di - Skuola.net
di - Skuola.net
di - Skuola.net
You also want an ePaper? Increase the reach of your titles
YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.
Ox + ne- Rid<br />
TITOLAZIONI REDOX<br />
Potenziali formali<br />
E =Eo +0.059/n log [Ox]/[Rid]<br />
Nelle determinazioni analitiche si considerano i potenziali formali. Che<br />
tengono conto delle altre specie presenti in soluzione. Se per es. è<br />
presente una specie L che forma complessi con la specie OX :<br />
Ox + L OxL Koxl = [OxL]/[Ox][L]<br />
L’espressione del potenziale <strong>di</strong>venta:<br />
E=Eo +0.059/n log [OxL]/[Koxl ][L] da cui<br />
E=Eo -0.059/n log Koxl + 0.059/n log[OxL]/[L][Rid]<br />
E= Eo’ + 0.059/n log[OxL]/[L][Rid]<br />
Eo’ = potenziale formale
• Esempio: calcolare il potenziale della coppia Ag+ + 1 e Ag (Eo<br />
= 0.799) in una soluzione 1 M Ag(NH3)2 ed 1 M in NH3.<br />
• Ag+ + 2 NH 3 Ag(NH 3) 2<br />
∀ β 2 = [Ag(NH 3) 2]/[Ag+][NH3] =1.7 10 7<br />
• E = Eo -0.059log 1.7 10 7 + 0.059log[Ag(NH 3) 2 ]/[NH3]<br />
• = 0.799-0.43 + 0.059log[Ag(NH 3) 2 ]/[NH3]2 =<br />
• 0.37 + 0.059log[Ag(NH 3) 2 ]/[NH3] = 0.37<br />
• Il potenziale è <strong>di</strong>minuito <strong>di</strong> circa 0.4 per la presenza <strong>di</strong> NH3
Costante <strong>di</strong> equilibrio<br />
Oss1 + b e- Rid1 Oss2 +a e- Rid2<br />
• a oss 1 + b rid<br />
• ma essendo E1 = E2<br />
•<br />
rid 2<br />
a rid 1 + b oss 2<br />
a<br />
b<br />
[ rid 1 ] [ oss 2 ]<br />
a<br />
b<br />
Log K = (ab(Eo1 –<br />
• K=<br />
[ oss 1 ] [ rid 2 ]<br />
Eo2)/0.059<br />
• si ottiene: Eo1 - Eo2 = 0.059 /ab log K<br />
• dove ab è il minimo comune multiplo tra gli elettroni scambiati<br />
• Dalla quale si capisce come K <strong>di</strong>penda dal n <strong>di</strong> elettroni scambiati e<br />
dalla <strong>di</strong>fferenza dei potenziali standard.
Punto <strong>di</strong> equivalenza<br />
• Nel caso in cui Rid2 sia la specie da titolare e Ox1 il titolante al punto <strong>di</strong> eq. Si avrà:<br />
• b[Rid1] = a[Ox2]<br />
• b[Ox1] = a[Rid2]<br />
• <strong>di</strong>videndo si ha: [Rid1]/[Ox1] = [Ox2]/[Rid2]<br />
• Sapendo che<br />
• Quin<strong>di</strong><br />
• E1 = Eo1 + 0.059/b log[Ox1]/[Rid1]<br />
• E2 = Eo2 + 0.059/a log[Ox2]/[Rid2]<br />
• Moltiplicandole rispettivamente per b ed a si ottiene:<br />
• (a+b)E = b Eo1 +a Eo2 +0.059log[Ox1][ox2]/[Rid1][Rid2]<br />
• (a+b)E eq = = b Eo1 +a Eo2<br />
Eeq = (b Eo1 +a Eo2)/(a+b)<br />
• Se a=1 e b=1 E eq = (Eo1+Eo2)/2
Le concentrazioni dei due sitemi redox si possono calcolare da K<br />
Essendo [ox2][Rid2] = [Rid1]/[Ox1]<br />
Si ha K = [Ox2] a+b /[Rid2]a+b = [Rid1]a+b /[Ox1]a+b<br />
Se<br />
a+<br />
b<br />
K<br />
=<br />
[ 2 2 1 1<br />
Ox]<br />
/[ Rid]<br />
= [ Rid]<br />
/[ Ox]<br />
a+b K<br />
4<br />
> 10<br />
La reazione si considera completain quanto rimane una<br />
conc della specie da det trascurabile. Corrisponde<br />
anche ad un a <strong>di</strong>fferenza <strong>di</strong> circa 0.3-0.4 V tra i<br />
potenziali formalidelle coppie interessate alla reazione<br />
E eq = E1 = Eo1 + 0.059/n log<br />
a+ b<br />
K
esempi
4 10-6* x 5<br />
X = 1.45 10 -14 -
Curva <strong>di</strong> titolazione<br />
TITOLAZIONI DI OSSIDO-RIDUZIONE<br />
analita + ossidante (titolante) prodotti<br />
analita + riducente (titolante) prodotti<br />
rappresentazione grafica della curva che descrive l’andamento del<br />
potenziale elettro<strong>di</strong>co E in funzione del volume <strong>di</strong> titolante aggiunto.Dopo<br />
ogni aggiunta <strong>di</strong> titolante si raggiunge l’equilibrio e il potenziale delle due<br />
coppie sono uguali e possono essere calcolati in<strong>di</strong>fferentemente dalle<br />
due relazioni <strong>di</strong> Nnerst.<br />
Aumento <strong>di</strong> E in presenza<br />
<strong>di</strong> un agente titolante<br />
ossidante
Variazione del potenziale durante la<br />
titolazione ossi<strong>di</strong>metrica <strong>di</strong> un<br />
riducente<br />
a Rid1 + b Ox 2 a Ox1 + b Rid2<br />
• Prima p.equivalenza<br />
(presenza <strong>di</strong> eccesso del<br />
riducente) riducente) <br />
• P. equivalenza<br />
(E1=E2) (E1=E2) <br />
• Dopo p.equivalenza<br />
(presenza eccesso ossidante) ossidante) <br />
E = E +<br />
1<br />
E eq<br />
=<br />
01<br />
aE01<br />
a<br />
E =<br />
E +<br />
2<br />
02<br />
0.<br />
059<br />
b<br />
+ bE<br />
+ b<br />
[ oss<br />
log<br />
[ rid<br />
02<br />
0.<br />
059<br />
a<br />
1<br />
1<br />
]<br />
]<br />
[ oss<br />
log<br />
[ rid<br />
2<br />
2<br />
]<br />
]
Prima p. eq:<br />
E = Eo1 +(0.059/b) log (MtVt)/(VoMo-VtMt)<br />
Dopo p. equiv.<br />
E = Eo2 +(0.059/a) log ( VtMt- VoMo) /(MoVo)<br />
Ci sono però <strong>di</strong>versi casi:<br />
1)titolazioni con a=b<br />
2)Titolazioni con a b<br />
3)Titolazioni in cui prende parte H+ o OH-<br />
4)Titolazioni a cui 1 mole <strong>di</strong> specie reagente corrispondono 2 o più<br />
moli<strong>di</strong> prodotto o viceversa
Titolazioni con a =b<br />
Es: K= 10 10, 100 ml <strong>di</strong> Rid2 0.1 M vengono titolati con un Ox1 0.1 M<br />
Ox1 + Rid2 Rid1 + Ox 2 a=b=1<br />
Eo1 - Eo2 = 0.059 /ab log K<br />
per notot K la <strong>di</strong>fferenza dei potenziali formali = 0.59 V (Eo1 =0, = 0, Eo2 =0.59) =0.59) <br />
: Eo1<br />
• aggiunta 10 mL <strong>di</strong> titolante E = 0 + 0.059 log (10*0.1)/(100*0.1-10*0.1) (10*0.1)/(100*0.1 10*0.1) = -0.056 0.056 V<br />
•Aggiunta Aggiunta <strong>di</strong> 50 mL E =Eo1 = 0V<br />
•Aggiunta Aggiunta <strong>di</strong> 90 ml E = 0 + 0.059 log (90*0.1)/(100*0.1-90*0.1) (90*0.1)/(100*0.1 90*0.1) = 0.056 V<br />
•Al Al p.eq E= (Eo1+ Eo2)/2 = o.59/2 = 0.295 V<br />
•Aggiunta Aggiunta 100.1 ml E= = 0.59 + 0.059 log (100.1*0.1-100*0.1)/(100*0.1) (100.1*0.1 100*0.1)/(100*0.1) =0.413V
15<br />
10<br />
8<br />
Si nota:<br />
• Salto <strong>di</strong>pende da K<br />
•Curve simmetriche perché a=b<br />
•P.eq coincide con il p. <strong>di</strong> mezzo<br />
6<br />
Per pK =6 il salto è<br />
troppo piccolo<br />
(variazione <strong>di</strong> 0.12<br />
V)per poter eseguire la<br />
titolazione<br />
Le titolazioni non si possono eseguire con C< 10 -3 per problemi <strong>di</strong> interferenze<br />
anche se la curva non varia in quanto qui è riportato il rapporto delle concentrazioni<br />
OX/rid ( variando entrambi <strong>di</strong> un ugual fattore il rapp rimane costante).
TITOLAZIONE DI Fe 2+ CON Ce 4+<br />
Si consideri la titolazione <strong>di</strong> 50.00 mL <strong>di</strong> Fe 2+ 0.0100 M con Ce 4+ 0.0200 M<br />
calcolando E dopo aggiunta <strong>di</strong> 0, 5, 12.5, 20, 24, 25, 26 30, e 50 mL <strong>di</strong> Ce 4+<br />
Durante la titolazione le quattro specie coinvolte (Ce 4+ , Fe 2+ , Ce 3+ e Fe 3+ )<br />
possono essere considerate all’equilibrio dopo l’aggiunta <strong>di</strong> ogni porzione <strong>di</strong><br />
titolante<br />
Fe 3+ + e - Fe 2+ ; E° = +0.77 V<br />
2+<br />
[ Fe ]<br />
E = E° - 0.0591log prima del p.eq.<br />
3+<br />
[ Fe ]<br />
Ce 4+ + e - Ce 3+ ; E° = +1.07 V<br />
3+<br />
[ Ce<br />
]<br />
4+<br />
[ Ce<br />
]<br />
E = E° - 0.0591log dopo il p.eq.
E prima del punto <strong>di</strong> equivalenza<br />
TITOLAZIONE DI Fe 2+ CON Ce 4+<br />
All’inizio non vi è Ce 4+ presente e la soluzione contiene 0.0100 M <strong>di</strong> Fe 2+<br />
Tracce <strong>di</strong> Fe 3+ , derivanti dall’ossidazione <strong>di</strong> Fe 2+ da parte dell’ossigeno<br />
<strong>di</strong>sciolto non possono essere portate a calcolo<br />
Dopo aggiunta <strong>di</strong> 5.00 mL <strong>di</strong> Ce 4+ 0.0200 M<br />
mmoli <strong>di</strong> Fe 3+ prodotte = mmoli <strong>di</strong> Ce 4+ aggiunte<br />
mmoli <strong>di</strong> Fe 3+ = 5.00 × 0.0200 = 0.100<br />
mmoli <strong>di</strong> Fe 2+ restanti = (50.00 × 0.0100) - 0.100 = 0.400<br />
Vtotale = 50.00 + 5.00 = 55.00 mL<br />
2+<br />
[ Fe<br />
]<br />
0.400 mmol 55.0 mL<br />
E = E° - 0.0591log = 0.77 - 0. 0591log<br />
3+<br />
[ Fe ] 0.100<br />
mmol 55.0<br />
mL<br />
E = 0.77 - 0.04 = 0.73 V
TITOLAZIONE DI Fe 2+ CON Ce 4+<br />
Dopo aggiunta <strong>di</strong> 12.50 mL <strong>di</strong> Ce 4+ 0.0200 M<br />
mmoli <strong>di</strong> Fe 3+ prodotte = mmoli <strong>di</strong> Ce 4+ aggiunte<br />
mmoli <strong>di</strong> Fe 3+ = 12.50 × 0.0200 = 0.250<br />
mmoli <strong>di</strong> Fe 2+ restanti = (50.00 × 0.0100) - 0.250 = 0.250<br />
Vtotale = 50.00 + 12.50 = 62.50 mL<br />
2+<br />
2+<br />
[ Fe ] [ Fe ] 0.250 mmol 62.50 mL<br />
E = E° - 0.0591log E = E° - 0.0591log = 0.77 - 0.0591log<br />
3+<br />
E = 0.77 3+ V<br />
= 0.77 - 0.0591log1<br />
[ Fe ] [ Fe<br />
] 0.250<br />
mmol 62. 50 mL<br />
NB: a metà del volume <strong>di</strong> titolante rispetto al punto <strong>di</strong> equivalenza<br />
E = E° della semi-reazione Fe 3+ + e - Fe 2+<br />
Gli altri punti prima del punto <strong>di</strong> equivalenza sono calcolati allo stesso<br />
modo per 20 mL <strong>di</strong> Ce 4+ aggiunti E = 0.81 V, per 24 mL <strong>di</strong> Ce 4+ aggiunti E<br />
= 0.85 V
Al punto <strong>di</strong> equivalenza<br />
TITOLAZIONE DI Fe 2+ CON Ce 4+<br />
Per definizione al punto <strong>di</strong> equivalenza il numero <strong>di</strong> mmoli <strong>di</strong> Ce 4+<br />
ad<strong>di</strong>zionati sono esattamente uguali al numero <strong>di</strong> mmoli <strong>di</strong> Fe 2+<br />
inizialmente presenti<br />
[Ce 4+ ] = [Fe 2+ ]<br />
Il potenziale all’equivalenza può essere così calcolato<br />
2+<br />
2+ 3+<br />
3+<br />
[ Fe ]<br />
[ Fe ][ Ce<br />
[ ] Ce ]<br />
E eq = 0.77 2E - eq0.059<br />
= (0.77 1l og + 1.70) E - 3+ eq0.0591log = 1.70 - 0.0591l<br />
og 3+ 4+ 4+<br />
[ Fe<br />
]<br />
[ Fe ][ Ce<br />
[ ] Ce<br />
]<br />
Ricordando che<br />
e che per le specie non reagite<br />
si ottiene che<br />
[Fe 3+ ] = [Ce 3+ ] = 0.500 mmoli·75 mL -1<br />
[Ce 4+ ] = [Fe 2+ ]<br />
2Eeq = (0.77 + 1.70) - 0.0591log1<br />
E eq = = 1.24 V<br />
2
TITOLAZIONE DI Fe 2+ CON Ce 4+<br />
Dopo aggiunta <strong>di</strong> 26.00 mL <strong>di</strong> Ce 4+ (oltre il punto <strong>di</strong> equivalenza)<br />
Vi è un eccesso <strong>di</strong> 1.00 mL <strong>di</strong> Ce 4+<br />
[Ce 4+ ] = (1.00 mL × 0.0200 mmol·mL -1 )·76.00 mL -1<br />
[Ce 4+ ] = 0.0200 mmoli·76 mL -1<br />
[Ce 3+ ] = 0.500 mmoli ·76.00 mL -1 (prodotte al punto <strong>di</strong> equivalenza)<br />
3+<br />
[ Ce ] 3+<br />
mmol 76 mL<br />
E = E° - 0.0591log<br />
[<br />
=<br />
Ce<br />
0.500<br />
1.70<br />
]<br />
E = E° - 0.0591log - 0.0591log<br />
4+ = 1.70 - 0.08 = 1.62 V<br />
[Ce ] 4+<br />
[ Ce ]<br />
0.020 mmol 76 mL<br />
Analogamente, dopo 30.00 mL <strong>di</strong> Ce 4+ aggiunti E = 1.66 V<br />
Dopo aggiunta <strong>di</strong> 50.00 mL <strong>di</strong> Ce 4+<br />
Vi è un eccesso <strong>di</strong> 0.500 mmoli <strong>di</strong> Ce4+ 0.500 mmol 100 mL<br />
E = 1.70 - 0.0591log = 1.70 = E°<br />
0. 500 mmol<br />
100 mL<br />
4 + 3+<br />
,<br />
Ce Ce
E vs SHE<br />
2<br />
1.6<br />
1.2<br />
0.8<br />
0.4<br />
0<br />
TITOLAZIONE DI Fe 2+ CON Ce 4+<br />
Punto <strong>di</strong> equivalenza<br />
Metà del punto <strong>di</strong><br />
equivalenza<br />
Doppio del volume <strong>di</strong> titolante<br />
necessario per raggiungere<br />
l’equivalenza<br />
0 10 20 30 40 50 60<br />
Vol Ce 4+
La reazione <strong>di</strong> titolazione è<br />
Reazione cato<strong>di</strong>ca:<br />
Reazione ano<strong>di</strong>ca:<br />
Reazione totale:<br />
TITOLAZIONE DI Fe 2+ CON Ce 4+<br />
-<br />
Ce 4+ + Fe 2+ Ce 3+ + Fe 3+<br />
Ce 4+<br />
Fe 3+<br />
Ce 4+<br />
+ e -<br />
+ e -<br />
+ Fe 2+<br />
<br />
<br />
<br />
Ce 3+<br />
Fe 2+<br />
Ce 3+ + Fe 3+<br />
E° =<br />
E° =<br />
E° =<br />
1. 70 - 0.77<br />
0.93<br />
logK eq = = = 15.75; K eq = 5.6 ⋅ 10<br />
0.0591 0.0591<br />
È una reazione rapida 1:1 con una elevata costante <strong>di</strong> equilibrio<br />
15<br />
+1.700 V<br />
- +0.770 V<br />
+0.930 V<br />
Dopo ogni aggiunta <strong>di</strong> titolante (Ce 4+ ) si misura il potenziale dell’elettrodo <strong>di</strong><br />
Pt vs SHE
Titolazione con a # b<br />
2 Fe3+ + Sn2+ 2 Fe2+ + Sn4+<br />
EoFe =0.771 V EoSn =0.15 V logK =2(0.771-0.15)=21.1<br />
Al p eq Eeq =(bEo1 + aEo2)/a+b =1/3(0.771+ 2* 0.15) =0.357 V<br />
Si nota:<br />
•Curva asimmetrica<br />
•P.eq risulta spostato<br />
verso la coppia che<br />
impegna il maggior<br />
numero <strong>di</strong> e-
Titolazione a cui partecipa una coppia che coinvolge H+ o OH-<br />
Esempio: TITOLAZIONE DI Fe 2+ CON MnO 4 -<br />
Consideriamo la titolazione <strong>di</strong> 50.00 mL <strong>di</strong> Fe 2+ 0.0500 M con MnO 4 -<br />
0.0200 M (a H + = 1.00)<br />
Le due semireazioni sono<br />
MnO 4 - + 5Fe 2+ + 8H + Mn 2+ + 5Fe 3+ + 4H2O<br />
MnO 4 - + 8H + + 5e - Mn 2+ + 4H2O E° = +1.51 V<br />
Fe 3+ + e - Fe 2+ E° = +0.771 V<br />
NB N MnO4 - = 5 × 0.0200 = 0.100 eq·L -1
Dopo aggiunta <strong>di</strong> 5.00 mL (prima del punto <strong>di</strong> equivalenza)<br />
mmoli <strong>di</strong> Fe 3+ = 5.00 mL MnO 4 - × 0.0200 mmoli mL -1 × 5 =0.5<br />
mmoli <strong>di</strong> Fe 2+ = 0.05*50– 0.500 = 2.000<br />
E = 0.771 + 0.059 log [Fe3+]/[Fe2+] = 0.771 + 0.059 log 0.5/2 = 0.74<br />
Gli altri valori <strong>di</strong> E fino al punto <strong>di</strong> equivalenza sono calcolati in maniera<br />
analoga.<br />
Al p. Eq:<br />
[Fe 2+ ] = 5[MnO 4 - ] e [Fe 3+ ] = 5[Mn 2+ ]<br />
Si ha pure: [Fe3+]/[Fe2+] = [Mn2+]/[MnO4-]<br />
Eeq=EoFe + 0.059 log [Mn2+]/[MnO4-]<br />
Eeq=EoMno4 + 0.059/5 log [MnO4-][H+] 8 /[Mn2+] x 5<br />
