DETERMINACION DE HIERRO POR INDICADOR Y POTENCIOMETRICAMENTE 1. OBJETIVOS 1.1.
OBJETIVO GENERAL
1.2.
Realizar y comparar la determinación de hierro por permanganotremetria y potenciometricamente.
ORBJETIVOS ESPECIFICOS
Entender la importancia de utilizar un patrón primario adecuado. Comprobar que el permanganato de potasio es un reactivo auto-indicador. Determinar la cantidad de hierro en la muestra mediante una correcta titulación con permanganato de potasio. Determinar la cantidad de hierro que hay en la muestra mediante una técnica potenciometrica, mediante la titulación con permanganato de potasio.
2. FUNDAMENTO TEORICO
Los métodos potencio métricos se basan en la medición del potencial en una celda electroquímica sin paso de corriente apreciable. En base a ello, se puede utilizar la potenciometría para determinar puntos finales de valoraciones. Más recientemente, las concentraciones iónicas selectivas se miden a través del uso de electrodos de membrana diseñados específicamente. Está técnica es usada ampliamente. Ofrece varias var ias ventajas por encima del resto de los métodos analíticos. Los electrodos estás considerablemente libre de interferencias, es más económico rápido y seguro. Por ello, en los últimos tiempos estos métodos han prácticamente desplazado a los demás en muchos tipos de estudios. También resultan muy útiles en la determinación de las constantes fundamentales de reacciones químicas, como las constantes co nstantes de equilibrio. Fundamentalmente, el método se basa en La disposición de dos electrodos, uno de referencia y uno indicador, y un dispositivo de medida de potencial. Estos al trabajar en conjunto pueden realizar una medida ajustada del potencial de una celda con respecto a un valor de referencia. Esta información está íntimamente ligada a la concentración de las especies iónicas en la solución por medio de la ecuación de Nernst. Entre las aplicaciones más comunes de la potenciometría están los estudios de contaminantes en las aguas urbanas, la caracterización físico química de productos de consumo humano, titulaciones potencio métricas, etc. La potenciometría es una técnica electro analítica con la que se puede determinar la concentración de una especie electro activa a ctiva en una disolución empleando un
electrodo de referencia (un electrodo con un potencial constante con el tiempo y conocido) y un electrodo de trabajo (un electrodo sensible a la especie electro activa). Mediante el siguiente diagrama que describe una celda típica para estudios potencio métricos, se detallarán cada una de las partes en un equipo de potenciometría y sus funciones. El electrodo de referencia
Es un electrodo que tiene un potencial de equilibrio estable y conocido. Es utilizado para medir el potencial contra otros electrodos en una celda electroquímica. El potencial de unión líquida en estos electrodos es minimizado por el uso de altas concentraciones de cloruro de potasio como solución de llenado, debido a que la velocidad de difusión de estos iones es muy similar. En potenciometría es una semicelda que tiene un potencial de electrodo es exactamente conocido e independientemente de la concentración del analito o de los iones contenidos en la solución que se analiza. Aunque este electrodo puede ser un electrodo normal de hidrógeno, este casi no se usa porque su aplicación y mantenimiento son complicados. Por convención, en las mediciones potencio métricas siempre se maneja el electrodo de referencia igual que el ánodo (electrodo