LABORATORIO DE QUÍMICA ANALÍTICA CUANTITATIVA VOLUMETRÍA ÓXIDO-REDUCCIÓN YODOMETRÍA - YODIMETRÍA PRÁCTICA Nº 8 Fecha: 1. OBJETIVOS DE APRENDIZAJE Analizar una muestra de vitamina “C” comercial para determinar el analito ácido ascórbico en %p/p mediante el método volumétrico óxido-reducción por yodimetría utilizando almidón como indicador. Aplicar la técnica y principios de volumetría óxido-reducción. Estandarizar la solución secundaria reductora de tiosulfato de sodio con un patrón primario de KIO3. Estandarizar la solución de yodo con solución reductora tiosulfato de sodio. Establecer la diferencia entre los métodos yodometría y yodimetría. Interpretar el % de ácido ascórbico en una muestra de vitamina “C” comercial. 2. PREGUNTAS Y/O EJERCICIOS PREVIOS 1. ¿Cuál es la diferencia entre yodometría - yodimetría? 2. ¿Por qué las soluciones de Yodo y de tiosulfato de sodio no son soluciones estándares primarias? 3. ¿Qué tipo de indicador es el almidón? Y ¿Por qué no se añade al principio de la titulación? 4. ¿Qué otro tipo de patrones primarios se podría utilizar para estandarizar el tiosulfato de sodio? 5. Describa la preparación de una solución patrón primario de yodato de potasio al 0.1 N y a un volumen de 50 mL. 3. PRINCIPIO DEL MÉTODO Y CAMPO DE APLICACIÓN La solución de yodo es un oxidante débil utilizado principalmente para la determinación de reductores fuertes pero al tener un potencial + 0.54 V puede ser empleado también como agente reductor. El método por Yodimetría (método directo) se basa en titular un analito reductor directamente con yodo (para formar I −), en cambio el método por Yodometría (método indirecto) se basa en añadir un exceso de I − a un analito oxidante para formar yodo, que se titula después con una solución de tiosulfato de sodio. Es decir, la yodometría es la valoración del yodo producido en una reacción química y la yodimetría es la valoración con yodo. En esta práctica se utilizará la yodometría para la estandarización de soluciones y por otro lado aplicaremos el método yodimétrico para la determinación del contenido de ácido ascórbico en una muestra de vitamina C comercial. 1 Elaborado por: Univ. Litza Mabel Duran Choque LABORATORIO DE QUÍMICA ANALÍTICA CUANTITATIVA VOLUMETRÍA ÓXIDO-REDUCCIÓN YODOMETRÍA - YODIMETRÍA PRÁCTICA Nº 8 Fecha: 4. FUNDAMENTO TEÓRICO 4.1. SOLUCIONES DE YODO El yodo es un agente oxidante débil con un potencial de electrodo pequeño de 0.536 V, pero este potencial es ventajoso para la determinación de reductores fuertes, la semireacción del yodo es: I3− + 2e− ↔ 3I − 𝐸° = 0.536 𝑉 Para preparar esta solución, se disuelve el yodo en un volumen pequeño de yoduro de potasio concentrado debido a su poca solubilidad en agua, y estas soluciones se denominan apropiadamente soluciones de triyoduro según la reacción: I2(s) + I − ↔ I3− Sin embargo en la práctica, se les conoce como soluciones de yodo debido a que esta terminología explica el comportamiento estequiométrico de estas soluciones: I2 + 2e− → 2I − Las soluciones de yodo son inestables debido a la volatilidad del soluto y a la oxidación del ion yoduro por el aire ocasionando cambios en la concentración: 4I − + O2(g) + 4H + → 2I2 + 2H2 O Por lo tanto deben ser estandarizadas con regularidad y un buen agente reductor para su estandarización es la solución de tiosulfato de sodio, pero éste es un patrón secundario y por lo tanto se estandariza con un patrón primario. Las aplicaciones de la solución de yodo en volumetrías oxidación – reducción son los métodos Yodométricos y Yodimétricos. 