Sample menu:

Клуб «Юный химик»: Сколько йода в настойке// Химия и жизнь. — 1989. — 1. — С. 77-81.

ИТОГИ КОНКУРСА

В прошлом году наш Клуб проводил экспериментальный конкурс, состоящий из пяти заданий. Продолжаем обсуждать его итоги. На сей раз — задание четвертое.

4.Определите массовое и мольное соотношение йодида калия и йода в йодной настойке. Для чего в настойке нужен KI? Определите также, увеличивается или уменьшается концентрация йода, если настойка длительное время стоит в открытой склянке. Для проведения исследований вам понадобится тиосульфат натрия (фиксаж), крахмал, аптечная пипетка и маленькая мензурка, которую тоже можно купить в аптеке.

На первый взгляд это задание кажется несложным, однако и в нём есть немало подводных камней.

Начнём с первой, наиболее простой части задания. Чтобы определить концентрацию йода в растворе, надо приготовить сначала раствор тиосульфата натрия с известной концентрацией и использовать его для определения количества йода в образце в соответствии с реакцией 2Na2S2O3+I2=Na2S4O6+2NaI. Так и поступило большинство участников конкурса. Трудности на этом этапе возникли лишь у Сергея Корчинского (с.Семиозерное Кустанайской обл.). Он не нашел в учебнике уравнения этой реакции и поэтому поступил так: взвесил 1г йода (полученного возгонкой при нагревании смеси KI с хлорной известью), приготовил из него раствор и узнал, какой объём раствора Na2S2O3 требуется для полного связывания 1г йода. Теперь уже легко методом сравнения узнать, сколько йода содержится в настойке.

А как узнать, сколько в настойке йодида калия? Здесь возможно несколько вариантов. Например, такой: полностью выпаривают известное количество настойки, остаток нагревают, чтобы удалился весь йод, и потом взвешивают оставшийся KI. Так определяли содержание KI Владислав Звычайный, Кирилл Зуев (Ленинград), С.Корчинский, Михаил Смушкин (Саратов); Михаил для разделения I2 и KI применял экстракцию йода бензином.

Другой способ таков: окисляют KI до I2 с помощью H2O2 и определяют содержание I2 до и после окисления. Разность даёт количество йода, содержащееся в виде йодида. Такой способ применил Сергей Чиненов (Волчанск Свердловской обл.).

Зачем в настойку добавляют KI? Сам йод в воде почти нерастворим (0,03% при 20°С); чтобы повысить его растворимость, добавляют спирт и KI, который образует с I2 хорошо растворимые в воде полигалогениды, в основном KI·I2 (или KI3).

Но, может быть, все эти анализы излишни? Ведь концентрация раствора йода указана на этикетке, а из справочников можно узнать также, сколько добавляют в раствор KI. Однако задание было вовсе не бессмысленным. Оказывается, экспериментально определенный состав раствора йода может отличаться и весьма значительно от справочных значений. Состав йодной настойки, как указано в Большой Медицинской Энциклопедии, следующий: I2 — 5 частей, KI — 2 части, воды и спирта (95%-ного) — до 100 частей. В справочнике М.Д.Машковского «Лекарственные средства» разъясняется, что означают «части»: содержание I2 и KI даётся в граммах, тогда как растворитель добавляется до 100мл. Следовательно, концентрации в растворе должны быть такими: йода — 50г/л (0,197моль/л), йодистого калия — 20г/л (0,12моль/л). Массовое соотношение I2:KI=5:2, а мольное — 63:2. Некоторые участники конкурса получили очень близкие к этим значения, у других же наблюдались отклонения. Они могут быть связаны и с ошибками в методике анализа, расчётов, и с объективными причинами. Давайте рассмотрим их подробнее.

1.Кристаллический тиосульфат — это пятиводный кристаллогидрат Na2S2O3·5H2O. Если это не учитывать, ошибка будет очень большой. Соль, долго хранящаяся на воздухе, выветривается, то есть теряет часть воды, прозрачные кристаллы мутнеют, становятся белыми. Поэтому в аналитических лабораториях сначала по навеске готовят раствор с приблизительной концентрацией, а затем ее уточняют, используя одну из следующих реакций:

K2Cr2O7+6KI+7H2SO4=3I2+Cr2(SO4)3+4K2SO4+7Н2О и

2KMnO4+10KI+8H2SO4=5I2+2MnSO4+6K2SO4+8Н2О.

Точные растворы бихромата или перманганата калия готовят по навеске, KI берут в избытке, а выделившийся йод оттитровывают раствором Na2S2O3.

2.Если титровать йод без индикатора, то трудно заметить момент, когда полностью обесцвечивается раствор. Но если сразу же добавить к раствору йода крахмал, то образуются темно-синие хлопья. При этом йод, адсорбированный на крахмале, с трудом переходит в раствор, это тоже даёт ошибку в анализе. Поэтому крахмал прибавляют в конце титрования, когда раствор йода становится бледно-жёлтым.

3.Раствор тиосульфата должен быть разбавленным, иначе пострадает точность анализа. С.Чиненов использовал 25%-ный раствор Na2S2O3, и в результате на титрование расходовалось всего от 3 до 6 капель раствора, что, конечно, привело к большой ошибке. На практике используют растворы с концентрацией от 0,25 до 2,5%. Объём раствора Na2S2O3 измеряют с помощью калиброванной бюретки, пипетки, цилиндра, а если их нет, то приходится считать капли раствора, предварительно определив их объём, например, с помощью аптечной мензурки. Обычный объём капли — от 0,03 до 0,05мл.

