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.