4.2. YODOMETRÍA Es un método indirecto de titulación y se basan en las propiedades reductoras del ion yoduro. 2I − → I2 + 2e− Por ejemplo para estandarizar la solución de yodo se realiza mediante reductimetrías, y como dijimos en el punto 4.1. el agente reductor por excelencia es el tiosulfato de sodio, y éste se estandariza frente a otros patrones primarios EN REVISIÓN LABORATORIO DE QUÍMICA ANALÍTICA CUANTITATIVA VOLUMETRÍA ÓXIDO-REDUCCIÓN YODOMETRÍA - YODIMETRÍA PRÁCTICA Nº 8 Fecha: como el yodato de potasio, dicromato de potasio, ferricianuro de potasio y cobre metálico, pero las reacciones son indirectas porque el tiosulfato no reacciona directamente con los patrones primarios mencionados, entonces para su titulación, estos patrones o agentes oxidantes deben liberar cantidades estequiométricas de yodo cuando se tratan con exceso de yoduro de potasio, el yodo liberado se titula después con la solución de tiosulfato. 4.2.1. SOLUCIÓN DE TIOSULFATO DE SODIO El ión tiosulfato S2 O2− es un agente reductor moderadamente soluble y en 3 presencia de yodo se oxida al ion tetrationato S4 O2− 6 : 2− − 2S2 O2− 3 ↔ S4 O6 + 2e Esta solución es estable a la oxidación del aire, sin embargo su concentración cambia constantemente debido a que se descomponen en azufre e ion hidrógeno sulfito especialmente si se encuentra en medio ácido, pero mejora su estabilidad si se encuentra en un medio ligeramente básico a un pH de 9 a 10, por tal motivo, en su preparación se añade una pequeña cantidad de carbonato de sodio, sin embargo aún así la solución de tiosulfato de sodio debe estandarizarse periódicamente. 4.2.2. VALORACIONES DE SOLUCIONES TIOSULFATO De los patrones primarios mencionados en la sección 4.2. el yodato de potasio es un excelente patrón y para la valoración del tiosulfato, el yodato se disuelve en agua que contenga un exceso de yoduro de potasio y en un medio ácido, la reacción es: − + IO− 3 + 5I + 6H ↔ 3I2 + 2H2 O El yodo liberado se titula con la solución de tiosulfato, en la siguiente forma: 2Na2 S2 O3 + I2 → Na2 S4 O6 + 2NaI Para detectar el punto final de las titulaciones con yodo-tiosulfato se utiliza el indicador redox específico llamado almidón, este indicador se encuentra en una suspensión acuosa, y en presencia de yodo, éste se absorbe en el interior de la cadena helicoidal de 𝛽-amilosa, componente macromolecular del almidón, formándose así una coloración azul intenso (ver la figura 8.1) 3 Elaborado por: Univ. Litza Mabel Duran Choque LABORATORIO DE QUÍMICA ANALÍTICA CUANTITATIVA VOLUMETRÍA ÓXIDO-REDUCCIÓN YODOMETRÍA - YODIMETRÍA a. PRÁCTICA Nº 8 Fecha: b. Figura 8.1. Moleculas de 𝛽-amilosa, a. con una estructura helicoidal y b. la especie de yoduro al interior de la hélice de amilosa. La suspensión acuosa del