Jodo-jodimetrie, een veelzijdige techniek

Jodo-jodimetrie is een redoxmethode gebaseerd op titrimetrie. De methode kan worden gebruikt voor tal van toepassingen wegens het chemisch karakter van het betrokken redoxkoppel (dijood-jodide). Door de milde redox-eigenschappen van beide stoffen kunnen met deze methode immers concentraties van zowel sterke reductoren als sterke oxidatoren worden bepaald.

• Redoxtitratie
• Jodo-jodimetrie
• Rechtstreekse titratie met I₂
• Voorbeeld: bepaling van een vitamine C-gehalte
• Terugtitratie met I^-
• Voorbeeld: bepaling van het gehalte hypochloriet in javel

Redoxtitratie

Een titratie is een volumetrische methode om de concentratie van een bepaalde opgeloste stof in een oplossing te bepalen. Door te bepalen hoeveel titreervloeistof (titrant) met exact gekende concentratie moet worden toegevoegd om al de stof te laten wegreageren, kan de concentratie van de stof berekend worden. Het moment waarop de stof volledig is weggereageerd, wordt het equivalentiepunt van de titratie genoemd. Dit equivalentiepunt kan duidelijk worden gemaakt door een kleurverandering van één van de chemicaliën zelf of door de kleurverandering van een toegevoegde indicator. Als de titratie gebaseerd is op een redoxreactie, dan spreekt men van een redoxtitratie.

Jodo-jodimetrie

Jodo-jodimetrie is een redoxtitratie die steunt op de omzetting 2I^- = I₂ + 2e^-. Wegens de middelmatige waarde van de normpotentiaal (E°(I₂/2I^-) = 0.54V), weten we dat I₂ geen uitermate sterke oxidator is. Ook weten we uit deze normpotentiaal dat I^- geen uiterst zwakke reductor is. I₂ kan dus optreden als oxidator voor een sterke reductor maar I^- kan evenzeer optreden als reductor voor een sterke oxidator. Met jodo-jodimetrie kan men dus zowel concentraties van sterke reductoren (met I₂) als concentraties van sterke oxidatoren (met I^-) bepalen.

Rechtstreekse titratie met I₂

Door een rechtstreekse titratie met I₂ kunnen concentraties van sterke reductoren worden bepaald. Van de te bepalen reductor-oplossing wordt er een exact bepaald volume in een erlenmeyer gebracht. Vervolgens wordt de I₂-oplossing met exact gekende concentratie druppelsgewijs en onder roeren toegevoegd via een buret. Bij het equivalentiepunt zal de reductor volledig zijn weggereageerd en zal er bij verdere toevoeging van I₂ dus geen reactie meer kunnen doorgaan. Daar I₂ geel gekleurd is, zal bij verdere toevoeging ervan de oplossing in de erlenmeyer geel kleuren. Het eindpunt van deze titratie kan visueel worden versterkt door toevoeging van zetmeel. Zetmeel geeft in aanwezigheid van I₂ namelijk een diepblauw gekleurde oplossing.

Voorbeeld: bepaling van een vitamine C-gehalte

Vitamine C en dijood (I₂) reageren met elkaar in een 1-1-verhouding. Dit betekent dat één molecule vitamine C reageert met één molecule I₂. Voor de bepaling doe je een exact afgemeten volume van de vitamine C-oplossing in een erlenmeyer en voeg je er enkele mL van een zetmeeloplossing aan toe. Je vult de buret met een I₂-oplossing met exact gekende concentratie. Je voegt I₂ uit de buret toe aan de vitamine C-oplossing tot de oplossing blauw kleurt.

Rekenvoorbeeld:
Aan 30 mL van een vitamine C-oplossing moet er 20 mL van een I₂-oplossing met een concentratie van 0.004 mol/l worden toegevoegd om een kleuromslag te krijgen.
→ V_{vitamineC-oplossing} = 0.03 L
→ c_I2 = 0.004 mol/L
→ V_I2 = 0.02 L

Hieruit kan je berekenen hoeveel I₂ je hebt toegevoegd aan de oplossing.
→ n_I2 = c_I2 . V_I2 = 0.004 mol/L . 0.02 L = 0.00008 mol.

