Ćwiczenie 7.

ŻELAZO

WSTĘP

• Żelazo występuje głównie w postaci rud (hematyt, magnetyt, piryt), a w wolnej postaci

jedynie w niewielkich ilościach w meteorytach.

• Źródłem związków żelaza w wodach naturalnych mogą być:

- gleba i skały, z których te związki są wymywane;
- zanieczyszczenia, głównie ściekami przemysłowymi z kopalni, galwanizerni,

zakładów metalurgicznych, farbiarskich;

- korozja rur i zbiorników żelaznych i stalowych, z którymi woda miała kontakt.

• W wodzie naturalnej żelazo występuje w związkach na II i III stopniu utlenienia w formie

rozpuszczonej, koloidalnej i zawiesin. Związki żelaza(II) stanowią najczęściej
rozpuszczony kwaśny węglan żelaza(II) lub siarczan(VI) żelaza(II) (w wodach z
torfowisk). Ten kwaśny dwuwęglan żelazawy utrzymuje się w wodzie w postaci
rozpuszczonej dzięki obecności wolnego CO

2

i braku powietrza. W obecności tlenu

dwuwęglan żelaza(II) ulega hydrolizie z jednoczesnym utlenieniem żelaza i wydzieleniem
CO

2

:

2 Fe(HCO

3

)

2

+ H

2

O + ½ O

2

Æ 2 Fe(OH)

3

↓ + 4CO

2

• Związki żelaza(III) łatwo wytrącają się w wodzie, powodując stopniowe zmętnienie

i

brunatnienie wód zawierających znaczne ilości związków żelaza. W wodach

zawierających dużo związków organicznych, a szczególnie związków humusowych,
proces ten zachodzi częściowo, gdyż związki te mogą odgrywać rolę koloidów
ochronnych zapobiegających wytrącaniu się Fe(OH)

3

.

• W organizmie ludzkim znajduje się 3,5 – 4,5 g żelaza. Jest składnikiem hemoglobiny,

mioglobiny i wielu enzymów. Żelazo jest niezbędne dla organizmu jako składnik
krwiotwórczy oraz do transportu i magazynowania tlenu. Przy długotrwałym niskim
spożyciu żelaza rozwija się niedokrwistość (anemia), objawiająca się zmianami w
śluzówce (biegunki, zanik śluzówki żołądka, zmiany zapalne) oraz niedotlenieniem
tkanek, co powoduje obniżenie zdolności psychofizycznych, szybsze męczenie się
organizmu, zakłócenia snu, osłabienie odporności organizmu, a u kobiet w ciąży może
prowadzić do poronień, przedwczesnego porodu lub wad rozwojowych płodu. Efektem
nadmiernego spożycia żelaza może być zmniejszenie wchłaniania innych składników
mineralnych (cynku, miedzi), zwiększone ryzyko wystąpienia infekcji, nadmierne
gromadzenie żelaza w tkankach i ich uszkodzenie (np. trzustki Æ cukrzyca) oraz
zwiększenia wystąpienia chorób nowotworowych. Jednak przypadki nadmiernego
spożycia żelaza są znacznie rzadsze niż przypadki jego niedoboru i zwykle są
spowodowane przedawkowaniem preparatów witaminowych zawierających żelazo.

• Dopuszczalne stężenia żelaza w wodzie (mg/dm

3

) wynoszą:

- wody powierzchniowe klasa I – 1,0;
- wody powierzchniowe klasa II – 1,5;
- wody powierzchniowe klasa III – 2,0;
- woda do picia – 0,2.

1

Ćwiczenie 7.

2

Duża zawartość żelaza w wodzie wywołuje jej mętność, brunatną barwę i pogarsza walory
smakowe. Powoduje też brudzenie tkanin podczas prania z użyciem takiej wody. Wody o
dużej zawartości żelaza mają na ogół odczyn kwasowy, są toksyczne dla ryb i sprzyjają
rozwojowi bakterii żelazistych (może powodować zatykanie urządzeń wodociągowych)
oraz wywołują zaburzenia wzrostu u roślin.

METODY OZNACZANIA ŻELAZA

Istniejące metody oznaczania żelaza w wodzie nie dają możliwości ilościowego
określenia wszystkich postaci żelaza, w jakich występuje ono w przyrodzie. Obecnie
znane metody analityczne pozwalają na określenie jedynie ogólnej zawartości żelaza w
wodzie, występującego w postaci dwuwartościowego lub trójwartościowego żelaza. Do
oznaczania ogólnej zawartości żelaza stosuje się metody:
a) wagową – polega na utlenianiu soli żelaza(II) do soli żelaza(III), które z nieznacznym

nadmiarem roztworu amoniaku wytrącają się w postaci wodorotlenku żelaza(III)
Fe(OH)

3

. Wodorotlenek ten odsączony i wyprażony przechodzi w tlenek żelaza(III)

Fe

2

O

3

, z którego po zważeniu oblicza się zawartość żelaza. W oznaczeniu

przeszkadzają sole glinowe, fosforowe i krzemiany.

b) wersenianową – polega na kompleksometrycznym miareczkowaniu żelaza roztworem

EDTA, przy pH około 2, wobec kwasu sulfosalicylowego. W tej metodzie
wykorzystuje się większą trwałość bezbarwnego kompleksu żelaza z wersenianem w
porównaniu z trwałością jego kompleksu z kwasem sulfosalicylowym o zabarwieniu
czerwonym. W punkcie końcowym miareczkowania następuje zmiana barwy z
czerwonej na słomkowożółtą. Metoda ta stosowana może być przy zawartości żelaza
większej niż 10 mg/dm

3

.

c) kolorymetryczną z tiocyjanianem (rodankiem) – polega na utlenieniu jonów Fe

2+

do Fe

3+

i reakcji barwnej jonów Fe

3+

z jonami tiocyjanianowymi (SCN

-

).

Intensywność krwistoczerwonego zabarwienia jest proporcjonalna do zawartości
żelaza i oznaczana jest wizualnie lub spektrofotometrycznie. Metodę tę stosuje się
przy stężeniach od 0,1 do 2,0 mg (Fe)/dm

3

.

d) kolorymetryczną z fenantroliną – polega na redukcji jonów Fe

3+

do Fe

2+

za pomocą

hydroksylaminy i przeprowadzeniu reakcji barwnej z fenantroliną. Jony Fe

2+

tworzą z

tym związkiem pomarańczowy kompleks. Intensywność zabarwienia jest
proporcjonalna do stężenia żelaza w próbce i oznaczana jest wizualnie lub
spektrofotometrycznie.

e) polarograficzną – Pomiar wykonuje się w roztworze buforu amonowego z dodatkiem

kwasu sulfosalicylowego. Potencjał półfali dla żelaza wynosi – 1,45 V.

f) absorbcyjnej spektrometrii atomowej (ASA) – Pomiaru absorbancji dokonuje się

przy długości fali 248,3 nm.

Do oznaczania żelaza(II) stosuje się metodę kolorymetryczną.