UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO Facultad de Estudios Superiores Cuautitlán DEPARTAMENTO DE CIENCIAS QUÍMICAS Sección de Química Analítica
Laboratorio de Química Analítica Básica
Bioquímica Diagnóstica
Reporte de la Práctica No. 6. Cuantitativa Óxido - Reducción: Determinación de hierro en comprimidos de FeSO4, con permanganato de potasio.
Equipo: 3 Integrantes: Campos González Luis Gerardo De la Cruz Nava Ingrid Marisol Jiménez Hernández Oscar
Asesores: IQ. Daniel Mauricio Vicuña Gómez QFB. Salvador Zambrano Martínez
Fecha de realización: 27 de Abril de 2016. Fecha de entrega: 04 de Mayo de 2016. OBJETIVOS
Realizar un estudio cuantitativo del equilibrio óxido – reducción realizando valoraciones, volumétrica e instrumental, para establecer la cantidad de principio activo de un fármaco.
Conocer las propiedades y usos de un electrodo indicador redox y de un electrodo de referencia redox. Saber la importancia del permanganato de potasio como reactivo valorante en reacciones óxido-reducción. Determinar el contenido de hierro (Fe) y FeSO 4 en un comprimido y compararlo con el contenido del fabricante.
INTRODUCCIÓN Los métodos potenciométricos de análisis se basan en las medidas del potencial de celdas electroquímicas en ausencia de corrientes apreciables. Dicho de otra manera, los métodos potenciométricos son aquellos que miden la diferencia de potencial entre dos electrodos de una célula galvánica en condiciones de intensidad de corriente cero, siendo su objetivo determinar la concentración de los analitos a partir de los datos de potenciales de electrodo. Desde el comienzo del siglo XX, las técnicas potenciométricas se han utilizado para la detección de los puntos finales en los métodos volumétricos de análisis. Más reciente son los métodos en los que las concentraciones de los iones se obtienen directamente del potencial de un electrodo de membrana selectiva de iones. Tales electrodos están relativamente libres de interferencias y proporcionan un método rápido y conveniente para estimaciones cuantitativas de numerosos aniones y cationes importantes. El equipo requerido para los métodos potenciométricos es sencillo y económico. Está formado por dos electrodos sumergidos en una disolución y conectados a un pHmetro o milivoltímetro. Uno de los electrodos es el electrodo indicador, que se escoge de tal manera que el potencial de semicelda responda a la actividad de la especie en disolución que se quiere determinar. El otro electrodo es el electrodo de referencia cuyo potencial permanece invariable en determinadas condiciones. Con esta definición se conoce a aquel electrodo cuyo potencial de semicelda es conocido, constante y completamente insensible a la composición de la disolución en estudio. Un electrodo de referencia ideal tiene las siguientes características: 1) Es reversible y obedece a la ecuación de Nerst 2) Presenta un potencial constante todo el tiempo 3) Retorna a su potencial original después de haber estado sometido a pequeñas corrientes 4) Presenta poca histéresis con ciclos de temperatura
Pese a que no hay ningún electrodo de referencia que se ajuste por completo a estas características, son varios los que se acercan mucho como: Electrodos de calomelanos: Están compuestos de mercurio en contacto con una solución saturada de cloruro de mercurio (I) que contiene también una concentración conocida de cloruro de potasio. La semicelda de este electrodo se puede representar como: Hg / Hg2 Cl2 (sat), K Cl (x M ) // De los electrodos de este tipo, el más utilizado es el electrodo de calomelano saturado (ECS) debido a la gran facilidad con la que se puede preparar. Sin embargo presenta ciertos inconvenientes tales como que su coeficiente de temperatura es significativamente mayor en comparación con otros; y también que al cambiar la temperatura, el valor del nuevo potencial se alcanza lentamente debido al tiempo requerido para restablecer el equilibrio de solubilidad del cloruro de potasio y de calomelanos. El potencial del electrodo de calomelano saturado a 25ºC es de 0,2444 V. El sistema es semejante al anterior y consiste en un electrodo de plata sumergido en una disolución saturada de cloruro de potasio y cloruro de plata: Ag / Ag Cl (sat), K Cl (xM) // Cuya semirreacción es: Ag Cl (s) + e- <==> Ag (s) + Cl- E0= 0,199 V Los modelos comerciales de este electrodo son semejantes en apariencia externa a los electrodos de calomelanos, si bien en estos de plata / cloruro de plata, el tubo interno se reemplaza por un alambre de plata recubierto con una capa de cloruro de plata que se encuentra sumergido en una disolución de cloruro de potasio saturada con cloruro de plata. Electrodos redox: Electrodos que responden al potencial redox de una disolución formada por una o más parejas redox. Los más utilizados son aquellos constituidos por oro, platino, paladio u otros metales inertes. Estos electrodos actúan como una fuente o como un sumidero de los electrones transferidos desde un sistema redox presente en la disolución. Hay que resaltar que los procesos de transferencia de los electrones en los electrodos inertes no suelen ser reversibles y por lo tanto, lo electrodos inertes no responden a muchas de las semirreacciones de las tablas de electrodos de una forma predecible. Las soluciones de permanganato de potasio, corresponden a soluciones altamente oxidantes dada la siguiente semirreacción:
Esta semireacción tiene lugar en soluciones de ácidos fuertes 0.1M. En medios menos ácidos puede tener lugar a ser Mn (III), Mn (IV) y Mn(VI), dependiendo de las condiciones de reacción. Las soluciones de permanganato se descomponen lentamente y en ocasiones hay que volver a estandarizar, son más comunes que otras debido al color que posee, es su propio indicador ya que cuando está reducido presenta una coloración rosa muy pálido a un color violeta muy intenso, por lo cual es ampliamente en valoraciones redox por las características óptimas para ser un valorante muy adecuado por reaccionar rápidamente con la sustancia que se valora. METODOLOGÍA Valoración volumétrica utilizando la solución de KMnO 4 como autoindicador. Pesar dos comprimi
Pulveri
Llenar la bureta con la solución de KMnO4 y valorar hasta el vire de
Pesar la cantidad de polvo equivalente a una cuarta parte de la masa promedio a
Agregar 10 ml de H2SO4
Colocar en un vaso de volumen
Anotar el volumen gastado Valoración potenciométrica. Pesar el equivalente a una cuarta parte
Llenar la bureta con la solución de KMnO4 y comenzar a agregar la solución n valorante de 0.25 en 0.25 mL registrando el valor del potencial, y volúmenes
Colocar en un vaso de volumen
Registra r la E inicial
Agregar 10 mL de H2SO4 0.9 M
Montar el equipo y calibrar el potenciómetr
RESULTADOS Tabla 1.- Resultados experimentales de la valoración volumétrica 1. Concentración de la solución valorante de KMnO4 exacta Masa promedio del comprimido Masa exacta de polvo de comprimido empleado Volumen de KMnO4 gastado del punto de equivalencia
0.0182 M 0.363537 g 0.1 g 2.9 mL
Tabla 2.- Resultados experimentales de la valoración volumétrica 2. Concentración de la solución valorante de KMnO4 exacta Masa promedio del comprimido Masa exacta de polvo de comprimido empleado Volumen de KMnO4 gastado del punto de equivalencia
0.0182 M 0.363537 g 0.1009 g 3.2 mL
Tabla 3.- Resultados experimentales de la valoración potenciométrica. Masa exacta de polvo del comprimido empleado = 0.1 g Volumen (mL) 0 0.25 0.50 0.75 1.0 1.25 1.50 1.75 2.0 2.25 2.5 2.75 3 3.25 3.50 3.75 4.0 4.25 4.50 4.75 5.0
E(ECS) 230 310 320 340 350 360 370 380 390 400 410 420 430 440 460 820 1040 1070 1090 1110 1120
E(ENH) 475 555 565 585 595 605 615 625 635 645 655 665 675 685 705 1065 1285 1315 1335 1355 1365
5.25 5.5 5.75 6.0 6.25 6.5 6.75 7
1130 1140 1150 1150 1160 1160 1160 1170
1375 1375 1385 1395 1395 1405 1405 1415
E (ECS) = potencial con respecto al electrodo de calomel saturado. E (ENH) = potencial con respecto al electrodo normal de hidrogeno. Cálculos La reacción experimental es la siguiente: KMnO4 + FeSO4 + H2SO4 Semirreaccion de oxidacion:
MnSO4 + Fe2(SO4)3 + K2SO4 + H20
Fe2+ + 1 e-
Fe3+
Semirreacción de reducción: MnO4- + 8H+ + 5e-
Mn2+ + 4H2O
Reacción ionica global: 5Fe2+ + MnO4- + 8H+
5Fe3++ Mn2+ + 4H2O
Se obtiene la ecuación molecular, añadiendo las especies químicas que no intervienen directamente en el proceso de intercambio electrónico, pero que aparecen en la ecuación global: 5FeSO4 + KMnO4 + 4H2SO4
2+¿+ 4 H 2 O −¿→ M n¿ +¿+ Mn O ¿4 1 −¿+8 H ¿ 5 e¿ ¿
MnSO4 + 5/2Fe2(SO4)3 + 4H2O + 1/2K2SO4
−¿ ¿ 3+¿+2 e ¿ 2+¿ → F e ¿ Fe 5¿
3+¿+ 4 H 2 O 2+¿+5 F e ¿ 2+¿ → M n ¿ −¿+5 F e¿ ¿ 8 H + Mn O4 Datos: 2+¿ E0=1.51 V −¿ /M n¿ Mn O ¿4 3+¿ E0 =0.69V 2+¿ /F e ¿ F e¿
Fe3+
MnO4-
0.69 Fe2+
1.51 Mn2+
Calculo de la Keq 0
Keq=10 Keq=10
0
n1 n2 (E1− E2) 0.06 5 (1.51−0.69 ) 0.06
Keq=10 68.33 Calculo de potencial en el punto de equivalencia
E PE=
Eo x 1 n1+ Eo x 2 n2 n1+ n2
E PE=
((1.51)(5))+(( 0.69)(1)) 6
E PE=1.37 3 V
Determinación del Fe2+
Muestra 1 (valoración volumétrica) (2.9 mL)(0.0182 M) = 0.05278 mmol x 5 = 0.2639 mmol mg FeSO 4 0.2639 mmol = tableta 0.1 g Tableta
(
2+¿
mg
Fe 0.2639 mmol = tableta 0.1 g Tableta
(
g 152 mg =145.82mg de FeSO )( 0.363537 Tableta )( 1 mmol )
)(
2+¿ 0.363537 g Tableta ¿
mg )( 156mmol )=53.72 mg de Fe
4
¿
Muestra 2 (valoración volúmetrica) (3.2 mL)(0.0182 M) = 0.05824 mmol x 5 = 0.2912 mmol mg FeSO 4 0.2912mmol 0.363537 g 152 mg = =159.47 mgde FeSO 4 tableta 0.1 009 g Tableta Tableta 1 mmol
(
)(
)(
2+¿ 0.363537 g Tableta ¿ Muestra 3 (valoración potenciométrica) Fe 2+¿ 0.2912 mmol mg = tableta 0.1 009 g Tableta
(
)(
)
mg )( 156mmol )=58.75 mg de Fe
¿
(3.9 mL)(0.0182 M) = 0.07098 mmol x 5 = 0.3549 mmol mg FeSO 4 0.3549 mmol = tableta 0.1 g Tableta
(
2+¿
mg
Fe 0.3549 mmol = tableta 0.1 g Tableta
(
g 152 mg =195.55mg de FeSO )( 0.363537 Tableta )( 1 mmol )
)(
2+¿ 0.363537 g Tableta ¿
mg )( 156mmol )=72.25 mg de Fe
¿
4
Análisis de Resultados
Se realizaron dos valoraciones volumétricas y una valoración instrumental para calcular la cantidad de sulfato ferroso contenido en un comprimido, en la primera valoración volumétrica se obtiene que contiene 145.82 mg de sulfato ferroso, valor que es muy lejano al valor reportado por el fabricante que es de 200 mg, en la segunda valoración volumétrica se obtuvo que contiene 159.47 mg de sulfato ferroso; en la valoración instrumental, donde se utilizó un método gráfico para conocer el volumen en el punto de equivalencia, se obtuvo que contiene 195.55 mg de sulfato ferroso, un valor mucho más cercano al del marbete. Por lo tanto donde hay un mayor porcentaje de error es en la valoración volumétrica y se puede decir que un método de mejor cuantificación en una valoración redox, es la valoración instrumental (potenciométrica). Al trazar la gráfica para encontrar el punto de equivalencia, con los datos obtenidos experimentalmente se pudo observar que la curva se mostró como se espereaba, y asi se logró identificar el punto de equivalencia. El punto de equivalencia más exacto que se obtuvo en la experimentación fue el conseguido en la valoración potenciométrica, ya que esta valoración permitió seguir la reacción a través de todas sus etapas (APE, PE y DPE), obteniendo E0 que podían ser leídos en el potenciómetro, mientras que la valoración volumétrica solo se obtuvo el volumen de punto de equivalencia , con cierto grado de error ya que para lograr determinarlo se tuvo que observar un cambio de color en la solución o vire, este diferente según la sensibilidad de cada analista, y por ende menos exacto que el punto de equivalencia conseguido por la valoración potenciométrica.
CONCLUSIONES Se realizó una valoración potenciométrica óxido-reducción mediante el sistema de electrodos y el material de laboratorio necesarios. Se graficó una curva de valoración potenciométrica con los resultados obtenidos de la valoración. Se logró establecer el punto de equivalencia en la curva mediante el método gráfico, así mismo se expresó la reacción de valoración balanceada y se calculó su valor de Keq. Finalmente se determinó cuantitativamente los miligramos de hierro y de sulfato ferroso en comprimidos de FeSO4 con permanganato de potasio.
REFERENCIAS
HARRIS, Daniel (2001). Análisis químico cualitativo. 2ed. Reverté, Barcelona.
CHANG, Raymond, (2002) Química. 7 ed. McGraw-Hill, Ciudad de México.
SKOOG, Douglas A., et al., (2008). Fundamentos de química analítica. 9 ed. International Thompson, México.
