CAFEINA

CAFEINA: C8H10N4O2, su nombre sistemático es 1,3,7-trimetilxantina La volumetría redox (óxido - reducción) consiste en la medición del volumen necesario de una sustancia oxidante o reductora para determinar el punto final de una reacción redox. Para calcular el peso equivalente de una sustancia oxidante o reductora, se debe dividir el peso molecular de la misma con respecto al cambio del número de oxidación. Las soluciones de los oxidantes más comunes en la titulación de los reductores son los siguientes: KMnO4, K2Cr2O7 y el KI, mientras que los reductores más comunes son: Na2C2O4, H2C2O4, y el Cl−. Preparación y Valoración de una solución de KMnO4 0.1 N. Fundamento: El KMnO4 no puede utilizarse como patrón primario debido a que aún el KMnO4 para análisis contiene siempre pequeñas cantidades de MnO2. Además cuando se prepara la solución de permanganato de potasio, el agua destilada puede contener sustancias orgánicas que pueden llegar a reducir el KMnO4 a MnO2 y el mismo KMnO4 es capaz de oxidar al agua según la siguiente ecuación: 4 KMnO4 + 2 H2O

3 O2 + 4 MnO2 + 4 KOH

Esta reacción es catalizada por el mismo MnO2 que se va formando, debido al calor, la luz, la presencia de ácidos o bases y sales de Mn, pero si se toman las debidas precauciones en la preparación de la solución y en la conservación de la misma, la reacción puede hacerse razonablemente lenta. Una vez que se disuelve el KMnO4 se debe calentar la solución para acelerar la oxidación de la materia orgánica, con la consiguiente precipitación de MnO2 y posteriormente enfriar para que se coagule el MnO2, inicialmente coloidal. A continuación debe separase elMnO2 par evitar que catalice la descomposición del KMnO4. Dicha separación se realiza por filtración con lana de vidrio o con crisol de vidrio, nunca con papel de filtro. La solución filtrada debe guardarse en frascos oscuros color ámbar y de ser posible con tapón esmerilado para evitar la acción de la luz y la contaminación con polvillo atmosférico. La solución así preparada y conservada, es estable durante algunos meses, ésta se debe valorar con un patrón primario reductor tal como el Na2C2O4 anhidro o elAs2O3 , etc. El más utilizado es el Na2C2O4 el que se puede adquirir con un muy elevado grado de pureza y que al disolverse en medio ácido (H2SO4 ) se transforma en H2C2O4 según la siguiente reacción: 2 KMnO4 + 5 Na2C2O4 + 8 H2SO4

2 MnSO4 + K2SO4 + 5 Na2SO4 + 10 CO2 + 8 H2O

con un cambio en el número de oxidación de: Mn7+ + 5e−

Mn++

por lo que el peso equivalente de permanganato de potasio resulta:

158 g mol de KMnO4 5.0 g mol / eq. g. de cargas electrónicas

= 31.6 eq. g.

Para obtener resultados concordantes y estequiométricos debe seguirse una

Preparación de una solución 0.1 N. de KMnO4 

Pesar en una balanza granataria la cantidad de KMnO4 (3.16 eq. g./ litro, de solución 0.1 N) necesario para la preparación de la solución, teniendo en cuenta el poder oxidante del permanganato de potasio en medio ácido.



Se calienta a ebullición suave durante 30 minutos, de deja enfriar, se filtra a través de lana de vidrio, se pasa a un matraz aforado y se completa el volumen propuesto con agua hervida y fría.



Se enjuaga un frasco ámbar con un poco de la solución, y luego se la envasa.

Valoración de la solución de KMnO4 

Pesar cierta cantidad de Na2C2O4 anhidro con la mayor exactitud posible y colocarla en un matraz Erlenmeyer en cualquier cantidad de agua, agregar 1.0 mL. de H2SO4. Calentar a punto de ebullición y valorar con el KMnO4 contenido en la bureta, regulando las cantidades de KMnO4 agregado de modo que éste reaccione totalmente antes de agregar una nueva porción. Se toma como punto final cuando aparece un color rosado persistente (30segundos). Repetir dos o más valoraciones, y si los valores del cálculo de la normalidad (N Permanganato de potasio = Masa de Patrón primario / meq. de patrón primario por el volumen consumido delKMnO 4 ) son coincidentes promediarlos.

