VALORACIÓN DE CALCIO DE CÁSCARA DE HUEVO Y DE AGUA OXIGENADA COMERCIAL CON PERMANGANATO DE POTASIO

Juan Sebastián Roballo Correa1, Angélica María Suárez Sarmiento2

4 de noviembre del 2015

RESUMEN

Con el fin de observar lo aprendido en la teoría de la volumetría redox, se desarrolló la determinación de la concentración de calcio en una muestra de cáscara de huevo con permanganato de potasio, y por otro lado, la valoración de agua oxigenada comercial (peróxido de hidrógeno) igualmente con el mismo reactivo. Las valoraciones redox se basan en la transferencia cuantitativa de electrones, y el permanganato es uno de los reactivos ideales para esta práctica debido a que es un oxidante muy potente de color intenso, y gracias a esta característica se puede utilizar como autoindicador.

Palabras clave: agua oxigenada, calcio, cáscara de huevo, permanganato de potasio, peróxido de hidrógeno, volumetría redox.

ABSTRACT

With the aim of watching what was learned in theory about redox titration, we have developed determination of calcium concentration in a sample of eggshell with potassium permanganate, and on the other hand, the commercial oxygenated water (hydrogen peroxide) titration also with the same reagent. Redox titration is based on quantitative electron transfer, and permanganate is one of the ideal reagents for this practice because is a very powerful

oxidant rich color, and thanks to this feature can be used as self-indicating.

Key words: oxygenated water, calcium, eggshell, potassium permanganate, hydrogen peroxide, redox titration.

INTRODUCCIÓN

La volumetría redox, como su nombre lo indica, se basan en las reacciones de reducción y de oxidación que no pueden ir aisladas una de la otra, en donde se da la transferencia de electrones. Una especie sufre la pérdida de electrones (oxidación) aumentando su estado de oxidación y la otra por consecuencia gana electrones (reducción) disminuyendo su estado de oxidación.

Los permanganatos son sales del ácido permangánico de fórmula HMnO. El permanganato de potasio es un compuesto químico de propiedades oxidantes muy fuertes, tanto en solución acuosa como sólido tiene un color violeta muy intenso.

La permanganometría se efectúa generalmente en medio ácido, y se usa para la valoración de agua oxigenada, nitritos, materia orgánica, entre otros. Por las propiedades del permanganato de potasio, el punto final de la valoración es fácilmente detectable porque es autoindicador, y la solución que se valora pasa de incolora a un

1 Estudiante, Universidad Nacional de Colombia, Facultad de Ciencias, Departamento de Química, sede Bogotá, Bogotá D.C., Colombia, jsroballoc@unal.edu.co2 Estudiante, Universidad Nacional de Colombia, Facultad de Ciencias, Departamento de Química, sede Bogotá, Bogotá D.C., Colombia, anmsuarezsa@unal.edu.co

tono rosáceo. La reacción del manganeso en medio ácido que se da es:

MnO4−¿+8 H +¿+5e−¿⇌Mn

2+ ¿+ 4H2

O (1)¿¿¿ ¿

Donde el ion manganato se reduce hasta manganeso (II).

Aprovechando estas propiedades se pudo llevar a cabo la experimentación para valorar calcio en cáscara de huevo y agua oxigenada comercial.

MATERIALES Y METODOLOGÍA

Para llevar a cabo la práctica se usó el material que normalmente se emplea para las volumetrías: vasos de precipitado, matraces Erlenmeyer, buretas, pipetas, probetas, etc. Adicionalmente se utilizó papel filtro, balanza, vidrio de reloj, embudo y plancha de calentamiento.

Como reactivos se hizo uso de permanganato de potasio (KMnO4), oxalato de sodio (Na2C2O4), ácido sulfúrico (H2SO4) y peróxido de hidrógeno (H2O2).

Preparación y normalización del KMnO4: Para la preparación del permanganato de potasio, se realizan los cálculos requeridos. Se toma el sólido calculado y se diluye hasta el volumen requerido.

Para la estandarización, con los cálculos apropiados, se toma la masa de oxalato de calcio necesario y se lleva a un matraz, se agregan aproximadamente 10 gotas de ácido sulfúrico y se agrega un poco de agua. Se calienta el contenido del matraz, y se llena una bureta con el permanganato previamente preparado y se procede con la titulación. Se ejecuta varias veces para realizar el tratamiento estadístico. La reacción que se presenta mencionada anteriormente (1).

Valoración del H2O2: Inicialmente se realiza una dilución del agua oxigenada, ya que se encuentra bastante concentrada. A continuación se toma una alícuota de la dilución y se lleva a un matraz, adicionando ácido sulfúrico y un poco de agua. En una bureta, se agrega el permanganato de potasio y se realiza la titulación repetidas veces para realizar el tratamiento estadístico correspondiente.

La reacción presente es:

2 KMnO 4+5 H2O2+3 H 2 SO4⇌2 Mn SO4+8 H 2 O+5O2(2)

Valoración del calcio en la cáscara de huevo: Previamente se prepara la solución de la muestra de cáscara de huevo. Se le retira la membrana, se tritura, se diluye en ácido y se filtra varias veces hasta retirar la mayor cantidad posible de interferencias. Con la solución de cáscara, se toma una alícuota, se lleva a un matraz y se calienta. En la bureta, se agrega el permanganato de potasio y se realiza la titulación repetidas veces para realizar el tratamiento estadístico correspondiente. El permanganato reacciona con oxalato en medio ácido según la reacción:

2 KMnO 4+5 Na2 C2 O4+8 H 2 SO 4⇌2 K2 SO4+5 MnS O4+8 H 2O+5 C O2(3)

RESULTADOS

Datos: Estandarización del KMnO4:

Se realizaron 3 valoraciones para poder conocer la concentración real del permanganato de potasio, estos fueron los resultados:

Peso Na2C2O4 Volumen KMnO4

0,0206 g 6 mL0,0208 g 6,1 mL0,0205 g 6mL

Valoración del H2O2:

Se realizaron 3 titulaciones con KMnO4 para poder determinar la concentración del agua oxigenada comercial y estos fueron los resultados:

Titulación Volumen de KMnO4

1 8,6 mL2 8,6 mL3 8,6 mL

Valoración del calcio en la cáscara de huevo:

Se realizaron solo dos titulaciones con KMnO4 para conocer el porcentaje de calcio en la cascara de huevo, los datos fueron los siguientes:

Titulación Volumen de KMnO4

1 2,4 mL2 7,7 mL

Cálculos: Concentración del KMnO4:

Primero se debe hacer un promedio entre los 3 volúmenes registrados, eso nos da 6,033mLTambién se debe hacer lo mismo con el peso de oxalato de calcio y esto da 0,0206 g.Luego se procede a calcular de la siguiente manera la concentración:

0,0206 g Na2C2 O4

6,033 mL KMnO 4

∗1mol Na2C2O4

134 g Na2 C2 O4

∗2 moles KMn O4

5 moles Na2 C2 O4

∗1000 mL

1 L=0,0102 M

Concentración de Peróxido de hidrogeno en agua oxigenada:

Como los volúmenes de permanganato son iguales, pues el promedio será 8,6 mL, los

cálculos de la concentración quedan de la siguiente manera:

8,6 mL KMn O4

10 mL H 2O2

∗0,0104 moles KMn O4

1 L∗5 moles H 2O2

10 moles KMn O4

=0,024 M

Como se hizo una dilución la concentración de la solución original sería:

0,025 M∗500 mL10 mL

=1.075 M

Concentración de Calcio en la cascara de huevo:

Acá se decidió no realizar un promedio sino realizar los dos cálculos por separado y comprobar cual se acerca más a los valores teóricos. Los cálculos son los siguientesPara 2,4 mL:

2,4 mL KMn

O4∗0,0104 moles KMn O4

1000 mL∗5 molesC2O4

2moles KMnO 4

∗1 mol CaC O3

1mol C2O4

∗100,06 g CaC O3

1 mol deCaC O3

=0,0062 g CaC O3

Para 7,7 mL:

7,7 mL KMn

O 4∗0,0104 moles KMn O4

1000 mL∗5moles C2 O4

2moles KMn O4

∗1 molCaC O3

1molC2 O4

∗100,06 g CaC O3

1mol deCaC O3

=0,02 gCaC O3

Luego como se tomó una alícuota se debe calcular la concentración de la solución original:

Para 2,4 mL

0,0062g∗500 mL

10 mL=0,31 g CaC O3

0,31 g CaC O3

3,0590 g cascara∗100=10,13 % deCaC O3

Para 7,7mL

0,02g∗500 mL

10 mL=1 g CaC O3

1 g CaC O3

3,0590 g cascara∗100=32,69 % deCaC O3

Resultados:

La concentración del permanganato de potasio dio 0,0102M con 3 ensayos y cada uno muy cercano del otro, la concentración que aparecía en el frasco de donde fue tomada la solución, decía que tenía una concentración de 0,01M. Como vemos la concentración estuvo muy cercana de la reportada, con una diferencia mínima.

Se hicieron 3 valoraciones porque es importante tener una aproximación muy buena de la concentración real, ya que este reactivo se utilizara para el resto del laboratorio y si se tiene un mal cálculo esto perjudicaría el resto de los resultados obtenidos.

En la concentración del Peróxido de hidrogeno era importante tener la solución de permanganato previamente valorada. Se realizaron 3 valoraciones y dio el mismo volumen en cada una entonces no hubo necesidad de tomar el promedio, sino que se hicieron los cálculos con el valor de 8,6 mL. El resultado fue de 1,075M para la solución original de Agua oxigenada, si se tuviera la densidad del peróxido de hidrogeno se podría hacer una mejor comparación entre el dato reportado y el valor calculado.

En la parte de la determinación del porcentaje de calcio en la cascara de huevo

se obtuvieron dos volúmenes completamente diferentes. Cuando se realizaron los respectivos cálculos para poder saber con mayor claridad cuál fue el volumen que estaba más errado, se puede observar que en los porcentajes la diferencia sigue siendo considerable.

DISCUSIÓN

En la primera parte de la práctica se realizó la estandarización del permanganato de potasio que había en el laboratorio, la concentración reportada era de 0,01M y la concentración que se calculó fue de 0,0104M, en lo que difiere es en las cifras significativas, quizá cuando lo reportaron no se escribió la cuarta cifra decimal porque esta no era muy precisa. Es importante acotar la similitud de las concentraciones, al ser el permanganato una sustancia tan reactiva, reacciona con la luz, con la humedad, al ser un excelente agente oxidante. La preparación que se hizo fue de manera muy adecuada y se corroboro con la estandarización hecha. Era importante calentar la solución mientras se titulaba para que la reacción fuera más rápida y se pudiera notar el punto de equivalencia con mayor facilidad. Si se ve las diferencias entre cada volumen utilizado tienen que ver con la cantidad pesada de oxalato de sodio, el que tiene más masa requirió más volumen para ser titulado. Al ser permanganato el agente oxidante el punto de equivalencia, de la valoración, era sencillo notarlo gracias a que su cambio de color es drástico, pasa de ser incoloro a tener una coloración fucsia.

La concentración del peróxido de hidrogeno se calculó con el KmNO4 que se valoró, se utilizaba la misma técnica que con el oxalato pero no era necesario calentarlo ya que el peróxido se oxida con el calor, entonces esto podía interferir en los cálculos, ya que no se

sabía que fracción de peróxido de hidrogeno fue oxidada por el permanganato y cual con el calor. Si se ve el resultado que dio y se compara con el resultado que estaba en la etiqueta que era de 1,2M quiere decir que está muy cerca. El error puede estar dado por los cálculos para suponer el 1.2M ya que no decía explícitamente la concentración en esas unidades sino que decía “13.5 V de O2”. También pudo estar dado por las diluciones hechas y al tomar las alícuotas para el cálculo, pero al dar en las 3 valoraciones 8,6mL quiere decir que no hubo tanto error en la práctica. Aunque puede ser posible que el error se replicara en las 3 titulaciones hechas.

