 |
PERÓXIDO de HIDRÓGENO
INTRODUCCIÓN
El
peróxido de hidrógeno (H2O2),
es un compuesto químico con características de un líquido altamente polar,
fuertemente enlazado con el hidrógeno tal como el agua, que por lo general se
presenta como un líquido ligeramente más viscoso que éste. Es conocido por ser
un poderoso oxidante.
También conocido como agua oxigenada, es un líquido incoloro a
temperatura ambiente con sabor amargo. Pequeñas cantidades de peróxido de
hidrógeno gaseoso ocurren naturalmente en el aire. El peróxido de hidrógeno
es inestable y se descompone rápidamente a oxígeno y agua con liberación de
calor. Aunque no es inflamable, es un agente oxidante
potente que puede causar
combustión espontánea
cuando entra en
contacto con materia orgánica o algunos metales, como el cobre, la plata o
el bronce.
El
peróxido de hidrógeno se encuentra en bajas concentraciones (3 - 9 %) en
muchos productos domésticos para usos medicinales y como blanqueador de
vestimentas y el cabello. En la industria, el peróxido de hidrógeno se usa
en concentraciones más altas para blanquear telas y pasta de
papel, y al 90% como componente de
combustibles
para cohetes
y para fabricar espuma de caucho y sustancias químicas orgánicas. En otras
áreas como en la investigación se utiliza para medir la actividad de algunas
enzimas como la catalasa.
El uso del agua oxigenada como
desinfectante casero se debe a que, al contacto con sangre, suciedad, etc. de la
heridas, se descompone y desprende oxígeno nativo según la siguiente reacción:
H2O2 (ac.)
H2O
(liq.) + 1/2 O2 (gas)↑
+ Q descomposición
(1)
El oxígeno desprendido es el que desinfecta. En este
caso el peróxido de hidrógeno actúa como oxidante. Además hay
desprendimiento de cierta cantidad de calor, circunstancia que nos permitirá
diseñar el proyecto experimental sobre calorimetría,
esto es: saber
calor como una forma de la energía
está presente en la reacción descomposición, lo cual resulta de particular
importancia, a nivel didáctico e industrial.
Una forma de expresar la concentración de las
disoluciones de peróxido es en volúmenes, lo que
significa: el número de volúmenes de
O2 , medido en
condiciones normales, que pueden formarse al descomponerse el
H2O2
contenido en un volumen de la disolución.
Así, una muestra de agua
oxigenada con una concentración de un 3 %
de H2O2
se dice que es de 10
volúmenes, ya que, un volumen de agua oxigenada de
esa concentración produce, aproximadamente, un volumen de
O2diez
veces mayor al de la disolución.
Por ejemplo:
Si tenemos un litro de agua oxigenada de la
concentración indicada. En ese litro habrá, aproximadamente, 30 g de
H2O2 ,
en realidad, algo más. Al descomponerse según la ecuación (1), tendremos:
H2O2 (ac.)
H2O
(liq.) + 1/2 O2 (gas)↑
1 mol de peróxido (34.0 g.)
un mol de agua
+ 1/2 mol de oxígeno (11.2
litros a "T" y "P" estándar)
En consecuencia, un litro de solución al 3 % (con 30 g.
