DETERMINACIÓN DEL CONTENIDO DE HIPOCLORITO DE SODIO EN UNPRODUCTO COMERCIAL Y EL CONTENIDO DE YODO EN UN ANTICEPTICO BUCAL David Colorado 10120042, Laura María Vivas 10220030 Universidad Icesi Facultad de Ciencias Naturales Laboratorio de Análisis Químico Santiago de Cali, Colombia Abril 6 de 2011
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Las sustancias con potencial de reducción bastante inferior al del sistema yodo yoduro son oxidadas por el I2 y pueden valorarse con una solución patrón de yodo. Estas volumetrías rédox llamadas yodimétricas o directas, se utilizan para determinar agentes reductores. El yoduro I- se oxida a I2 ejerciendo una acción reductora sobre los sistemas fuertemente oxidantes con formación de una cantidad equivalente de yodo. El yodo liberado se titula con la solución valorada de tiosulfato de sodio Na2S2O3. Estas volumetrías se llaman yodométricas o indirectas y se utilizan para determinar agentes oxidantes. Volumetrías rédox yodométricas o indirectas. Las reacciones generales para determinar un agente oxidante mediante volumetría yodométrica son: Ag. Oxidante + I- (exceso) Ag. Reductor + I2 I2 + 2S2O3= 2I- + 2S4O6= El yoduro I- que se adiciona como NaI o KI, se encuentra en exceso y no es una solución patrón. El I2 formado en la primera reacción es equivalente a la cantidad de agente oxidante contenida en la muestra que se analiza. Las valoraciones deben efectuarse en el menor tiempo posible con el fin de evitar que el I- sea oxidado por el oxígeno del aire. Cuando sea necesario dejar la reacción durante algún tiempo, se debe desalojar el aire del recipiente, para lo cual se utiliza un gas inerte como CO2 o NO2. La adición de NaHCO3 a la solución ácida que se valora, proporciona CO2. Las reacciones están afectadas además por la luz, por lo cual el erlenmeyer donde se realiza la titulación se coloca en la oscuridad. Como los vapores de yodo pueden perderse fácilmente, se acostumbra tapar el recipiente utilizando un tapón de vidrio. Cuando se determina un oxidante mediante reacciones con yodo, el punto final se alcanza cuando desaparece el color amarillo de la solución. Se aprecia mejor este punto si se añade una solución de almidón, que forma con el yodo un complejo de color azul oscuro. El punto final se alcanza cuando desaparece el color azul, al agregar un ligero exceso de Na2S2O3. 1 Datos, cálculos y resultados: Estandarización del tiosulfato de sodio: Tabla 1. Estandarización de tiosulfato de sodio. Tabla 1. Estandarización de tiosulfato de sodio Yodato de potasio (g) 0.0575 0.0507 0.0563 Vol. Na2S2O3 (mL) 15.19 14.80 15.60 Promedio Volumen de muestra: 25mL Tabla 2. Datos en la determinación de hipoclorito de sodio en una muestra comercial Vol. (mL) Na2S2O3 36,3 34,8 31,5 Promedio Para determinar la concentración del tiosulfato de sodio es necesario conocer la relación estequiométrica que es 6:1, ya que las ecuaciones involucradas en esta reacción son las siguientes: %p/V de hipoclorito 5.45 5.23 4.73 5.14 Cloro activo en la muestra: g cloro activo L [Na2S2O3] (mol/L) 0.106 0.096 0.101 0.101 g/L cloro activo 25.99 24.92 22.57 24.49 ¿ 0.101 mol S2 O−2 3 ×0.0363 L L −¿ 1 mol deCl O O−¿ 1 mol de Cl 1 mol deCl × −2 ¿ 2 mol de S2 O3 ׿ × 35.45 gCl 1 100 mL × × =¿ 1 mol de Cl 0.025 L 10 mL 25.99 g Cl / L ClO- + 2I- +2H+ I2 + Cl- + H2O 2S2O3-2 + I2 S4O6-2 +2I- + H2O IO3- +SI- + 6H+ 3I2 + 3H2O %p/v hipoclorito de sodio en la muestra y % de error: 0.0575 g KIO × 3 1 mol KIO 3 214 gKIO 3 −2 p 0.101mol S2 O 3 = ×0.0363 L V L 6 mol S2 O−2 1 3 × × 1 mol KI O3 0.01519 L Na S O 2 2 3 × 1 mol de NaClO 74.4 g × −2 1mol de NaClO 2 moles de S2 O 3 × 1 100 mL × ×100=5.45 25 mL 10 mL ¿ 0.106 M Determinación de