Para calcular el porcentaje de calcio en la cascara de huevo era importante tener en cuenta las precauciones de la práctica de gravimetría, se debía precipitar todo como oxalato, se debía filtrar de manera adecuada y lavar con cuidado ese precipitado. Era importante que alguien con experiencia realizara esa parte, porque o sino tendríamos los mismos errores o muy similares a los de la práctica anterior, además que no se contaba con el tiempo suficiente. Cuando se hicieron pruebas para comprobar si habían cloruros, se tomó un tubo de ensayo se agregaron gotas del agua de lavado del precipitado y luego se agregó plata, no se visualizó ningún precipitado, esto quería decir que no habían iones que complicaran luego los cálculos al ser valorada la muestra. Luego se agregó acido para diluir el oxalato pero al no poseer tanto tiempo no se pudo solubilizar por completo y esto afecto los cálculos, porque no se podía saber cuánto oxalato quedo como precipitado. Se tuvo problemas en la titulación; si se observa en los resultados en una de las titulaciones se obtuvo un volumen de 2,4mL que era lo se tenía estipulado, pero al realizar la segunda

titulación se observó un incremento del volumen muy notorio, 7.7 mL. Esta diferencia se pudo deber a la temperatura a la cual se realizaron las respectivas titulaciones, una (la primera) se dejó calentar mucho más y se manipulo de manera inmediata, en cambio para la segundo no hubo tanto tiempo para dejarla calentar. De resto las condiciones de las dos pruebas fueron exactamente las mismas. Si se observan los porcentajes están muy alejados del valor que se encuentra en la literatura de carbonato en la cascara de huevo, ya que se dice que es cercana al 95%, la mayor que dio fue tan solo de un 32,69% esto habla que el carbonato se tuvo que perder en alguna parte del proceso. Los problemas pudieron ser similares a los que se tuvieron en la determinación de calcio por gravimetría, porque se sigue el mismo proceso hasta llegar a la parte de la filtración. Si se tiene en cuenta que esta vez la solución fue preparada casi en su totalidad por un experto en el tema, no se puede saber con exactitud cuál fue el verdadero problema, pero al tener esos resultados en las titulaciones, se puede deducir que esa fue una falla. Además hubo otra fuente de error cuando se solubilizo el precipitado, porque al no tener suficiente temperatura y tiempo no se logró que quedara una solución homogénea.

CONCLUSIONES

Es necesario tener cuidado en el almacenamiento del permanganato ya que es una solución muy reactiva; por eso cada vez que sea utilizado debe ser valorizado.

El peróxido aunque es un buen agente oxidante, al tener un agente oxidante más poderoso como lo es el permanganato de potasio, sufre la oxidación y se convierte en la reacción en el agente reductor.

El análisis por permanganometria en la determinación de calcio en la cáscara de huevo tiene los mismos inconvenientes que la gravimetría de prácticas anteriores, esto quiere decir que aunque es un buen método se debe tener mucha destreza para tener buenos resultados.

Las titulaciones con permanganato son las más sencillas al tener un viraje tan notorio (de transparente a fucsia).

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Clavijo A. (2002) Fundamentos de química analítica, equilibrio iónico y análisis químico. Universidad Nacional de Colombia. Sede Bogotá. Páginas 679-687.

Harris D. (1998) Quantitative chemical analysis. W.H. Freeman and Company. Páginas 398-405.

Skoog D. (2002) Introducción a la química analítica. Editorial Reverté. Páginas 413-422.

Valoración redox (permanganometría), http://www.actiweb.es/equipo1qe/practica_14.html, consultado: 19 de octubre del 2015.