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Nicolas Villalobos Liliana Margarita Ferrer Zaldivar Jose Luis PRÁCTICA No. 7 ESTUDIO DEL REPARTO DEL YODO ENTRE DISOLVENTES NO MISCIBLES OBJETIVOS.  Estudiar el efecto del yoduro de potasio en fase acuosa sobre la distribución del yodo entre el agua y el hexano. Explicar los fenómenos observados con base en la existencia de la formación de un complejo entre la molécula de yodo y el ion yoduro en la fase acuosa.  Normalizar una disolución de tiosulfato de sodio  Determinar el cociente de reparto del yodo entre el agua y el hexano mediante titulaciones yodimétricas.  Determinar la solubilidad del yodo en hexano a la temperatura ambiente.  Calcular la constante de reparto del yodo entre el agua y el hexano y la constante deformación del ion triyoduro, I 3-, en la fase acuosa. INTRODUCCIÓN (BITÁCORA) METODOLOGÍA (BITÁCORA) RESULTADOS Problema. ¿Cuál es el valor del cociente de reparto del yodo entre el hexano y disoluciones acuosas de yoduro de potasio? Parte A. Normalización de la disolución de tiosulfato de sodio 0.005 M

Equipo

1 2

Tabla 1. Normalización del Na2S2O3 MM KIO3 = 213.98 g/mol MM Na2S2O3 = 158.07 g/mol Masa [KIO3] Volumen Mol Mol I2 Volumen Mol [Na2S2O3] KIO3 M KIO3 (mL) KIO3 Na2S2O3 Na2S2O3 M (g) (L) 0.0823 0.0154 1 1.54X10- 4.62X100.0165 9.24X105.6X10-3 0.0811

0.0152

1

5

5

1.52X10-

4.56X10-

5

3

0.0835

0.0156

1

1.56X105

5

0.0170

5

4.68X10-

9.12X10-

5.4X10-3

5

0.0150

5

9.36X10-

6.2X10-3

5

Promedio: 5.7X10-3 M

Ejemplo de cálculo: 0.0823 𝑔 KIO3 𝑚𝑜𝑙 𝐌𝐚𝐬𝐚 𝐊𝐈𝐎𝟑 (𝐠): ( )( ) = 0.0154 𝑀 0.025 𝐿 213.98 𝑔 0.0154 𝑚𝑜𝑙 𝐌𝐨𝐥 𝐊𝐈𝐎𝟑: 1 𝑚𝐿 ( ) = 1.54𝑥10−5 𝑚𝑜𝑙 1000 𝑚𝐿 Reacción de generación de yodo: IO3- + 5I- + 6H+ ↔ 3I2 + 3H2O I 2 + I - ↔ I 33 𝑚𝑜𝑙 𝐼2 𝐌𝐨𝐥 𝐈𝟐: 1.54𝑥10−5 𝑚𝑜𝑙 𝐾𝐼𝑂3 ( ) = 4.62𝑋10−5 𝑚𝑜𝑙 1 𝑚𝑜𝑙 𝐾𝐼𝑂3 Reacción de titulación + 2 S2O32- ↔ 3I- + S4O62-

I 3-

1 𝑚𝑜𝑙 𝐼3 − 2 𝑚𝑜𝑙 S2O32 − 𝐌𝐨𝐥 𝐍𝐚𝟐𝐒𝟐𝐎𝟑: 4.62𝑋10−5 𝑚𝑜𝑙 𝐼2 ( )( ) = 9.24𝑋10−5 𝑚𝑜𝑙 1 𝑚𝑜𝑙 𝐼2 1 𝑚𝑜𝑙 𝐼3 − 9.24𝑋10−5 𝑚𝑜𝑙 𝑁𝑎2𝑆2𝑂3 = 5.6𝑋10−3 𝑀 0.0165 𝐿 Parte B. Estudio de la distribución de yodo entre el hexano y disoluciones acuosas de yoduro de potasio de concentración variable [𝐍𝐚𝟐𝐒𝟐𝐎𝟑]:

Embudo 1 2 3 4 5 6 7

Tabla 2. Resultados de la extracción Vol. KI 0.1 M (mL) Vol. H2SO4 (ml) Vol. I2/Hex (ml) 0.0 50 10 0.5 50 10 1.0 50 10 2.0 50 10 3.0 50 10 4.0 50 10 5.0 50 10

Embudo

Vol. S2O32(ml)

1 2 3 4

0.5 2 3 6

5

8.2

6

9

7

10.5

Mol S2O32-

Mol de I2 en fase acuosa(después del reparto)

Mol inicial de I2 en fase orgánica

1.425X10-6 5.7X10-6 8.55X10-6 1.71X10-5

4.96x10-5 4.96x10-5 4.96x10-5 4.96x10-5

Mol de I2 en fase orgánica (después del reparto) 4.89x10-5 4.80x10-5 4.70x10-5 4.63x10-5

2.337X10-5

4.96x10-5

4.58x10-5

2.565X10-5

4.96x10-5

4.23x10-5

2.9925X10-5

4.96x10-5

4.0x10-5

2.85X10-6 1.14X10-5 1.71X10-5 3.42X10-5 4.674X105

5.13X10-5 5.985X105

Gasto S2O32- (ml) 0.5 2 3 6 8.2 9 10.5 [I2] fase acuosa (después del reparto)

[I2] fase orgánica (después del reparto)

2.85X10-5 1.14X10-4 1.71X10-4 3.42X10-4 4.674X10-

4.9x10-3 4.83x10-3 4.7x10-3 4.59x10-3

4

5.13X10-4 5.985X104

4.48x10-3 4.4x10-3 4.38x10-3

Ejemplo de cálculo: 0.5 𝑚𝐿 S2O32 − (

5.7X10−3 mol S2O32 −

) = 2.85𝑋10−6 mol S2O32 −

1000 mL

2.85𝑋10−6 mol S2O32 − (

1 𝑚𝑜𝑙 𝐼3 −

1 𝑚𝑜𝑙 𝐼2 )( ) = 1.425𝑋10−6 𝑚𝑜𝑙 𝐼2 1 𝑚𝑜𝑙 𝐼3 −

2 mol S2O32 −

1.425𝑋10−6 𝑚𝑜𝑙 𝐼2 = 2.85𝑋10−5 𝑀 0.05 𝐿 Embudo 1 2 3 4 5 6 7

[KI] en la fase acuosa (antes del reparto) 1.0 x10-3 1.9 x10-3 2.3 x10-3 4 x10-3 6.0 x10-3 8.2 x10-3 1.3x10-3

[I2] fase acuosa (después del reparto) 2.85X10-5 1.14X10-4 1.71X10-4 3.42X10-4 4.674X10-4 5.13X10-4 5.985X10-4

[I2] fase orgánica (después del reparto) 4.9 x10-3 4.8 x10-3 4.75 x10-3 4.69 x10-3 4.5 x10-3 4.0 x10-3 3.8 x10-3

Calculo de D

Calculo de 1/D

280.8 209.1 140.5 90.8 78.3 66.4 50.6

3.5 x10-3 4.7 x10-3 7.1 x10-3 1.1 x10-2 1.1 x10-2 1.5 x10-2 1.9 x10-2

Parte C Titulación Conc S2O3 2Vol S2O3 2Mol S2O3 2Mol I2 Vol alicuota I2 Conc I2 1:10 Conc sat I2

