DETERMINACIÓN DE HIERRO POR PERMANGANOMETRÍA

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DETERMINACIÓN DE HIERRO POR PERMANGANOMETRÍA

Jessica Brigitte Peña Pillimuea (1359024); Jessica Andrea Valencia Castrob (1457750); Karen Lizeth Sánchez Rojasc (1358011)
[email protected]. [email protected]. [email protected].

Facultad de Ciencias Naturales y Exactas, Departamento de Química, Universidad del Valle, Yumbo, Colombia.
Laboratorio: octubre 14 de 2014
Informe: diciembre 14 de 2014

RESUMEN
Se determinó experimentalmente hierro en un suplemento vitamínico, empleando la técnica redox - con el agente oxidante permanganato de potasio con ayuda de ácido sulfúrico y oxalato de sodio; obteniendo como resultados empíricos 45,16 % de sulfato férrico al promediar las tres alícuotas tratadas, y a nivel grupal 39,81% ± 7,40% con sus respectivos intervalos de confianza (ver sección de cálculos)

Palabras Clave: Reductor, Oxidante, Hierro, Permanganometría, Patrón…

1. OBJETIVOS

General

* Determinar cuantitativamente hierro y calcio en una muestra problema mediante reacciones de óxido-reducción utilizando como agente oxidante el permanganato de potasio KMnO4.

DATOS, CÁLCULOS Y RESULTADOS

2.1 DATOS

Procedimiento No. 1. Se preparó una solución patrón de Na2C2O4 para la estandarización de KMnO4 (ver tabla 2).Para lo anterior se pesó los gramos requeridos de oxalato de sodio (Na2C2O4) con una precisión de ±0.0001g (ver tabla 1), se transfirió cuantitativamente a un Erlenmeyer de 125mL y posterior a esto se le adiciono 20mL de agua y 20mL H2SO4 2M. Se agito constantemente la solución, se le proporciono calor (~70°C) con una plancha y una vez preparada se procedió a valorar con una solución de permanganato hasta que en solución persistiera un color rosa por 15 segundos.

Tabla 01. Peso del NaC2O4

SUSTANCIA
PESO(g) ±0,0001g
Na2C2O4
0.1225

Tabla 02. Datos de la estandarización de KMnO4

SUSTANCIA
VOLUMEN VALORACIÓN (mL) ±0,06mL
KMnO4
3,10

Procedimiento No. 2. Para el tratamiento de la muestra se toma una tableta de suplemento de hierro la cual se pesa previamente con una precisión de ±0.0001g, se macera y posterior a esto se toman dos muestras (ver tabla 3) con su respectivo peso (±0.0001g). Cada una se trabaja por separado, se transfieren a unos vasos de precipitados, se les adiciona 20mL de H2SO4 1M, se agitan por 30 segundos y después se colocan a calentar durante 5min hasta ebullición para disolver bien la tableta. Luego de dejarlas en reposo las anteriores soluciones se filtran y se transfieren a un matraz de 50,00 mL enrasando con H2SO4 1M (cada una). Después se toman 3 alícuotas de 10 mL volumétricamente que se titulan con la solución KMnO4 previamente estandarizada hasta que la solución tome una coloración rosa la cual persista 15 segundos (ver tabla 4).

Tabla 03. Datos del peso del suplemento de hierro (FeSO4) y los respectivos pesos de las dos muestra de análisis.

SUSTANCIA

PESO(g) ±0,0001g
Tableta FeSO4
0,5260
Muestra 1
0,1077
Muestra 2
0,1327

Tabla 04. Datos de las valoraciones de las 3 alícuotas tomadas por cada solución preparada anteriormente con una solución de KMnO4 previamente estandarizada en el primer procedimiento.

VOLUMEN VALORACION SOLUCIÓN DE KMnO4 (mL)± 0,03 mL
Alícuotas
Muestra1
Muestra2
1
0,70
0,60
2
0,90
0,60
3
0,90
0,60

2.2 CALCULOS Y RESULTADOS

Calculo para determinar la molaridad de la solución de KMnO4

Teniendo en cuenta el peso tomado de oxalato de sodio para preparar la solución patrón, el volumen final de la estandarización Y por la relación estequiometria que se da en la titulación se determina la concentración de permanganato.

