Data wykonania ćw: 06.05.04 i 13.05.04	Ćwiczenie nr 6.1 Właściwości tris(szczawiano) żelazianu(III) potasu	Ocena
				kolokwium	sprawozdanie
Prowadzący Mgr Tomasz Korzeniak	Wykonujący: Wojciech Stępniowski II Rok chemii gr. C1

Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia była synteza tris(szczawiano) żelazianu(III) potasu, a następnie zbadanie jego właściwości fotochemicznych, w tym zmierzenie widma absorpcyjnego na spektrofotometrze UV-VIS.

Wykonanie ćwiczenia:

1. Synteza

2. Sporządzenie światłoczułej kliszy

3. Reakcje charakterystyczne naświetlonych i nienaświetlonych roztworów K₃[Fe(C₂O₄)₃]

4. Wyznaczenie stężenia jonów Fe²⁺ w naświetlonym roztworze K₃[Fe(C₂O₄)₃]

Synteza:

Synteza K₃[Fe(C₂O₄)₃] składała się z dwóch etapów. Najpierw z soli Mohra otrzymano szczawian żelaza (II). W tym celu 5g soli Mohra rozpuszczono w gorącej wodzie zawierającej kilka kropli kwasu siarkowego(VI), a następnie dodano 20ml kwasu szczawiowego. Następnie roztwór zdekantowano znad osadu, który jeszcze dodatkowo przemyto. Podczas tego etapu syntezy zachodziła reakcja zgodnie z poniższym równaniem:

Fe(NH₄)₂(SO₄)₂⋅6H₂O + C₂O₄^2-→ FeC₂O₄↓+ 2 SO₄^2- + 2NH₄⁺ + 6H₂O

Następnie do zlewki z osadem dodano roztwór, powstały poprzez rozpuszczenie 4g szczawianu potasu w 12ml wody. Temperaturę mieszaniny reakcyjnej utrzymywano cały czas około wartości 40^oC. Kolejnym krokiem było utlenienie Fe²⁺ do Fe³⁺ poprzez powolne, dodawanie do układu 20ml 3%-owego H₂O₂ i następnie doprowadzenie układu do temperatury wrzenia. Reakcja ta zachodzi według równania:

2Fe²⁺+ H₂O₂ + 2H⁺→ 2Fe³⁺ + 2H₂O

Gdy układ osiągnął temperaturę wrzenia dodano 5ml jednomolowego roztworu kwasu szczawiowego, a następnie dodawano jeszcze kilka ml tego roztworu dopóki nie uzyskano klarownego, zielonego roztworu. Tak przygotowany roztwór przesączono przez twardy sączek, a następnie do przesączu dodano 10ml etanolu. Naczynie z roztworem przykryto szkiełkiem zegarkowym, wstawiono do naczynia z lodem w ciemnym pomieszczeniu. Wykrystalizował tris(szczawiano) żelazian (III) potasu. Ten etap najlepiej zobrazuje równanie reakcji:

Fe³⁺ + 3 (C₂O₄)^2- +3 K⁺→ K₃[Fe(C₂O₄)₃]↓

Osad, który się wytrącił odsączono, przemyto etanolem, a następnie wysuszono na powietrzu.

Sporządzenie światłoczułej kliszy:

W tym celu rozpuszczono 1g K₃[Fe(C₂O₄)₃] w 25ml wody. 10 ml tego roztworu przelano do szalki Petriego i zanurzono w nim kawałek bibuły. Następnie na wyschniętym już krążku umieszczono monety 5 złotych i 10 groszy i naświetlano przez 5 minut lampą kwarcową. Następnie na bibułę naniesiono kilka ml K₃[Fe(CN)₆]. Obszary na których znajdowały się monety są jaśniejsze niż naświetlone obszary:

Naświetlony obszar, bogaty w jony Fe²⁺ które reagując z [Fe(CN)₆]^3- dały błękit pruski, w myśl równania reakcji:

Fe²⁺ + K⁺ + [Fe(CN)₆]^3- → KFe[Fe(CN)₆]

Reakcje charakterystyczne naświetlonych i nienaświetlonych roztworów K₃[Fe(C₂O₄)₃]:

W celu zbadania reakcji charakterystycznych tych roztworów, w czterech probówkach umieszczono po ok. 3 ml K₃[Fe(C₂O₄)₃]. Dwie probówki z roztworem naświetlono lampą kwarcową (ok. 10-15 minut). Następnie do jednej probówki z naświetlonym i jednej z nienaświetlonym roztworem dodano po ok. 2ml 0,03 molowego roztworu K₃[Fe(CN)₆]. Analogicznie postępowanie przeprowadzono z roztworem o - fenantroliny w 0,1 molowym HCl. Obserwacje zebrano w tabeli nr.1:

Dodany odczynnik	Roztwór nienaświetlony	Roztwór naświetlony
0,03 molowy K3[Fe(CN)6]	bladozielony	ciemnozielony
Roztwór o - fenantroliny w 0,1 molowym HCl	herbaciany	Intensywnie pomarańczowy

Tabela nr.1 - zestawienie obserwacji związanych z reakcjami charakterystycznymi dla naświetlonych i nienaświetlonych roztworów K₃[Fe(C₂O₄)₃]

Można stwierdzić, że otrzymane roztwory różniły się jedynie intensywnością barwy, czyli absorbancją. Jak widać, większe stężenie Fe²⁺, czyli roztwory naświetlone, dało roztwory o większej absorbancji. Roztwory „nienaświetlone” również zawierają Fe²⁺, tylko w małym stężeniu, o czym świadczą barwy roztworów. Spowodowane to jest m.in. zajściem fotochemicznej redukcji Fe³⁺ do Fe²⁺ spowodowanej m.in. oświetleniem sali laboratoryjnej.

Wyznaczenie stężenia jonów Fe²⁺ w naświetlonym roztworze K₃[Fe(C₂O₄)₃]

W tym celu sporządzono roztwór kompleksu. Do kolby miarowej na 50 ml odpipetowano 2ml roztworu kompleksu, następnie dodano 2ml buforu octanowego, 10 ml 0,1%-owego roztworu o - fenantroliny i uzupełniono wodą destylowaną do kreski. Kolbę z roztworem odstawiono na ok. 30 minut, a następnie zmierzono widmo elektronowe w zakresie 350nm <  < 900nm.

Opracowanie wyników:

1. Reakcje zachodzące w trakcie syntezy:

Fe(NH₄)₂(SO₄)₂⋅6H₂O + C₂O₄^2-→ FeC₂O₄↓+ 2 SO₄^2- + 2NH₄⁺ + 6H₂O

2Fe²⁺+ H₂O₂ + 2H⁺→ 2Fe³⁺ + 2H₂O

Fe³⁺ + 3 (C₂O₄)^2- +3 K⁺→ K₃[Fe(C₂O₄)₃]↓

2. Obliczenie wydajności syntezy

Jak widać z prostej stechiometrii z jednego mola soli Mohra powstaje 1 mol kompleksu.

Wydajność syntezy wynosi 76,25%.

3. Równania reakcji:

Naświetlanie kliszy zanurzonej w roztworze:

2[Fe(C₂O₄)₃]^3-
2Fe²⁺ + 5C₂O₄^2- + 2CO₂

Wywołanie naświetlonej kliszy:

W miejscach naświetlonych:

Fe²⁺ + K⁺ + [Fe(CN)₆]^3-→ KFe[Fe(CN)₆]

W miejscach nienaświetlonych:

4. kompleks Fe(II) z o - fenantroliną (rys.1):

rys. 1 przedstawia oktaedryczną strukturę kompleksu Fe(II) z o - fenantroliną

5. obliczenie stężenia Fe²⁺ w naświetlonym roztworze.

Jest to stężenie rzeczywiste, otrzymane na podstawie obliczeń z otrzymanych wyników. Dla porównania należy obliczyć stężenie oczekiwane (teoretyczne).

W celu otrzymania widma rozcieńczono 25-krotnie 2 ml roztworu kompleksu. Roztwór ten sporządzono poprzez rozpuszczenie 1g kompleksu w 25 ml wody, zatem stężenie jego wyniosło 0,0915 mol/dm³. Po naświetleniu i rozcieńczeniu, stężenie jonów Fe²⁺ wynosiło 0,00366 mol/dm³.

Dla porównania można obliczyć wartość ilorazu stężenia obliczonego teoretycznie (czyli, gdy wszystkie jony Fe³⁺ przejdą w Fe²⁺) do stężenia otrzymanego:

Można obliczyc procentowo, ile jonów Fe³⁺ poddało się readukcji:

Jak widać tylko 4,15% jonów Fe³⁺ przeszło w jony Fe²⁺.

6. Inny przykład reakcji fotochemicznej

W analizie jakościowej do wykrywania anionów chlorkowych wykorzystuje się reakcję z AgNO₃:

Otrzymuje się biały serowaty osad, który, ciemnieje po pewnym czasie. Rzecz jasna probówka z osadem jest wystawiona na działanie promieniowania czy to słonecznego, czy też padającego z lamp na sali, a ciemnienie osadu, jest niczym innym jak rozkładem AgCl pod wpływem światła (wytrącające się metaliczne srebro powoduje, że roztwór „ciemnieje”):

Analogiczny przebieg ma reakcja rozkładu bromku srebra, wykorzystywana w przemyśle fotograficznym.

5

---