6 Eeq = 0.771 + 5 * 1.51 + 0.059 log[Mn2+] [MnO4-][H+] /[MnO4-][Mn2+]<br />
8
Eeq <strong>di</strong>pende dal pH<br />
6 Eeq = 8.32 + 0.059 log [H+] 8<br />
Eeq = 1.39 + 0.0098 log [H+] 8 = 1.39 -0.08 pH<br />
Dopo aggiunta <strong>di</strong> 50.00 mL <strong>di</strong> titolante<br />
Il totale <strong>di</strong> 1.000 mmole <strong>di</strong> MnO 4 - è stato convertito per metà in Mn 2+ al punto <strong>di</strong><br />
equivalenza<br />
E = 1.51 -<br />
0.0591 0.500 mmol 100.00 mL<br />
log = 1.51 V<br />
5 100.<br />
( ) 8<br />
0.500<br />
mmol 00 mL 1<br />
Per a H + = 1.00, E = E° della riduzione <strong>di</strong> MnO 4 - a Mn 2+<br />
La costante <strong>di</strong> equilibrio è data da: log K =5(1.51-0.771)/0.059=62.63
E vs SHE<br />
1.6<br />
1.4<br />
1.2<br />
1<br />
0.8<br />
0.6<br />
0.4<br />
TITOLAZIONE DI Fe 2+ CON MnO 4 -<br />
La curva non è completamente simmetrica<br />
E eq è più vicino all’E° della coppia che accetta il numero più alto <strong>di</strong> elettroni<br />
E eq = 1.39 V; E° MnO4 - /Mn 2+ = 1.51 V<br />
Punto <strong>di</strong> equivalenza<br />
Doppio del volume <strong>di</strong> titolante<br />
necessario per raggiungere<br />
l’equivalenza<br />
0 10 20 30<br />
Vol MnO4<br />
40 50 60<br />
-<br />
Metà del punto <strong>di</strong> equivalenza
Titolazione in cui una mole <strong>di</strong> reattivo fornisce due o più moli <strong>di</strong><br />
prodotto<br />
In questo caso a <strong>di</strong>fferenza dei precedenti il potenziale varia con la<br />
<strong>di</strong>luizione in quanto le specie ridotte hanno coefficienti <strong>di</strong>versi da<br />
quelli della specie ossidata.<br />
Esempi: S4O6 2- + 2 e 2 S2O3 2-<br />
Cr2 O7 2- + 14 H+ + 6 e 2 Cr 3+ + 7 H2O<br />
Nell’eq <strong>di</strong> Nerst le due specie ox e rid hanno coefficienti <strong>di</strong>versi e<br />
quin<strong>di</strong> non si elidono al peq. Di conseguenza Eq <strong>di</strong>pende dalle loro<br />
conc.<br />
2 Fe 3+ + 2I- 2 Fe 2+ + I2<br />
Eeq= (Eo Fe + 2 EoI2 )/3 – 0.059/3log2 [I-]
Permanganometria<br />
Il KMnO 4 è un energico ossidante e questa sua prerogativa ne limita le applicazioni in<br />
campo analitico dato che i substrati organici, oltre ad essere titolati vengono anche degradati.<br />
In soluzione acida è molto energico e si riduce a Mn2+<br />
MnO4- + 5e- + 8H+ Mn2+ +4H2O PE = PM/5 E° = +1.51 V<br />
H 2SO 4<br />
HClO 4<br />
HNO3<br />
HCl<br />
HNO3 agisce da ossidante competitivo<br />
2MnO4- + 10Cl- + 16H+ 2Mn2+ + 5Cl2 + 8H2O<br />
In ambiente neutro o leggermente alcalino è un ossidante ancora più energico<br />
MnO4- + 2H2O +3e → MnO2 + 4OH- E0= +1.695 volt
PERMANGANOMETRIA: VANTAGGI<br />
Colore abbastanza intenso da poter essere utilizzato come in<strong>di</strong>catore<br />
(soluzione autoin<strong>di</strong>catrice)<br />
Il suo colore (porpora o rosa nelle soluzioni più <strong>di</strong>luite) è percepito a<br />
concentrazione molto basse (2 . 10 -6 M)<br />
La colorazione tende a scomparire a causa della reazione:<br />
2MnO 4 - + 3Mn 2+ + 2H2O 5MnO 2(s) + 4H + K eq = 10 47<br />
Fortunatamente nonostante la costante <strong>di</strong> equilibrio molto elevata, la<br />
reazione è lenta <strong>di</strong> conseguenza al punto finale scompare solo<br />
gradatamente<br />
Costo modesto
PERMANGANOMETRIA: SVANTAGGI<br />
KMnO 4 non è uno standard primario. Le sue soluzioni non sono stabili e<br />
tendono generalmente a separare MnO 2 per reazione autocatalitica<br />
Non può essere usato per titolare soluzioni <strong>di</strong> acido cloridrico degli analiti<br />
Soluzioni molto colorate, non si osserva bene il menisco nella buretta<br />
KMnO 4 è ossidante molto forte pertanto è poco selettivo
PERMANGANOMETRIA: SVANTAGGI<br />
KMnO 4 non è uno standard primario. Le sue soluzioni non sono stabili e<br />
tendono generalmente a separare MnO 2 per reazione autocatalitica<br />
4MnO 4 - + 4H + 4MnO2(s) + 2H 2O + 3O 2(g)<br />
Tale reazione è causata dalla presenza in acqua <strong>di</strong> sostanze organiche riducenti che<br />
darebbero origine a MnO2 il quale a sua volta catalizza l’ossidazione dell’acqua.<br />
La velocità <strong>di</strong> decomposizione è aumentata da un eccesso <strong>di</strong> aci<strong>di</strong> o base, luce e dalla<br />
presenza <strong>di</strong> Mn 2+<br />
Per preparare una soluzione a titolo noto <strong>di</strong> KMnO 4<br />
• si pesa una quantità leggermente superiore a quella teorica<br />
• la si scioglie in un opportuno volume <strong>di</strong> H 2 O<br />
• la si fa bollire per alcuni minuti (in modo da accelerare l’ossidazione delle sostanze<br />
organiche presenti nell’acqua)<br />
• si filtra l’MnO 2 così formatosi insieme a quello presente come impurezza<br />
Si richiede la conservazione al buio e una ristandar<strong>di</strong>zzazione ogni una o due settimane
Standard primari<br />
Ossalato <strong>di</strong> so<strong>di</strong>o:<br />
PERMANGANOMETRIA<br />
O<br />
O<br />
+ Na<br />
O O + Na<br />
PE = PM/2<br />
2MnO -<br />
4 + 5H2C2O4 + 6H + 2Mn2+ +3 +4<br />
+ 10CO2(g) + 8H2O La reazione è lenta a temperatura ambiente (risulta leggermente più veloce a caldo) finché<br />
non è presente una quantità <strong>di</strong> Mn 2+ sufficiente a catalizzarla<br />
Il Mn 2+ infatti reagisce con il MnO 4 - e forma delle specie, in cui il manganese ha un numero <strong>di</strong><br />
ossidazione interme<strong>di</strong>o e che sono più veloci dello stesso MnO 4 - nell’ossidare l’acido ossalico<br />
Non appena la concentrazione <strong>di</strong> Mn 2+ è <strong>di</strong>ventata apprezzabile la reazione precede in<br />
conseguenza dell’autocatalisi. Si tiola fino a colorazione rosa persistente. Per almeno 30<br />
secon<strong>di</strong>.<br />
Si riscalda a T
Standard primari<br />
PERMANGANOMETRIA<br />
Sale <strong>di</strong> Mohr Fe(NH 4) 2(SO 4) 2 . 6H2O PE = PM= 392.16<br />
MnO 4 - + 5Fe 2+ + 8H + Mn 2+ + 5Fe 3+ + 4H2O<br />
N KMnO4 = g sale *1000 / ml KMnO4 *392.16<br />
E meno consigliato perchè può perdere acqua <strong>di</strong> idratazione e potrebbe<br />
essere suscettibile <strong>di</strong> ossidazione. Ha però un alto PM.<br />
Anidride arseniosa PE = PM/4<br />
4MnO 4 - + 5As2O 3 + 12H + 4Mn 2+ + 5As 2O 5 + 6H 2O<br />
Ha l’inconveniente <strong>di</strong> dover essere solubilizzata in alcali non essendo<br />
solubile in acqua. Dopo <strong>di</strong>scioglimento si aci<strong>di</strong>fica e si titola
Preparazione e standar<strong>di</strong>zzazione <strong>di</strong> una soluzione <strong>di</strong> KMnO 4<br />
Sebbene il KMnO 4 può essere ottenuto allo stato puro non è usato come soluzione madre<br />
in quanto le sostanze presenti nell’acqua andrebbero a variare la concentrazione <strong>di</strong><br />
KMnO 4. Si prepara una soluzione approssimata si lascia a riposo per 24h, si scalda (per<br />
accelerare l’ossidazione dei contaminanti), si lascia a riposo per una notte e si filtra su<br />
lana <strong>di</strong> vetro per eliminare MnO 2. Si raccoglie la soluzione in bottiglia <strong>di</strong> vetro scuro.<br />
La filtrazione su carta da filtro non può essere fatta perchè la cellulosa ridurrebbe il<br />
permanganato.