almidón por acción bacteriana se descompone rápidamente por lo que se recomienda preparar el mismo día de su aplicación. Por otro lado, el almidón se descompone irreversiblemente en soluciones que contienen grandes concentraciones de yodo, por lo tanto en titulaciones indirectas de yodo, el indicador debe añadirse cuando el color de la solución cambia de caférojizo a amarillo pálido, en este punto se forma el complejo azul intenso descrito en el párrafo anterior, y cuando se llega al punto final pasa a ser incoloro. Algunas de las aplicaciones de yodometría son: Determinación del hipoclorito de sodio en blanqueadores Determinación de Indice de yodo en grasas y aceites Determinación de oxigeno disuelto en aguas 4.3. YODIMETRÍA Es un método directo de titulación con la solución de yodo y se basan en las propiedades oxidantes del yodo. I2 + 2e− → 2I − En éste método, el indicador puede añadirse desde el principio, ya que no existe exceso de solución de yodo y por tanto la solución es incolora, en el punto final con un exceso de yodo la solución se torna a un azul intenso. Algunas de las aplicaciones de yodimetría son: Determinación de estaño 2+, arsénico 3+, antimonio 3+ Determinación de ácido ascórbico EN REVISIÓN LABORATORIO DE QUÍMICA ANALÍTICA CUANTITATIVA VOLUMETRÍA ÓXIDO-REDUCCIÓN YODOMETRÍA - YODIMETRÍA PRÁCTICA Nº 8 Fecha: INSTRUCCIONES DE SEGURIDAD 5 EQUIPOS - Balanza Analítica - Hornilla MATERIALES - Vaso de precipitado - Vidrio de reloj - Varilla de vidrio - Probeta - Matraz aforado - Bureta - Pipeta graduada - Pipeta volumétrica - Espátula - Soporte universal - Pizeta REACTIVOS - Yodo - Yoduro de potasio - Yodato de potasio - Tiosulfato de sodio pentahidratado - Carbonato de sodio - Ácido sulfúrico concentrado - Ácido clorhídrico concentrado - Almidón - Muestra de vitamina C 6. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL Preparación de material y equipos de Laboratorio. RECORDAR: El material de vidrio se lava con agua de grifo y detergente, enjuagar primero con agua de grifo y después con porciones de agua destilada. Lavar y rotular todo el material. Armar el montaje para realizar la técnica de titulación. 6.1. Preparación de soluciones ACLARACIÓN: La preparación del almidón no es una solución, es una suspensión acuosa y se descompone a los pocos días por la acción bacteriana. 5 Elaborado por: Univ. Litza Mabel Duran Choque LABORATORIO DE QUÍMICA ANALÍTICA CUANTITATIVA VOLUMETRÍA ÓXIDO-REDUCCIÓN YODOMETRÍA - YODIMETRÍA PRÁCTICA Nº 8 Fecha: La solución de tiosulfato de sodio es un patrón secundario, se debe preparar al menos 10 días antes de su uso y también se debe estandarizar periódicamente. Y para mejorar su estabilidad se añade carbonato de sodio. De acuerdo a las competencias adquiridas, se pide realizar los cálculos necesarios y esquematizar la preparación de las siguientes soluciones: SOLUCIÓN DE YODATO DE POTASIO 0.1 N, 50 mL a partir de su reactivo sólido (soluto). SOLUCIÓN DE TIOSULFATO DE SODIO PENTAHIDRATADO 0.1 N, 100 mL a partir de su reactivo sólido (soluto). Antes de aforar añadir 0.1 g de carbonato de sodio. SOLUCIÓN DE ÁCIDO SULFÚRICO 4 N, 25 mL a partir del reactivo concentrado. Consulte al responsable del laboratorio el dato del ácido concentrado. SOLUCIÓN DE ÁCIDO CLORHÍDRICO 15 %v/v, 25 mL. INDICADOR ALMIDÓN 1 %p/v, 50 mL. Propiedades del almidón El almidón es una sustancia blanca, granulada o en polvo y soluble en agua caliente. Cálculos 1. Calcular la masa necesaria de la sustancia. m [g] almidón=……….. Procedimiento 1. Pesar la masa calculada en un vaso precipitado. 