permanganometria

FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA AMBIENTAL ESTUDIANTES: Casiano Inga, Carlos Alberto Mendoza Mestanza, Jackeline

PROFESORA: Aura del Rocío Tafur Jiménez

CURSO: Química Analítica

TEMA: Permanganometría

CHACHAPOYAS 2011

PERMANGANOMETRÍA I.

FUNDAMENTO TEÓRICO 

El Permanganato como Titulante El ión permanganato es un oxidante fuerte que es frecuentemente usado como titulante en forma de una solución de permanganato de potasio. Es un ión intensamente coloreado por ende se da la posibilidad de la auto indicación como ya se mencionara anteriormente. Debe aclararse que el KMnO4 presenta algunos inconvenientes que deben controlarse a fin de obtener los resultados deseados. En soluciones diluidas la estabilidad es reducida. La reducción del permanganato produce diferentes estados de oxidación del manganeso según las condiciones de la solución: En medio ácido:

MnO4- + 5 e- + 8 H+  Mn+2 + 4 H2O En medio ácido débil:

MnO4- + 3 e- + 4 H+  MnO2 + 2 H2O En medio alcalino débil o neutro:

MnO4- + 2 H2O + 3 e-  MnO2 + 4 OH 

Titulación con permanganato de potasio Propiedades y aplicaciones del permanganato de potasio:

Oxidantes fuertes: permanganato de potasio y cerio (IV) Las soluciones de permanganato de potasio y de cerio (IV) son agentes oxidantes fuertes cuyas aplicaciones son semejantes. Las semirreacciones de los dos son:

                  

       

El ión permanganato además de su uso como un reactivo analítico generalmente en forma de su sal de potasio, el permanganato es muy útil como agente oxidante en síntesis orgánica. Se utiliza como agente decolorante con grasas, aceites, algodón, seda y otras fibras. También se ha utilizado como un antiséptico y anti infeccioso, como componente de equipos de supervivencia, para destruir materia orgánica en estanques para peces, en la fabricación de tableros para instalaciones eléctricas, para neutralizar los efectos de pesticida y para eliminar gases en la determinación de mercurio. El permanganato de potasio solido reacciona de manera violenta con la materia orgánica y este efecto se utiliza con frecuencia como demostración de los cursos de química general.

Preparación y estabilidad de soluciones patrón Las soluciones acuosas de permanganato no son totalmente estables debido a que el ion tiende a oxidar el agua:

            Aunque la constante de equilibrio para la reacción indica que se favorece la formación de los productos, las soluciones de permanganato, cuando se preparan de manera adecuada, son bastante estables debido a que la reacción de descomposición es lenta. Se puede catalizar con la luz, el calor, con ácidos, con bases, con manganeso (II) y con dióxido de manganeso. Se

pueden

preparar

soluciones

del

ion

permanganato

moderadamente estables si se reducen los efectos de estos catalizadores, en particular el dióxido de manganeso. El dióxido de manganeso es un contaminante incluso en el permanganato de

potasio solido más puro. Además se forma en soluciones del reactivo recién preparadas debido a la reacción del ion permanganato con la materia orgánica y el polvo presentes en el agua que se utiliza para preparar la solución. El dióxido de manganeso se puede eliminar por filtración antes de la valoración, lo que mejora notablemente la estabilidad de las soluciones patrón de permanganato. Antes de filtrar, la solución del reactivo se deja reposar unas 24 horas o se puede calentar unos minutos para acelerarla oxidación de la materia orgánica que por lo general se encuentra en pequeñas cantidades en el agua destilada o desionizada.

II.

VOLUMETRÍAS REDOX. PERMANGANOMETRÍAS Las valoraciones redox están basadas en la transferencia cuantitativa de electrones entre un electrolito valorante y la sustancia problema. La permanganometría es un tipo muy importante de valoración redox y utilizan como agente oxidante KMn0 4. El KMn04 no es patrón primario pues, aunque puede obtenerse puro sus disoluciones se descomponen pronto parcialmente dando Mn0 2 y debe ser valorado frente a un patrón primario como el K 2C204. La reacción que tiene lugar (sin ajustar) es:

KMnO4 + K2C2O4 + H2SO4 → MnSO4 + K2SO4 + CO2 + H2O Donde el H2S04 proporciona el medio ácido necesario para la reacción. El KMn04 valorado con K2C204 puede utilizarse para la valoración de H 2O2, desprendiéndose oxígeno según la reacción (sin ajustar):

KMnO4 + H2O2 + H2SO4 → MnSO4 + K2SO4 + O2 + H2O En estas valoraciones no es necesario utilizar un indicador para detectar el punto final ya que el mismo KMn0 4 actúa como tal pues en la forma oxidada es de color violeta rojizo e incoloro en la reducida. Las disoluciones de KMn0 4 se deben guardar en frascos de color topacio para evitar su descomposición por la luz.

III.

