Titolazione iodometrica del rame: metodica, indicatore

La titolazione iodometrica del rame si basa sull’ossidazione dello ioduro a iodio da parte degli ioni Cu2+ che sono ridotti a Cu+.
La iodometria è una tecnica analitica quantitativa che si basa sulla ossidazione dello ioduro a iodio e viene usata per la determinazione di agenti ossidanti.

La determinazione quantitativa dell’ossidante viene ottenuta tramite titolazione dello iodio con tiosolfato usando la salda d’amido quale indicatore.

Fasi

Le titolazioni iodometriche avvengono in due fasi

nella prima fase si fa reagire lo ioduro in ambiente neutro o debolmente acido con un agente ossidante come, ad esempio, permanganato di potassio o bicromato di potassio con ottenimento di iodio secondo la reazione di tipo generale:

2 KI + agente ossidante → I2
La semireazione di riduzione è quindi:
2 I → I2 + 2 e

Un esempio è costituito dalla reazione tra bicromato di potassio e ioduro di potassio:
K2Cr2O7 + 6KI + 7H2SO→ Cr2 (SO4)3 + 4K2 SO4 + 7H2O + 3I2

Nella seconda fase lo iodio liberato viene titolato con una soluzione standardizzata di tiosolfato di sodio. La reazione netta è:
2S2O32- + I2 → S4O62- + 2I– 

 Con tale metodo possono essere determinati, ad esempio, gli alogeni, il rame (II) e il biossido di zolfo.

Titolazione iodometrica del rame

Nello specifico la titolazione iodometrica del rame si basa sull’ossidazione dello ioduro a iodio da parte degli ioni Cu2+ che sono ridotti a Cu+.

La reazione che avviene è:
2 Cu2+ + 4 I ⇌ 2 CuI(s) + I2

Tale reazione è rapida e quantitativa in soluzioni debolmente acide se è presente un largo eccesso di ioduro: tale reazione può avvenire grazie al fatto che lo ione Cu+ che si forma si allontana dalla soluzione in quanto precipita sotto forma di ioduro di rame (I)

In realtà i valori dei potenziali normali di riduzione per le due semireazioni sono: E°(Cu2+/Cu+) = + 0.17 V e E°(I2/I) = + 0.54 V e ciò suggerirebbe che lo ioduro dovrebbe agire da ossidante, ma stante la bassissima concentrazione di Cu+ presente (Kps di CuI = 10-12) il potenziale della semireazione Cu2+/Cu+ aumenta fino a un valore intorno a 0.88 V.

La titolazione deve avvenire a un valore di pH intorno a 4-5 e tale condizione è realizzata con un tampone ammoniaca/ammonio o acido acetico /acetato.

Il contenuto di ione rame deve essere compreso tra 0.22 e 0.28 g e la soluzione di tiosolfato deve avere una concentrazione di circa 0.1 M

Se la soluzione di tiosolfato di sodio è 1 N ciò implica che 1 L ovvero 1000 mL contengono 1 equivalente che titolano 1 equivalente di rame ovvero 63.5 g di rame

Ogni mL di tiosolfato di sodio titola 0.0635 g di rame

Se la soluzione di tiosolfato è 0.1 M  allora 1 mL titola 0.00635 g di rame

Se per la titolazione sono  impiegati 35 mL di soluzione di tiosolfato allora la massa di rame presente è pari a 35∙0.00635 = 0.222 g di rame

Indicatore 

L’indicatore che si deve usare è la salda d’amido, polimero dell’α-D-glucosio, che a contatto con I2 dà una colorazione blu.

La salda d’amido deve essere aggiunta in prossimità del punto finale ovvero quando la colorazione giallo-marrone dello iodio diventa appena visibile. L’aggiunta dell’indicatore è fatta in prossimità del punto equivalente per evitare che una parte dello iodio rimanendo adsorbita si sottragga alla reazione.  Al punto equivalente si ha il viraggio dal blu all’incolore.

Se si deve analizzare il contenuto di rame presente in una lega esso deve essere portato in soluzione. Il rame non si ossida in presenza di acidi forti come, ad esempio HCl, in quanto il potenziale di ossidazione relativo alla semireazione Cu(s) ⇌ Cu2+(aq) + 2 e ha un potenziale standard di ossidazione pari a E° = – 0.34 V.

Il potenziale standard di riduzione dello ione H+ relativo alla semireazione di riduzione: 2 H+(aq) + 2 e⇌ H2(g) vale E° = 0 V. Pertanto la reazione Cu(s) + 2 H+(aq)  ⇌ Cu2+(aq) + H2(g) ha un potenziale negativo: E° = – 0.34 + 0 = – 0.34 V. La reazione quindi non è spontanea.

Per portare il rame in soluzione occorre, invece, l’acido nitrico che unisce l’azione acida all’azione ossidante, infatti la semireazione di riduzione

HNO3(aq) + 3 H+(aq) + 3 e ⇌ NO(g) + 2 H2O(l)

ha un potenziale standard di riduzione pari a + 0.96 V.

La reazione complessiva 3 Cu + 2 HNO3 + 6 H+ ⇌ 3 Cu2+ + 2 NO + 4 H2O ha quindi un potenziale pari a E° = + 0.96 – 0.34 = + 0.62 V e la reazione è spontanea e quindi per portare il rame in soluzione va usato acido nitrico    concentrato.

 

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