טיטרציות חימצון/חיזור - יודומטריה

1. טיטרציות חימצון/חיזור - יודומטריה Redox titration Iodometric titration

2. שיטה יודומטרית היא טיטרציה מסוג חמצון-חיזור. טיטרציות אלו מבוססות על תגובת חמצון-חיזור בין החומר הנבדק (אנלייט) ובין החומר המטטר (טיטרנט). בטיטרציה יודומטרית אנו משחררים יוד מתמיסת יודיד ע”י הוספת חומרים מחמצנים שונים ואת היוד הנוצר מטטרים עם תמיסה סטנדרטית של תיוסולפאט (Na2S2O3 ).

3. K=7.1X102 Iodine Iodide Triiodide מסיסות של יוד במים נמוכה ( ), אבל אם מוסיפים יודיד לתמיסה, ניתן להמיס כמויות סבירות כתוצאה מתגובה: מבחינה סטויכיומטרית אין הבדל אם מתייחסים ליוד או לטרי-יודיד.

4. אינדיקטור בטיטרציות יודומטריות • יוד – בעל צבע אופייני יכול לשמש אינדיקטור משל עצמו. • עמילן (starch) – יוצר קומפלקם עם יוד בעל צבע כחול חזק. עמילן הוא לא אינדיקטור אופייני של תגובות חימצון-חיזור, כיוון שמגיב רק לנוכחות של יוד ולא לשינוי בפוטנציאל.

5. החלק הפעיל בעמילן הוא b-amylose, פולימר בעל יחידה חוזרת של: הפולימר קיים בצורת ספירלה (helix) אשר לתוכה נכנסות מולקולות קטנות. בנוכחותו של עמילן ויון היודיד, מולקולות יוד יוצרות שרשראות ארוכות מהצורה I5-אשר נכנסות למרכז הספירלה של b-amylose. עמילן

6. ריכוזים גבוהים של יוד גורמים לפירוק העמילן. לכן חשוב מאוד להוסיף עמילן קרוב ככל האפשר לנקודה אקוויולנטית. 2. תרחיפים של עמילן אינם יציבים לאורך זמן ויש לשמר אותם או להכין אותם טריים ביום ביצוע הטיטרציה.

7. 3. לתיוסולפאט יש חוסר יציבות מסוימת אין להחזיק תיוסולפאט בתמיסה חומצית ראקציה דומה נגרמת בגלל חיידק שניזון מתיוסולפאט. כדי להתגבר על חיידק, מכינים תמיסה של תיוסולפאט במים רתוחים ושומרים על חומציות מסוימת של תמיסה (pH = 9-10). בתנאים אלו פעילות של חיידק היא מזערית.

8. 4HOI + S2O32- + H2O = 2SO42- + 4I- + 6H+ Hypoiodous acid קבוע תגובה ליצירת HOIקטן יחסית אבל הופך להיות למאוד משמעותי כאשר pHגבוה מ-7. I2 + H2O = HOI + I- + H+ תגובה בין I2לבין Na2S2O3 הפיכה כמותית של thiosulfateל tetrationate -מיוחדת ליוד, כל הראגנטים המחמצנים האחרים גורמים לחימצון חלקי או שלם, ליון sulfate.דוגמא לתגובה כזאת:

9. כיול של thiosulfate IO3- + 6H+ +5e = ½ I2 +3 H2O E0=1.210V I2 + 2e = 2I- E0=0.535V X(-2.5) IO3- + 5I- + 6H+ = 3I2 + 3H2O I2 + 2S2O32- = 2I- + S4O62- יחס סטויכיומטרי: KIO3 : I2 : Na2S2O3 1 : 3 : 6

10. גורמי שגיאה בשיטת היודומטריה • פירוק תמיסת התיוסולפאט: • S2O32- + H+ = HSO3- + S(s) 2.שינוי ביחס סטויכיומטרי בין יוד ליון התיוסולפאט בנוכחות בסיס: 4HOI + S2O32- + H2O = 2SO42- + 4I- + 6H+ 3.הוספה מוקדמת של עמילן. 4.עיבוד של יוד בהתנדפות. 5.חמצון של יוני יודיד ע"י האוויר: 4I- + O2 + 4H+ = 2I2 + 2H2O

11. X(-1) X2 קביעת נחושת ב - CuSO4 • Cu2+ + e = Cu+ E0=0.15V • I2 + 2e = 2I- E0=0.54V • Cu2+ + I- + e = CuI(s) E0=0.86V תגובת נטו: 2Cu2+ + 4I- = 2CuI(s) + I2 • הוספה של –SCN • pH: - יצירת הידרוקסידים • - חמצון –Iע"י החמצן באויר

12. קשר בין 0Eלבין קבוע שיווי משקל Nernst Equation: E = E0 – 0.05916/n log Q At Equilibrium: E=0, Q=K E0 = 0.05916/n log K at 250C

13. דוגמא נתון: FeCO3(s) + 2e = Fe(s) + CO32- E0=-0.756V FeCO3(s) = Fe2+ + CO32- K=2x10-11 חשב 0Eשל תגובה: Fe(s) = Fe2+ + 2e

14. פתרון FeCO3(s) + 2e = Fe(s) + CO32- E10=-0.756V Fe(s) = Fe2+ + 2e E20=? תגובת נטו: FeCO3(s) = Fe2+ + CO32- E30=? K=2x10-11 E1+E2=E3 E3 = 0.05916/n log K E3 = 0.05916/2 log (2x10-11) = -0.316V E2 = E3 – E1 = -0.316– (-0.756) = 0.44V

15. שאלות הכנה: • מהי שיטת היודומטריה? • מהו האינדיקטור המשמש בטירטציות יודומטריות? מתי יש להוסיף אותו? מדוע? • איזון התגובה בין יוד לתיוסולפאט. • כיצד מכילים את התיוסולפאט? רישום תגובה מאוזנת. • למה חשוב לשמור על pHחומצי במהלך תגובת הכיול? • מהם גורמי שגיאה בשיטת היודומטריה? • רישום תגובה מאוזנת בין יון הנחושת לבין יון היודיד.

16. שאלות הכנה (המשך): 8. מהי הסיבה להוספת יון SCN- (תיוציאנאט) במהלך ביצוע הטיטרציה? מתי יש להוסיף אותו? 9. מהו ה- pHהמתאים לביצוע תגובת קביעה של נחושת בשיטת היודומטריה? הסבר. כיצד ניתן להשיג את ה- pHהרצוי? 10. מהו מקור שגיאה עיקרי בתגובה של קביעת נחושת בפליז? מהן שתי הדרכים שניתן למנוע זאת? 11. קשר בין פוטנציאל חיזור לבין קבוע שיווי משקל.