Practica 6 Qid [PDF]

Zitiervorschau

Reporte de práctica número 6 “Coulombimetría”. Química inorgánica descriptiva

Abstracto En esta práctica se llevará a cabo el análisis de algunos compuestos por medio del proceso de coulombimetría, en el método experimental se hizo una titulación de arsénico con ion triyoduro y un indicador de almidón.

Introducción La coulombimetría es un término dado a un conjunto de técnicas comúnmente utilizadas en el ámbito de la química analítica, el método se basa en la determinación de materia que cambió durante una reacción de electrólisis midiendo en este caso la cantidad de carga eléctrica producida o consumida y medida en coulombs. Podríamos decir que este método se basa en la oxidaciónreducción de un analito, ya que por medio de la reacción electrolítica se cambia el estado de oxidación de un compuesto para analizar diversos parámetros químicos.

Existen dos tipos de un coulombimetría, la potencioestática que se basa en mantener la diferencia de potencial de la reacción y la amperiostática o valoración coulombimétrica que se basa en mantener una corriente constante para determinar la concentración de un analito. Este último tipo de valoración es en la que nos enfocaremos y a través de la cuál determinaremos la concentración de ion arsénico con ion triyoduro por medio de mantener la corriente que se hará fluir en una solución y que se titulará con ayuda de un indicador de almidón.

La coulombimetría se puede utilizar para distintas aplicaciones dentro de la química analítica se pueden realizar distintos análisis, como la reacción de KarlFischer, la determinación del ancho de una película o como la valoración de compuestos que por su concentración iónica o por sus propiedades no puede determinarse su concentración por métodos volumétricos. Para el fin de esta práctica se utilizará extracto de almidón de papa por su alta efectividad en los experimentos donde se utiliza yodo como titulante debido a su buena capacidad de reacción, se espera una coloración azul desde el incoloro en el punto final de la titulación.

Reacción característica del yodo como titulante

Con el objetivo de analizar la cantidad de arsénico presente en las muestras el procedimiento mediante el cual se va a determinar la cantidad de arsénico es una titulación coulombimétrica que consta de los siguientes pasos. 1. Se arma un circuito como el de la figura 1 y se mantiene apagada la fuente de voltaje hasta posteriormente. 2. Se prepara una solución de un compuesto que contenga el ion triyoduro, solución con el arsénico a determinar en concentración desconocida y bicarbonato de sodio de grado reactivo, así como el indicador de yodo que servirá para saber en qué momento se termina la titulación. 3. Se agita mediante un agitador magnético la solución y se sumergen los electrodos en la solución. 4. Se enciende la fuente y se cronometra el tiempo en cambiar el color del indicador de almidón. 5. Se toma el tiempo en el que cambia el color de la solución y se registran los valores Las reacciones que se llevan a cabo durante el análisis coulombimétrico de la solución de arsénico son las siguientes.

Materiales y reactivos  

As2O3 estándar primario. KI grado reactivo.

 

NaHCO3 grado reactivo. Almidón de papa o de maíz.

   

1 piseta 1 probeta de 10ml 1 pipeta volumétrica de 10ml 5 vasos de precipitados de 50ml

  

1 Cronómetro 1 agitador magnético Placa caliente con agitación.

Método experimental PARTE I Preparación de soluciones de analito y titulante 

Los compuestos con los que se trabajó en las prácticas ya estaban preparados por lo que lo que no se prepararon previo a la práctica.

PARTE II ANÁLISIS DEL BLANCO 1. Con el circuito de análisis previamente armado, montado como el de la figura 1 en la parte de introducción del presente reporte y se atendieron las indicaciones del instructor sobre la corriente, los voltajes y la forma en la que se llevara a cabo la titulación del arsénico y la medición del blanco. 2. En un vaso de precipitados de 50ml se colocaron, 10ml de agua destilada, 1ml de solución de yoduro de potasio 1M, 1ml de indicador de almidón y una punta de espátula de bicarbonato de sodio grado reactivo. 3. Se sumergen los electrodos en el vaso en el que previamente fue introducido y encendido un agitador magnético para mantener en constante movimiento la solución. 4. Simultáneamente se encienden la fuente de voltaje y el cronometro, mientras que la corriente se mantiene en el orden de los 10 miliamperios. Para lograr esto se varía el voltaje como sea necesario. 5. Se cuenta el tiempo que tarda en cambiar de color la solución, es decir, el tiempo que toma reaccionar al indicador y se repite el procedimiento 3 veces más para tener un tiempo de medición más exacto. PARTE III TITULACIÓN DE ARSÉNICO CON SOLUCIÓN DE YODO E INDICADOR DE ALMIDÓN 1. Se prepararon vasos de precipitados iguales a los del punto número 2 de la parte II y se agrega una alícuota de solución estándar de As2O3 de acuerdo con la tabla 1. 2. Se repite la titulación (puntos del 3 al 5 de la parte II), midiendo los diferentes tiempos de titulación y llenando los resultados obtenidos enla tabla 1 de la presente sección de resultados.

3. Se continúan titulando soluciones aumentando la cantidad de alícuotas de solución de arsénico en cada titulación.

PARTE IV DETERMINACIÓN DE ARSÉNICO EN UNA MUESTRA PROBLEMA 1. Se prepara una solución como la de la parte II y parte III pero en vez del agua destilada se añaden 10ml de la muestra problema en este caso es agua de pozo profundo de la laguna de san marcos laque se utilizará como muestra problema para su análisis. 2. Se titula hasta que vire el color del indicador y se regsitran los datos de la muestra problema. 3. Se realizan los cálculos de acuerdo con los resultados obtenidos para la determinación de arsénico en una muestra.