de peróxido), producirá:
|
30.0 g. de H2O2
|
× |
11.2
litros de O2
34.0
g. de
H2O2 |
= |
9.88
litros de O2 |
Con los cálculos anteriores se puede fácilmente entender que al
descomponerse 1.0 litro de peróxido al 3 %
se producen 9.88 litros
de oxígeno,
es decir 10 veces el
volumen de la solución
Aunque el peróxido de hidrógeno sea oxidante, según acaba de
indicarse, al reaccionar con un oxidante más enérgico que él, como el
KMnO4, se comporta como reductor, de acuerdo con la siguiente reacción:
Oxidación del reductor:
H2O2 −
2e−
O2 + 2
H+
(2)
Reducción del oxidante:
MnO4−
+
5e−
+ 8
H+
Mn++
+ 4
H2O
(3)
Reacción iónica global: 2
MnO4−
+ 5 H2O2 + 6
H+
2
Mn++
+
5 O2 + 8
H2O (4)
De acuerdo con la ecuación
química (2), el equivalente gramo del peróxido de hidrógeno en esta reacción es
igual a la mitad de un mol. (Recuérdese que el equivalente gramo de un oxidante, o de un reductor, es igual al mol
de la sustancia dividido entre el número de electrones que intercambia en la
reacción redox.) En consecuencia, la concentración de un agua oxigenada de
10 volúmenes es, aproximadamente:
|
30 g de H2O2
17
.0 g. /eq. g. de
H2O2
|
=
|
1.75 N |
OBJETIVO
El objetivo principal que se pretende lograr en éste experimento
es que el alumno determine experimentalmente la normalidad de una disolución de
agua oxigenada, (disolución de peróxido de hidrógeno,
H2O2
que se preparó para determinar
la entalpía de descomposición del mismo en medio
acuoso) , con una disolución de permanganato de
potasio,
KMnO4, de
normalidad aproximada a 0,1 N. así como el porcentaje de error del valor experimental.
Para ello se introducirá al alumno en el manejo e interpretación de
los conceptos propios de la permanganimetría y la forma de cuantificarlas.
Empleando para este fin soluciones de peróxido de hidrógeno y permanganato de
potasio preparadas por ellos mismos y llevando a
cabo las reacciones que le permitan al estudiante determinar las normalidades de
las mismas.
JUSTIFICACIÓN
Este proyecto experimental tiene como finalidad que el alumno aplique los
conocimientos adquiridos en química en la parte correspondiente a
permanganimetría,
para servir como un antecedente en la fisicoquímica, en lo referente a
termoquímica. A la obtención de series de valores reales obtenidos
experimentalmente para su aplicación en las ecuaciones del
calor. De igual forma se pretende que el alumno sea capaz de utilizar las
gráficas obtenidas y determinar dicho fenómeno real empleado para tal fin.
PROYECTO EXPERIMENTAL
Determinación
de la normalidad del peróxido de hidrógeno en solución acuosa
a
partir de
la reacción:
5
H2O2 (ac)
+
2
MnO4−
+ 6
H+
2
Mn++
+ 5 O2 + 8
H2O
en presencia de
KMnO4
como patrón secundario.
El diseño de experimento que debes realizar, considera, al
menos, los siguientes puntos (ver también la sección "Cómo
elaborar
un
Proyecto
de
Investigación", del portal):
-
Realice una introducción acerca de los tópicos:
gravimetría, valoración y permanganimetría.
-
Haga una breve exposición acerca de qué va a medir y como lo hará.
-
Infórmese de los detalles del arreglo experimental, explique la función de
cada una de sus partes y presente un esquema a color y detallado del armado de éste.
Presente un listado del material que se requiere en la sesión experimental.
-
Analice las ecuaciones
químicas que le permitirán desarrollar el
análisis de datos.
-
Calcule la preparación de las soluciones requeridas y explique como las
preparará durante la sesión experimental.
-
Analice y discuta las
ecuaciones para calcular las normalidades
DISEÑO EXPERIMENTAL
MATERIALES REACTIVOS
|
Vidrios de reloj |
Peróxido de hidrógeno
H2O2 |
|
Buretas |
Permanganato de potasio KMnO4
|
|
Soporte universal |
Oxalato de sodio Na2C2O4 |
|
Pinzas para buretas |
Agua H2O |
|
Vasos de precipitados |
Ácido sulfúrico H2SO4 |
|
Termómetros
|
|
|
Matraces erlenmeyer |
|
|
Placa de agitación y
calentamiento |
|
|
Pipetas graduadas |
|
|
Pipeta volumétrica
Fibra de vidrio
Embudos de tallo corto
Anillo de fierro |
|
METODOLOGÍA:
- Preparar una solución de peróxido de hidrógeno
(H2O2) 0.2
N.