APPLICAZIONI<br />
Dosaggio <strong>di</strong> Fe(II)<br />
Per poter determinare Fe(II) necessita la completa assenza <strong>di</strong> Fe(III) che<br />
deve essere preventivamente ridotto<br />
a)In ambiente acido per H2SO4<br />
In questo caso Fe(III) deve essere ridotto con opportuni riducenti messi in<br />
eccesso : H2S, SO2. L’eccesso deve essere poi eliminato per<br />
riscaldamento. Si può utilizzare anche un amalgama <strong>di</strong> Zn ottenuto da:<br />
Zn granulare + HgCl2 ZnCl2 + Hg<br />
Che viene posto in una colonnina su cui viene fatta poi passare la<br />
soluzione <strong>di</strong> ferro.,<br />
Sull’eluato dopo aggiunta <strong>di</strong> H2SO4 si titola con permanganato.
) In ambiente cloridrico<br />
MnO4- + 5Fe2+ + 8H+ Mn2+ + 5Fe3+ + 4H2O<br />
Per poter effettuare la titolazione in amb cloridrico necessita:<br />
1. Non avere Fe(III)<br />
2. Abbassare il potenziale del permanganato al <strong>di</strong> sotto <strong>di</strong><br />
quello della coppia cloruro/cloro<br />
3. Abbassare E Fe3+/Fe2+<br />
Metodo <strong>di</strong> Zimmerman-Reinhardt
• Per prima cosa si aggiunge SnCl2 per ridurre Fe(III)<br />
• Sn2+ + Fe3+ Sn4+ + Fe2+ e<br />
• subito dopo si aggiunge HgCl2 in modo da ossidare Sn2+ in eccesso:<br />
• Sn2+ + HgCl2 Sn4+ + Hg2Cl2<br />
(bianco)<br />
• Quin<strong>di</strong> si aggiunge soluzione <strong>di</strong> Zimmermann (MnSO4, H2SO4, H3PO4)<br />
• MnSO4 Mn 2+ fa abbassare il potenziale della coppia MnO4-/Mn2+<br />
• H3PO4 abbassa E Fe3+/fe2+ in quanto forma complessi solo con<br />
Fe3+<br />
• H2SO4 per assicurare il pH ottimale per il potenziale ossidante <strong>di</strong> MnO4-
TITOLAZIONE DI Fe 2+ CON MnO 4 -<br />
Consideriamo la titolazione <strong>di</strong> 50.00 mL <strong>di</strong> Fe 2+ 0.0500 M con MnO 4 -<br />
0.0200 M (a H + = 1.00)<br />
Le due semireazioni sono<br />
MnO 4 - + 5Fe 2+ + 8H + Mn 2+ + 5Fe 3+ + 4H2O<br />
MnO 4 - + 8H + + 5e - Mn 2+ + 4H2O E° = +1.51 V<br />
Fe 3+ + e - Fe 2+ E° = +0.77 V<br />
NB N MnO4 - = 5 × 0.0200 = 0.100 eq·L -1
TITOLAZIONE DI Fe 2+ CON MnO 4 -<br />
Dopo aggiunta <strong>di</strong> 5.00 mL (prima del punto <strong>di</strong> equivalenza)<br />
mmoli <strong>di</strong> Fe 3+ = 5.00 mL MnO 4 - × 0.0200 mmoli mL -1 × 5<br />
mmoli <strong>di</strong> Fe 3+ = 0.500 mmoli<br />
mmoli <strong>di</strong> Fe 2+ = 2.500 mmoli – 0.500 mmoli = 2.000 mmoli<br />
2+<br />
[ Fe ]<br />
2.000 mmol 55 mL<br />
E = E° - 0.0591log = 0.77 - 0.0591log<br />
3+<br />
[Fe ] 0.500 mmol 55 mL<br />
E = 0.77 – 0.0591 × 0.602 = 0.73 V<br />
Gli altri valori <strong>di</strong> E fino al punto <strong>di</strong> equivalenza sono calcolati in maniera<br />
analoga
TITOLAZIONE DI Fe 2+ CON MnO 4 -<br />
Al punto <strong>di</strong> equivalenza<br />
2+<br />
2 +<br />
[ Fe ]<br />
0.0591 [ Mn ]<br />
E eq = 0.77 - 0.0591l<br />
og E 3+ eq = 1.51 - log − + 8<br />
[ Fe<br />
]<br />
5 [ M nO 4 ][H ]<br />
Non è possibile sommare <strong>di</strong>rettamente le due equazioni ma occorre<br />
moltiplicare per 5 la seconda<br />
2<br />
[ F e ]<br />
E eq = 0.77 - 0.0591log 3<br />
[ Fe ]<br />
+<br />
+<br />
2 +<br />
[ Mn ]<br />
5E = 5 × 1.51 - 0.0591log 0.0591 [ Mn ]<br />
5E 5<br />
= 5<br />
5<br />
1.51 5<br />
MnO<br />
eq − 2 + 8<br />
eq × - × 0.0591 log<br />
[ 2 +<br />
4 ][H [Mn ] ]<br />
E − + 8<br />
eq = × 1.51 - 5 × 5 lo<br />
5<br />
[ MnO g<br />
4 ][H − ] + 8<br />
[ MnO4<br />
][H ]<br />
6E = ( 5 × 1.51) + 0.77 - 0.0591log<br />
[<br />
Mn<br />
]<br />
Fe<br />
Essendo aH + = 1.00, [Fe2+ ] = 5[MnO -<br />
4 ] e [Fe3+ ] = 5[Mn2+ ]<br />
2+ 2+<br />
[ ][ ]<br />
eq − 3 + +<br />
MnO4 [ Fe<br />
][H<br />
Mn<br />
6E = ( 1.51) + 0.77 - 0.0591log<br />
6E = ( 1.51) + 0.77 - 0.0591log Mn<br />
6Eeq = (5 × 1.51) + 0.77 – 0.0591log1<br />
( 5 ×<br />
1.51) + 0.77<br />
2 +<br />
−<br />
[ 2 + ]5[ MnO −<br />
4 ]<br />
eq<br />
5 ×<br />
[ ] 5 [MnO 4 ]<br />
− 2 + 8<br />
eq 5 ×<br />
[ MnO−<br />
4 ]5[ Mn 2 + ] 1 8<br />
[MnO 4 ] 5 [Mn ] 1<br />
]<br />
8
TITOLAZIONE DI Fe 2+ CON MnO 4 -<br />
Dopo aggiunta <strong>di</strong> 26.00 mL <strong>di</strong> titolante (oltre il punto <strong>di</strong> equivalenza)<br />
mmoli <strong>di</strong> MnO 4 - in eccesso = 1.00 mL × 0.0200 mmol·mL -1<br />
mmoli <strong>di</strong> MnO 4 - = 0.0200 mmoli<br />
mmoli <strong>di</strong> Mn 2+ (convertiti al p.eq.) = 25.00 mL × 0.0200 mmol mL -1 mmoli<br />
<strong>di</strong> Mn 2+ = 0.500 mmoli<br />
2+<br />
0.0591 [ Mn<br />
]<br />
E = E° - log<br />
5 [ M nO<br />
] [H<br />
0.0591 0.500 mmol<br />
76.00 mL<br />
E = 1.51 - log = 1.49 V<br />
5 76<br />
−<br />
4<br />
( ) 8<br />
0.020 mmo<br />
l .00 mL 1<br />
Gli altri potenziali sono calcolati in maniera analoga<br />
+<br />
]<br />
8
E vs SHE<br />
1.6<br />
1.4<br />
1.2<br />
1<br />
0.8<br />
0.6<br />
0.4<br />
TITOLAZIONE DI Fe 2+ CON MnO 4 -<br />
La curva non è completamente simmetrica<br />
E eq è più vicino all’E° della coppia che accetta il numero più alto <strong>di</strong> elettroni<br />
E eq = 1.39 V; E° MnO4 - /Mn 2+ = 1.51 V<br />
Punto <strong>di</strong> equivalenza<br />
Doppio del volume <strong>di</strong> titolante<br />
necessario per raggiungere<br />
l’equivalenza<br />
0 10 20 30<br />
Vol MnO4<br />
40 50 60<br />
-<br />
Metà del punto <strong>di</strong> equivalenza
CURVE DI TITOLAZIONE<br />
Nell’ossidazione con MnO -<br />
4 ∆E non risulta simmetrico rispetto al potenziale<br />
del p.e. (come avviene invece nel caso dell’ossidazione con Ce +4 ), perché il<br />
rapporto <strong>di</strong> combinazione non è unitario (1 MnO -<br />
4 / 5 Fe +2 ). ∆E è maggiore<br />
perché Keq è molto più grande<br />
E<br />
1.9<br />
1.7<br />
1.5<br />
1.3<br />
1.1<br />
0.9<br />
0.7<br />
0.5<br />
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50<br />
mL<br />
Punto <strong>di</strong> equivalenza
OSSIDABILITA’<br />
• Metodo in<strong>di</strong>retto per in<strong>di</strong>viduare inquinamento<br />
organico<br />
• Si basa sulla possibilità <strong>di</strong> ossidare sost<br />
organica a CO2 e determinare contenuto <strong>di</strong><br />
sostanze ossidabili dal consumo <strong>di</strong> ossigeno<br />
• Ossidante : permanganato<br />
• Interferenti: ioni inorganici riducenti, es. Fe(II) e<br />
lo ione nitroso
Siccome la reazione avviene tra un ossidante e più composti organici <strong>di</strong>fferenti<br />
(<strong>di</strong> cui in linea <strong>di</strong> massima non ci si preoccupa <strong>di</strong> scoprire la formula perché ai<br />