Discusión y resultados

ml de solucion estándar 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

PM Corriente concentracion carga de 1 mol de electrones

mg de As2O3 mmoles de As2O3 Tiempo medido (s) Tiempo corregido (s) Carga transferida ( C ) 0 0 9.25 0 0.12 0.000606548 54.7 45.15 0.24 0.001213095 93 84.05 0.36 0.001819643 158 148.75 0.48 0.002426191 229.25 220 0.6 0.003032738 282 272.75

197.841 0.01 0.6 96493

g/mol o mg/mmol A mg/ml C

mMoles teóricos de As2O3 titulados 0.0925 0.547 0.93 1.58 2.2925 2.82

tiempo en segundo de titulacion de un mol de As2O3

Tabla 1. Tabla de resultados para la curva de calibración. De acuerdo con la ley de Faraday la carga inducida en una reacción es directamente proporcional al tiempo que se transfiere carga y a la corriente que atraviesa el circuito de modo que las dos últimas columnas de la tabla se calcularon por medio de la siguiente expresión de la ley de Faraday. 𝑄 = 𝐼𝑡 𝐷𝑜𝑛𝑑𝑒 ∶ 𝐼 = 𝐼𝑛𝑡𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 (𝐴), 𝑄 = 𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑓𝑒𝑟𝑖𝑑𝑎(𝐶) 𝑦 𝑡 = 𝑇𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜(𝑠)

0 0.004679096 0.008710476 0.015415626 0.022799581 0.028266299

0.01 96.493 9649.3

Los valores calculados mediante esta expresión no coinciden con los valores experimentales, el motivo que nosotros supones de la discrepancia es que probablemente la corriente que se haya suministrado a l sistema para la reacción de hidrólisis no fue ciertamente 10 miliamperios en todo momento ya que la corriente variaba y tuvimos que variar el voltaje para mantener constante en la medida de lo posible la corriente de modo que esta reacción pudo no ser congruente en todo momento con los valores teóricos por esta causa.

Curva de calibración

Tiempo corregido (s)

300 250 200 150 100 50 0 0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

As2O3 (mg)

Gráfico 1. Curva de calibración de titulaciones Para la curva de calibración se pueden observar ciertos criterios, el primero fenómeno a recalcar es que la curva parece ser lineal pero presenta un crecimiento mayor al de una línea recta pasando aproximadamente el valor de .25mg de analito agregado por lo que con las repeticiones realizadas no se puede lograr una aproximación más exacta, de cualquier modo es más semejante a la una recta que a una curva de tipo exponencial. De modo concreto podemos decir que el tiempo que toma a una titulación si crece a medida que crece la concentración de arsénico en la solución, esto debido al tiempo que toma en reaccionar y oxidarse el compuesto con arsénico manteniendo la corriente en la reacción. DETERMINACION DE LA CANTIDAD DE ARSÉNICO EN LA MUESTRA PROBLEMA De acuerdo con la parte número IV del método de experimental de la práctica se busca determinar la concentración de arsénico en una muestra orblema que es una muestra de 10ml de agua de un pozo profundo de la laguna de San Marcos,

de modo que se realizó una titulación coulombimétrica que nos permita conocer dicha concentración, los resultados obtenidos son los siguientes. [As2O3]= 3.67902E-04 mg/L El valor obtenido no se encuentra en el parámetro esperado como resultado para la titulación, en realidad le tomó menos tiempo a la muestra problema titularse que al blanco, y de acuerdo con la expectativas se esperaba una alta concentración de arsénico en el agua por lo que los valores experimentales no coinciden con los valores esperados, esto por causas desconocidas, la hipótesis del equipo que explica este fenómeno es la presencia de otros metales o de otros compuestos que comprometen la reacción electroquímica con la que se titula el compuesto, probablemente una forma en la que podríamos probar nuestra hipótesis sería la un proceso de determinación de la composición del agua a analizar que pueda explicar la presencia de otros compuestos y podamos separar esos compuestos del agua a modo de determinar únicamente la concentración de óxido arsenoso en la muestra.

Conclusiones La titulación coulombimétrico de tipo potencioestática no es un tipo de titulación exacta a menos que haya un profundo cuidado en el mantenimiento de los parámetros eléctricos. La mínima variación en la corriente puede provocar cambios severos en los resultados obtenidos mediante la valoración, las composiciones de arsénico evaluados cumplieron con relativa consistencia con los valores esperados y cumplen el propósito de la reproducibilidad por lo que se supone, el proceso es correcto aunque con algunos probables errores en la variación de la corriente lo que modifica el tiempo final de la titulación. Del mismo modo una forma de obtener resultado mucho más precisos es mediante la utilización de una fuente de voltaje mucho más precisa que pueda controlarse de forma uniforme y que mantenga los parámetros de forma constante para poder realizar una valoración en condiciones controladas. Con respecto a la muestra problema, no pudimos determinar de manera probable las causas de una desrepancia tan significativa en el tiempo esperado en el orden de los 200 segundos y como obtuvimos un valor cerano al 3 segundos es decir cerca del 1%, fenómeno que al realizar por tres veces la titulación se siguió dando de modo que no conocemos las causas de dicho escenario.

Referencias DeFord, Donald D. (1960). Electroanalysis and Coulometric Analysis. Analytical Chemistry. Consultado el 6 de octubre de 2008. Skoog, Douglas A., Leary, James J. (1994). «Métodos coulombimétricos». Análisis Instrumental (Cuarta Edición edición). McGraw Hill. p. 935.