- El material debe estar limpio y seco.
- Preparar una solución de permanganato de potasio (KMnO4)
0.1N. ESTA SOLUCIÓN
DEBE SER PREPARADA
AL MOMENTO DE HACER
LA DETERMINACIÓN.
- Titular cinco alícuotas de permanganato de potasio (KMnO4)
con oxalato de sodio (Na2C2O4)
para determinar la concentración exacta.
- Titular cinco alícuotas de peróxido de hidrógeno
(H2O2)
con permanganato de potasio (KMnO4)
agregando dos o tres mililitros de ácido sulfúrico,
teniendo el cuidado de aforar la bureta cuidadosamente.
Luego abre la llave de la bureta y deja gotear su contenido,
sobre el contenido del matraz erlenmeyer, hasta llegar al punto de
equivalencia, que es aquel en el que todo el líquido toma un color rosa muy
pálido permanente.
- Anotar cuidadosamente el volumen de
(KMnO4)
consumido para lograr el punto de equivalencia repitiendo la
valoración para las cinco alícuotas.
- Dispón los datos en una tablas similar a la siguiente y calcula
la normalidad de las cinco alícuotas de peróxido de hidrógeno
(H2O2)
con el permanganato de potasio (KMnO4)
.
|
Determinación |
Volumen de
H2O2
medido |
Volumen gastado de KMnO4
0.1 N |
|
1ª |
30 cm3 |
... |
|
2ª |
30 cm3 |
... |
|
3ª |
30 cm3 |
... |
|
... |
30 cm3 |
... |
|
Normalidad promedio del H2O2
para la reacción propuesta: |
|
Comente con
su profesor acerca del las medidas de seguridad que deberá
observar durante el experimento. |
Varios son los factores que afectan la estabilidad y
concentración de las soluciones ...
las siguientes:
1.- Las soluciones de peróxido de
hidrógeno son
altamente inestables.
REFERENCIAS
“El ΔHf
de formación del
peróxido de hidrógeno
(H2O2)
liquido resulta de -44.88 Kcal. / mol” (10)
 Bibliografía
básica:
| |
-
Palmer,
W. G. "Química Física Experimental". EUDEBA,
Buenos Aires, 1966
-
Burmistrova,
O.A., "Prácticas de Química Física", Editorial MIR, Moscú
-
R.
Chang, "Química", McGraw-Hill. 4ª Edición. México, 1992, pp. 1052.
-
T. L.
Brown, H. E. Le Way y B. E. Bursten. "Química La ciencia central", 5ª.
Edición, Editorial Prentice-Hall Hispanoamericana S.A., México, 1992,
pp. 1159.
-
Zarco,
R. E. "Seguridad en laboratorios", Ed. Trillas, México, 1990, pp. 146.
-
"The
Merck Index", 8a. Stecher, P.G., Merck Co., Inc., Rahway, N.J., USA.,
1968.
-
J.W. Dawson, "Manual de Laboratorio de Química", Ed. Interamericana, México, 1980.
-
George Hess,
"Química General Experimental", Edit. CECSA, España, 1982.
-
P.
W. Atkins. "Química Moléculas, materia, cambio", Edit. Omega. Barcelona,
1998, pp. 910
-
Langes Handbook, Pág.
9-25, Tabla 9 - 1.
|
 Bibliografía
:
| |
-
Fogler, H. S., Elements of Chemical Reaction
Engineering , Prentice-Hall International Editions, 1992.
-
Jesús Blanco-Ricardo Linarte ,
Catálisis. Fundamentos y aplicaciones industriales. Ed. Trillas 1976.
|
 Web Bibliografía
básica:
|
|
