Agentes oxidantes como solución patrón. Permanganato de potasio y Cerio (IV)

about 2 years ago

¡Hola estimados amigos!

En esta oportunidad les voy a presentar algunas de las características más resaltantes de dos sustancias muy empleadas en el análisis volumétrico. Particularmente nos enfocaremos en las volumetrías de óxido-reducción, siendo ésta muy empleada en la determinación cuantitativa de muchas especies.

Fuente: @yusvelasquez

Comencemos por recordar que en una valoración de oxidación-reducción participan en la reacción químca un agente oxidante y un agente reductor, por ejemplo, supongamos que el analito está presente en su forma reducida A_red y es valorado con una solución patrón en su estado oxidado T_ox mediante la siguiente reacción:

Siendo el agente oxidante la sustancia que oxida a otra, por tanto acepta electrones y se reduce. Mientras que el agente reductor, reduce a la otra sustancia por lo que pierde electrones y se oxida.

Cabe destacar que para que una sustancia sea utilizada como solución patrón en una titulación debe poseer ciertas características entre las que destaca la estabilidad en su concentración durante el análisis. En el caso de las volumetrías redox existen varios reactivos oxidantes que se emplean frecuentemente como solución patrón.

La selección de cualquiera de ellos dependerá del analito a determinar y su fuerza reductora, así como también a la velocidad de reacción entre el analito y el agente oxidante, la estabilidad de la solución, el costo, disponibilidad y que se cuente con el indicador adecuado.

Entre los agentes oxidantes empleados como solución patrón más comunes se encuentran los mostrados en la siguiente imagen

Datos tomados de Skoog (2000)

El MnO₄^-, Cr₂O₇^-2, y el Ce⁺⁴ se emplean principalmente en las valoraciones de analitos que se encuentren en su estado reducido y en caso de que se encuentren en su forma oxidada, pueden reducirse empleando un agente reductor auxiliar para valorarlo con un agente oxidante.

Como se puede observar, entre los 3 primeros agentes oxidantes se encuentran el permanganato de potasio y el cerio (IV) con altos valores de potencial estándar, ambos son agentes oxidantes fuertes y características similares por lo que a continuación los estudiaremos con más detalle.

Permanganato de potasio

Su formula viene dada por KMnO₄, compuesto por iones K⁺ e iones MnO₄^-.

Imágenes de dominio público editadas en power point:1,2

La semireacción de reducción es:

El permanganato se reduce al catión Mn²⁺, que es incoloro en soluciones ácidas. Esta reacción ocurre solo en soluciones fuertemente ácidas en concentraciones de 0.1M o mayor, en medio menos ácidos se pueden obtener Mn (II), Mn(IV) o Mn(IV) todo depende de las condiciones del medio.

El permanganato de potasio en estado sólido como en solución acuosa se caracteriza por poseer un color violeta intenso. Esta característica es muy útil, ya que en las valoraciones puede actuar como su propio indicador, un ligero exceso de solución de KMnO₄ señala el punto final de la valoración, por lo que se observa un cambio de color de incoloro a violeta.

Imágenes de dominio público editadas en power point:1,2

Las soluciones de permanganato se preparan a partir KMnO₄ ya que no se consigue como patrón primario. Hay que destacar que las soluciones patrón de KMnO₄ no presentan una estabilidad completa ya que ocurre la siguiente reacción donde el ion MnO₄^- oxida al agua

Esta reacción puede verse catalizada por la presencia de MnO₂, Mn⁺², ácidos, bases, calor y luz. Es por ello que para su uso y la obtención de soluciones moderadamente estables puede hervirse durante una hora, se filtra con la finalidad de eliminar restos sólidos del MnO₂ que se precipitan.

Su estabilidad puede alcanzar una o dos semanas aunque se recomienda comprobar periódicamente su concentración. Las soluciones valoradas deben guardarse muy bien en la oscuridad y verificar que no contenga sólidos en las paredes del frasco o en la solución de lo contrario es necesaria su filtración antes de usarla y valorarla.

Soluciones de Cerio (IV)

La semireacción de reducción es:

El potencial estándar de 1.44V corresponde a soluciones en ácido sulfúrico 1M. Las disoluciones de Ce⁺⁴ se obtienen empleando un patrón primario de nitrato de cerio amonio Ce(NO₃)₄.2NH₄NO₃ que se puede pesar directamente en H₂SO₄ 1M para evitar la precipitación de sales básicas. Estas soluciones presentan gran estabilidad y pueden ser almacenadas por meses o someterse a calentamiento a 100°C sin alterar su concentración.

Estas disoluciones se caracterizan por ser de color amarillo-naranja, sin embargo, no actúa como indicador, por lo que uno que se emplea es el complejo de hierro(II) con 1,10-fenantrolina o algunos de sus derivados.

Fuente: wikimedia.org

Permanganato de potasio y Cerio (IV)

Como hemos visto anteriormente, ambas soluciones poseen semejante poder oxidante. Sin embargo, la solución de cerio destaca en los siguientes aspectos

Presentan una alta estabilidad, mientras que las soluciones de permanganato sufren descomposición lenta por lo que a veces hay que valorarlas nuevamente.
Otra ventaja del cerio es que se puede obtener su sal en grado patrón primario por lo que las soluciones patrón se pueden preparar de forma directa.

Por otro lado, las soluciones de permanganato presenta las siguientes ventajas:

Actúa como su propio indicador.
Tienen un bajo costo, por lo que son más empleadas a nivel de laboratorio.

Algunas aplicaciones

Las soluciones de permanganato de potasio y de Ce(IV) pueden emplearse en la determinación de Sn, Fe, Mg, Ca, Zn, Pb, Ag, K, Na cada uno bajo condiciones especificas.

Como se puede observar existe variedad de reactivos que pueden emplearse en las valoraciones redox como solución patrón, sin embargo es muy importante conocer las caracteristicas de cada uno de ellos o de los más comunmente empleados para realizar la selección de forma correcta dependiendo del analito a determinar y así evitar errores en el análisis cuantitativo.