5H2C2O4 + 2MnO4- + H+ 2Mn2+ + 10 CO2 + 8 H2 O

Figura 1. Reacción de valoración ente el permanganato y el oxalato de sodio

0.0202gNa2C2O4* 1 mol Na2C2O4133.996g Na2C2O4

*2 mol KMnO45 mol Na2C2O4 *1 0,00310

=0.0194M

DETERMINACIÓN DE HIERRO:
VALOR TEÓRICO

0,2000g FeSO4 0,5260 g FeSO4 total*100%

=38,02 %FeSO4

Muestra A

Alícuota 1

0.70mL KMnO4* 0,0194 mol KMnO41000mL KMnO4

*1 mol MnO4-1 mol KMnO4 *5 mol Fe2+1 mol MnO4-

*1 mol FeSO41 mol Fe2+*151, 907 g FeSO41 mol FeSO4

*50,00 ml sln10,00 mL alicuota*10,1077 g muestra 1

*100%=47,89 %

Alícuota 2




*100%=61,57 %

Alícuota 3





*100%=61,57 %

Para calcular los porcentajes de sulfato de hierro en la segunda muestra B se determinaron de la misma manera que en el paso anterior.

Tabla 05. Porcentaje de sulfato de hierro las alícuotas de cada muestra.

% Porcentaje de FeSO4
Alícuota
Muestra A
Muestra B
1
47,89
33,31
2
61,57
33,31
3
61,57
33,31

Salvo que las muestras provienen del mismo lote los porcentajes de FeSO4 para los cálculos estadísticos se tratan como una sola muestra.

PROMEDIO DE PORCENTAJES

Se suman todos los porcentajes de FeSO4 de las dos muestras y se dividen por la cantidad de datos para sacar un promedio entre ellas.

X = 270,966=45,16 %

DESVIACION ESTANDAR GRUPAL

S= (Xi- X)2n-1

S = 13,91

% RSD

Desviación estándar relativa.

SX x 100

% RSD = 30,80 %

INTERVALOS DE CONFIANZAS

T5: 2,57,

I.C: X± tS n

I.C: 45,16 % ±14,59 %

Tabla 06. Concentración molar de la solución estandarizada de KMnO4 a nivel grupal
.
GRUPOS
MOLARIDAD DEL KMnO4 (M)
1
0,0194
2
0,0143
3
0,0146
4
0,0143
5
0,0151
6
0,0134
7
0,0123
8
0,0143
9
0,0130
X
0,0145
S
0,0020
%RSD
13,793

Tabla 07. Pesos de la muestra A con el respectivo volumen de solución de KMnO4 gastado para titular cada alícuota de los 9 grupos de laboratorio.

Molaridad de la concentración de KMnO4 para una t critica de 8 grados de libertas con un nivel de confianza del 95%.
Molaridad de la solución de KMnO4
0,0145M±0,0015M
T8 =2,31

TITULACION ALICUOTAS 10mL± 0,03 mL

Grupo
Peso muestra A (g) ± 0,0001 g
vol. sln KMnO4 (mL)± 0,03 mL

1

2

3
1
0,1077
0,70
0,90
0,90
2
0,1000
0,95
0,95
0,80
3
0,1225
0,90
0,90
0,90
4
0,1075
0,50
0,50
0,40
5
0,1002
1,20
1,10
1,00
6
0,1023
0,70
0,70
0,70
7
0,1028
0,90
0,85
0,85
8
0,1007
0,80
0,50
0,50
9
0,1023
0,50
0,80
0,70
X
0,10511
0,79444
0,80000
0,75000
S
0,00712
0,22423
0,20156
0,19685

Tabla 08. Pesos de la muestra 2 con el respectivo volumen de solución de KMnO4 gastado para titular cada alícuota de los 9 grupos de laboratorio.

TITULACION ALICUOSTAS 10mL± 0,03 mL

Grupo
Peso muestra B (g) ± 0,0001 g
vol. sln KMnO4 (mL)± 0,03 mL

1

2

3
1
0,1000
1,20
1,00
1,00
2
0,1019
0,70
0,70
0,70
3
0,1251
1,00
0,85
0,90
4
0,1021
0,40
0,50
0,50
5
0,1327
0,60
0,60
0,60
6
0,1057
0,70
0,70
0,70
7
0,1038
0,70
0,95
0,90
8
0,1026
0,90
0,80
0,80
9
0,1022
0,60
0,60
0,80
X
0,10846
0,75556
0,74444
0,76667
S
0,01184
0,24037
0,16853
0,15811

Tabla 09. Porcentajes de sulfato ferroso en cada alícuota de la muestra A y B a nivel grupal.

G
% FeSO4 para las tres alícuota

A1
A2
A3
B1
B2
B3
x ̅
1
66,05
60,54
55,04
66,18
57,34
57,34
60,42
2
52,39
52,39
44,12
37,89
37,31
37,31
43,57
3
40,52
40,52
40,52
44,09
37,67
39,89
40,54
4
25,65
25,65
20,52
21,61
26,59
26,59
24,44
5
35,85
46,09
46,09
24,94
33,31
33,31
36,60
6
37,74
37,74
37,74
36,52
33,70
33,70
36,19
7
48,28
45,60
45,60
37,19
42,75
40,50
43,32
8
43,810
27,38
27,38
48,38
42,34
42,34
38,61
9
26,96
43,13
37,74
32,38
28,98
38,65
34,64

Las porcentajes de FeSO4 de las muestra A y B de cada grupo se les determina su respectivo promedio para trabajar con una sola muestra y posteriormente se procede a calcular los parámetros estadístico para su análisis. (Prueba t)

PROMEDIO DE PORCENTAJES

X =39,81%

DESVIACION ESTANDAR

S= (Xi- X)2n-1 = 9,614

%RSD = 24,15%

INTERVALOS DE CONFIANZAS

I.C: X± tS n
T8=: 2,31

I.C: 39,81% ±7,40%

ANALISIS ESTADITICO A TRAVÉS DE UNA PRUEBA T:

Para contrastar una media experimental (media) de 39,81% con un valor real de 39,47%.

T critica para 5 grados de libertad:
T5=: 2,57
Para el desarrollo de la prueba se plantean la siguiente hipótesis nula (H0) y alterna (Hi).

H0: El valor del promedio de los porcentajes de sulfato ferroso que proporciona el método de permanganometría no es significativamente diferente al valor real.

Hi: El valor del promedio de los porcentajes de sulfato ferroso que proporciona el método de permanganometría es significativamente diferente al valor real.

T Calculada

39,81-38,02* 9 9,614=0,5585

T cal. < T crit.

ANÁLISIS DE RESULTADOS

Las valoraciones de óxido-reducción están basadas en la interacción entre el analito y el valorante de manera tal que mientras el uno se oxida el otro se reduce, por ende el uno actúa como oxidante mientras el otro como reductor – en las mencionadas se transfieren los electrones, por lo tanto hay sustancias que pierden electrones (se oxidan) y otras que ganan electrones (se reducen) [2]. El permanganato de potasio (KMnO4) es un agente oxidante de un intenso color violeta. En las valoraciones en medio fuertemente ácido, el KMnO4 actúa de autoindicador, porque el producto de la reacción, Mn2+, es incoloro. Como punto final se toma la aparición de un tenue color rosa debido la manifestación del exceso de MnO42- [1].

El hierro en se encuentra en diferentes formas y estados de oxidación. Los minerales más comunes son: hematita (Fe2O3), limonita (3Fe2O3 3H2O) y magnetita (Fe3O4), como también es encontrado en suplementos vitamínicos como el sulfato ferroso (FeSO4). Estas formas moleculares contienen hierro en estado divalente (ferroso, Fe2+) y trivalente (férrico, Fe3+) [3].

Empíricamente se determina el hierro contenido en un suplemento de sulfato ferroso por medio de una valoración redox; el tratamiento se basa en dos pasos fundamentales; disolver el suplemento con el ácido fuerte H2SO4, ya que este es insoluble en agua - como también oxidar todo el hierro en la muestra (ion ferroso) al ion férrico con una solución estandarizada de permanganato de potasio (KMnO4). Estos pasos se pueden representar por la ecuación (1) [3]:

5Fe2+(ac)+MnO4-(ac)+8H+(ac)
5Fe3+(ac)+Mn2++4H2O(ac)

Al disolver la muestra con el ácido sulfúrico se observa un color resultante amarillo claro, característico de iones hierro; Además, el punto final de la valoración está dado por el uso del KMnO4, quien funciona como autoindicador como se mencionó anteriormente para esta situación.

Por otra parte, observando los resultados estadísticos a nivel grupal, mediante la prueba t se determinó que hay evidencia de error sistemático – lo que se le puede atribuir a la causa de que al estandarizar la solución de permanganato de potasio con oxalato de sodio se produjo un error sistemático de método, ya que se ha comprobado que cuando se valoran soluciones de oxalato sódico entre 60 y 90ºC lo cual corresponde al ambiente general de dicha estandarización el permanganato consumido es entre un 0.1 y 0.4 % menor al que realmente se debería consumir, probablemente por la oxidación parcial del ácido oxálico por el oxígeno del aire [4], esto hace que se genere un valor más grande en el resultado final del cálculo en la estandarización; la segunda causa es referente a la presencia de otro error sistemático de método, como lo es el referente a la inestabilidad del permanganato, esto consiste en que la disolución de permanganato no fue adecuadamente preparada, por lo cual esta propende a tener un comportamiento inestable porque sus iones tienden a oxidar el agua [4]:

