Relatório 9 iodometria

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Universidade Federal do Rio de Janeiro – UFRJ
Centro Tecnológico – CT
Instituto de Química - IQ
Aluna: Mariana Gomes
Disciplina: Química Analítica Quantitativa Experimental
Data do experimento: 29 de novembro de 2016
IODOMETRIA
Introdução
O presente trabalho trata sobre a titulação de oxirredução envolvendo iodato de potássio e água sanitária, por isso o nome da técnica chama-se iodometria. Tento também a iodimetria que se trata de utilizar solução padronizada de iodo para titular redutores fortes em soluções neutras ou fracamente ácidas. Sabe-se que a temperatura ordinária o iodo é um solido escuro, pouco solúvel em água, sendo solúvel em clorofórmio e outros solventes orgânicos, formando soluções violetas. A solução aquosa de iodo é preparada em presença de KI gerando o complexo I3 (triiodeto), sendo este solúvel em água, evitando a perda de iodo por volatilização. Sendo que a formação da espécie I3- não altera e nem introduz erros mensuráveis no método iodométrico porque os potenciais padrão das reações de redução são praticamente idênticos.[1]
As reações de oxirredução devem preencher os requisitos gerais para que uma reação possa ser usada em um método titulométrico. Muitas reações de oxirredução se processam em uma série de etapas, então, a equação estequiométrica é a soma das reações parciais.
A titulação é o processo de adição de quantidades discretas de um determinado reagente, com o auxílio de uma bureta, no meio reacional para quantificar alguma propriedade. Como se pretendia encontrar a concentração das substâncias presentes na mistura, a titulação é um procedimento analítico do qual foram feitas medidas de volume, caracterizando as titulações volumétricas[2].As titulações de oxirredução são aplicadas a uma grande variedade de substâncias orgânicas e inorgânicas e a sua popularidade ultrapassa a das titulações de neutralização como visto em trabalhos anteriores. Provavelmente, a diferença mais significativa entre elas é a disponibilidade de muitos titulantes e padrões para a volumetria de oxirredução, cada um com propriedades que os tornam especialmente adequados para uma aplicação. 
Objetivo
Determinar concentração de uma solução de água sanitária (ClO-).
Cálculos
Dados
Os seguintes dados foram utilizados para os cálculos mostrados no item 3.2.
Tabela 1. Dados utilizados para os cálculos referentes a padronização do Na2S2O3 determinação da concentração da água sanitária.
	Grandeza
	Valor
	Pureza ClO-
	2,0% (m/v)
	Concentração de iodato de potássio (KIO3) padrão
	3,5569 g.L-1
	Massa molar de ClO-
	74,45 g.mol-1
	Massa molar de Na2S2O3
	158,11g.mol-1
	Massa molar de KIO3
	214,001g.mol-1
	Volume de KIO3 no erlenmeyer
	10,00 mL
	Volume de ClO- no erlenmeyer
	10,00 mL
Tabela 2. Potenciais de redução utilizados na prática
	Substância
	Eºred
	Iodato (IO3-/I2)
	1,20V
	Iodo (I2/I-)
	0,54 V
	Tiossulfato(S4O6=/S2O3=)
	0,08 V
	Hipoclorito (ClO-/Cl-)
	0,89 V
Cálculos
 Preparo da solução de ClO- 0,05mol.L-1
Os seguintes cálculos foram realizados para se encontrar o volume da solução de ClO- necessários para o preparo de solução de ClO- 0,05 mol.L-1.
Primeiro, saber quantos mols de água sanitária são necessários para se ter uma solução 0,05M:
Entende-se que essa massa seja para 1000 mL de solução. No entanto, devido às vidrarias disponíveis em laboratório, a solução foi feita em um balão volumétrico de 250 mL, por isso:
Sabe-se que o produto não é totalmente puro, por isso precisa-se achar a massa relacionada a pureza dada pelo fabricante:
Esse volume encontrado foi adicionado ao balão e depois avolumado a 250 mL com água. 
Padronização de Na2S2O3
Tratamento de dados
Os volumes encontrados estão apresentados na tabela 3.
 
Tabela 3. Valores de volumes obtidos durante o experimento de iodometria, e valores de Gcalculado para o teste de Grubbs.
	n
	Volume(mL)
	Gcal
	1
	6,90
	3,876
	2
	8,40*
	0,828
	3
	8,70
	0,218
	4
	8,70
	0,218
	5
	8,80
	0,015
	6
	8,80
	0,015
	7
	8,90
	0,188
	8
	8,90
	0,188
	9
	8,90
	0,188
	10
	8,90
	0,188
	11
	8,90
	0,188
	12
	8,90
	0,188
	13
	8,95
	0,290
	14
	9,00
	0,391
	15
	9,00
	0,391
	16
	9,00
	0,391
	17
	9,00
	0,391
	18
	9,00
	0,391
	19
	9,00
	0,391
	20
	9,50 *
	1,407
	Média
	8,81
	Gcritico=2,557
	Desvio Padrão
	0,49
	 
Sob essas condições de repetibilidade e reprodutibilidade da grandeza física em questão (mililitros),obteve-se a média pela seguinte fórmula: 
(1)
Onde:
n é a quantidade de medições, 
Vi são os valores medidos, e 
é a média. 
	Já o cálculo do desvio padrão nos indica como os valores se comportam quando distantes da média, ou seja, seu grau de dispersão e sua probabilidade de acontecer a certa distância da média. Sendo representado pela seguinte equação:
(2)
Onde:
 é o desvio padrão, 
n é a quantidade de medições, 
Vi é o valor medido e 
 é o valor médio.
Então, foi feito o calculo de Gcalculado do teste de Grubbs da seguinte forma:
(3)
Onde:
 é o desvio padrão, 
Vi é o valor medido e 
 é o valor médio.
	
O valores de Gcalculado foram obtidos para que se aplicar ao teste de Grubss. Sendo o teste de Grubbs foi desenvolvido para verificar a presença de valores extremos em observações amostrais.Sendo valores extremos podem ser considerados como manifestações da variabilidade aleatória inerente aos dados, ou apenas um erro no cálculo durante o recolhimento dos dados e até mesmo uma anotação precipitada pelo operador.
Existem inúmeros critérios para testar valores extremos. Em todos eles, desenvolve-se o cálculo numérico amostral (estatística) e comparamos com um valor crítico baseado na teoria de amostras aleatórias, para que seja decidido se existe ou não uma observação considerada valor extremo.[3]
Os valores de volumes são aceitos desde que Gcalculado seja menor que G crítico, sendo o G critico tabelado de acordo com o nível de confiança e o numero de amostras. No caso deste experimento, para um nível de confiança de 95% e um numero de amostras igual a 20, temos o Gcrítico igual a 2,557. Portanto, o valor foi discrepante. Assim, deve-se refazer o teste sem aquele outlier. 
Foi feito o teste de Grubbs mais três vezes, como mostra a figura 1, antes que todos os valores estivessem dentro do critério desejado.
Figura 1. Teste de Grubbs realizado com o espaço amostral da Tabela 3.
 Determinação da molaridade de Na2S2O3
Tabela 4. Reação de oxirredução do permanganato com o oxalato
	Reação de oxirredução da solução de sal de Mohr e dicromato de potássio.
	Semi-reação da redução do iodato
	IO3- + 6H+ +5e-1/2I2+3H2O (x2)
	Eº =1,20 V
	Semi-reação da redução do iodo
	I2+ 2e- 2I- (x5)
	Eº = 0,54 V
	Reação global
	2IO3- + 12H++ 10I- 6I2 + 6H2O
	ΔE = 0,66 V
	