fini dell' analisi che vogliamo condurre non è necessario), nell' equazione <strong>di</strong><br />
reazione non è possibile evidenziare nessun composto organico<br />
Dal punto <strong>di</strong> vista della stechiometria si può evidenziare che:<br />
che può essere riscritto nella forma
Quest' ultima equazione ci <strong>di</strong>ce che quando vengono consumati 31,6 grammi <strong>di</strong><br />
permanganato (1 eq <strong>di</strong> permanganato) il consumo <strong>di</strong> ossigeno è pari a 8 g<br />
(1 eq <strong>di</strong> ossigeno);<br />
Se per analizzare 100 ml <strong>di</strong> acqua si utilizzano, ad esempio, 2 ml <strong>di</strong><br />
soluzione <strong>di</strong> permanganato 0,01 N, gli equivalenti <strong>di</strong> MnO4- consumati<br />
sono<br />
Eq KMnO4- = eq ossigeno<br />
Le masse <strong>di</strong> permanganato e <strong>di</strong> ossigeno utilizzate per ossidare le<br />
sostanze organiche presenti in 100 ml <strong>di</strong> acqua saranno pari<br />
rispettivamente a 0,632 mg e 0,16 mg .<br />
:<br />
1)
BILANCIAMENTO REAZIONI DI OSSIDO-RIDUZIONE<br />
Il numero <strong>di</strong> elettroni guadagnati dall’agente ossidante deve essere uguale<br />
al numero <strong>di</strong> elettroni persi dalla specie riducente<br />
x 2<br />
x 5<br />
MnO 4 - + H2C 2O 4 + H + Mn 2+ + CO 2(g)<br />
+7 +2<br />
MnO 4 - + 8H + + 5e - Mn 2+ + 4H2O<br />
+3<br />
+4<br />
H 2C 2O 4 2CO 2(g) + 2H + + 2e -<br />
2MnO 4 - + 16H + + 10e - 2Mn 2+ + 8H2O<br />
5H 2C 2O 4 10CO 2(g) + 10H + + 10e -<br />
2MnO 4 - + 5H2C 2O 4 + 6H + 2Mn 2+ + 10CO 2(g) + 8H 2O
• LABORATORIO<br />
• 1) In un volume opportunamente misurato <strong>di</strong> acqua da analizzare si introduce acido<br />
solforico (al solo scopo <strong>di</strong> creare un ambiente acido) e un numero noto <strong>di</strong> equivalenti<br />
<strong>di</strong> permanganato <strong>di</strong> potassio, dopo <strong>di</strong> che si riscalda e si fa bollire; in queste<br />
con<strong>di</strong>zioni una parte del permanganato reagisce ossidando le sostanze organiche ed<br />
una parte rimane non reagita nell’ ambiente <strong>di</strong> reazione.<br />
• 2) Dopo l’ ebollizione si introduce un numero <strong>di</strong> equivalenti <strong>di</strong> ossalato ( ) pari<br />
esattamente al numero <strong>di</strong> equivalenti introdotti nella fase 1) e l’ acido ossalico<br />
• reagisce rapidamente con il permanganato secondo la reazione<br />
• al termine <strong>di</strong> questa reazione rimane un eccesso più o meno grande <strong>di</strong> acido<br />
ossalico pari al numero <strong>di</strong> equivalenti <strong>di</strong> permanganato che, nel corso dell’<br />
ebollizione, hanno reagito con le sostanze organiche.<br />
• 3) Si titola, con la soluzione <strong>di</strong> permanganato, l’ acido ossalico rimasto in eccesso<br />
al termine della fase 2); il punto finale è segnalato dalla comparsa <strong>di</strong> una colorazione<br />
rosa pallido, stabile. Gli equivalenti <strong>di</strong> permanganato utilizzati nel corso <strong>di</strong> questa<br />
titolazione ci permettono <strong>di</strong> calcolare imme<strong>di</strong>atamente il consumo <strong>di</strong> ossigeno in mg<br />
per litro <strong>di</strong> acqua
INDICATORI<br />
Alcune titolazioni non richiedono l’impiego <strong>di</strong> nessun in<strong>di</strong>catore in<br />
quanto il punto finale può essere apprezzato dal colore che assume la<br />
soluzione per un piccolissimo eccesso del titolante<br />
Al <strong>di</strong> fuori <strong>di</strong> questi casi particolari è necessario utilizzare degli in<strong>di</strong>catori<br />
<strong>di</strong> ossido-riduzione, ossia sostanze organiche sensibili alla variazione<br />
del potenziale del sistema <strong>di</strong> reazione, ed in genere anche al pH, ma<br />
non alla variazione <strong>di</strong> concentrazione dei reagenti presenti<br />
Possono essere <strong>di</strong> due tipi<br />
In<strong>di</strong>catori specifici<br />
devono il loro comportamento alla<br />
reazione con uno dei partecipanti<br />
alla reazione <strong>di</strong> titolazione<br />
In<strong>di</strong>catori veri<br />
rispondono al potenziale del<br />
sistema piuttosto che alla comparsa<br />
o alla scomparsa <strong>di</strong> una particolare<br />
specie durante il corso della<br />
titolazione
Titolante colorato<br />
Titolante<br />
Funziona<br />
colorato<br />
come autoin<strong>di</strong>catore<br />
Funziona come autoin<strong>di</strong>catore<br />
MnO -<br />
4 , I2, Br2 MnO 4 -<br />
INDICATORI SPECIFICI<br />
Amido<br />
forma un complesso <strong>di</strong> colore blu intenso con lo io<strong>di</strong>o. La comparsa o<br />
scomparsa <strong>di</strong> questo complesso segnala il punto finale<br />
Tiocianato<br />
forma un complesso <strong>di</strong> colore rosso con Fe3+ (FeSCN2+ )<br />
Può servire come in<strong>di</strong>catore nella titolazione del Fe3+ con Ti3+ Fe3+ + Ti3+ + H2O → Fe2+ + TiO2+ + 2H +<br />
Amido<br />
forma un complesso <strong>di</strong> colore blu intenso con lo io<strong>di</strong>o. La comparsa o<br />
scomparsa <strong>di</strong> questo complesso segnala il punto finale<br />
Tiocianato<br />
forma un complesso <strong>di</strong> colore rosso con Fe3+ (FeSCN2+ )<br />
Può servire come in<strong>di</strong>catore nella titolazione del Fe3+ con Ti3+ Fe3+ + Ti3+ + H2O → Fe2+ + TiO2+ + 2H +<br />
Al punto <strong>di</strong> equivalenza il colore rosso del complesso scompare
INDICATORI VERI<br />
Gli in<strong>di</strong>catori veri (o generici) sono sostanze che cambiano colore a<br />
seconda se sono ossidati (In Ox) o ridotti (In Red)<br />
Al contrario degli in<strong>di</strong>catori specifici sono sostanzialmente più versatili,<br />
hanno maggiori applicazioni e le variazioni <strong>di</strong> colore sono soprattutto<br />
in<strong>di</strong>pendenti dalla natura chimica dell’analita e del titolante, <strong>di</strong>pendendo<br />
invece dalle variazioni <strong>di</strong> E durante la titolazione<br />
La semi-reazione responsabile della variazione <strong>di</strong> colore è:<br />
In ox + ne - In red<br />
Se questo processo è elettrochimicamente reversibile<br />
E °<br />
0.0591<br />
= E In<br />
- log<br />
n [<br />
[I n ]<br />
In<br />
red<br />
ox<br />
]
INDICATORI VERI<br />
L’in<strong>di</strong>catore è sempre in equilibrio con la soluzione, il suo potenziale <strong>di</strong><br />