Omdat er volgens de reactievergelijking voor elk vitamine C molecule 1 molecule I₂ nodig is, zat er bij deze bepaling dus 0.00008 mol vitamine C in de erlenmeyer, d.i. in 30 mL van de vitamine C-oplossing.
→ c_{vitamine C-oplossing} = 0.00008 mol/0.03 L = 0.0027 mol/L

Meestal wordt een vitamine C-gehalte in bijvoorbeeld een vruchtensap uitgedrukt in mg vitamine C/100 mL sap.
Met M_{vitamine C}(molaire massa) = 176 g/mol kan je het gehalte uit het rekenvoorbeeld omzetten in deze eenheid.
→ (0.0027mol/L.176 g/mol = 0.475 g/L = 0.0475 g/100 mL = 47.5 mg/100 mL
Deze waarde komt overeen met een normaal gehalte vitamine C in vers sinaasappelsap.

Terugtitratie met I^-

Voor de bepaling van de concentratie van een sterke oxidator kan er niet rechtstreeks worden getitreerd met jodide (I^-). Het toevoegen van I^- aan een oxidator geeft onmiddellijk een bruine kleur welke steeds intenser zal worden omdat er steeds meer I₂ wordt gevormd. Bij het equivalentiepunt zal al de oxidator omgezet zijn en zal er dus geen I₂ meer kunnen worden bijgevormd. Het equivalentiepunt wordt bereik als de kleurintensiteit maximaal is. Dit maximum is echter niet met het blote oog aan te tonen. Vandaar dat de bepaling van een oxidator met een terugtitratie dient te gebeuren. Er wordt hierbij een overmaat KI toegevoegd. Een gedeelte van de I^--ionen zal worden omgezet in I₂, waarvan het gehalte vervolgens kan worden bepaald door titratie met een thiosulfaat (S₂O₃^2-)-oplossing.


Uit de titratie kan dus het gehalte aan I₂ worden bepaald. Dit gehalte staat rechtstreeks in verband met het gehalte oxidator.

Voorbeeld: bepaling van het gehalte hypochloriet in javel

Voor de bepaling doe je een exact afgemeten volume javel in een erlenmeyer en je voegt hierbij een overmaat KI-oplossing. De hypochloriet (ClO^-) uit de javel zal hierbij reageren met het toegevoegde I^-. Beide stoffen reageren met elkaar in een 1-2-verhouding.Dit betekent dat één molecule ClO^- reageert met twee moleculen I^-.


Tijdens de toevoeging van I^- aan javel ontstaat er I₂, wat ervoor zorgt dat de oplossing bruin kleurt. Je vult de buret met een thiosulfaat (S₂O₃^2-)-oplossing met een exact gekende concentratie. Je voegt deze oplossing toe aan de erlenmeyer tot de oplossing in de erlenmeyer ontkleurt. Tijdens de titratiereactie reageert het bruine I₂ met het toegevoegde S₂O₃^2- tot het kleurloze I^-. Wanneer al het I₂ is weggereageerd, zal de oplossing dus ontkleurd zijn. Ook hier kan het visueel effect versterkt worden door de toevoeging van zetmeel. S₂O₃^2- reageert met I₂ in een 2-1-verhouding. Dit betekent dat één I₂-molecule reageert met twee moleculen S₂O₃^2-.


Rekenvoorbeeld:
Aan 10 mL van een 10 keer verdunde javeloplossing wordt er een overmaat I^- toegevoegd. Aan de verkregen I₂-oplossing moet er 30mL van een S₂O₃^2- -oplossing met een concentratie van 0.05 mol/L worden toegevoegd voor ontkleuring.
→ c_S2O3^2- = 0.05 mol/L
→ V_S2O3^2- = 0.03L

Hieruit kan je berekenen hoeveel S₂O₃^2- je hebt toegevoegd aan de oplossing.
→ n_S2O3^2- = c_S2O3^2- . V_S2O3^2- = 0.05mol/L . 0.03L = 0.0015 mol.

Omdat er volgens de reactievergelijking voor elk I₂ molecule 2 moleculen S₂O₃^2- nodig zijn, zal er bij deze bepaling 0.00075 mol I₂ in de erlenmeyer zitten. Omdat je weet dat er voor elk molecule ClO^- 1 molecule I₂ werd gevormd, weet je dus ook dat er 0.00075 mol ClO^- in de 10 mL verdunde javel zat.
→ c_ClO- (verdunde javel) = 0.00075 mol/0.01 L = 0.075 mol/L
→ c_ClO-(javel) = 0.075 mol/L . 10 = 0.75 mol/L

Meestal wordt een NaClO-gehalte uitgedrukt in m_NaClO/m_javel
Met M_NaClO(molaire massa) = 74.44 g/mol kan je het gehalte uit het rekenvoorbeeld omzetten in deze eenheid.
→ (0.75 mol/L.74.44 g/mol = 55.83 g/L = 5.583 g/100mL ≈ 5.583 mg/100g

Deze waarde komt ongeveer overeen met het gehalte in gewoon commercieel javelwater.