اندازه گیری مقدارآهن در یک سنگ معدن

آزمایش:اندازه گیری مقدارآهن در یک سنگ معدن

استاندارد کردن پتاسیم پرمنگنات و تیتراسیون آهن با پر منگنات

نام گزارشگر:زینب اسدی

نام همکار:نرجس طالب درخشان

تاریخ انجام آزمایش:30/1/89

تاریخ تحویل گزارشکار:6/2/89

روز و ساعت آزمایشگاه:دوشنبه 12:30الی 14

کارشناس آزمایش:سرکار خانم لطیفی

زیر نظر استاد نینا علیزاده

در تمام کاربردهای عملی، قدرت اکسندگی محلول های پر منگنات و سریم(IV) قابل مقایسه اند.اما محلول های سریم(IV)در اسیدسولفوریک برای مدت طولانی پایدار هستند، در حالی که محلول های پرمنگنات به آرامی تجزیه می شوند. لذا استاندارد کردن گاه گاه آن ها مورد نیاز است.علاوه بر این محلول های سریم(IV)در حضور اسید سولفوریک، یون کلرید را اکسید نمی کند، لذا می توانند در تیتر کردن محلول آنالیت حاوی اسیدکلریدریک مورد استفاده قرار گیرند. در مقابل، یون پرمنگنات در حضور اسید هیدروکریک نمی تواند به عنوان تیتر کننده به کار رود.مگر اینکه تدابیر لازم برای جلوگیری از اکسید شدن آرام یون کلرید که منجر به اضافه مصرف شدن محلول استاندارد می شود، به کار رود. مذیت بیشتر سریم(IV) این است که نمک استاندارد این ماده در دسترس است.لذا امکان تهیه ی مستقیم محلول های استاندارد، این ماده را فراهم می آورد.

با وجود مذیت های محلول سریم نسبت به محلول های پرمنگنات، استفاده از محلول های پرمنگنات بیشتر و متداول تر است.

یک دلیل به خاطر رنگی بودن محلول های پرمنگنات است که شدت آن به اندازه ای است که می تواند به عنوان معرف به کار رود

دلیل دوم به خاطر فراوانی پرمنگنات و همچنین قیمت پایین آن است.قیمت یک لیتر محلول پرمنگناتM 02/0 در حدود 08/0 دلار است، حال آنکه قیمت یک لیتر سریم(IV) با قدرت مشابه در حدود20/2 دلار است. چنانچه از نمک استاندارد اولیه ی سریم(IV) استفاده شود، قیمت آن به ازای هر لیتر 40/4 دلار است.

عیب دیگر محلول های سریم(IV)، تمایل آن ها به تشکیل نمک های بازی با حلالیت کم در محلول های اسیدی قوی و با غلظت کمتر از M1/0 است.

نقاط پایانی

یک خاصیت سودمند محلول های پرمنگنات پتاسیم، رنگ بنفش تند آن است که آن را به عنوان معرف در اغلب تیتراسیون ها قابل استفاده نموده است. مقدار کمی از محلول، مثلا 01/0 یا02/0 میلی لیتر از محلول 02/0مولار آن به 100میلی لیتر آب، رنگ قابل رویت می دهد. چنانچه محلول پرمنگنات خیلی رقیق باشد ، دی فینیل آمین سولفونیک اسید یا کمپلکس 1-10 فنانترولین آهن(II) نقطه ی پایانی واضح تری را فراهم می کند.

نقطه ی پایانی پرمنگنات به دلیل واکنش آرام پرمنگنات اضافی با مقدار نسبتا زیادی از یون های منگنز (II) موجود در انتهای واکنش ثابت نیست:

3Mn²⁺ +2H₂O → 5MnO₂(s) + 4H⁺ + 2MnO₄^-

ثابت تعادل این واکنش در حدود 10⁴⁷ استکه بیانگر کوچک بودن غلظت پرمنگنات حتی در محیط های بشدت اسیدی است.خوشبختانه،سرعت واکنش و رسیدن به تعادل بسیار آرام است،بطوری که از بین رفتن رنگ به تدریج پس از یک دوره ی 30 ثانیه ای انجام می گیرد.