DETERMINACIÓN PERMANGANIMÉTRICA DEL HIERRO La valoración o titulación es una técnica que permite determinar la cantidad de soluto que existe en una cierta disolución problema, midiendo el volumen gastado de una cierta disolución de referencia o analito, en una reacción provocada entre ésta y la anterior. Cuando provocamos una reacción de oxidación-reducción entre un oxidante y un reductor para poder medir el volumen de analito consumido en ese proceso, estaremos ante una titulación o volumetría redox. Los agentes oxidantes más utilizados en este tipo de procesos son el permanganato potásico, el dicromato potásico, el tiosulfato sódico o el sulfato de cerio, entre otros. En este caso utilizaremos la reacción redox en medio ácido provocada por el permanganato potásico, que oxidará los iones ferrosos que pudieran existir en la muestra problema a iones férricos, según las siguientes reacciones: 

   Reducción:           



Oxidación:     



 Global:              

El uso del permanganato potásico como agente oxidante tiene algunas ventajas, como por ejemplo, la no necesidad de utilizar un indicador en el análisis, pues el mismo reactivo actúa como indicador ya que tiene colores diferentes en las formas oxidada (   , violeta) y reducida  ( , incoloro). Además puede utilizarse tanto en medio ácido como en medio básico. El cálculo de la cantidad de soluto existente en la disolución problema se efectúa basándonos en una propiedad esencial de estas reacciones, que consiste en que cuando se completa la reacción, se habrán consumido tantos equivalentes del oxidante como equivalentes del reductor existían.

EQUIVALENTES OXIDANTE = EQUIVALENTES REDUCTOR

IV.

PREPARACIÓN DE SOLUCIONES VALORADAS. VALORACIÓN DEL PERMANGANATO POTÁSICO CON OXALATO En la volumetría redox se emplean con preferencia como agentes valorantes el permanganato potásico, el dicromato potásico, o el peróxido de hidrógeno, por sus propiedades oxidantes. Para obtener una solución valorada de uno de estos agentes oxidantes, se prepara una disolución del mismo de concentración aproximada a la deseada y luego se valora con un agente reductor tipo. En el caso del permanganato se usa generalmente el oxalato sódico. Las reacciones implicadas en este proceso de valoración redox entre los iones permanganato y los iones oxalato, son las siguientes: 

      Reducción:        



Oxidación:      



Global:              

El punto final de la valoración se reconoce por el cambio de color que experimenta la disolución de oxalato, que pasa del incoloro inicial a violeta intenso permanente, lo que indica un leve exceso del permanganato, y por lo tanto que ya ha reaccionado todo el oxalato disuelto.

V.

EJERCICIOS APLICATIVOS DE PERMANGANOMETRÍA 1) Descríbase como se prepararían 2.0L de una solución de KMnO 4 (158.03 g/ mol) aproximadamente 0.010 M. Masa necesaria de

     

 

 

 



 Se disuelve cerca de 3.16g de KMnO 4 en un litro de agua. Una vez que se ha completado la disolución, se agrega agua hasta obtener un volumen de 2.0 L. se calienta la solución a ebullición durante unos minutos y se deja reposar hasta que se enfría. Se filtra a

través de un crisol de vidrio para filtración y se almacena en un frasco oscuro, limpio. En la tabla 01 se muestran los compuestos más utilizados para la preparación de soluciones de cerio (IV).comercialmente se cuenta con nitrato de cerio y amonio, grado de patrón primario, que puede utilizarse para preparar soluciones patrón del catión, pesándolo directamente. El nitrato de cerio (IV) y amonio o el hidróxido cérico grado reactivo son más comunes y más baratos y se pueden emplear para preparar soluciones que deberán valorarse. En cualquier caso, el reactivo debe disolverse en una solución de ácido sulfúrico que sea al menos 0,1M, para evitar la precipitación de sales básicas. Las soluciones de cerio (IV) en ácido sulfúrico son muy estables. Se pueden almacenar durante meses o calentarse a 100°C durante periodos prolongados sin que cambie su concentración.

Tabla 01: Compuestos de cerio (IV) de interés analítico nombre

formula

Masa molar

Nitrato de cerio (IV) y amonio Sulfato de cerio (IV) y amonio Hidróxido de cerio (IV)

Ce(NO 3)4.2NH4NO3 Ce (SO 4)2. 2NH4 SO4. H2O Ce(OH) 4

548.2 632.6 208.1

Hidrogeno sulfato de cerio (IV)

Ce(HSO 4)4

528.4

2) Se desea que la valoración de la solución del ejemplo 1 utilice entre 30 y 45 ml. del reactivo. ¿qué intervalo de masa del patrón primario,    (134.00 g/mol) se desea pesar? Solución:

Para un gasto de 30 ml. en la titulación: Cantidad

de

KMn04

   

=

    

  



Masa



de

Na2C204

     

=

   

      



      

Procediendo de la misma manera, se encuentra que para un gasto de 45 ml. en la titulación: 

Masa de                 

Por tanto, se deben pesar muestras del patrón primario de entre 0.10 y 0.15 g. 3) Una muestra de 0.1278 g. del patrón primario    necesitó exactamente 33.31 ml. de la solución de permanganato del ejemplo 1 para alcanzar el punto final. ¿Cuál es la molaridad del reactivo  ? Solución: Cantidad de

       

         



           

     



   

  

VI.

BIBLIOGRAFÍA Parry, R. W. y Col . “Química. Fundamentos Experimentales ”. Reverté. Toledo Marante, F. J. y Santana Marrero , R. “Análisis Químico Cuantitativo. Cuaderno de Laboratorio ”. Universidad de Las Palmas de G. C. Departamento de Química. Horta Zubiaga, A. y Col . “Técnicas Experimentales de Química ”. Universidad Nacional de Educación a Distancia. Skoog, D.A., West, D.M. y Holler, F.J., “Química Analítica”, McGraw-Hill, Méjico, 1995