CIENCIA    BÁSICA

EXPERIMENTAL  PARA

ESTUDIANTES    DE

INGENIERÍA    QUÍMICA

 

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PERÓXIDO de HIDRÓGENO


                                                       Titulación del Peróxido de Hidrógeno

               INTRODUCCIÓN

        El peróxido de hidrógeno (H2O2), es un compuesto químico con características de un líquido altamente polar, fuer­temente enlazado con el hidrógeno tal como el agua, que por lo general se presenta como un líquido ligeramente más viscoso que éste. Es conocido por ser un poderoso oxidante.

También conocido como agua oxigenada, es un líquido incoloro a temperatura ambiente con sabor amargo. Pequeñas cantidades de peróxido de hidrógeno gaseoso ocurren naturalmente en el aire. El peróxido de hidrógeno es inestable y se descompone rápidamente a oxígeno y agua con liberación de calor. Aunque no es inflamable, es un agente oxidante potente que puede causar combustión espontánea cuando entra en contacto con materia orgánica o algunos metales, como el cobre, la plata o el bronce.

El peróxido de hidrógeno se encuentra en bajas concentraciones (3 - 9 %) en muchos productos domésticos para usos medicinales y como blanqueador de vestimentas y el cabello. En la industria, el peróxido de hidrógeno se usa en concentraciones más altas para blanquear telas y pasta de papel, y al 90% como componente de combustibles para cohetes y para fabricar espuma de caucho y sustancias químicas orgánicas. En otras áreas como en la investigación se utiliza para medir la actividad de algunas enzimas como la catalasa.

El uso del agua oxigenada como desinfectante casero se debe a que, al contacto con sangre, suciedad, etc. de la heridas, se descompone y desprende oxígeno nativo según la siguiente reacción:

H2O2 (ac.)      H2O (liq.)  + 1/2 O2 (gas) + Q descomposición   (1)

El oxígeno desprendido es el que desinfecta. En este caso el peróxido de hidrógeno actúa como oxidante.  Además hay desprendimiento de cierta cantidad de calor, circunstancia que nos permitirá diseñar el proyecto experimental sobre calorimetría, esto es: saber qué tanto calor como una forma de la energía está presente en la reacción descomposición, lo cual resulta de particular importancia, a nivel didáctico e industrial.

Una forma de expresar la concentración de las disoluciones de peróxido es en volúmenes, lo que significa: el número de volúmenes de O2 , medido en condiciones normales, que pueden formarse al descomponerse el H2O2 contenido en un volumen de la disolución.

Así, una muestra de agua oxigenada con una concentración de un 3 % de H2O2 se dice que es de 10 volúmenes, ya que, un volumen de agua oxigenada de esa concentración produce, aproximadamente, un volumen de O2diez veces mayor al de la disolución.

Por ejemplo:

Si  tenemos un litro de agua oxigenada de la concentración indicada. En ese litro habrá, aproximadamente, 30 g de H2O2 , en realidad, algo más. Al descomponerse según la ecuación (1), tendremos:

H2O2 (ac.)      H2O (liq.)  + 1/2 O2 (gas)

1 mol de peróxido (34.0 g.)   un mol de agua  +  1/2 mol de oxígeno (11.2 litros a "T" y "P" estándar)

En consecuencia, un litro de solución al  3 % (con 30 g. de peróxido), producirá:

30.0 g. de H2O2

×

11.2 litros de O2  

34.0 g. de  H2O2

=

9.88 litros de O2

Con los cálculos anteriores se puede fácilmente entender que al descomponerse 1.0 litro de peróxido al 3 % se producen 9.88 litros de oxígeno, es decir 10 veces el volumen de la solución

Aunque el peróxido de hidrógeno sea oxidante, según acaba de indicarse, al reaccionar con un oxidante más enérgico que él, como el  KMnO4, se comporta como reductor, de acuerdo con la siguiente reacción:

Oxidación del reductor: H2O2 2e   O2 + 2 H+       (2)

Reducción del oxidante: MnO4  + 5e + 8 H+   Mn++  + 4 H2O    (3)

Reacción iónica global: 2 MnO4 + 5 H2O2 + 6 H+   2 Mn++  + 5 O2 + 8 H2O  (4)

De acuerdo con la ecuación química (2), el equivalente gramo del peróxido de hidrógeno en esta reacción es igual a la mitad de un mol. (Recuérdese que el equivalente gramo de un oxidante, o de un reductor, es igual al mol de la sustancia dividido entre el número de electrones que intercambia en la reacción redox.) En consecuencia, la concentración de un agua oxigenada de 10 volúmenes es, aproximadamente:

          30 g de H2O2           

17 .0 g. /eq. g. de  H2O2

=

1.75 N

OBJETIVO 

El objetivo principal que se pretende lograr en éste experimento es que el alumno determine experimentalmente la normalidad de una disolución de agua oxigenada, (disolución de peróxido de hidrógeno, H2O2 que se preparó para determinar la entalpía de descomposición del mismo en medio acuoso) , con una disolución de permanganato de potasio, KMnO4, de normalidad aproximada a 0,1 N. así como el porcentaje de error del valor experimental.

Para ello se introducirá al alumno en el manejo e interpretación de los conceptos propios de la permanganimetría y la forma de cuantificarlas. Empleando para este fin soluciones de peróxido de hidrógeno y permanganato de potasio preparadas por ellos mismos y llevando a cabo las reacciones que le permitan al estudiante determinar las normalidades de las mismas. 

 JUSTIFICACIÓN 

Este proyecto experimental tiene como finalidad que el alumno aplique los conocimientos adquiridos en química en la parte correspondiente a permanganimetría, para servir como un antecedente en la fisicoquímica, en lo referente a termoquímica. A la obtención de series de valores reales obtenidos experimentalmente para su aplicación en las ecuaciones del calor. De igual forma se pretende que el alumno sea capaz de utilizar las gráficas obtenidas y determinar  dicho fenómeno real empleado para tal fin.

                PROYECTO EXPERIMENTAL

               Determinación de la normalidad del peróxido de hidrógeno  en solución acuosa a partir de  la reacción:

5 H2O2 (ac)   +  2 MnO4  +  6 H 2 Mn++  +  5 O2  +  8 H2O 

en presencia de KMnO4 como patrón secundario.

El diseño de experimento que debes realizar, considera, al menos, los siguientes puntos (ver también la sección "Cómo elaborar un Proyecto de Investigación", del portal):

  • Realice una introducción acerca de los tópicos: gravimetría, valoración y  permanganimetría.

  • Haga una breve exposición acerca de qué va a medir y como lo hará.

  • Infórmese de los detalles del arreglo experimental, explique la función de cada una de sus partes y presente un esquema a color y detallado del armado de éste. Presente un listado del material que se requiere en la sesión experimental.

  • Analice las ecuaciones químicas que le permitirán desarrollar el análisis de datos.

  • Calcule la preparación de las soluciones requeridas y explique como las preparará durante la sesión experimental.

  • Analice y discuta  las ecuaciones  para calcular las normalidades

DISEÑO EXPERIMENTAL

MATERIALES                                        REACTIVOS

Vidrios de reloj

Peróxido de hidrógeno H2O2

Buretas

Permanganato de potasio KMnO4  

Soporte universal

Oxalato de sodio Na2C2O4

Pinzas para buretas

Agua H2O

Vasos de precipitados

Ácido sulfúrico H2SO4

Termómetros

 

Matraces erlenmeyer

 

Placa de agitación y calentamiento

 

Pipetas graduadas

 

Pipeta volumétrica

Fibra de vidrio

Embudos de tallo corto

Anillo de fierro

 

METODOLOGÍA: 

- Preparar una solución de  peróxido de hidrógeno (H2O2)  0.2 N.

