UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE QUÍMICA.

Ejemplo de cálculo de la práctica de extracción y guía para la serie Profesor. Q. Everardo Tapia Mendoza

En la práctica se normalizó una disolución de tiosulfato de sodio, teniendo como título 4.48 x 10-3 M (este valor es el que cada quien obtuvo, aquí se usará este valor como ejemplo). Y mediante una yodimetría se obtuvo la concentración de I2 en hexano en una disolución diluida, esta se preparó tomando 10.0 mL de la disolución saturada de yodo en hexano y llevando a la marca de aforo en un matraz volumétrico de 100.0 mL, el valor obtenido mediante la titulación fue de 5.325 x 10-3 M (En clase ya se determinó este valor, se gastó 12.8 mL, ustedes calculen el valor del yodo en la disolución diluida de hexano).

Después se realizaron las extracciones de 10.0 mL de la disolución de yodo diluida, con cierto volumen de una disolución de KI 0.1 M en medio ácido, se agitaron los embudos y se separó la fase acuosa, desechando la fase orgánica. La fase acuosa se tituló con la disolución de tiosulfato de sodio normalizado, en medio ácido, con exceso de ioduro (yodometría), llegando al final de la titulación cuando el almidón pierde su coloración azul. Para ejemplificar el cálculo que se explicó en la sesión, se tomará un caso HIPOTÉTICO para un embudo. Para este se tienen los siguientes datos. EJEMPLO. Para el número de embudo 4 se colocaron 2.0 mL de KI 0.1 M, 50 mL de H2SO4 0.1 M y 10.0 mL de la disolución de I2 en hexano DILUIDA. El volumen gastado de tiosulfato de sodio normalizado fue 5.2 mL (ustedes usarán sus valores) Embudo Volumen

de KI 0.1 M (mL)

Volumen de H2SO4

0.1 M (mL)

Volumen de I2 en hexano diluido (mL)

Gasto de S2O32-

_______ V en mL

Mol de S2O32-

Mol de I3- en fase ac.

(después del reparto)

Mol inicial de I2 en fase orgánica *

Mol de I2 en fase orgánica (después

del reparto)

4 2.0 50 10.0 5.2

2.3296 x 10-5

1.1648 x 10-5 5.325 x 10-5 4.1602 x 10-5

5.2  𝑚𝐿  𝑆!𝑂!!!  𝑥

!.!"  !  !"!!  !"#  !!!!!!

!"""  !"  !!!!!! = 2.3296 x 10-5 mol S2O32-

La ecuación química balanceada de la titulación es: 6H+ + 2 S2O32- + I3- → 3I- + S4O62- + 3 H2O Para obtener los moles de I3- a partir de los moles de S2O32-, se usa la estequiometría de la reacción, cada dos moles de tiosulfato reaccionan con una mol de I3-. *Los moles iniciales de I2 en fase orgánica se calculan con la concentración que se obtuvo en la yodimetría (titulación en la fase orgánica). 10.0  𝑚𝐿  𝐼!  𝑥

!.!"#  !  !"!!  !"#  !!!"""  !"  !!

= 5.325 x 10-5 mol I2 EN FASE ORGÁNICA al inicio, es decir antes del reparto. Para obtener los moles de I2 en fase orgánica después del reparto, es realizar la diferencia de lo que teníamos al inicio, y lo que pasó a la fase acuosa que ya no está en el hexano. (5.325 x 10-5 - 1.1648 x 10-5). Finalmente si ya tengo los moles del analito en estudio en ambas fases, puedo obtener las concentraciones del mismo.

Embudo [KI] en la fase acuosa

[I3-]ac (después del reparto)

[I2]org (después del reparto)

Cálculo de D Cálculo 1/D

4 3.8461  𝑥  10!!  𝑀 2.24 x 10-4 M 4.1602 x 10-3 M 18.5723 0.05384

Para obtener [KI] en la fase acuosa, hay que considerar el efecto de dilución, ya que el volumen de la fase acuosa está cambiando, porque agregamos diferentes volúmenes de KI.

2.0  𝑚𝐿  𝐾𝐼  𝑋0.1  𝑚𝑜𝑙  𝐾𝐼1000  𝑚𝐿  𝐾𝐼 = 2  𝑋  10

!!  𝑚𝑜𝑙  𝐾𝐼      ;  2  𝑋  10!!  𝑚𝑜𝑙  𝐾𝐼  

50+ 2 = 52  𝑚𝐿 = 0.052  𝐿   = 3.8461  𝑥  10!!  𝑀

Finalmente debo calcular la concentración de I3- en la fase acuosa después del reparto y del I2 en la fase orgánica después del reparto. Para calcular la concentración de triyoduro en la fase acuosa, es muy simple ya conoces los moles de I3- después del reparto, sólo hay que dividirlo entre el volumen de la fase acuosa, para este caso 0.052 L.

Y los moles de I2 en la fase orgánica después del reparto también ya los conoces, para conocer la concentración basta con dividir entre el volumen de la fase orgánica (10 mL = 0.01 L). Para calcular D, sabemos que el cociente de reparto

𝐷 =[𝐼!]!"#[𝐼!!]!"

=  4.1602  x  10−3M

2.24  x  10−4    M= 18.5724

Esto se realizará para el número de embudos realizados (en su caso 4 embudos), teniendo al final diferentes [KI] e inversos de D. Por lo que se graficará 1/D = f([I-]), para el número de embudos realizados.

1𝐷 =  

𝐾!𝐾!   𝐼! +  

1𝐾!

Donde KD es la constante de reparto del yodo en hexano-agua, y Kf la constante de formación del ion triyoduro. Con la ordenada al origen se puede encontrar KD, b = 1/KD y con el valor de la pendiente m= Kf/KD , ya una vez definido KD se puede encontrar Kf. Como algo extra se puede calcular el % de I2 que queda sin extraer, es decir lo que queda en la fase orgánica y el % extraído a la fase acuosa. Esto se realiza con las siguientes expresiones. % org (lo que queda en la fase orgánica) = !

!!!"𝑋  100

% acuosa (lo que hay en fase acuosa)= (1 - %org) x 100 Donde φ = Vorg/Vac (Cociente de volúmenes) Para el embudo que se tomó como ejemplo se calculara el % extraído a la fase acuosa y el % remanente en la fase orgánica. % org = !

!!(!".!"#$)(!.!"#$)𝑋  100 ; donde φ = Vorg/Vac = 10 mL /52 = 0.1923

% org = 21.874 % (Es lo que quedó en la fase orgánica) % acuosa= 100-21.874 % = 78.125 % (lo que está presente en la fase acuosa, o lo que se extrajo, aún así decimos que bajo las condiciones experimentales con las que se calculó D y φ la extracción NO es cuantitativa, ya que sólo se extrajo el 78.125 %) PARA EL CASO SE EQUILIBRIO EN LAS EXPRESIONES ANTERIORES SE PUEDE USAR Kd EN LUGAR DE D.