en milivolts) registrado en función del volumen medio  de Na2S2O3 (0.049 M) agregado. PE a los 10.4 ml con un voltaje de -328mV

Tabla 2. Volumen medio de Na2S2O3 agregado a una solución de I2 (en medio ácido H+) de concentración desconocida y voltaje (en milivoltios) registrado por el potenciómetro.

Gráfica 3. Segunda  derivada .Voltaje (medido en milivolts) registrado en función del volumen medio  de Na2S2O3 (0.049 M) agregado. PE a los 10.4 ml con un voltaje de -328mV
Tabla 3. Segundo Volumen medio de Na2S2O3 agregado a una solución de I2 (en medio ácido H+) de concentración desconocida y voltaje (en milivoltios) registrado por el potenciómetro. Segunda  derivada
1.       Con el punto de equivalencia de la valoración calcular la concentración de la disolución de I2
De la ecuación de Nernst despejamos a la [Ox] , es decir el yodo
 
Sustituyendo y haciendo las operaciones la concentración de I es 3.33 e-31 M y el potencial al que saldria 0.05M es de 0.534V
ANÁLISIS DE RESULTADOS
La disolución de yodo tenía una concentración de 0.05 M que era lo que se pretendía obtener, sin embargo, el resultado de 3.33E-31M está muy alejado de ese valor. Utilizando la ecuación de Nernst se obtiene un voltaje esperado de 0.534 V en lugar del valor obtenido de -0.328V en el punto de equivalencia. Balcells (1992, pp. 68) discute las razones de interferencia en los circuitos electrónicos que pueden dar lugar a lecturas erróneas, entre ellas la interferencia de otros equipos electrónicos y la susceptibilidad de interferencias de alimentación.

CONCLUSIONES
Se debe tener especial cuidado al usar un potenciómetro cerca de fuentes de interferencia externa porque ello puede variar considerablemente los resultados esperados del experimento. Asimismo, cerciorarse de la correcta calibración del aparato -que se debería hacer previa al experimento, asegurándose que en ausencia de un analito o fuente de potencial tenga un voltaje de V=0 (Bacells, et al.).
Bibliografía
-Bacells, J. (1992). Interferencias electromagnéticas en sistemas electrónicos (1ª ed.). Editorial Marcombo, pp. 68
-Chang, R. (2008). Fisicoquímica (3ª ed.). E. U. A.: McGraw-Hill, pp. 768
-Chang, R. (2010). Química (10ª ed.).  E. U. A.: McGraw-Hill
-Day, R. y Underwood, A. (1989). Química analítica cuantitativa (5ª ed.). México, D.F.: Prentice-Hall Hispanoamericana. pp. 251-265
-Skoog, D., West, D., Holler, F. y Crouch, S. (2001). Química analítica (7ª ed.). México, D. F.: McGraw-Hill. pp. 363-374



En teoría, no existe diferencia entre teoría y práctica;
en la práctica sí la hay.
- Jan L.A. van de Snepscheut




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