derecho). Los electrodos que se emplean en potenciometría tienen una respuesta muy selectiva hacia los analitos. Las medias celdas de calomel se representan como sigue: || Hg2Cl2 (saturado), KCl (xM) | Hg Donde x representa la concentración molar de cloruro de potasio en la solución. La reacción del electrodo está dada por la ecuación: El potencial de esta celda varía con la concentración del cloruro x, y esta cantidad debe especificarse al escribir el electrodo. En la tabla siguiente se pueden ver los diferentes nombres de los electrodos de calomel según la concentración de cloruro de potasio, y las expresiones que permiten calcular los potenciales de electrodos para las medias celdas de calomel respecto al electrodo estándar de hidrógeno, a temperaturas t menores de 25°C. El electrodo saturado de calomel (SCE) es el más utilizado por la facilidad de su preparación. Sin embargo, comparado con los otros dos, posee un coeficiente de temperatura algo mayor. Se pueden obtener en el comercio varios tipos de electrodos de calomel que resultan adecuados; en la Figura se muestra un modelo típico. El cuerpo del electrodo consiste en un tubo de vidrio de 5 a 15 cm de largo y 0,5 a 1 cm de diámetro. Un tubo interior contiene una pasta de mercurio-cloruro de mercurio (I)
conectado a la solución saturada de cloruro de potasio del tubo externo, a través de un pequeño orificio. Electrodo de Plata-Cloruro de Plata
Un sistema de electrodos análogo al electrodo de calomel consta de un electrodo de plata Sumergido en una solución de cloruro de potasio saturada también de cloruro de plata: || AgCl (saturado), KCl (xM) | Ag La media reacción es AgCl s + e←→ Ag s +Cl
Normalmente, este electrodo se prepara con una solución saturada de cloruro de potasio, siendo su potencial a 25°C de +0,197 V respecto al electrodo estándar de hidrógeno.3 Electrodos Indicadores
Junto con el electrodo de referencia se utiliza un electrodo indicador cuya respuesta depende de la concentración del analito. Los electrodos indicadores para las medidas potencio métricas son de dos tipos fundamentales, denominados metálicos y de membrana. Estos últimos se denominan también electrodos específicos o selectivos para iones. Usos Generales
. Determinación cuantitativa selectiva de muchos iones inorgánicos y orgánicos en solución . Determinación de iones en un estado de oxidación específico dentro de una muestra . Determinación de constantes de estabilidad de complejos . Determinación de velocidades y mecanismos de reacción . Determinación cuantitativa de gases ácidos y básicos . Determinación cuantitativa de productos de reacción enzimática
Aplicaciones Comunes
. Análisis de iones de procesos industriales batch o continuos . Determinación de monitoreo continuo de la calidad de aire y gases contaminantes . Determinación de electrolitos en fluidos fisiológicos para análisis clínicos . Desarrollo de biosensores basados en enzimas inmovilizadas y electrodos . Determinación de iones constituyentes en muestras de agricultura, medio ambiente y farmacia . Determinación de pH . Determinación del punto final en titulaciones de ácidos, bases y redox Muestras 1.
Estado
Se pueden analizar fácilmente la mayoría de las muestras líquidas y gaseosas. Las muestras sólidas se pueden analizar si es posible prepararlas en forma de solución 2.
Cantidad
Los límites de detección son de aproximadamente 10-5 a 10-6 M para electrodos convencionales. Para sensores de gas, los límites de detección varían entre 0,01 y 5 ppm. 3.