- El material debe estar limpio y seco.

- Preparar una solución de permanganato de potasio (KMnO4) 0.1N.  ESTA  SOLUCIÓN  DEBE  SER  PREPARADA  AL MOMENTO  DE  HACER  LA  DETERMINACIÓN.

- Titular cinco alícuotas de permanganato de potasio (KMnO4) con oxalato de sodio (Na2C2O4) para determinar la concentración exacta.

- Titular cinco alícuotas de peróxido de hidrógeno (H2O2) con permanganato de potasio (KMnO4)   agregando dos o tres mililitros de ácido sulfúrico,  teniendo el cuidado de aforar la bureta cuidadosamente. Luego abre la llave de la bureta y deja gotear su contenido, sobre el contenido del matraz erlenmeyer, hasta llegar al punto de equivalencia, que es aquel en el que todo el líquido toma un color rosa muy pálido permanente.

- Anotar cuidadosamente el volumen de (KMnO4) consumido para lograr el punto de equivalencia repitiendo la valoración para las cinco alícuotas.

- Dispón los datos en una tablas similar a la siguiente y calcula la normalidad de las cinco alícuotas de peróxido de hidrógeno (H2O2) con el permanganato de potasio (KMnO4) .

Determinación

Volumen de H2O2  medido

Volumen gastado de KMnO4  0.1 N

30 cm3

...

30 cm3

...

30 cm3

...

...

30 cm3

...

Normalidad  promedio del H2O2 para la reacción  propuesta:

 PRECAUCIONES

Comente con su profesor acerca del las medidas de seguridad que deberá observar  durante el experimento.

Varios son los factores que afectan la estabilidad y concentración de las soluciones ... las siguientes:

1.- Las soluciones de peróxido de hidrógeno son altamente inestables.

REFERENCIAS 

“El ΔHf de formación del peróxido de hidrógeno (H2O2liquido resulta de -44.88 Kcal. / mol (10)

Bibliografía básica:

 
  1. Palmer, W. G. "Química Física Experimental". EUDEBA, Buenos Aires, 1966

  2. Burmistrova, O.A., "Prácticas de Química Física", Editorial MIR, Moscú

  3. R. Chang, "Química", McGraw-Hill. 4ª Edición. México, 1992, pp. 1052.

  4. T. L. Brown, H. E. Le Way y B. E. Bursten. "Química La ciencia central", 5ª. Edición, Editorial Prentice-Hall Hispanoamericana S.A., México, 1992, pp. 1159.

  5. Zarco, R. E. "Seguridad en laboratorios", Ed. Trillas, México, 1990, pp. 146.

  6. "The Merck Index", 8a. Stecher, P.G., Merck Co., Inc., Rahway, N.J., USA., 1968.

  7. J.W. Dawson, "Manual de Laboratorio de Química", Ed. Interamericana, México, 1980.

  8. George Hess, "Química General Experimental", Edit. CECSA, España, 1982.

  9. P. W. Atkins. "Química Moléculas, materia, cambio", Edit. Omega. Barcelona, 1998, pp. 910

  10. Langes Handbook, Pág. 9-25, Tabla 9 - 1.

Bibliografía complementaria :

 
  1. Fogler, H. S., Elements of Chemical Reaction Engineering , Prentice-Hall International Editions, 1992.

  2. Jesús Blanco-Ricardo Linarte , Catálisis. Fundamentos y aplicaciones industriales. Ed. Trillas 1976.

Web Bibliografía básica:

 
  1. La Seguridad en los Laboratorios de Prácticas, Universidad de Alcalá, 1995, Comisión de Seguridad y Salud Laboral

     http://www2.uah.es/edejesus/seguridad.htm

  1. Determinación de  los parámetros cinéticos de la reacción de descomposición del H2O2

    http://ciencia21.freeservers.com/informes/cinetica.htm

 

 

 

 

 

  

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Última modificación: 23 de Septiembre de 2014