1 5.7 x10 -3 16.16ml 9.24x10-5 4.96 x10-5 10ml 4.96x10-3 4.96 x10-2

Solubilidad de la disolución saturada de yodo en hexano 0.05 mol / L

En la parte B de la práctica se realizaron extracciones este método es de gran utilidad para poder extraer algún compuesto de interés ya que en ocasiones están mezclados y se necesitan separar. Con el tratamiento de los datos pudimos obtener la constante de formación del complejo yodo/yoduro sabiendo el valor de la constante de reparto del yodo entre el agua y el hexano, entonces éste sería un método indirecto para conocer la constante de formación de los complejos a partir del equilibrio de reparto de un soluto entre dos disolventes no miscibles. Cuando se realizó la normalización del tiosulfato de sodio, se mezcló una disolución acuosa de yodato de potasio con un exceso de disolución de yoduro de potasio, sin embargo, no fue hasta que se agregó una disolución de ácido sulfúrico que se observó la formación del yodo. Esto se explica ya que es necesario que el medio tenga un pH aproximadamente igual a cero ya que en estas condiciones, estableciendo una escala de los potenciales estándares de las especies la pendiente que representa la reacción entre el yodato y el yoduro es positiva, lo que indica que la reacción será cuantitativa. PREGUNTAS Y CONCLUSIONES 1.- Informar las observaciones visuales llevadas a cabo durante el desarrollo de los experimentos. Se pudo observar que la fase acuosa era la más densa debido a que se encontraba debajo de la fase orgánica, el yodo por ser un compuesto molecular su a fin es la fase orgánica. Debido al principio de Le Chatelier se puede observar que al ser alterado el equilibrio es desplazado a la fase acuosa buscando contrarrestar el cambio. 2.- Con base en los resultados experimentales de la sección B, calcular el cociente de reparto del yodo D[I2] entre el hexano y las disoluciones acuosas de yoduro de potasio.

El significado que tiene la D nos indica que si es mayor a 1 el soluto en fase orgánica es mayor que la fase acuosa. Y si es menor a 1 nos indica que el soluto en su mayor parte está en fase acuosa no es efectiva la extracción. En nuestros cálculos el valor de D nos salió en su mayoría menor a 1 por lo que entonces decimos que no es efectiva la extracción. Un punto que tenemos que mencionar es que estos resultados no se nos hacen coherentes a lo que tuvimos que haber obtenido, pensamos que lo mas probable es que nuestra falla halla estado en el calculo de la concentración de yodo en la fase orgánica después del reparto, sin embargo no pudimos encontrar alguna otra forma de calcular este valor salvo el ya mencionado. 3.- Utilizando la expresión del cociente de reparto del yodo entre el hexano y las disoluciones acuosas de yoduro de potasio, establecer la siguiente expresión: 𝐾𝑓 [𝐼 − ] 1 1 = + 𝐷[𝐼2 ] 𝐾𝐷[𝐼2 ] 𝐾𝐷[𝐼2 ]

Donde: D[I2] = cociente de reparto del yodo KD[I2] = constante de reparto del yodo Kc = constante de formación del complejo triyoduro Utilizando la expresión del cociente de reparto del yodo entre el hexano y las disoluciones acuosas de yoduro de potasio, se establece: 𝐾𝑓 [𝐼 − ] 1 1 = + 𝐷[𝐼2 ] 𝐾𝐷[𝐼2 ] 𝐾𝐷[𝐼2 ] 𝑦 = 𝑏 + 𝑚𝑥 𝑦=𝐷

1 [𝐼2 ]

𝑏=𝐾

1

𝐷[𝐼2 ]

𝑚=

𝐾𝑓 [𝐼 − ] 𝐾𝐷[𝐼2 ]

4. -Representar la gráfica de los datos experimentales (1/ D[I2]) = f(|I|ac). Los puntos de esta curva deben estar situados aproximadamente sobre una recta. Calcular la pendiente y la ordenada al origen de la recta de regresión de los puntos anteriores. Calcular la constante de

reparto del yodo entre el hexano y el agua así como la constante de formación del complejo I3-. [KI] en la fase acuosa (antes del reparto) (x) 1.0 x10-3 1.9 x10-3 2.3 x10-3 4 x10-3 6.0 x10-3 8.2 x10-3 1.3x10-3

Calculo de 1/D (Y) 3.5 x10-3 4.7 x10-3 7.1 x10-3 1.1 x10-2 1.1 x10-2 1.5 x10-2 1.9 x10-2

(1/D) vs [I-] 0.008 0.007 0.006

(1/D)

0.005 0.004 0.003 0.002 0.001 0 0

0.002

0.004

0.006

0.008

0.01

0.012

0.014

[I-]

