Fotodegradacja kompleksu [Fe(III)EDTA]

Wstęp

W środowisku naturalnym obecnych jest wiele substancji, które mogą być ligandami

1

tworzącymi kompleksy

2

z jonami metali. Procesy kompleksowania znacząco wpływają na

zachowanie się metali w środowisku. Przebieg zjawisk takich jak tworzenie się tlenków metali, ich

rozpuszczanie oraz reakcje zachodzące w glebie i osadach uwarunkowane są obecnością bądź

brakiem odpowiednich ligandów. Dlatego też poznanie reakcji, w których biorą udział jony metali,

ligandy i kompleksy metali ma istotne znaczenie dla zrozumienia obiegu metali w środowisku.

Światło słoneczne jest czynnikiem wpływającym na wiele procesów

3

zachodzących w

środowisku. Wpływ światła może być bezpośredni, gdy jest ono pochłaniane przez np. substancje

uznawane za zanieczyszczenie środowiska, lub pośredni, gdy na skutek działania światła powstają

substancje (mediatory) łatwo reagujące np. z zanieczyszczeniami środowiska.

Fotodegradacja (fotoliza) kompleksów metali jest istotnym, z punktu widzenia chemii

środowiska procesem, gdyż wpływa na zachowanie zarówno metali, jak i ligandów w środowisku.

Typowymi przykładami kompleksów metali, które ulegają fotodegradacji, są kompleksy żelaza ze

szczawianami, cytrynianami czy kwasami humusowymi. Uproszczone zapisy fotoredukcji

kompleksu żelazowo-szczawianowego przedstawiono poniżej:

Powyższe równania traktować należy jedynie jako uproszczone modele, gdyż dokładne

badania powyższej reakcji dowiodły, że oprócz dwutlenku węgla, wśród produktów powstających

podczas fotolizy kompleksów żelazowo-szczawianowych są; wodór, tlen, aldehyd mrówkowy oraz

kwas mrówkowy.

Warto zauważyć, że podczas fotodegradacji kompleksów, w których atom żelaza jest

1 Co to są ligandy?
2 Co to są kompleksy koordynacyjne? Czym wyróżniają się chelaty?
3 Jakie to procesy? Wymień przynajmniej dwa.

[

Fe III C

2

O

4



3

]

3-



h   Fe  II 2C

2

O

4

2-



CO

2

-



CO

2

2[ Fe III C

2

O

4



3

]

3-



h   2Fe II 5C

2

O

4

2-



2CO

2

2[ Fe III C

2

O

4



3

]

3-



h   2[ Fe  II C

2

O

4



2

]

2-



C

2

O

4

2-



2CO

2

atomem centralnym, następuje rozkład (utlenienie) jednego z ligandów. Fakt ten nabiera istotnego

znaczenia, jeśli weźmiemy pod uwagę, że ligandem takim może być kwas

etylenodiaminotetraoctowy (EDTA)

4

. EDTA jest substancją pochodzenia antropogennego, która

zaburza naturalny cykl obiegu metali w środowisku. EDTA jest silnym czynnikiem chelatującym

dla wielu metali, stosowanym przy produkcji środków piorących i kosmetyków, głównie dla

zapobieżenia powstawania tzw. kamienia. EDTA należy do grupy tzw. trwałych zanieczyszczeń

środowiska, z uwagi na wysoką stabilność i niską biodegradowalność.

Kompleksy żelaza i EDTA podlegają fotodegradacji co, biorąc pod uwagę wysoką stabilność

EDTA, jest bardzo korzystne z punktu widzenia ochrony środowiska.

W trakcie poniższego ćwiczenia, studenci będą mieli okazję zapoznać się z reakcją

fotodegradacji kompleksu [Fe(III)EDTA]. Po wytworzeniu kompleks ten zostanie poddany

działaniu światła (naturalnego lub sztucznego) a obecność żelaza Fe(II), będącego jednym z

produktów degradacji kompleksu [Fe(III)EDTA], uwidoczniona za pomocą reakcji barwnej z

żelazicyjankiem potasu K

3

[Fe(CN)

6

].

Instrukcja wykonania

Materiały:

–

trzy probówki o średnicy 16 mm, zaopatrzone w korki

–

pipeta 0,1÷1,0 ml

–

lampa rtęciowa

–

folia aluminiowa

–

szalka Petriego

–

krążki bibuły filtracyjnej

–

spektrofotometr

Odczynniki:

–

roztwór żelazicyjanku potasu K

3

[Fe(CN)

6

], o stężeniu 0,10 g/ml

–

roztwór chlorku żelaza(III) FeCl

3

, o stężeniu 0,05 g/ml

–

roztwór EDTA, o stężeniu 0,10 g/ml

4 Jaki jest wzór strukturalny EDTA i jego zastosowania?

Uwaga! Przygotowanie roztworu przeprowadzać w zaciemnionym pomieszczeniu.

Do trzech ponumerowanych probówek wlać dokładnie po 4 ml wody destylowanej, 0,1 ml

roztworu żelazicyjanku potasu K

3

[Fe(CN)

6

] i 0,125 ml roztworu chlorku żelaza(III) FeCl

3

. Do

każdego z roztworów używać oddzielnej końcówki pipety. Zawartość probówek delikatnie

zamieszać, a następnie do każdej dodać po 0,075 ml roztworu EDTA. Probówkę numer 1 zamknąć

w światłoszczelnym naczyniu, posłuży ona do porównania roztworu naświetlonego i

nienaświetlonego.

Natychmiast po wymieszaniu roztworów w probówkach, wyzerować spektrofotometr

używając do tego celu probówki numer 2. Po zakończeniu zerowania aparatu probówkę numer 2

wystawić na działanie światła lampy rtęciowej. Co 5 minut dokonywać pomiaru absorbancji

roztworu przy długości fali 680 nm. Wyniki notować w formie tabeli czas-absorbancja. Pomiarów

dokonywać przez około 40 minut, do momentu przekroczenia zakresu pomiarowego aparatu. Po

zakończeniu pomiarów porównać barwę roztworów w probówkach numer 1 i 2.

W międzyczasie do szalki Petriego przelać roztwór z probówki numer 3, po czym zanurzuć

w nim na chwilę krążek bibuły filtracyjnej. Trzymając bibułę pionowo (plastikową pęsetą)

pozwolić, aby nadmiar cieczy spłynął do szalki. Krążek umieścić w tekturowym, światłoszczelnym

pudełku, które następnie umieścić w suszarce laboratoryjnej. Po wysuszeniu bibuły położyć na niej

jakiś nieprzeźroczysty przedmiot o charakterystycznym kształcie (np. klucz). Całość naświetlać

przez co najmniej 15 minut pod lampą rtęciową. Po naświetleniu bibułę dokładnie wypłukać wodą

destylowaną i wysuszyć. Otrzymany obraz dołączyć do sprawozdania.

Sprawozdanie

W sprawozdaniu zamieścić odpowiedzi na pytania zawarte w niniejszej instrukcji, opisać przebieg

eksperymentu i wyjaśnić zaobserwowane zjawiska. Dołączyć wykresy sporządzone na podstawie

danych pomiarowych i wyznaczyć rząd reakcji fotolizy.