hipoclorito: registra un contenido de 1% de yodo, se realiza el porcentaje de error: %error= Basados en la etiqueta del producto que registra un contenido del 5%p/v de hipoclorito se realiza en porcentaje de error: V −V teo %error= exp ×100 V teo %error= 5.14−5.00 × 100=2.8 5.00 Determinación de yodo: Volumen de la muestra: 5mL Tabla 3. Datos en la determinación de yodo en una muestra comercial Vol. (mL) Na2S2O3 4.0 4.2 4.1 Promedio %p/v de Yodo 1.03 1.08 1.06 1.06 0.101 mol S 2 O−2 3 I 2= × 0.0040 L L × 1 mol de I 2 −2 3 2 moles de S2 O × 256 g 1 × 1mol de I 2 5 mL ×100=1.03 Porcentaje de error: Basados en la información registrada en la etiqueta del enjuague bucal antiséptico, que 1.06−1.00 ×100=6 1.00 Análisis de Resultados: Como toda valoración, las volumetrías que implican la oxido-reducción como principio químico para determinar cierto caracteres específicos de una muestra problema; especialmente la cantidad de hipoclorito en una muestra problema. Se necesita del uso de una sustancia titulante, una sustancia titulada (muestra problema) y un indicador que suele ser un indicador visual. Así, también se busca llegar al punto de equivalencia en donde cierta cantidad de yodo agregado debe ser equivalente, en cuanto a estequiometria, a cierta cantidad de hipoclorito que se supone se encuentra en la muestra problema para poder determinar su concentración. Determinación de Hipoclorito: Durante la realización del informe se investigo que este procedimiento posee dos versiones, una llamada Yodimetria y la otra llamada Yodometria2; siendo ambos métodos volumétricos de valoración. Se encontró que una de sus principales diferencias es el uso que se le da al yodo durante la valoración. En la Yodimetria se usa al yodo como sustancia titulante, permitiendo agregar el indicador desde el comienzo de la valoración; el yodo reacciona con el hipoclorito directamente y en el momento en que se presenta exceso de yodo el indicador cambia el color de la muestra problema a un negro-azul intenso. A partir de una relación molar entre el yodo agregado y el hipoclorito se puede determinar la concentración de este último 2. Se dedujo que este no fue el método empleado durante la realización de la práctica porque se uso almidón como indicador visual y este no fue agregado desde el inicio de la titulación si no en un momento especifico que se considero explicar en el siguiente párrafo. Por lo tanto se infirió en que durante la práctica se empleo el método volumétrico comúnmente denominado Yodometria. Pues se observo el uso de yodo como parte de la sustancia titulada, es decir, se añadió yodo, en forma de I-, en exceso a la muestra problema y por lo tanto hubo producción de yodo molecular, presente durante toda la valoración, dada por la siguiente reacción: −¿+ H 2 O +¿ → I 2 +Cl¿ −¿+2 H ¿ −¿+2 I ¿ ClO¿ (Figura No 1) En otras palabras, se dedujo que fue gracias a la acción del hipoclorito sobre los aniones de yodo, la producción de yodo molecular. La deducción anterior condujo a concluir que la producción de yodo molecular es la responsable de que no se agregase el indicador visual desde el inicio de la titulación sino hasta que se agrego una cantidad arbitraria de tiosulfato sódico; se formulo la hipótesis de que si el yodo molecular es muy poco soluble en agua (1.3x10-3M a 20ºC)2 lo que se observo en la formación de un precipitado rojo-marrón intenso cuando se agrego el yodato potásico, se dedujo que cierta cantidad, que fue determinada por el experimentador, de sulfato sódico ayudo a la producción de yodo (I-) que al interaccionar con el yodo molecular formo iones de triyoduro (I 3-)3 mucho mas solubles en agua, comportamiento que se percibió con una