4.Если для разбавления брать водопроводную воду, то содержащийся в ней хлор частично окислит KI из настойки и результаты анализа окажутся завышенными, хотя и ненамного.

И всё же, если даже учесть все возможные источники ошибок, йодная настойка не всегда получается 5%-ной: концентрация йода в ней может изменяться от 4,0 до 5,2%. В чём же дело? Обратите внимание на срок годности, указанный на этикетке. Дело в том, что йод медленно реагирует со спиртом, окисляя его до ацетальдегида, уксусной кислоты, этилацетата. Реакция ускоряется на свету, правда, KI замедляет её. Для проверки действия света мы специально взяли две ампулы с раствором йода (в упаковке стоимостью 22коп. находится 10 ампул по 1мл); из надписи следовало, что срок годности этой партии истёк в июне 1988г. Одну ампулу вскрыли сразу и оттитровали 0,037М раствором Na2S2O3. В 0,96мл раствора оказалось 0,039г I2, что соответствует 4,06% (в граммах на 100мл). Другую ампулу поместили на несколько часов рядом с 60-ваттной лампой. В результате в 0,95мл раствора оказалось лишь 0,033г I2 (около 3,5%). Теперь понятно, почему на упаковке пишут: «Хранить в тёмном месте».

Во второй части задания мы просили установить, как изменяется концентрация раствора йода в открытой посуде. Предсказать результат без эксперимента трудно, хотя некоторые участники конкурса пытались это сделать. Дело в том, что все здесь зависит от условий: температуры, циркуляции воздуха, диаметра и формы сосуда и даже расстояния от поверхности раствора до верхнего края сосуда. Что же касается методики, то возможны варианты. Если раствора много, то можно оставить его испаряться и через определенные промежутки времени брать небольшие пробы равного объёма и определять в них количество йода.

Более удобен другой вариант: готовят несколько одинаковых образцов и анализируют их по очереди. Для этой цели как раз удобен йод в ампулах. Надо взвесить все ампулы, аккуратно вскрыть их. (Обязательно сохраняйте перенумерованные вместе с ампулами осколки, чтобы потом определить массу пустой ампулы и массу раствора: не все ампулы заполняют одинаково.) Спустя какое-то определенное время возьмите очередную ампулу, аккуратно перенесите её содержимое в стакан или колбочку с водой и определите количество йода в образце. Вот какие результаты получились, когда ампулы выдерживали при температуре 30°С.

  № амп. Время, ч Масса исходного раствора, г Масса йода, г Концентрация йода, %  
 

1

000

0,95

0,0430

4,10

  
  2 009 0,95 0,0422 4,35  
  3 021 0,93 0,0390 5,07  
  4 032 0,99 0,0366 5,30  
  5 056 0,94 0,0313 6,25  
  6 082 0,98 0,0240 6,65  
  7 106 0,92 0,0160 5,93  
  8 128 0,98 0,0134 5,58  
 

9

152

0,99

0,0085

4,48

  

Посмотрим теперь, какие результаты получили участники конкурса. Из таблицы следует, что общее количество йода и его концентрация могут изменяться в противоположных направлениях. Действительно, пусть из 10мл 5%-ного раствора (он содержит 0,5г йода) испарилось 0,1г I2 и 1мл растворителя — тогда концентрация йода понизится до 4,5 %. Если за то же время испарится 2мл растворителя, то концентрация раствора останется неизменной, а если 3мл — повысится до 5,7%. Если к тому же учесть, что содержащийся в растворе KI может окисляться кислородом воздуха, особенно на свету, то нельзя исключить полностью и такой вариант: вначале будет увеличиваться и концентрация, и общее содержание йода в растворе. Однако экспериментально этот вариант наблюдать не удалось. Так, у В.Звычайного в течение четырех часов масса настойки уменьшилась на 18%, из которых 16% приходится на долю растворителя и 2% — на долю йода. С.Чиненов оставил открытую настойку на сутки, при этом количество йода в ней уменьшилось на 20%.

Большинство участников конкурса обнаружили, что со временем концентрация йода увеличивается. Об этом сообщает, например, С.Корчинский. Более того, когда он вылил содержимое аптечного пузырька в чашку Петри, на её дно через некоторое время выпали кристаллы йода. «Думаю, что это происходит потому, — пишет Сергей, — что спирт быстро испаряется, растворимость йода падает, и он выпадает на дно чашки в виде мелких кристалликов». Действительно, спирт испаряется намного быстрее воды, а содержащегося в растворе йодида калия может не хватить на связывание всего йода, особенно если часть KI окислилась. Кристаллики йода на дне сосуда через 10 дней, когда объём раствора уменьшился вдвое, обнаружил также В.Зуев. Концентрация йода при этом повысилась в 1,7 раза, судя по результатам титрования. Сходные данные получил и М.Смушкин. Более подробно изучил изменения в растворе со временем И.Михайлов. Он получил такие результаты:

   

Время, сутки

  
 

0

7

12

16

30

  
 

VNa2S2O3, мл

42,7

43,2

46,0

47,5

53,5

  
 

CI2, моль/л

0,213

0,216

0,230

0,237

0,267

  

Здесь VNa2S2O3 — объём 0,05М раствора Na2S2O3, пошедшего на титрование 5мл раствора йода (приводится среднее из 2 измерений). Концентрация йода определяется по формуле CI2=0,05·VNa2S2O3/(5·2). Множитель 2 в знаменателе вводится потому, что 1моль I2 реагирует с 2моль Na2S2O3.

И.Леенсон