	Semi-reação da redução do Iodo
	I2+ 2e- 2I-
	Eº =0,54 V
	Semi-reação da redução do tiossulfato
	S4O6=+ 2e- 2S2O3= 
	Eº = 0,08 V
	Reação global
	I2 + 2S2O3= S4O6= +2I-
	ΔE = 0,49 V
	Segundo a reação apresentada na tabela 4, nota-se que o iodo é um intermediário. No entanto, sabe-se apenas a concentração de iodato (padrão primério) e quer se descobrir a molaridade do tiossulfato. Pode relacionar as proporções da seguinte forma:
1 mol de IO3- – 3 mols de I2 – 6 mols de S2O3=
	Os coeficientes estequiométricos dos íons de iodato com o tiossulfato têm tem a proporção de 1:6, respectivamente, ou seja, é necessário 1 mol de iodato pra reagir com 6 mols de tissulfato. Logo, obtiveram-se os seguintes cálculos:
Determinação da concentração de ClO-
Tratamento de dados
Os volumes encontrados estão apresentados na tabela 5 onde seus valores já possuem a correção do branco.
Tabela 5. Valores de volumes obtidos durante o experimento de permanganometria para a determinação da concentração da água oxigenada, e valores de Gcalculado para o teste de Grubbs.
	n
	Volume (mL)
	Molaridade (mol/L)
	Molaridade(concentrada)
	Concentração (g/mL)
	Gcal
	1
	10,50
	0,24
	1,28
	0,0952
	1,021
	2
	10,50
	0,24
	1,28
	0,0952
	1,021
	3
	10,60
	0,24
	1,29
	0,0961
	0,731
	4
	10,60
	0,24
	1,29
	0,0961
	0,731
	5
	10,70
	0,24
	1,30
	0,0970
	0,442
	6
	10,75
	0,24
	1,31
	0,0974
	0,297
	7
	10,75
	0,24
	1,31
	0,0974
	0,297
	8
	10,80
	0,24
	1,31
	0,0979
	0,152
	9
	10,80
	0,24
	1,31
	0,0979
	0,152
	10
	10,80
	0,24
	1,31
	0,0979
	0,152
	11
	10,80
	0,24
	1,31
	0,0979
	0,152
	12
	10,80
	0,24
	1,31
	0,0979
	0,152
	13
	10,80
	0,24
	1,31
	0,0979
	0,152
	14
	10,80
	0,24
	1,31
	0,0979
	0,152
	15
	10,85
	0,24
	1,32
	0,0984
	0,008
	16
	10,90
	0,24
	1,33
	0,0988
	0,137
	17
	10,90
	0,24
	1,33
	0,0988
	0,137
	18
	11,75
	0,26
	1,43
	0,1065
	2,598
	19
	11,80
	0,26
	1,44
	0,1070
	2,743
	Média
	10,85
	0,24
	1,32
	0,10
	Gcritico=2,531
	Desvio Padrão
	0,35
	0,01
	0,04
	0,003
	 
A média, desvio padrão e Gcal foram calculados, respectivamente, através das equações 1,2 e 3. A molaridade foi determinada da seguinte forma: 
 Determinação da molaridade de ClO-
Tabela 6. Reação de oxirredução do permanganato de o peróxido de hidrogênio.
	Reação de oxirredução da solução de sal de Mohr e dicromato de potássio.
	Semi-reação da redução do hipoclorito
	ClO- + H2O + 2e-Cl- + 2OH-
	Eº =0,54 V
	Semi-reação da redução do Iodo
	I2+ 2e- 2I-
	Eº = 0,54 V
	Reação global
	ClO- + H2O + 2I- Cl- + 2OH- + I2
	ΔE = 0,35 V
	Segundo a reação apresentada na tabela 6, nota-se que o iodo também é um intermediário. Relacionando as proporções:
1 mol de ClO- – 1 mols de I2 – 2 mols de S2O3=
	Os coeficientes estequiométricos dos íons de iodato com o tiossulfato têm tem a proporção de 1:6, respectivamente, ou seja, é necessário 1 mol de iodato pra reagir com 6 mols de tissulfato. Logo, obtiveram-se os seguintes cálculos:
 (4)
	Sendo Vi os valores de volumes obtidos na prática, os valores de molaridade foram calculados por essa fórmula. Depois disso o resultado foi multiplicado pela massa molar do peróxido e para que, assim, converta-se para concentração de gramas por mililitro. 
Análise estatística.
Os valores são aceitos desde que Gcalculado seja menor que G crítico, sendo o G critico tabelado de acordo com o nível de confiança e o numero de amostras. No caso deste experimento, para um nível de confiança de 95% e um numero de amostras igual a 19, temos o Gcrítico igual a 2,531. Portanto, todos os dois últimos são outlier. Foi feito, novamente, o teste sem os dois valores.
	n
	Concentração (g/mL)
	Gcal
	1
	0,0952
	1,975
	2
	0,0952
	1,975
	3
	0,0961
	1,166
	4
	0,0961
	1,166
	5
	0,0970
	0,357
	6
	0,0974
	0,048
	7
	0,0974
	0,048
	8
	0,0979
	0,452
	9
	0,0979
	0,452
	10
	0,0979
	0,452
	11
	0,0979
	0,452
	12
	0,0979
	0,452
	13
	0,0979
	0,452
	14
	0,0979
	0,452
	15
	0,0984
	0,857
	16
	0,0988
	1,261
	17
	0,0988
	1,261
	Média
	0,097
	Gcritico=2,457
	Desvio Padrão
	0,001
	 