ESCUELA DE INGENIERIA QUIMICA (ULA – VENEZUELA) 114Yoduro de potasio paÁcido clorhídrico 37% paTiosulfato de sodio paAlmidón soluble Soluciones Permanganato de potasio 0,1 NÁcido sulfúrico 1,5 NÁcido sulfúrico 2 NÁcido clorhídrico 0,5 NAlmidón 0,5% p/vTiosulfato de sodio 0,1 N Muestras a analizar Agua oxigenada comercial Metodología Experimental Primera Parte: Preparación de una solución 0.1N de KMnO4 Pese de 3.2 a 3.5 g de KMnO4 p.a en un vidrio de reloj. Páselo a un vaso de precipitadode 1.500 ml, agregue 1 litro de agua destilada, tape el vaso con un vidrio de reloj grande,hierva la solución suavemente por 15 – 30 minutos y déjela enfriar a temperaturaambiente. Filtre la solución fría con un filtro de GOOCH de porosidad fina y guárdela enun frasco limpio con tapa esmerilada y mantenga el frasco en la oscuridad o utilice unfrasco de color ámbar. Segunda Parte: Estandarización de la solución de KMnO 4 con Na2C2O4 Pese con exactitud cerca de 0,1 g de Na2C2O4 seco en un erlenmeyer de 250 ml, disuelvala muestra en 75ml de ácido sulfúrico 1.5 N. Caliente la solución de Na2C2O4 entre80°Cy90 °C y titule lentamente con la solución de KMnO 4 agitando constantemente conmovimientos circulares. El punto final lo determina la aparición de un color rosa tenue quepersiste por lo menos 30 segundos. Durante la titulación no debe descender la temperatura por debajo de 60 °C. Características del permanganato: a). Es un oxidante enérgico. b). El permanganato no es patrón primario, por consiguiente para poder emplearlo con precisión, hay que valorarlo frente a un patrón primario, oxalato sódico. Reducción: MnO4- + 8H+ +5e-

Mn++ + 4 H2O

Oxidación: C2O42- - 2e-

2CO2

Global: 2 MnO4- + 16H+ + 5C2O42-

2Mn++ + 8H2O + 10 CO2

Para que transcurra la reacción, se necesitan iones H+ que pueden ser suministrados por un ácido no oxidable por el permanganato (ácido sulfúrico). c). El permanganato actúa de forma diferente según el medio en que se encuentra: Si se emplea el permanganato en medio ácido la reacción es: MnO4- + 8H+ +5e-

Mn++ + 4 H2O

En medio básico la reacción es: MnO4- + 2H2O + 3e-

MnO2 + 4 OH-

Por lo que es importante el medio en que se trabaja. d). Las valoraciones de permanganato no necesitan indicador, ya que él mismo, comunica a las disoluciones un color violeta que pasa a incoloro debido a la reacción MnO4violeta

Mn++ incoloro

por lo tanto es autoindicador. e). Las valoraciones de permanganato son catalizadas por los iones Mn++ que se forman en la reacción, de manera que conforme transcurre la reacción se va acelerando, es por tanto autocatalítica. f). Al principio la reacción es lenta, por lo que es conveniente calentar un reactivo, para que la reacción transcurra a mayor velocidad. g). Es un reactivo inestable, la luz acelera su descomposición, por lo que es conveniente guardarlo en frascos color topacio, al amparo de la luz.

3. Material y reactivos -

1 Bureta de 25 ml 1 Erlenmeyer de 250 ml 1 Embudo cónico 1 Vaso de precipitados o erlenmeyer de 50 ml 1 Matraz aforado de 100 ml 1 Varilla de vidrio Potasio Permanganato DIDACTIC Ácido Sulfúrico 96% DIDACTIC Disolución de oxalato sódico 0,1 N: preparar a partir de di-Sodio Oxalato EQP-ACS Agua Desionizada DIDACTIC

4. Procedimiento experimental

Se preparan 200 ml de disolución de permanganato potásico 0,1N a partir de Potasio Permanganato DIDACTIC previamente pesado. Para calcular la cantidad necesaria a pesar, hay que tener en cuenta la definición de normalidad (N = nº de eq.g/nº de l) y que el peso equivalente (y por tanto la normalidad) dependen del tipo de reacción que vaya a tener lugar. Así, en nuestro caso es una reacción de oxidación-reducción, por lo tanto la valencia es el número de electrones intercambiados en el proceso, es decir 5. Se preparan 50 ml de oxalato sódico 0,100 N y 50 ml de ácido sulfúrico (1:5). Se llena la bureta ya enjuagada con el permanganato y se enrasa a cero. En un Erlenmeyer se introducen 15 ml de oxalato sódico de concentración 0,100 N, se añaden 15 ml de ácido sulfúrico diluido 1:5 y Agua Desionizada DIDACTIC hasta 60 ml y se calienta hasta cerca de 70ºC (salida de los primeros vapores). Se retira el vaso de la placa calefactora y se echa lentamente permanganato potásico. Al pricipio la reacción transcurre lentamente y debe esperarse unos segundos hasta la desaparición del color rosado. Cada vez el tiempo requerido para la desaparición del color es menor y se puede seguir adicionando el permanganato ya de forma continua, agitando enérgicamente. Cuando la reacción haya transcurrido sobre 1/3 del total, los iones Mn++ que van formándose catalizan la reacción, haciéndola casi instantánea. Seguir añadiendo lentamente el permanganato hasta que el color rosa se mantenga permanentemente.

Ecuación que puede ayudar 2 KMnO4 + 3 H2SO4 + 5 HNO2 HNO3 + 3 H2O

K2SO4 + 2 MnSO4 + 5