disminución en la intensidad del color rojonaranja otorgado por el yodo molecular y se sustento en la siguiente reacción: −¿+ H 2 O 2−¿+2 I ¿ 2−¿+ I 2 → S 4 O6¿ 2 S 2 O 3¿ (Figura No 2) Así, cuando se opto por agregar el colorante a la muestra problema, se dedujo que en ella, para nuestra especial importancia, se encontraban iones triyoduro, yodo (I -) y aun, quizá en mayor proporción que los demás, yodo molecular pero no en concentraciones tales que se formara cúmulos de precipitado que no interaccionarían bien con el indicador visual, el almidón. Debido a ello al agregársele el indicador este formo complejo con todo el yodo en exceso, que no se consumió en las reacciones anteriores. A este ultimo procedimiento se le denomina valoración por retroceso, pues se agrega una cantidad en exceso, en este caso, de yodo (I-) y a partir de una diferencia entre su concentración total y su concentración en exceso se puede determinar la cantidad de yodo que en verdad interacciono con el hipoclorito y por ende la cantidad de hipoclorito en la muestra. Por otra parte la cantidad de yodo molecular producido es igual a la cantidad de hipoclorito en la muestra (Véase: Figura No2) pues su estequiometria es de 1:1; es decir que la cantidad de tiosulfato sódico necesaria para valorar el yodo molecular, en una relación de estequiometria 2:1 respectivamente, fue equitativa a la cantidad de hipoclorito en la muestra, por ello se opto por hacer la relación molar, en un factor de conversión lineal, entre el tiosulfato sódico y el hipoclorito para determinar la concentración de hipoclorito. (Véase: Datos, cálculos y resultados – Tabla No 1: Determinación de hipoclorito). Determinación de Yodo: Se infirió que el comportamiento físicoquímico que tuvo esta valoración fue muy similar a la valoración realizada para la determinación de hipoclorito, con la diferencia de que no hubo una valoración por retroceso como tal, pues no hubo exceso de yodo molecular que necesitase ser valorado y porque tampoco se quiera determinar hipoclorito. Se dedujo que por lo anterior fue posible realizar una relación molar directamente entre el tiosulfato gastado y el yodo que reacciono con él. De otro modo la determinación de yodo en esta valoración está regida por la reacción correspondiente a la Figura No 2, en donde se agrego un poco de tiosulfato sódico para producir indirectamente triyoduro, aumentar la solubilidad del yodo en solución, para finalmente agregara el almidón, como indicador, con lo que se valoro el yodo molecular restante que se encuentra en la solución de desinféctate bucal. el yodo, en los casos que se usa almidón como indicador, presentan cambios de color muy fáciles de percibir permitiendo determinar con mayor exactitud el punto final de la titulación. Se razono en que los errores más significativos durante la práctica son aquellos que afectaron la cantidad adecuada de tiosulfato sódico que hubo que agregar a las muestras problema; pero se hizo especial énfasis en un error de tipo sistemático personal4 causante de alterar la cantidad del tiosulfato sódico, y es el de la capacidad, y depende de la pulcritud, del experimentador para determinar cuando el color de la solución de hipoclorito con yodato potásico, a medida que se le agrego tiosulfato sódico, fue lo suficientemente claro o poco intenso como para considerar que no habría problema, en cuanto al yodo molecular que se precipito, al agregar el indicador para que cumpliese su función como indicador. ¿Qué otras aplicaciones tiene el tiosulfato de sodio? Conclusiones: El yodo molecular, en concentraciones considerables como un exceso, se precipita formando pequeños grumos de color rojomarrón; se concluyo que si