محلول های سریم(IV) زرد و نارنجی هستند،ولی رنگ آن ها به اندازه ی کافی قوی نیست تا به عنوان معرف در تیتراسیون ها به کار روند.چندین معرف اکسیداسیون- احیا برای تیتراسیون محلول استانداردسریم(IV) وجود دارند که پرمصرف ترین آن ها کمپلکس1و10- فنانترولین آهن(II) یا یکی از مشتقات آن است.

محلول های آبی پرمنگنات به دلیل تمایل یون ها به اکسایش آب، پایداری زیادی ندارند:

4MnO₄^- + 2H₂O→ 4MnO₂(s)+3O₂(g)+4OH^-

اگرچه ثابت تعادل واکنش فوق حاکی از گرایش واکنش به سمت محصولات است،اما چنانچه محلول پرمنگنات بطور مناسبی تهیه شده باشد ،پایدار خواهد بود. در نتیجه،واکنش تجزیه ی پرمنگنات بکندی انجام می گیرد.واکنش در حضور نور،حرارت، اسیدها، بازها،منگنز(II) و دی اکسید منگنز کاتالیز می شود.چنانچه اثر تسریع کننده ها ، بخصوص دی اکسید منگنز جزئی باشد محلول هایی با پایداری مناسبی از یون پرمنگنات قابل تهیه است.وجود دی اکسید منگنز در بهترین درجهاز پرمنگنات پتاسیم جامد به صورت یک جسم آلوده کننده عمل می کند.همچنین،این ماده در نتیجه ی واکنش پرمنگنات با مواد آلی و غبارهای موجود درآبی که برای تهیه ی محلول بهکار می رودبه وجود می آید.جداسازی دی اکسید منگنز به وسیله ی صاف کردن قبل از استانداردکردن،بطور قابل توجهی باعث افزایش پایداری محلول پرمنگنات استاندارد خواهد شد.قبل از صاف کردن محلول،جهت تسریع در اکسیداسیون انواع مواد آلی موجود در آب مقطر یا آب دی یونیزه شده،به محلول معرف اجازه داده می شودتا به مدت بیست و چهارساعت به حال خود باقی بماند یا برای مدت کوتاهی گرم شود.کاغذ صافی نمی تواند جهت صاف کردن محلول پرمنگنات استفاده شودزیرا یون پرمنگنات با آن واکنش داده و دی اکسید منگنز اضافی تولید می کند.

محلول پرمنگنات استاندارد شده باید در یک مکان تاریک نگهداری شود.چنانچه جسم جامدی در داخل محلول یا در دیواره های شیشه نگهداری دیده شود، صاف کردن و استاندارد کردن مجدد لازم است.به هر حال، استاندارد کردن مجدد محلول در هر یک یا دو هفته یکبار راه بسیار خوبی برای اطمینان از اندازه گیری هاست.

محلول هایی که حاوی مقادیر اضافی پرمنگنات استاندارد هستند ، هرگز نباید حرارت داده شوند.زیرا در نتیجه ی اکسیدکردن آب، تجزیه می شوند. این تجزیه با مقایسه ی شاهد، جبران نمی شود از طرفی با جلوگیری از تجمع مقدار اضافی پرمنگنات در محلول، تیتراسیون محلول داغ و اسیدی محلول کاهنده با محلول پرمنگنات بدون هیچ گونه خطایی امکان پذیر است.

تعدادی از استانداردهای اولیه ی بسیار خوب برای استاندارد کردن محلول های پرمنگنات پتاسیم و سریم(IV) در دسترس است.