riduzione è uguale a quello della soluzione e perciò varia come<br />
quest’ultimo durante il corso della titolazione<br />
In comune con altri tipi <strong>di</strong> in<strong>di</strong>catori chimici, il colore <strong>di</strong>penderà dal<br />
rapporto fra le concentrazione della specie In ox e In red.<br />
[ Inred<br />
]<br />
> 10<br />
[ In ]<br />
ox<br />
[ Inred<br />
]<br />
<<br />
[ In ]<br />
ox<br />
0.1<br />
Siamo in grado <strong>di</strong> apprezzare la colorazione della<br />
forma ridotta<br />
Siamo in grado <strong>di</strong> apprezzare la colorazione della<br />
forma ossidata
INDICATORI VERI<br />
L’intervallo <strong>di</strong> viraggio, richiede la variazione <strong>di</strong> alcuni centesimi <strong>di</strong> volt del<br />
potenziale del sistema<br />
0.0591 [ Inr<br />
ed<br />
] 0.0591 0.0591<br />
Etrans = E° In - log = E° In<br />
± log10 = E°<br />
In ±<br />
n [ In<br />
]<br />
n<br />
n<br />
ox<br />
E° In +<br />
0.0591 0.0591<br />
< Esistema > E° In<br />
- o anche<br />
n n<br />
:<br />
0.118<br />
n V<br />
il cambiamento <strong>di</strong> colore si osserva quando<br />
il potenziale dell’in<strong>di</strong>catore deve essere il più vicino possibile a quello<br />
misurato dal sistema all’equivalenza<br />
E può <strong>di</strong>pendere anche dal pH<br />
In ox +2e - + nH + In red<br />
Pertanto si utilizza il potenziale <strong>di</strong> transizione che corrisponde al<br />
potenziale <strong>di</strong> una soluzione il cui il 50% dell’in<strong>di</strong>catore è presente in f.<br />
ossidata ed il 50% in f. Ridotta alle con<strong>di</strong>zioni <strong>di</strong> pH e forza ionica.
ERRORE <strong>di</strong> titolazione<br />
Esempio: Eo1=1.4V E02 = 0.65V a=b=1 elettrone<br />
Eeq= (1.4+0.65)/2= 1.025 V<br />
Se viene usato il potenziale <strong>di</strong> transizione = 0.88 V<br />
Il viraggio dell’in<strong>di</strong>catore può essere apprezzato da 0.88-0.059 =0.821 V<br />
a 0.88 +0.059 = 0.939 V<br />
Errore <strong>di</strong> titolazione:<br />
Si det la quantità <strong>di</strong> rid2 che non è ancora stato ossidato a questo<br />
potenziale: 0.939 = 0.65 +0.059log [Ox2]/[rid2]<br />
Da qui si deduce [Ox2]/[rid2] = 10 (0.939-0.65/0.059 = 10 4.9<br />
Ciò vuol <strong>di</strong>re che deve essere ancora titolata una parte <strong>di</strong> reattivo su 10 4.9<br />
corrispondente ad un errore < 0.1% e quin<strong>di</strong> può essere adoperato.
Applicabilità delle reazioni redox<br />
LE REAZIONI PER ESSERE UTILIZZATE NELL’ANALISI VOLUMETRICA<br />
DEVONO ESSERE:<br />
•Rapida<br />
•Stechiometrica<br />
•Univoca<br />
•Completa<br />
•Per le reazioni redox è facile che siano:<br />
•Lente<br />
•Non stechiometriche<br />
•Non univoche<br />
•Si può operare a caldo ed in presenza <strong>di</strong> catalizzatori per accellerare la<br />
reazione e necessita ogni volta scegliere il sistema adeguato.
Applicabilità delle titolazioni redox<br />
Mole sostanze quali: ac nitrico, cloro, acqua ossigenata, ac solfidrico,<br />
cloruro stannico ecc, haano proprietà ossidanti o riducenti ma non<br />
possono essere usate perche o instabili o danno reazioni non univoche.<br />
Generalmente usati: permanganato,<strong>di</strong>cromato,io<strong>di</strong>o, cerio , iodato ecc<br />
Inconveniente è che quando si usano ossidanti forti come per es<br />
permanganato si ha una mancanza <strong>di</strong> selettività.
Reagente<br />
Ce 4+<br />
KMnO 4<br />
KBrO 3<br />
K 2 Cr 2 O 7<br />
I 2<br />
Prodotto <strong>di</strong><br />
riduzione<br />
Ce 3+<br />
Mn 2+<br />
Br -<br />
Cr 3+<br />
I -<br />
TITOLANTI OSSIDANTI STANDARD<br />
{Ox} + ne - → {Red} E° = 0.5÷1.7 V<br />
E° V<br />
+1.700<br />
+1.510<br />
+1.440<br />
+1.330<br />
+0.536<br />
Standard<br />
Primario<br />
Na 2 C 2 O 4 , Fe, As 2 O 3<br />
Na 2 C 2 O 4 , Fe, As 2 O 3<br />
KBrO 3<br />
K 2 Cr 2 O 7 ,<br />
As 2 O 3<br />
In<strong>di</strong>catore<br />
Ferroina<br />
MnO 4 -<br />
a-Naftoflavone<br />
Ac.<br />
Difenilammino<br />
Solfonico<br />
Amido<br />
Stabilità<br />
Indefinita<br />
Moderata<br />
Indefinita<br />
Indefinita<br />
Instabile
Soluzioni stabili anche a caldo<br />
TITOLAZIONI CON Ce 4+ : VANTAGGI<br />
Sono <strong>di</strong>sponibili sali <strong>di</strong> standard primario (esanitrocerato <strong>di</strong> ammonio<br />
(NH 4) 2Ce(NO 3) 6)<br />
I suoi sali hanno un elevato PM<br />
La reazione <strong>di</strong> riduzione è stechiometricamente semplice, l’elemento non<br />
può assumere stati <strong>di</strong> ossidazione interme<strong>di</strong><br />
Pur essendo colorate in giallo intenso, le sue soluzioni sono trasparenti e<br />
consentono una ottima osservazione del menisco nella buretta
TITOLAZIONI CON Ce 4+ : SVANTAGGI<br />
A <strong>di</strong>fferenza <strong>di</strong> MnO 4 - il colore della soluzioni <strong>di</strong> Ce 4+ non è così intenso<br />
da poter essere utilizzato come in<strong>di</strong>catore (si utilizza la ferroina<br />
In soluzioni inferiori a 0.1 M in acido forte tende a formare sali basici<br />
scarsamente solubili<br />
Costo elevato dei sali
Vantaggi<br />
Purezza e stabilità (standard<br />
primario)<br />
Stabilità delle soluzioni (anche a<br />
caldo)<br />
A temperatura ambiente non<br />
ossida Cl -<br />
Scarsa tendenza ad ossidare<br />
composti organici (evitate<br />
potenziali interferenze)<br />
Costo modesto<br />
TITOLAZIONI CON K 2 Cr 2 O 7<br />
Svantaggi<br />
Basso E° rispetto a MnO 4 - e Ce 4+<br />
Lentezza delle reazioni
TITOLAZIONI CON K 2 Cr 2 O 7 : APPLICAZIONI<br />
Determinazione del C.O.D. (Chemical Oxygen Demand)<br />
È un saggio che si effettua sulle acque industriali e potabili per<br />
determinare l’insieme delle sostanze riducenti ossidabili con mezzi<br />
chimici (limite da 125 a 500mg/L), senza cioè l’azione biocatalitica <strong>di</strong><br />
microorganismi (B.O.D.)<br />
Le semi-reazioni sono<br />
{C} + 2H 2O CO 2(g) + 4H + + 4e -<br />
Cr 2O 7 2- + 6e - + 14H + 2Cr 3+ + 7H2O<br />
3{C} + 2Cr 2O 7 2- + 14H + → 3CO2(g) + 4Cr 3+ + 8H 2O<br />
Si opera in presenza <strong>di</strong> H 2SO 4, AgSO 4 (catalizzante) e HgSO 4<br />
(complessante del Cl - che interferirebbe nella determinazione)<br />
L’eccesso <strong>di</strong> bicromato è poi retrotitolato con soluzioni standard <strong>di</strong> Fe 2+<br />
(in<strong>di</strong>catore ferroina). Il titolo <strong>di</strong> sostanza ossidabile è espresso come la<br />
