Agua Oxigenada (H2O2)

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 combustiblespara 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 deH2O2 , 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      O   2

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 H 2O2

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, H2O2que 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.

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.

- 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: