7,14.03.2006 Data	6.1.WŁAŚCIWOŚCI TRIS(SZCZAWIANO)ŻELAZIANU(III) POTASU	Ocena
Dr Grzegorz Łojewski Prowadzący	Anna Bentke Wykonujący

Celem w ćwiczeniu było przeprowadzenie syntezy tris(szczawiano)żelazianu(III) potasu oraz zapoznanie się z podstawowymi prawami fotochemii, podczas badania właściwości jonu [Fe(C₂O₄)₃]^3- .

WYKONANIE DOŚWIADCZENIA

1. Otrzymywanie tris(szczawiano)żelazianu(III)

Do wody w zlewce wkroplono ok. 4ml kwasu siarkowego (VI), ogrzewano do 60⁰C,rozpuszczono sól Mohra i wlano, porcjami kwas szczawiowy. Zdekantowano ciecz znad powstałego osadu szczawianu żelaza(II) i przemyto kilkoma porcjami wody. Rozpuszczono K₂C₂O₄·H₂O w wodzie i roztwór podgrzano do 40^oC i wlano do uprzednio otrzymanego osadu

dodawano 3% roztworu H₂O₂ i doprowadzono roztwór do wrzenia. Dodawano kwasu szczawiowego, aż roztwór przybrał zielony kolor i stał się klarowny. Gorący roztwór sączono przez sączek, do przesączu dodano etanolu, pozostawiono do krystalizacji, umieszczając zlewkę w krystalizatorze z wodą z lodem. Odsączono osad i przemyto etanolem.

Otrzymano 3,36 g osadu.

Reakcje zachodzące w układzie:

Fe(NH₄)₂(SO₄)₂ + H₂C₂O₄ = FeC₂ O₄↓ + (NH₄)₂SO­₄ + H₂SO₄

2 FeC₂O₄ + H₂O₂ + 2 H⁺ → 2 Fe³⁺ + H₂O + 2 C₂O₄^2-

Fe³⁺ + 3 C₂O₄^2- → [Fe(C₂O₄)₃]^3-

Wydajność procesu :

z 1 mola soli Mohra powstaje 1 mol tris(szczawiano) żelazianu (III) potasu

masa soli Mohra - 5,05 g

M_{Fe(NH4)(SO4)2∗6H2O}= 392,043g

M_{K3[Fe(C2O4)3]} = 437,201g

437,201 g (K₃[Fe(C₂O₄)₃]) - 392,043 g (sól Mohra)

x g (K₃[Fe(C₂O₄)₃]) - 5,05 g (sól Mohra)

x=5,58 g (K₃[Fe(C₂O₄)₃])

otrzymano 3, 36 g

5,58 g (K₃[Fe(C₂O₄)₃]) - 100%

3,36 g (K₃[Fe(C₂O₄)₃]) - y %

y = 60,2

Wydajność: 60,2%.

2. Sporządzanie światłoczułej kliszy

K₃[Fe(C₂O₄)₃] rozpuszczono w wodzie, umieszczono w misce i zanurzono w roztworze krążek bibuły, następnie wysuszono. Na krążku umieszczono skserowane na przeźroczystej folii negatywy zdjęć (przedstawiające np. kota) i naświetlano pod lampa kwarcową przez około 40 sekund. Krążek włożono do roztworu K₃[Fe(CN)₆], następnie do wody destylowanej.

Równania reakcji zachodzące w układzie:

• naświetlanie krążka bibuły:

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

wydajność kwantowa dla opisanego procesu fotochemicznego jest stała w zakresie fal - 250-400nm i równa 1,21.

• wywoływanie naświetlonej kliszy:

3Fe²⁺ + 2[Fe(CN)₆]^3- = Fe₃[Fe(CN)₆]₂

Miejsca naświetlone barwią się na kolor niebieski (kolor błękitu pruskiego) i jest to spowodowane pojawieniem się jonów Fe^2+.

Wywołaną kliszę dołączono do sprawozdania.

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

Sporządzony roztwór K₃[Fe(C₂O₄)₃] umieszczono w 4 probówkach. Dodano do dwóch roztworów K₃[Fe(CN)₆]. Dodano do dwóch pozostałych roztworów 1,10 fenantroliny. Dwa roztwory, każdy z innym dodanym odczynnikiem, naświetlono.

W tabeli 1 umieszczono opis zmian barwy poszczególnych roztworów.