اکسالات سدیم

اکسالات سدیم بطور وسیعی برای استاندارد کردن محلول های پرمنگنات پتاسیم و سریم(IV) استفاده می شود. در محلول های اسیدی ، یون اکسالات به اسیدهای تفکیک نشده تبدیل می شود.

واکنش بین یون پرمنگنات و اکسالیک اسید پیچیده است و پیشرفت آن حتی در درجه حرارت های بالا بسیار کند است، مگر اینکه منگنز(II) به عنوان کاتالیزور حضور داشته باشد.بنابراین وقتی که اولین میلی لیترهای پرمنگنات استاندارد به محلول گرم اکسالیک اسید اضافه می شود، زمان زیادی نیاز است تا رنگ یون پرمنگنات ناپدید شود. با افزایش غلضت منگنز(II) ، پیشرفت واکنش در نتیجه ی کاتالیز کردن خود به خود سریعتر و سریعتر می شود.

برای استاندارد کردن محلول پرمنگنات میتوان از اگزالیک اسید با درجه استاندارد اولیه استفاده کرد.در محلول های اسیدی، پرمنگنات اگزالیک اسید را به کربن دی اکسید و آب اکسید می کند.این واکنش کنداست و حتی دمای بالا نیز باید واکنش با یون منگنز(II) کاتالیز شود.از این رو در شروع تیتراسیون پرمنگنات چند ثانیه طول می کشد تا اگزالیک اسید داغ و بی رنگ گردد.

واکنش بین اگزالیک اسید و پرمنگنات توسط شیمیدان های مختلف بررسی شده است.

روش مک براید:

در عمل مک براید اگزالیک اسید به آرامی در دمای بین 60تا90درجه ی سانتی گراد با پرمنگنات تیتر می شود تا نقطه ی پایانی که رنگ صورتی ضعیف پرمنگنات است فرا رسد.

روش فولر و برایت:

در این روش تیتراسیون حدود 1/0 تا 4/0 درصد کمتر پرمنگنات مصرف می کند و خاطرنشان کرده اند که علت آن اکسایش بخشی از اگزالیک اسید به وسیله ی هوا است.

H₂C₂O₄ + O₂(g) → H₂O₂ +2CO₂

آب اکسیژنه ی محصول در محلول داغ خود به خود به اکسیژن و آب تجزیه می شود.

در روش فولر و برایت نود تا نود و پنج درصد پرمنگنات لازم یکباره به اگزالیک اسید سرد افزوده می شود، سپس محلول تا دمای حدود 60 درجه سلیسیوس حرارت داده و تیتر می شود.با وجود آنکه در این روش اکسایش اگزالیک اسید به وسیله ی هوا به حداقل می رسد و نتایج دقیقی به دست می آید ولی این عیب را دارد که باید مقدار تقریبی نرمالیته ی محلول پرمنگنات مشخص باشد.(مثلا قبلا از روش مک براید پیدا شده باشد)

واکنش آهن (II) با پرمنگنات به نرمی و با سرعت انجام می شود. ولی در حضور کلریدریک اسید( که برای حل کردن سنگ آهن به کار رفت) ممکن است یون کلر نیز به وسیله ی پرمنگنات اکسید شده و درصد آهن در سنگ آهن بالا گزارش شود.این واکنش خوشبختانه سرعت زیاد ندارد و خطای چندانی تولید نمی کند.با وجود این می توان اثر آن را با افزایش واکنشگر زیمران- رینهارت رفع کرد.

نوع اسید قوی که برای اسیدی کردن محیط استفاده می شود بسیار مهم است، چراکه پرمنگنات اکسنده ی بسیار قوی است و باعث اکسید شدن اسید های قوی همچون اسید کلریک می شود.بنابراین بهترین اسید قوی برای این آزمایش استفاده از سولفوریک اسید است.باید توجه داشت اسید مصرف شده فقط باید صرف اسیدی کردن محیط شود و در تبادل الکترون هیچ تاثیری نداشته باشد.