Sin embargo esta fue la grafica que obtuvimos y no podemos decir que observamos el comportamiento ya mencionado. 5.- Reflexionar sobre la utilidad del equilibrio de reparto entre disolventes para evaluar el valor de la constante de formación del complejo yodo/yoduro. La KD entre mayor sea su valor habrá una mejor eficiencia de extracción. Lo que debimos de haber observado es que conforme se va aumentando el volumen del KI en la fase acuosa y hacer la extracción,

en la titulación se gasta más volumen de tiosulfato estos nos indican que hay más formación de triyoduro. 6.- Cuando se realiza la normalización del tiosulfato de sodio, se mezcla una disolución acuosa de KIO3 con un exceso de disolución de KI, en estas condiciones, no se observa ninguna reacción al realizar esta operación, cuando se añade una disolución de H2SO4 a la mezcla anterior, se observa la formación del yodo. Considerando los potenciales estándares a pH = 0 de los sistemas IO3-/I2/I- respectivamente iguales a 1.20 V y 0.62 V, explicar porqué no se observa ninguna reacción en la mezcla de yodato de potasio y yoduro de sodio en ausencia de ácido sulfúrico. Es necesario que el medio tenga un pH aproximado a cero, pues en estas condiciones, estableciendo una escala de los potenciales estándares de las especies es la pendiente formada entre el yodato y el yoduro es positiva, por lo que tenemos una reacción cuantitativa. Porque la reacción de oxido-reducción entre el yodato de potasio y el yoduro de sodio es una reacción cuantitativa, pero se debe llevar en un medio suficientemente ácido. 7.- Con base a las observaciones visuales efectuadas durante la realización de esta práctica y la ley de Le Chatelier, ¿Cuáles son los hechos que permiten suponer la existencia de por lo menos un complejo entre las especies de yodo y yoduro en la fase acuosa? Es la formación de un color Amarillo en la fase acuosa, esto debido a que al tener yodato más un exceso de yoduro estos reaccionan produciendo yodo molecular. IO3- + 5 I- + 6 H+ → 3 I2 + 3 H2O Pero dado que este es muy poco soluble en agua se lleva a cabo una segunda reacción con el yoduro, para dar lugar al complejo triyoduro que es quien le da la coloración a la disolución. De acuerdo al principio de Le Chatelier el sistema tratará se contrarrestar dicho efecto, desplazándose el equilibrio hacia la formación de productos (formación del complejo de triyoduro) I2 + I- → I3-

8.- Indicar un método alterno para normalizar las disoluciones de tiosulfato de sodio. Un método alterno sería la normalización con el patrón primario 10 2O32- + 2 IO3- + 12 H+ → 5S4O62- + I2 + 6 H2O 9.- El yodo es un sólido que sublima fácilmente. Las disoluciones de yodo en agua o en disolventes orgánicos pierden fácilmente el yodo disuelto. ¿En qué forma afecta la pérdida volatilización a los resultados a las constantes calculadas en la práctica? Ya que al haber pérdida de yodo, afecta en las concentraciones calculadas que posteriormente se utilizan para las constantes calculadas en la práctica, las constantes de reparto y la de formación del complejo de yodo serán menores de lo que esperábamos debido a que la cantidad de yodo que se titule será mucho menor de la que teníamos en un principio, es decir la concentración de yodo en el agua y en hexano será muy baja, más de lo que debería de ser.

Conclusiones. El utilizar la técnica del equilibrio de reparto entre disolventes, le permite al experimentador poder realizar un análisis cualitativo de algún analito, al basarnos en la extracción, se aíslan los analitos con base a la solubilidad, sabemos que en la extracción líquido-líquido hay transferencia de un soluto de una fase a otra con la condición de que los dos líquidos sean inmiscibles entre sí. También pudimos observar cómo es que el efecto del ion común o el principio de LeCheatelier nos puede favorecer para lograr extraer cierto soluto de algún disolvente orgánico.

Bibliografía. Daniel C. Harris, Análisis Químico Cuantitativo, 2ª Edición, Editorial Reverté S.A., Barcelona, España, 2001, apéndice I, J, pp.306-307. Burriel M. Fernando, et al. Química Analítica Cualitativa 18° edición, Editorial Paraninfo. Madrid, España