4MnO4- +2H2O 4MnO2(s) +3O2(g) +4OH-

También es importante mencionar que la constante de equilibrio en la que se ven favorecidos los productos [4] – situación que proporciona que la concentración de MnO42- disminuya, haciendo que se deba adicionar más volumen de valorante. De igual modo, la tercera causa es como consecuencia de un error sistemático personal, a causa de la sutileza visual del practicante (puesto a la intensidad en la coloración de los reactivos empleados), la cual hizo que se dejara adicionar más del agente valorante necesario para observar el punto final de valoración, el cual pudo haber estado significativamente por encima del volumen en exceso necesario para producir en este caso una coloración rosa. Teniendo en cuenta lo anterior, se deduce que un valor mayor a la concentración "exacta" de permanganato, como un exceso significativo de volumen de este agente valorante, contribuyen a que el cálculo del % Fe en la muestra sea mayor al real.

A nivel general de los nueve grupos de laboratorio de la presente práctica se puede decir que prácticamente todos los valores obtenidos estuvieron porcentualmente por encima del teórico – lo que se puede atribuir a las ya mencionadas posibles causas… (ver cálculos en la parte superior)…
CONCLUSIONES

* El permanganato de potasio es un oxidante muy importante a tener en cuenta en laboratorios analíticos, orgánicos y demás…

* En la determinación de hierro contenido en un suplemento, mediante una reacción redox, utilizando permanganato como agente oxidante, se manifiesta una mayor tendencia a obtener un error por exceso, a causa de que son significativas las variables que aportan a tal error.

* En la obtención de un buen resultado respecto a este tipo de valoraciones, es crucial preparar adecuadamente las soluciones de permanganato, como también realizar una correcta estandarización, con el fin de contrarrestar su inestabilidad.

* El uso de permanganato como agente valorante, manifiesta una ventaja significativa, la cual consiste en que este puede servir como autoindicador en algunas ocasiones.

ANEXOS

1. Una digestión alternativa seria disolver las tabletas en ácido clorhídrico (principal componente de los ácidos estomacales, en lugar de ácido sulfúrico explique cuál es la razón para evitar trabajar con ácido clorhídrico y en su lugar utilizar ácido sulfúrico.

Si se digesta la muestra o se titula en presencia acida, como el ácido clorhídrico; al titular con el permanganato potásico los iones cloruro de la solución se oxidan, y si esto ocurre es posible que las moles adicionadas de manganeso no sean las necesarias para la titulación.

2. Mencione por lo menos dos reactivos químicos diferentes al oxalato sódico, que puedan emplearse como patrones primarios en la estandarización de KMnO4. Para cada uno de ellos identifique:

pH de la valoración

La reacción correspondiente

El indicador apropiado

Explique sus respuestas

Otro reactivo empleado como patrón primario es el ácido oxálico.

La valoración se realiza en medio ácido fuerte. con lo que el MnO4- se reduce a Mn2+ según la ecuación:
MnO4- + 8H+ + 5e- Mn2+ + 4H2O
Reacción correspondiente a la valoración es:
5 H2C2O4 + 2 MnO4- + 6 H+ 10 CO2 + 2 Mn2+ + 8 H2O

No se utiliza ningún indicador externo, sino que el exceso de permanganato colorea la disolución e indica el punto final de la titulación.

REFERENCIAS

[1] Harris, Daniel. Valoraciones ácido-base, Tercera edición, Barcelona, Copyright 2007 por Reverté Editores; pp 358-360.

[2] "Reacciones redox". [En línea]. Disponible en: http://www.fullquimica.com/2011/12/reacciones-redox.html. (Consultada en diciembre de 2014)

[3] "Titulación Redox". [En línea]. Disponible en: http://www.uprh.edu/~royola/3026/Titulacion_redox.pdf. (Consultada en diciembre de 2014)

[4] "Estabilidad del permanganato". Disponible en: http://books.google.com.co/books?id=m_v2A3cXhvUC&pg=PA381&lpg=PA381&dq=estabilidad+del+permanganato&source=bl&ots=nEpkcDNBCY&sig=fnM7UHch1xnNwoSZNwD3JoTCSPo&hl=es&sa=X&ei=3R-NU5vPNKmqsASh7YB4&redir_esc=y#v=onepage&q=estabilidad%20del%20permanganato&f=false (Consultada en diciembre de 2014).

[5] Harris, Daniel. Valoraciones acido-base, Tercera edición, Barcelona, Copyright 2007 por Reverté Editores pp 49-51.

DETERMINACIÓN DE HIERRO POR PERMANGANOMETRÍA

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