ما از پرمنگنات در محیط اسیدی استفاده می کنیم ممکن است سوال مطرح شود که چرا از آن در محیط بازی استفاده نمی شود؟

همانطور که می دانیم:

پرمنگنات در محیط اسیدی Mn²⁺ → MnO₄^-

پرمنگنات در محیط بازی MnO₂⁺ → MnO₄^-

اگر به E احیای پرمنگنات در محیط اسیدی توجه کنیم می بینیم که عدد بسیار بزرگیست به عبارتی پرمنگنات در محیط اسیدی، بالاترین خاصیت اکسید را دارد.

از طرفی قراراست واکنش ما به صورت خوداندیکاتور باشد. مسلما تغییر رنگ محلول از حالت بی رنگ به حالت رنگی در نقطه ی هم ارزی با دقت بیشتری نسبت به تغییر رنگ از حالت رنگی به حالت رنگی دیگر در نقطه ی هم ارزی همراه است.

آزمایش اول

واکنش مربوطه:

6H⁺ +5H₂C₂O₄ +2MnO₄^- → 2Mn²⁺ +10CO₂ + 8H₂O

n₂ M₁V₁ = n₁M₂ V₂

5×0/05×2= 5/6 × M×5

M_MnO4^-= 0/018 mol/L

آزمایش دوم

واکنش مربوطه:

8H⁺ +5Fe²⁺ +MnO₄^-→ Mn²⁺ + 5Fe³+ + 4H₂O

n₂ M₁V₁ = n₁M₂ V₂

10× M ×1 = 4/6× 0/018×5

M_Fe²= 0/04 mol/L

آزمایش اول:

ابتدا بورت را خوب می شوییم ، آنگاه از محلول پرمنگنات پر کرده و هواگیری می نماییم.

سپس با پیپت حجم سنجی 5ml اگزالیک اسید استاندارد برداشته و درون ارلن می ریزیم. برای اسیدی کردن محیط 5ml سولفوریک اسید غلیظ اضافه می نماییم. ارلن محتوای محلول را تا دمای 80 الی 90 درجه سانتی گراد حرارت می دهیم سپس با پرمنگنات پتاسیم تیتر می کنیم.

پرمنگنات را به آرامی اضافه کرده بطوریکه رنگ صورتی آن قبل از اضافه کردن قطرات بعدی ناپدید شده باشد.(توجه می کنیم که هرگاه دما کمتر از 60 درجه رسید محلول را دوباره حرارت می دهیم.

حجم مصرفی پر منگنات مشاهده شده: 5/6 ml است.

آزمایش دوم:

بورت را مجددا از پرمنگنات پرکرده ، سپس توسط پیپت 10ml آهن(II) برداشته و در ارلن می ریزیم.ارلن حاوی نمونه ی آهن را با پرمنگنات تیتر می نماییم این کار را با دیدن رنگ صورتی پایدار یعنی نقطه ی هم ارزی ادامه داده سپس شیر بورت را می بندیم و حجم مصرفی پرمنگنات را یادداشت می نماییم. با محاسبه ی مولاریته ی پرمنگنات از آزمایش قبل، حال می توانیم مولاریته ی آهن(II) را محاسبه کنیم.

حجم مصرفی پرمنگنات مشاهده شده: 4/6ml است.

http://www.iran-eng.com

http://norozi600.blogfa.com

http://iranchem.blogfa.com/

http://halaban.blogfa.com

http://daneshnameh.roshd.i

کتاب مبانی شیمی تجزیه.جلد2

نویسنده:اسکوگ وست هالر

مترجم: دکتر سید مجتبی قدیری، سید مهدی پور مرتضوی،محسن دربهشتی

+ نوشته شده در یکشنبه ۱۷ اردیبهشت ۱۳۹۱ساعت 19:19 توسط سيد مصطفي محمدزاده |