quantità equimolecolare <strong>di</strong> O 2 che sarebbe stata consumata dallo stesso<br />
analita secondo la reazione<br />
{C} + O 2 → CO 2(g)
TITOLAZIONI CHE COMPORTANO PIÙ DI UNA REAZIONE<br />
Agenti riducenti che hanno E° che <strong>di</strong>fferiscono <strong>di</strong> almeno 0.20 V, quando<br />
vengono titolati contemporaneamente con un titolante ossidante (o<br />
viceversa), danno curve con più salti<br />
Esempio<br />
Ce 4+ + e - Ce 3+ E° = +1.70 V<br />
Fe 3+ + e - Fe 2+ E° = +0.77 V<br />
Cr 3+ + e - Cr 2+ E° = -0.41 V<br />
I valori relativi <strong>di</strong> E° in<strong>di</strong>cano<br />
che<br />
•il Ce 4+ è più facilmente ridotto<br />
dal Cr 2+ rispetto al Fe 3+<br />
•il Cr 2+ è capace <strong>di</strong> ridurre sia<br />
Ce 4+ che Fe 3+<br />
Ce 4+ + Cr 2+ Ce 3+ + Cr 3+<br />
Fe 3+ + Cr 2+ Fe 2+ + Cr 3+<br />
Eccesso <strong>di</strong> Cr 2+
meto<strong>di</strong> io<strong>di</strong>metrici<br />
TITOLAZIONI BASATE SULL’USO DI IODIO<br />
Diretti per le sostanze riducenti<br />
Implicano l’uso <strong>di</strong> una soluzione standard <strong>di</strong> I 2 per titolare analiti che<br />
vengono facilmente ossidati<br />
meto<strong>di</strong> iodometrici<br />
I 2 + Red 2I - + Ox<br />
In<strong>di</strong>retti per le sostanze ossidanti<br />
Fanno uso <strong>di</strong> una soluzione standard <strong>di</strong> Na 2S 2O 3 per titolare I 2 che si<br />
libera dalla reazione <strong>di</strong> un analita ossidante con un eccesso non<br />
misurato <strong>di</strong> KI<br />
2I - + Ox I 2 + Red<br />
I 2 + 2S 2O 3 2- S4O 6 2- + 2I -<br />
Dal volume <strong>di</strong> tiosolfato so<strong>di</strong>co impiegato si risale alla quantità della<br />
sostanza in esame
Nello io<strong>di</strong>metria e iodometria è importante controllare il pH della<br />
soluzione per i seguenti motivi:<br />
Le soluzione <strong>di</strong> io<strong>di</strong>o debbono essere impiegate a pH< 8.5 in<br />
quanto a<br />
pH alcalino lo io<strong>di</strong>o si <strong>di</strong>spropoprziona:<br />
Inoltre ossida il tiosolfato a solfato<br />
I 2 + 2OH - I - + IO - + H 2O<br />
3IO - 2I - +IO 3 -<br />
4I 2 + S 2O 3 2- + 10OH - 2SO4 2- + 8I - + 5H2O<br />
pH fortemente acido il tiosolfato si decompone :<br />
S 2 O 3 2- + 2H+ H2 SO 3 + S<br />
Lo ioduro può essere ossidato dall’ossigeno atmosferico:<br />
4I- + O2 + 4H+ 2I2 + 2H2O
TITOLAZIONI BASATE SULL’USO DI IODIO<br />
Hanno limitata applicabilità perché lo io<strong>di</strong>o è un agente ossidante<br />
relativamente debole (E° = +0.545 V)<br />
Lo io<strong>di</strong>o non è molto solubile in acqua (0.001 M). Per ottenere soluzioni<br />
che abbiano concentrazioni analiticamente utili si scioglie lo io<strong>di</strong>o in<br />
soluzioni moderatamente concentrate <strong>di</strong> ioduro<br />
I 2(s) + I - I 3 - K = 7·10 2<br />
Generalmente si prepara una soluzione a titolo approssimato e la si<br />
standar<strong>di</strong>zza successivamente<br />
Data la loro scarsa stabilità soluzioni <strong>di</strong> preparate a partire da I 2 e I -<br />
vanno standar<strong>di</strong>zzate ogni 3-4 giorni<br />
Alternativamente si solubilizza una quantità esattamente pesata <strong>di</strong> KIO 3,<br />
in un leggero eccesso <strong>di</strong> KI in soluzione e si <strong>di</strong>luisce al volume desiderato<br />
IO 3 - + 5I - + 6H + 3I2 + 3H 2O
STANDARD PRIMARI<br />
Anidride arseniosa As 2O 3 (carcinogeno)<br />
Scarsamente solubile in acqua, si scioglie in NaOH 1M<br />
As 2O 3(s) + 2OH - → 2AsO 2 - + H2O<br />
In ambiente basico però As 3+ si ossida rapidamente a As 4+ perciò la<br />
soluzione viene resa leggermente acida per HCl non appena As 2O 3 è<br />
solubilizzata. La reazione <strong>di</strong> standar<strong>di</strong>zzazione è<br />
AsO 2 - + I2 + 3 OH- HAsO 4 2- + H20 + 2I -<br />
In ambiente eccessivamente acido As 4+ ossida I - facendo retrocedere la<br />
reazione, è necessario pertanto un tampone BICARBONATO (CO 2(acq)-<br />
HCO 3 - ) pH 7-8<br />
In<strong>di</strong>catore : salda d’amido
METODI IODOMETRICI<br />
2S 2 O 3 2- + I2 → S 4 O 6 2- + 2I -<br />
I 2 + 2e - 2I - ;E° = +0.545 V<br />
S4O6 + ?e- 2-<br />
2S 2-<br />
2O3 ;E° = +0.080 V<br />
+ 2.5 + 2<br />
p.eq: si vede decolorazione della soluz <strong>di</strong> io<strong>di</strong>o con<br />
in<strong>di</strong>catore salda d’amido.
Iodometria: preparazione <strong>di</strong> una soluzione <strong>di</strong> so<strong>di</strong>o<br />
tiosolfato 0.1 N<br />
Il so<strong>di</strong>o tiosolfato non ha caratteristiche <strong>di</strong> std primario in quanto il<br />
contenuto <strong>di</strong> acqua <strong>di</strong> cristallizzazione è variabile. Si usa KIO 3 per la<br />
standar<strong>di</strong>zzazione (si ottiene in forma pura per riscaldamento a 120°C<br />
per un’ora).<br />
Per la standar<strong>di</strong>zzazione <strong>di</strong> so<strong>di</strong>o tiosolfato si procede nel seguente<br />
modo:<br />
Si pesa con accuratezza KIO 3 e si aggiunge quantità note <strong>di</strong> H 2O, KI, e<br />
HCl. La soluzione si colora <strong>di</strong> rosso bruno per formazione dello io<strong>di</strong>o<br />
secondo la seguente reazione:<br />
IO 3 - + 5I - + 6H + 3I2 + 3H 2 O<br />
Si titola a freddo lo io<strong>di</strong>o formato con so<strong>di</strong>o tiosolfato, aggiungendo la<br />
salda d’amido verso la fine della titolazione
INDICATORI<br />
I 2 ha un colore visibile a 5 . 10 -6 M pertanto può essere usato come<br />
in<strong>di</strong>catore al punto finale. L’aggiunta <strong>di</strong> CHCl 3 o CCl 4 permette <strong>di</strong> estrarre<br />
I 2, producendo una intensa colorazione violetta della fase organica anche<br />
quando presente in tracce.<br />
Amido solubile<br />
È in grado <strong>di</strong> adsorbire I 2 reversibilmente, dando un intenso colore blu.<br />
Comunque la presenza <strong>di</strong> quantità moderatamente elevate <strong>di</strong> I 2 porta alla<br />
formazione <strong>di</strong> complessi non facilmente <strong>di</strong>ssociabili<br />
L’amido va incontro a rapida decomposizione per azione batterica<br />
pertanto l’in<strong>di</strong>catore deve essere utilizzato “fresco”. Tale decomposizione<br />
può essere limitata, o rallentata, riscaldando la sospensione dopo la sua<br />
preparazione e conservandola in con<strong>di</strong>zioni sterili o con aggiunta <strong>di</strong><br />
batteriostatici.