Tabela 1

Dodany odczynnik	Próbka naświetlana	Próbka nienaświetlana
K3[Fe(CN)6]	Roztwór zmienia barwę z zielonej na ciemno niebieską	Brak zmiany zabarwienia próbki
1,10-fenantrolina	Roztwór zmienia barwę z żółto-zielonej na czerwono - brązową	Roztwór zielono-żółty

Zmiana barwy jaka nastąpiła w roztworach, które były naświetlane, po dodaniu K₃[Fe(CN)₆]oraz o-fenantroliny, świadczy o tym, że w układach zaszły reakcje:

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

Fe²⁺ +3fen [Fe(fen)₃]²⁺

Fe²⁺ + K₃[Fe(CN)₆] → KFe[Fe(CN)₆]

Rysunek 1 przedstawia wzór strukturalny kompleksu Fe(II) z 1,10 - fenantroliną

Rysunek 1.

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

Sporządzono 0,006 M roztwór K₃[Fe(C₂O₄)₃]. W trzech zlewkach naświetlano roztwór kolejno dwie, trzy i cztery minuty. Po 5cm³ każdego z naświetlanych roztworów oraz roztworu nienaświetlanego umieszczono w kolejnych kolbkach miarowych , dodano buforu octanowego i roztworu 1,10-fenantroliny, a następnie uzupełniono wodą do kreski, i pozostawiono na 30 minut. Zmierzono widmo elektronowe czterech roztworów.

Wykresy dołączono do sprawozdania.

Obliczenie stężenia jonów Fe²⁺ w naświetlonych roztworach

Fe²⁺ + 3 phen → [Fe(phen)₃]²⁺

Prawo Lamberta - Beera A = c  l

A - absorbancja

c - stężenie badanych jonów

 - molowy współczynnik absorpcji =11,1*10³[dm³/mol^.cm

l - gub ość warstwy absorbującej(kuwety) l=1 cm

• Dla roztworu zero;

A⁵¹⁰ = 0,2767

c to stężenie 10-krotnie rozcieńczonego, naświetlonego roztworu K₃[Fe(C₂O₄)₃] o stężeniu 0,006 mol/dm³.
Stężenie jonów Fe²⁺ w naświetlonym roztworze:

c_Fe2+ = 0,00025 mol/dm³

Początkowe stężenie jonów Fe³⁺:

c_Fe3+ = 6,0^.10^-3 mol/dm³

Ilość żelaza, które uległo redukcji:

= 4,2 %

• Dla roztworu dwa:

A⁵¹⁰ = 1,2921

c_Fe2+ = 0,001164 mol/dm³

= 19,4 %

• Dla roztworu trzy:

A⁵¹⁰ = 1,9141

c_Fe2+ = 0,001724 mol/dm³

= 28,7 %

• Dla roztworu cztery:

A⁵¹⁰ = 2,0496

c_Fe2+ = 0,001846mol/dm³

= 30,8 %

5. Przykład reakcji fotochemicznej.

Reakcja fotochemiczna jest wykorzystywana do przemysłowego otrzymywania witaminy D_3. Naświetlany jest 7-dehydrosterol. Jest to reakcja otwarcia pierścienia cykloheksadienowego. Tworzona jest prowitamina D₃ (trien). Po ogrzewaniu następuje izomeryzacja i powstaje ostateczny produkt.

Opisany proces przedstawiają poniższe równania reakcji.

WITAMINA D_3.

Rysunek 2.

Podsumowanie:

Otrzymano K₃[Fe(C₂O₄)₃] z około 60% wydajnością.

Sporządzono światłoczułą błonę, naświetlono ją oraz wywołano używając K₃[Fe(CN)_6.

Przeprowadzono reakcje charakterystyczna na obecność jonów Fe²⁺ i Fe³⁺ w roztworze naświetlonym i nienaświetlonym.

Wykonano pomiar absorbancji naświetlonego roztworu K₃[Fe(C₂O₄)₃] z o-fenantroliną oraz buforem octanowym. Około 30% żelaza(III) uległo redukcji do żelaza(II).

Wykres 1. Wykres zależnoości absorbancji od długości fali

Z powyższego wykresu zostały odczytane wartości absorbancji przy długości fali 510, która odpowiada maximum na wykresie.

Wykres 2. Zależność stężenia jonów żelaza(II) od czasu naświetlania.

Dane punkty doświadczalne wyznaczają krzywa, która początkowo gwałtownie rośnie, a następnie nieznacznie . Wynika z tego, że stężenie żelaza(II) w badanych próbkach zwiększa się najbardziej w początkowej fazie naświetlania roztworu. W dalszej fazie naświetlania ilość jonów żelaza zwiększa się nieznacznie.

4

---