Preparación
Se requiere poca preparación para muestras líquidas y gaseosas. Las muestras sólidas se deben preparar en solución. Los sólidos orgánicos que no se disuelven fácilmente (tales como alimentos, vegetales y productos farmacéuticos) se deben calcinar primero, y luego extraer los iones empleando un solvente adecuado. Tiempo del Análisis
El tiempo requerido para el análisis varía según el electrodo usado, el analito determinado y la concentración del mismo. Un electrodo de respuesta rápida, tal como el electrodo de pH, se puede calibrar y usar para determinar el pH de una muestra en 1 minuto o menos. Para electrodos de ion selectivos convencionales, los tiempos típicos de análisis de muestras sin incluir el tiempo de calibración, varían de 5
a 60 segundos, mientras que los sensores de gas y enzimáticos requieren de 1 a 5 minutos o más para la determinación de una muestra simple.12 Limitaciones Generales • Hay muchos iones para los cuales no existe un electrodo selectivo • La mayoría de los electrodos requiere calibración frecuente para usar en análisis
Cuantitativo preciso • Se requiere a menudo una muestra regulada para evitar la interferencia OH- / H+ • Se deben tener en cuenta los efectos de la matriz (esto es, diferencias en fuerzas
iónicas, electrolitos presentes en la muestra y su influencia sobre el potencial de unión y la presencia de especies que pueden arruinar la superficie activa del electrodo) Sensibilidad Generalmente se requiere una concentración de analito mayor que 10-6 M para la mayoría de las determinaciones potencio métricas. Medidas Potenciométricas Directas
Se pueden utilizar las medidas potencio métricas directas para completar los análisis químicos de aquellas especies para las cuales existe un electrodo indicador. La técnica es simple, y requiere sólo la comparación del potencial producido por el electrodo indicador en una solución problema con el potencial que se obtiene cuando se sumerge el mismo electrodo en una solución patrón. Titulaciones Potenciométricas
El potencial de un electrodo indicador adecuado puede utilizarse en forma muy conveniente para establecer el punto de equivalencia en una titulación, lo que se denomina una titulación potenciométrica y que aporta una información diferente a la de una medida potenciométrica directa. El punto final potenciométrico puede utilizarse en muchas circunstancias y proporciona datos intrínsecamente más precisos que los que se obtendrían con la misma técnica empleando indicadores. Lamentablemente, este procedimiento toma más tiempo que una titulación con indicador. Al comienzo, se agregan porciones grandes del reactivo con el que se titula; a medida que se aproxima el punto final, anunciado por mayores cambios de potencial en cada agregado, los incrementos se hacen más pequeños.
Limitaciones Generales
. Hay muchos iones para los cuales no existe un electrodo selectivo . La mayoría de los electrodos requiere calibración frecuente para usar en análisis cuantitativo preciso . Se requiere a menudo una muestra regulada para evitar la interferencia OH- / H+ . Se deben tener en cuenta los efectos de la matriz (esto es, diferencias en fuerzas iónicas, electrolitos presentes en la muestra y su influencia sobre el potencial de unión y la presencia de especies que pueden arruinar la superficie activa del electrodo) 3. MATERIALES, EQUIPOS Y REACTIVOS MATERIALES Y EQUIPOS
Vasos de precipitados de 100 ml. Bureta de 25 ml. Pinza para bureta. Matraces Erlenmeyer. Espátula. Electrodo de platino. Electrodo de Calomel. Potenciómetro.
REACTIVOS
Dicromato de potasio Sulfato de amonio y hierro Ácido sulfúrico concentrado Ácido fosfórico Definilaminasulfato de sodio (1% p/v , en H 2SO4) Permanganato de potasio (≈0,1 N)
4. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL Determinación de hierro con permanganato de potasio
1. Primeramente por grupo pesamos aproximadamente 0,08 g de sulfato ferroso y lo pasamos a un matraz Erlenmeyer 2. Al matraz Erlenmeyer le pusimos un 30 ml de agua destilada. 3. Luego le colocamos 1 ml de ácido sulfúrico. 4. Posteriormente pasamos a titular la solución con permanganato de potasio, teniendo en cuanta que antes cubrimos la bureta para que el permanganato no se oxide al estar en presencia de luz del día.