Sabe-se também que se está comparando os valores obtidos em relação ao valor dado pelo fabricante. Por isso foi utilizado o teste t-student. Sendo este teste feito para realizar inferência sobre a média populacional . Seguindo a seguinte fórmula:
(5)
Onde
 é a média dos valores;
 é o valor de referência;
 é o desvio padrão, e
n é a quantidade de medições.
Para um grau de liberdade igual a 15 tendo o teste-t bicaudal e um nível de confiança de 95% , o tcrítico é igual a 2,112. E, através da equação 5, o Z calculado foi de 285. Tendo Z<tcrítico, o valor é recusado.
	.
Resultados e discussão
	
Nas titulações de oxirredução devem ser observados, inicialmente, se as espécies possuem potenciais padrões capazes de reduzir ou oxidar o outro componente, deve se ter soluções com potenciais padrões altos quando necessário oxidar a outra soluções, e soluções com padrão baixo quando necessário reduzir outra.Através da escolha correta dos agentes ou oxidante ou redutor, é possível obter-se resultados sem grandes erros.
No presente experimento, aparentemente, não houve muitos erros durante a prática. Isso pode ser observado através do teste de extremos, isto é, o teste de Grubbs. Os valores possuim dispersões muito semelhantes, podendo considerar o método preciso. Mas o nível de exatidão não é foi tão grande, mesmo que o resultado da determinação das molaridade fossem próximos ao esperado. Possivelmente, isso se dá devido aos erros que estão associados à tomada de alíquota e leitura de bureta, devido ao efeito de paralaxe, que pode ser facilmente cometido em substâncias coloridas, como o permanganato. Nota-se que a todas essas variações se dão por erros do analista. Como os dados foram obtidos por analistas diferentes, já era esperado essa dispersão.
 No entanto, a prática em si evita muito erros, como a necessidade de se medir o branco, isto é, o volume em que o meio irá influenciar. Também há a preocupação e preparo para que todos os potenciais estejam em meios e de acordo com o esperado. Como, por exemplo, acidular o meio para evitar com que o cloro não seja um contaminante. Portanto, tendo essa análise inicial, a prática não apresentará muitos erros.
Conclusão
O objetivo foi alcançado sendo possível determinar a concentração de ClO- que foi de 0,097 g.mL-1. Segundo o teste t-student o valor está distante do valor de referência dado pelo fabricante.
Referências
[1]VALE,Daniella L./ BARBOZA, Rodolfo S., Apostila de Química Analítica Quantitativa Experimental, p. 67-70, Ilha do Fundão, RJ, 2016.
[2] BACCAN N., DE ANDRADE J.C, GODINHO O.E.S, BARONE J.S. - Química Analítica Quantitativa Elementar, 3ª Edição, Brasil: Edgard Blucher, 2001.
[3] Autor desconhecido. 1.9- Teste de Valor Extremo (Grubbs). Portal Action. Disponível em < http://www.portalaction.com.br/incerteza-de-medicao/19-teste-de-valor-extremo-grubbs> Acesso em 04 de dezembro de 2016.
[4] Autor desconhecido. 5.2 - Teste para a média (teste t). Portal Action. Disponível em < http://www.portalaction.com.br/inferencia/52-teste-para-media-teste-t> Acesso em 04 de dezembro de 2016.