2. Añadir 5 mL de H2O destilada. 3. Hervir aproximadamente 30 mL de H2O destilada 4. Transferir la suspensión de almidón (2) al vaso de agua hervida y agitar hasta tener una suspensión acuosa cristalina, transferir al matraz de 50 mL y enrasar hasta el aforo con H2O destilada caliente. SOLUCIÓN DE YODO 0.1 N, 100 mL. Propiedades del Yodo El I2 es un sólido negro con ligero brillo metálico, es soluble en una solución concentrada de KI. Cálculos 1. Calcular la masa necesaria de I2 y de KI, a partir de sus reacciones químicas. m [g] I2=……….. m [g] KI =……… ! Pesar rápidamente el I2 porque se sublima fácilmente. EN REVISIÓN Procedimiento 1. Pesar la masa calculada de KI en un vaso precipitado y disolver con 5 mL de H2O destilada, inmediatamente añadir la masa de I2 y agitar hasta obtener una solución homogénea. 3. Transferir toda la solución al matraz aforado de 100 mL y enrasar con H2O destilada. Conservar. LABORATORIO DE QUÍMICA ANALÍTICA CUANTITATIVA VOLUMETRÍA ÓXIDO-REDUCCIÓN YODOMETRÍA - YODIMETRÍA PRÁCTICA Nº 8 Fecha: 6.2. Preparación de la muestra Muestreo Se realiza el muestreo de un sobre comercial de vitamina “C” sólido granulado, se recomienda extraer una sub muestra por cuarteo. Tratamiento preliminar de la Muestra Si se utiliza como muestra una pastilla de Vitamina “C” se debe triturar antes de diluir la muestra. Preservación de la Muestra N/A Transformación de la muestra a especie analizable La muestra es soluble agua. I. Vitamina C: DISOLUCIÓN 1. Pesar 0.05 [g] de vitamina C (mmuestra) en 2. Transferir la masa al matraz erlenmeyer una balanza analítica. (1º), añadir 30 mL de agua destilada (2º) y agitar hasta disolver el sólido (3º) 6.3. Procedimiento para la medición ACLARACIÓN: La vitamina “C” se cuantifica con una solución de yodo por el método volumétrico redox - yodimetría, y ésta debe ser estandarizada con una solución de tiosulfato de sodio (agente reductor), el tiosulfato de sodio es una solución estándar secundaria, por lo que también debe ser estandarizada con otro patrón primario de yodato de potasio. El indicador adecuado para este tipo de volumetría es el almidón (indicador de absorción). Cuando se titula el yodo de forma indirecta (yodometría), se añade este indicador cuando la solución de yodo llegue a un viraje amarillo pálido (solución yoduro), en cambio cuando se titula el yodo de forma directa (yodimetría) se añade el indicador desde el inicio de la titulación. 