5. Titulamos hasta que la coloración de la solución cambio a un co lor rosa débil, sin olvidar agitar a media que se titula. Titulación con indicador
1. Primeramente preparamos una solución de dicromato de potasio pesando 1,2245 g de dicromato de potasio en solido seco. 2. Disolvimos el sólido en agua y [posteriormente lo transferimos a un matraz de 250 ml y los llenamos con agua destilada hasta la línea del aforo. 3. Una vez preparada la solución titulante, pasamos a preparar la muestra a titular. 4. Para ello se pesó 1,4993 g de sulfato de amonio y hierro II puro. 5. Se lo disolvió con un poco de agua, se le agrego 10 ml de ácido sulfúrico concentrado y posteriormente se pasó a un aforo de 250 ml y le lo termino de aforar con agua destilada. 6. A 40 ml de esta solución preparada de sulfato de amonio y hierro II se le adiciono 2 ml de ácido fosfórico como indicado y como refuerzo se le adiciono unas 8 o más gotas de difenamilina como indicadores. 7. Se pasó a titular con la solución de dicromato de potasio muy lentamente hasta la aparición de un color purpura, pero antes se tornó de color verde. Titulación potencio métrica
1. 2 ml de la solución preparada de sulfato de amonio y hierro se le diluyo con 50 ml de agua destilada. 2. Preparamos el potenciómetro de calomel, previamente calibrándolo para no tener complicaciones a la hora de medir. 3. Agitando la solución, se le introdujo el potenciómetro y se midió el potencial a 0 ml adicionado de titulante. 4. Posteriormente se le fue introciendo primero de 0,5 en 0,5 ml y luego en 1 en ml, y en cada adición se le midió el potencial que adquiría la solución a medida que se le adicionaba titulante. 5. OBSERVACIONES Titulación con permanganato de potasio
En la titulación realizada con permanganato de potasio adicionamos ácido sulfúrico porque queremos hacer más sensible el viraje, para no pasarnos de volumen de titulante en la titulación hasta el cambio de color a un rosa débil. El permanganato sirve como indicador del punto final de la titulación Titulación con dicromato de potasio
Cuando el dicromato proveniente de la bureta reacciona con el hierro (II) oxidándolo en hierro (III), este se transforma en cromato cediendo sus átomos de oxígeno en el
medio (la disolución que valoramos). Es en este aspecto en el que los ácidos, los protones (H+) de los ácidos juegan un papel fundamental en la valoración. Así mismo, estos protones por una parte reaccionarán con los átomos de oxigeno provenientes del dicromato formando moléculas de agua y por otro lado, y el más importante, reaccionando con los átomos de oxígeno, estos protones marcan el sentido único de la reacción de valoración (de reactivos a productos), impidiendo que los O presentes en el medio reaccionen de nuevo con el cromato creando dicromato nuevamente y falseando así la valoración, es ese momento en que la solución se tornó de color verde. Una vez llegado al punto de equivalencia es el momento en el que todo los átomos de hierro II ya reaccionaron con el dicromato, el dicromato, al no reaccionar con ninguno de los otros componentes (hierro(III) o ácido) reacciona con la difenilamina, haciendo virar la disolución al violeta y marcando el punto de equivalencia de la valoración en que el número de moles de dicromato añadidos a la disolución han reaccionado con todos los moles de hierro(II) presentes en ésta al principio de la valoración. titulacion potenciometrica
observamos que al medir el potencial de la solucion despues de cada anadida de permanganto de potasio , el potenciometro de calomel era muy sensible ya que a la hora de anota la lectura dada (luego del RDY) este valor era muy cambiante por lo que tuvimos que repetir una cuantas veces mas la lectura para obtener un valor constante en cada lectura. Se observaron los mismos cambio de color que con la titulacion ya que se trataban de los mismos compuestos.
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CONCLUSIONES
Se logró la determinación de hierro tanto en el sulfato ferroso, como en la sal de Mohr del laboratorio. Comparando los dos métodos de determinación de hierro en la sal de Mohr vimos que más efectiva es la técnica de titulación porque el resultado obtenido (15,92%) es mucho más aproximado al valor teórico (19,71%) que el del método de potenciómetro (5,64%). Entendimos que al utilizar al permanganato de potasio como titulante ya no requerimos un indicador ya que este actúa como un auto indicador.
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BIBLIOGRAFIA
http://es.wikipedia.org/wiki/Valoraci%C3%B3n_redox http://ocw.usal.es/ciencias-experimentales/analisis-aplicado-a-la-ingenieriaquimica/contenidos/course_files/PRACTICAS_DE_ANALISIS_INSTRUMENTAL.pdf http://www.monografias.com/trabajos74/metodos-potenciometricos/metodospotenciometricos2.shtml