al valorar se agrega antes el indicador, almidón, que una cantidad arbitraria y moderada de tiosulfato de potasio, lo más posible es que el almidón no interaccione totalmente con el yodo molecular y por lo tanto se vea afectada la precisión del análisis. La yodometria es muy útil en los casos que requieran valoraciones por retroceso porque La correcta realización y la posibilidad de obtener resultados satisfactorios en una volumetría redox o una yodometria dependen mucho de la capacidad que tenga el experimentador para percibir los cambios de color; sean dados por el indicador o por el yodo. Preguntas: Su uso principal es como agente fijador en fotografía, para revelado de películas y extracción de plata; se utiliza también en procesos de cuero y en la manufactura de químicos, como fuente del ión sulfuro; tratamientos industriales de papel, textiles, agua y gas (blanqueador/colorante). Se usa también para remover cloro de las soluciones. Resulta útil como antídoto en la intoxicación por cianuro y también es antihelmíntico. ¿Qué diferencias existen métodos yodométricos yodimétricos? entre y Procedimiento yodométrico indirecto implica la reducción con una cantidad moderada y exceso no medido de yoduro potásico. El yodo liberado, equivalente en cantidad al oxidante que se determina, es valorado entonces con una solución patrón de un agente reductor. La valoración yodimétrica o directa implica el uso de una solución patrón de triyoduro para valorar analitos reductores. Las soluciones de triyoduro se preparan disolviendo cristales de yodo en soluciones concentradas de KI y diluyendo en agua. Para facilitar las ecuaciones y los cálculos puede considerarse que el yodo existe en forma molecular como I2. la espiral de amilosa. El color azul oscuro del complejo yodo-almidón se debe a la absorción de luz visible por las cadenas de I6 alojadas en el interior de la espiral. En conclusión, en el caso de valorar el triyoduro consumido se habla de yodimetría y si se trata del mismo liberado, entonces se habla de yodometría. Explique mediante reacciones el funcionamiento del almidón como indicador. −¿+ H 2 O +¿<−¿ I 2 +Cl ¿ −¿+2 H ¿ −¿+2 I ¿ Cl O¿ El yodo molecular que se forma en esta reacción se introduce dentro de las espirales de la molécula del almidón formando una especie de complejo, afectando las propiedades físicas del compuesto y haciendo que este se torne de color azul oscuro, es importante decir que este fenómeno no es una reacción química es solo la formación de un compuesto de inclusión que cambia las propiedades físicas del compuesto original y haciendo que estas cambien de color. En el caso de las titulaciones yodométricas después de agregar un poco mas de tiosulfato el compuesto se torna incoloro, esto se debe a que el yodo molecular se ha convertido totalmente en yoduro por acción del agente reductor. El mejor indicador cuando se determina yodo es el almidón porque forma un complejo de color azul intenso con el mismo. En presencia de almidón y de I -, el yodo forma cadenas de moléculas de I6, que se alojan a lo largo del interior de Referencias: 1. SKOOG, DOUGLAS A. WEST, DONALD M. HOLLER, F. JAMES. CROUCH, STANLEY R. “Fundamentos de Química Analítica”. Octava Edición. Cengage Learning Editores, S.A de C.V., México, 2005. Páginas 570-579 y 95 100 2. D. C. Harris, “Análisis cuantitativo”, 3ra Edición, Reverté, 2003, Barcelona – España. Pp. 360-363. 3. K. A. Conors, “Curso de análisis farmacéutico”, 2da edición, Reverté, 1981, pp.112 – 115. 4. SKOOG, DOUGLAS A. WEST, DONALD M. HOLLER, F. JAMES. CROUCH, STANLEY R. “Fundamentos de Química Analítica”. Octava Edición. Cengage Learning Editores, S.A de C.V., México, 2005, pp. 95 – 100.