7 Elaborado por: Univ. Litza Mabel Duran Choque LABORATORIO DE QUÍMICA ANALÍTICA CUANTITATIVA VOLUMETRÍA ÓXIDO-REDUCCIÓN YODOMETRÍA - YODIMETRÍA PRÁCTICA Nº 8 Fecha: La solución de yodo liberado es de color café, cuando se reduce se torna a un amarillo pálido, en este punto se añade el indicador y la solución se torna a un color azul, se continúa la titulación hasta un punto final incoloro. RECORDAR: Para medir volúmenes o transferir alícuotas de soluciones estándares y muestras, utilizar pipetas volumétricas. II. VOLUMETRÍA REDOX - YODOMETRÍA A. ESTANDARIZACIÓN DE TIOSULFATO B. ESTANDARIZACIÓN DE SOLUCIÓN DE SODIO DE YODO Determinación de la concentración de Determinación de la concentración de solución de yodo en [N] con una solución Na2S2O3·5H2O en [N] con un patrón primario KIO3. estándar secundaria de Na2S2O3. 1. Realizar las reacciones químicas. 1. Realizar las reacciones químicas. 2. Calcular el volumen teórico de Na2S2O3, 2. Calcular el volumen teórico de Na2S2O3, con la concentración encontrada en I.A). asumiendo una concentración de 0.1 N. 3. Armar el montaje indicado en la figura 2. 3. Armar el montaje indicado en la figura 1. 4. Titular hasta el viraje del indicador (punto 4. Titular hasta el viraje del indicador (punto final). final). 5. Registrar el volumen gastado. 5. Registrar el volumen gastado. 6. Calcular la concentración de la solución de 6. Calcular la concentración de la solución de yodo. tiosulfato de sodio. EN REVISIÓN LABORATORIO DE QUÍMICA ANALÍTICA CUANTITATIVA VOLUMETRÍA ÓXIDO-REDUCCIÓN YODOMETRÍA - YODIMETRÍA PRÁCTICA Nº 8 Fecha: III. VOLUMETRÍA REDOX - YODIMETRÍA Determinación de ácido ascorbico en % en una muestra de Vitamina C comercial 1. Realizar la reacción química. 2. Armar el montaje indicado en la figura (3). 3. Titular hasta el viraje del indicador (punto final). 4. Registrar el volumen gastado. 5. Calcular la concentración en % p/p de ácido ascórbico C6H8O6. 7. CONTROL DE DATOS DE LA MEDICIÓN Preparación de soluciones m [g] KIO3 = ………… m [g] Na2S2O3·5H2O = …………. m [g] I2 = …………. m [g] KI = …………. m [g] almidón = …………. V [mL] H2S2O4 concentrado =…………. YODOMETRÍA: ESTANDARIZACIÓN DE SOLUCIONES. Completar la siguiente tabla con los datos referentes a la estandarización de la solución de Na2S2O3·5H2O y a la estandarización de la solución de Yodo. Estandarización de Na2S2O3·5H2O Grupo V [mL] KIO3 m [g] KI V [mL] Na2S2O3·5H2O [N] Na2S2O3·5H2O Estandarización de solución de Yodo V [mL] Yodo V [mL] Na2S2O3·5H2O [N] Yodo 1 2 3 4 5 C N = C N = Tabla 1. Estandarizaciones de soluciones 9 Elaborado por: Univ. Litza Mabel Duran Choque LABORATORIO DE QUÍMICA ANALÍTICA CUANTITATIVA VOLUMETRÍA ÓXIDO-REDUCCIÓN YODOMETRÍA - YODIMETRÍA PRÁCTICA Nº 8 Fecha: YODIMETRÍA: DETERMINACIÓN DE C6H8O6 EN %P/P EN UNA MUESTRA DE VITAMINA C. Completar la siguiente tabla y determinar el analito a partir del volumen gastado de solución de yodo y la concentración promedio de Yodo. Grupo Determinación de C6H8O6 en %p/p en vitamina “C” comercial V [mL] de m [g] muestra %p/p de C6H8O6 solución Yodo 1 2 3 4 5 8. INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS ¿Qué fenómenos físicos observo? Cambios de color…………………………………………………………………………………… Otros…………………………………………………………………………………………………. ¿Cómo interpreto químicamente mis observaciones? Reacciones……………………………………………………………………………………………. Compare los valores obtenidos con los teóricos y saque sus conclusiones. 9. BIBLIOGRAFÍA - Skoog, D., West, D., Holler, F., Crounch, S. (2015), Fundamentos de Química Analítica, novena edición, Cengage Learning Editores, S.A. de C.V, México. - Harris, D. (2007), Análisis Químio Cuantitativo, sexta edición, Editorial Reverté, BarcelonaEspaña. - Arzabe, O., Vargas, V., Dominguez, R. (2010), Guía de Laboratorio Química Analítica Cuantitativa, Universidad Mayor de San Simón. EN REVISIÓN LABORATORIO DE QUÍMICA ANALÍTICA CUANTITATIVA VOLUMETRÍA ÓXIDO-REDUCCIÓN YODOMETRÍA - YODIMETRÍA PRÁCTICA Nº 8 Fecha: EJERCICIOS RESUELTOS Y PROPUESTOS Ejemplo 1: El yodo producido al agregar un exceso de KI a una solución que contenía 0.1518 g de K2Cr2O7 necesitó 46.13 mL de Na2S2O3 para su titulación. Calcúlese la concentración molar de tiosulfato. 1º armamos la reacción entre el dicromato y el exceso de yoduro para liberar el yodo. 3+ 6e− + 14H + + Cr2 O2− + 7H2 O 7 → 2Cr − − 2I → I2 + 2e − 3+ 28H + + 2Cr2 O2− + 6I2 + 14H2 O 7 + 12I ↔ 4Cr 2º armamos la reacción entre el yodo liberado y el tiosulfato. 2e− + I2 → 2I − 2− − 2S2 O2− 3 → S2 O3 + 2e − 2− 2S2 O2− 3 + I2 → S2 O3 + 2I Nos piden encontrar: 𝑀 Na2 S2 O3 = Por estequiometria: 0.1518 g K 2 Cr2 O7 × mol Na2 S2 O3 ? = 𝑉 𝑚𝐿 𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖ó𝑛 Na2 S2 O3 46.13 × 10−3 𝐿 𝑠𝑜𝑙𝑛 1 mol K 2 Cr2 O7 6 mol I2 2 mol Na 2 S2 O3 × × = 3.1 × 10−3 mol Na 2 S2 O3 294.19 g K 2 Cr2 O7 2 mol K 2 Cr2 O7 1 mol I2 Resolviendo: 𝑀 Na2 S2 O3 = 3.1 × 10−3 mol = 0.06711 𝑀 46.13 × 10−3 𝐿 𝑠𝑜𝑙𝑛 Ejemplo 2: Una disolución de tiosulfato de sodio fue estandarizada al disolver 0.1210 g de KIO3 en agua, adicionando un gran exceso de KI y acidificando con HCl. El yodo liberado requiere 41.64 mL de la disolución de tiosulfato para decolorar el complejo azul almidón/yodo. Calcule la concentración normal de Na2S2O3. Desafío: demostrar las siguientes reacciones por el método ión electrón: − + IO− 3 + 5I + 6H ↔ 3I2 + 2H2 O 2Na2 S2 O3 + I2 → Na2 S4 O6 + 2NaI 𝑁 Na2 S2 O3 = eq Na2 S2 O3 ? = 𝑉 𝑚𝐿 𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖ó𝑛 Na2 S2 O3 41.64 × 10−3 𝐿 𝑠𝑜𝑙𝑛 Por estequiometria: 0.1210 g KIO3 × 1 mol KIO3 3 mol I2 2 mol Na2 S2 O3 2 eq Na2 S2 O3 × × × = 3.3925 × 10−3 eq Na2 S2 O3 214 g KIO3 1 mol KIO3 1 mol I2 2 mol Na2 S2 O3 𝑁 Na2 S2 O3 = 3.3925 × 10−3 eq = 0.0815 𝑁 41.64 × 10−3 11 Elaborado por: Univ. Litza Mabel Duran Choque LABORATORIO DE QUÍMICA ANALÍTICA CUANTITATIVA VOLUMETRÍA ÓXIDO-REDUCCIÓN YODOMETRÍA - YODIMETRÍA PRÁCTICA Nº 8 Fecha: Ejercicio 3: Calcule el porcentaje de MnO2 en un espécimen mineral de 0.1267, si se añadió un exceso de yoduro para liberar yodo, las semireacciones son: MnO2 → Mn2+ 2I − → I2 Y se requirió 29.62 mL de Na2S2O3 0.08041 M. Respuesta: 81.71% Pauta: Primero igualar la reacción entre la muestra con el yodo liberado, luego realizar otra igualación entre el yodo liberado y el tiosulfato de sodio. Ejercicio 4: Se determinó la concentración de etilmercaptano de una mezcla agitando 1.657 g de muestra con 50.0 mL de I2 0.01194 M en un matraz bien sellado: 2C2 H5 SH + I2 → C2 H5 SSC2 H5 + 2I − + 2H + El exceso de yodo se tituló por retroceso con 16.77 mL de Na2S2O3 0.01325 M. Calcúlese el porcentaje de C2H5SH. Respuesta: 3.64 % C2H5SH EN REVISIÓN
