Valoraciones potenciométricas de oxido-reducción

http://farmupibi.blogspot.mx/2015/03/oferta-laboral.html

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