Applicazioni<br />
• Io<strong>di</strong>metria è limitata perché lo io<strong>di</strong>o è<br />
ossidante debole e <strong>di</strong> conseguenza solo<br />
riducenti forti possono essere titolati. (Es<br />
solfuri,solfiti, Arsenico(II) Fe(II)…..)<br />
• Iodometria: va bene per tutti gli ossidanti<br />
più energici dello io<strong>di</strong>o (permanganato,<br />
bicromato,ipoclorito, nitrito….)
PRECIPITIMETRIA<br />
• Riguarda i proce<strong>di</strong>menti analitici volumetrici che utilizzano reeazione <strong>di</strong><br />
precipitazione per il dosaggio <strong>di</strong> una specie.<br />
• Mx + Ay MxAy Ks = [M] x [A] y<br />
1<br />
• Come al solito la reazione deve essere:<br />
1. Rapida<br />
2. Univoca<br />
3. Stechiometria nota<br />
4. Completa (<strong>di</strong>pende dalla solubilità del sale, che non deve essere<br />
eccessiva)
Curva <strong>di</strong> titolazione<br />
• Es: 100 ml <strong>di</strong> una soluzione <strong>di</strong> M (0.1 N) sono titolati con un volume Vt<br />
<strong>di</strong> A (0.1 N) (ks=10 -20 )<br />
• Prima del p. eq. [M]= (VoMo-VtMt)/(Vo+Vt)<br />
• per aggiunta <strong>di</strong> 10 ml ho: [M]= (100*0.1-10*0.1\)/110 = 8.18 10-2<br />
• pM= 1.09<br />
• Per aggiunta <strong>di</strong> 25 mL analogamente [M] = 6.00 10 -2 pM= 1.22<br />
• valore ottenuto trascurando la quantità <strong>di</strong> M+ e <strong>di</strong> A- dovuta alla solubilità<br />
del composto. Se considero la solubilità <strong>di</strong> MA ho:<br />
• (6.00 10 -2 –x)*(x) = Ks =10 -20 x= 1.7 10 -19 valore molto piccolo<br />
rispetto al valore <strong>di</strong> M, per cui è corretto trascurarlo.<br />
• Per aggiunta <strong>di</strong> 99.9 ml ho pM= 3.30
• Al p.equivalenza [M]= = 10-10 K<br />
s<br />
pM=10<br />
• Dopo p equivalenza.<br />
• Aggiunta <strong>di</strong> 101 ml ho [A]= 1* 0.1/201= 4.9 10 -4<br />
• e [M] = Ks/ [A] = 2.0 10 -1 pM=16.70<br />
• Si vede quin<strong>di</strong> che la reazione si può considerare completa perché la<br />
quantità <strong>di</strong> M che non viene precipitata è
• Caso in cui Ks = 10 -9<br />
• Per aggiunta <strong>di</strong> 99 ml<br />
• [M] = (100*0.1-99*0.1)/(199) = 5 10-4<br />
• Con l’espressione rigorosa: [ [(100*0.1-99*0.1)/(199) +x] x = 10-9<br />
• Da cui x = 1.74 10-6 e quin<strong>di</strong> [M] = 5 10-4 + 1.74 10-6 =5.03 10-4<br />
• Al p eq : [M]=[A] =<br />
K s<br />
• Dopo p. eq : [M [( 1001*0.1-100*0.1)/201 +[M] ) = 10-9 [M ] = 2.0 10-6<br />
• Per cui si ha salto <strong>di</strong> pM 10 8
• Le curve sono simmetriche se il sale si forma in rapp. 1:1 (MA, M2A2 ecc…)<br />
• P. eq. Corrisponde al p <strong>di</strong> flesso e per cui a metà =1/2 pKs<br />
• L e curve sono asimmetriche se il sale si forma in rapp <strong>di</strong>verso (MA2)e il p.<br />
eq è calcolabile dalla :<br />
• [M]= 3 K<br />
/ 4<br />
s
Ks AgCl =1* 10 -10 =<br />
Ks Agl =8* 10 -17
Effetto della costante
Effetto della concentrazione
La conc <strong>di</strong> cromato <strong>di</strong>~ 0.02m sarebbe troppo colorata in giallo e non<br />
sarebbe facile la det del p. equivalenza (viraggio al rosso mattone). Per cui si<br />
usa generalmente una conc 0.003 M.<br />
l’errore per la titolazione <strong>di</strong> una conc <strong>di</strong> cloruro 0.1 N per es. sarebbe molto<br />
basso:<br />
La [Ag+] alla quale si forma Ag 2 CrO4 è data:<br />
[Ag+] =<br />
Ks[<br />
CrO4<br />
2−<br />
1.<br />
7*<br />
10<br />
La [Ag+] necessario per il p. eq<br />
]<br />
=<br />
−12<br />
/ 3*<br />
10<br />
−3<br />
=<br />
K sAgCl<br />
Per cui l’errore <strong>di</strong> titolazione è dovuto al fatto che il p.<br />
eq viene apprezzato quando [Ag+] = 2.4* 10-5 cioèall’aggiunta <strong>di</strong> un eccesso <strong>di</strong> Ag+ pari a 2.4* 10-5 -1.1 * 10 -5 =1.3 * 10<br />
-5 eq/l<br />
a cui corrisponde un volume <strong>di</strong> Vt=1.3 * 10 -5<br />
*200/0.1 = 0.26 mL<br />
L’errore sarà = 0.026/100*100 = 0.026%<br />
(trascurabile)<br />
per conc più <strong>di</strong>luite <strong>di</strong> cloruro l’errore ovviamente<br />
aumenta e quin<strong>di</strong> necessita effettuare un bianco<br />
ottenuto titolando una soluzione conte<strong>net</strong>e un sale<br />
poco solubile come carbonato <strong>di</strong> calcio privo <strong>di</strong><br />
cloruro.<br />
2.<br />
4*<br />
10<br />
=<br />
−5<br />
1.<br />
1*<br />
10<br />
−5
Metodo <strong>di</strong> Volhard<br />
Il metodo <strong>di</strong> Volhard si basa sull'utilizzo <strong>di</strong> una retrotitolazione me<strong>di</strong>ante<br />
tiocianato <strong>di</strong> potassio (KSCN). Prima della titolazione si utilizza una quantità <strong>di</strong><br />
nitrato <strong>di</strong> argento superiore alla concentrazione degli ioni cloruro da esaminare;<br />
in questo modo tutto il cloruro reagisce per formare cloruro <strong>di</strong> argento.<br />
L'in<strong>di</strong>catore utilizzato è il ferro ferrico (Fe3+ ). L'argento in eccesso reagisce con<br />
lo ione tiocianato (SCN- ) per formare tiocianato <strong>di</strong> argento (AgSCN) che è <strong>di</strong><br />
colore bianco:<br />
SCN− ALOGENURI<br />
+ AgNO3 → AgSCN↓ (bianco) + NO −<br />
3<br />
una volta esaurito l'eccesso <strong>di</strong> ione argento avviene una reazione tra il titolante<br />
e l'in<strong>di</strong>catore a formare Fe(SCN2 + ).<br />
SCN− + Fe3+ → [Fe(SCN)] 2+ (rosso)<br />
Per determinare la concentrazione del cloro si sottrae dalla quantità <strong>di</strong> nitrato <strong>di</strong><br />
argento inserito in soluzione il numero <strong>di</strong> moli che hanno reagito per formare<br />
tiocianato <strong>di</strong> argento.<br />
Il metodo <strong>di</strong> Volhard è generalmente utilizzato per le soluzione a carattere<br />
acido per evitare la precipitazione del ferro(III) come idrossido. L’ambiente acido<br />
evita l’interferenza <strong>di</strong> ioni come carbonato, ossalato e arsenati che formano Sali<br />
poco solubili in ambiente neutro ma solubili in ambiente acido.
Metodo <strong>di</strong> Fajans<br />
Viene utilizzato un in<strong>di</strong>catore per adsorbimento , la fluoresceina che in<br />
soluzione si <strong>di</strong>ssocia.<br />
Prima del p. Eq.: si ha eccesso <strong>di</strong> ioni<br />
cloruri e quin<strong>di</strong> il primo strato <strong>di</strong><br />
adsorbimento sul precipitato sarà composto<br />
principalmente da Cl − e avrà come<br />
controione uno dei cationi presenti nella<br />
soluzione.<br />
Dopo p. Eq: i cloruri sono tutti precipitati e gli<br />
Ag + sono in eccesso e vengono adsorbiti sul<br />
precipitato che ha quin<strong>di</strong> una carica positiva<br />
superficiale e può adsorbire l’anione<br />
fluoresceinato che acquista la caratteristica<br />
colorazione rosso-bruna.
AgNO3 non è sostanza madre e quin<strong>di</strong> deve essere standar<strong>di</strong>zzato<br />
con:<br />
•NaCl che va posto in stufa a 110 *C prima <strong>di</strong> essere utilizzato.<br />
•Oppure si può utilizzare Argento metallico che è estremamente puro.<br />
Basta <strong>di</strong>scioglierlo in ambiente acido con HNO3 e <strong>di</strong>luirlo a volume<br />
noto in modo da ottenere una soluzione AgNO3 a titolo noto.
• FINE