Data	6.1 Właściwości tris(szczawiano)żelazianu(III) potasu	Ocena
				Asystenta	Sprawozdanie
Prowadzący	Barbara Kos

Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia było przeprowadzenie syntezy tris(szczawiano)żelazianu(III) potasu oraz zbadanie właściwości fotochemicznych tego związku

Wykonanie ćwiczenia

1. Otrzymywanie szczawianu żelaza(II) FeC₂O₄

• Do małej zlewki wlano 15 cm³ wody, dodano 8 kropel 2 M H₂SO₄ i ogrzano do temperatury ok. 60ºC.

• W przygotowanym roztworze rozpuszczono 5 g soli Mohra Fe(NH₄)₂(SO₄)₂·6H₂O.

• Do gorącego roztworu wlano powoli, ciągle mieszając, 20 cm³ 1 M H₂C₂O₄.

• Całość ogrzano do wrzenia, mieszając przez cały czas pręcikiem szklanym, by zapobiec przegrzaniu cieczy.

• Po zakończeniu ogrzewania poczekano, aż żółty osad szczawianu żelaza(II) opadnie na dno zlewki.

• Następnie zlano roztwór z nad osadu, przesącz odrzucono, a osad przemyto przez dekantację trzema porcjami po 20 cm³ gorącej wody destylowanej.

• Podczas syntezy zaszła reakcja:
  

2. Otrzymywanie uwodnionego tris(szczawiano) żelazianu(III) potasu

• 4 g szczawianu potasu K₂C₂O₄·H₂O rozpuszczono w 12 cm³ wody, nastąpiła reakcja dysocjacji:

• Roztwór ogrzano do temperatury ok. 40ºC i wlano do zlewki z otrzymanym uprzednio osadem szczawianu żelaza(II).

• Utrzymując temperaturę ok. 40ºC, dodawano powoli 20 cm³ 3% roztworu nadtlenku wodoru, nastąpiło utlenienie żelaza:
  

• Doprowadzono roztwór do wrzenia .

• Do gotującego się roztworu wlano ok. 5 cm³ 1 M roztworu kwasu szczawiowego, a następnie po kropli jeszcze ok. 3 cm³ tego kwasu otrzymując w ten sposób klarowny roztwór barwy zielonej

• Następnie roztwór przesączono przez lejek twardy, a do przesączy dodano 10 cm³ etanolu

• Zlewkę przykryto szkiełkiem zegarkowym i odstawiono do szafki w zaciemnione miejsce

• Po wykrystalizowaniu tris(szczawiano)żelazianu(III) potasu, zlano roztwór znad osadu, który przemyto kilkakrotnie przez dekantację małymi porcjami wody (nie więcej niż 10cm³) i dodano do niego 10cm³ etanolu, zaszła reakcja:

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

• Osad przesączono przez lejek ze spiekiem szklanym i przemyto 5 cm³ etanolu i pozostawiono do wysuszenia.  

• Tris(szczawiano)żelazian(III)potasu otrzymujemy w postaci uwodnionej: K₃[Fe(C₂O₄)₃] ⋅ 3H₂O

3. Wydajność przeprowadzonej syntezy:

Z powyższych równań reakcji wynika, że stosunek stechiometryczny soli Mohra do tris(szczawiano)żelazianu(III)potasu wynosi 1:1.

Masa uzytej do reakcji soli Mohra: 5g

Masa otrzymanego sadu: 6,21g

Zakładając 100% - ową wydajność reakcji:

392 g - 491 g

5,00g - x g

x = 6,26g

Wydajność przeprowadzonej syntezy:

4. Oznaczanie ilości wody krystalizacyjnej w soli Mohra.

Oznaczanie wody krystalizacyjnej w soli Mohra wykonano przy użyciu wagosuszarki (urządzenia rejestrującego zmiany masy badanego preparatu w czasie suszenia) zgodnie z instrukcją znajdującą się przy aparacie.

Wagosuszarka rejestrowała ubytek masy substancji po odparowaniu wody. Wynikiem końcowym była procentowa wilgotność próbki, wyrażona wzorem:

gdzie: w - wilgotność próbki

- masa odparowanej wody

- masa początkowa próbki

= 1g

w = 9,72%

Obliczono liczby moli wody odparowanej i postaci nie uwodnionej związku oraz ich stosunek:

mola

mola

mole

Powyższe obliczenia dowodzą, że w otrzymanym na skutek syntezy związku na jeden mol nie uwodnionej postaci tris(szczawiano)żelazianu(III)potasu przypadają trzy mole wody, co potwierdza zgodność jego struktury ze wzorem stechiometrycznym

K₃[Fe(C₂O₄)₃] ⋅ 3H₂O

5.Sporządzanie światłoczułej kliszy

• Rozpuszczono 1g uwodnionego K₃[Fe(C₂O_4­)₃] w 25 cm³ wody destylowanej.

• W 10cm³ tego roztworu zanurzono krążki bibuły, które następnie wysuszono w suszarce.

• Na wyschniętych krążkach umieszczono wcześniej przygotowane negatywy.

• Całość naświetlano lampą kwarcową przez ok. 5 minut

• Po naświetlaniu umieszczono krążek w roztworze K₃[Fe(CN_­)₆] a następnie w wodzie destylowanej i wysuszono w suszarce.

• Naświetlone obszary bibuły zabarwiły się na niebiesko, podczas gdy obszary nienaświetlone pozostały białe. Otrzymane negatywy dołączono do sprawozdania.

Rys 1: Sporządzone na ćwiczeniach negatywy.

W obszarze naświetlonym zaszła reakcja, która potwierdza obecność jonów Fe²⁺:

Powstały związek to błękit pruski, którego niebieską barwę przypisuje się obecności obok siebie atomów żelaza(II) i żelaza(III).

W obszarze nienaświetlonym bibuła pozostała bezbarwna gdyż jony Fe³⁺ nie uległy w tym miejscu rozkładowi do jonów Fe²⁺:

Fe³⁺ + K₃[Fe(CN)₆] → 3K⁺ + Fe[Fe(CN)₆]

Opłukanie wodą destylowaną wywołanej kliszy miało to na celu dokładne usunięcie pozostałości światłoczułego związku z bibuły, jego resztki pozostałe na kliszy mogłyby ulegać dalszej reakcji fotochemicznej i prowadzić do zaciemnienia wywołanego obrazu.

6.Wyznaczanie stężenia jonów Fe²⁺ w naświetlonym roztworze

Sporządzono 100 cm³ 0,006mol/dm³ K₃[Fe(C₂O₄)₃]⋅3H₂O. Następnie rozdzielono go na 5 porcji po 10 cm³ i poddano naświetlaniom lampą kwarcową o odpowiednio wzrastającym czasie naświetlania. Naświetlone roztwory dodano do mieszaniny buforu octowego i 1,1 fenantroliny, a następnie dopełniono w kolbie do pojemności 50 cm³ . W ten sposób otrzymano roztwór o stężeniu c = 1,5⋅10^-6 mol⋅dm^-3. Dla tak sporządzonego roztworu przeprowadzono pomiar widma elektronowego w zakresie od 380nm do 650nm. Wykres absorbancji w zależności od długości fali dodano do sprawozdania.

Maksimum absorbancji dla roztworu kompleksu przypada na długość fali 510 nm gdzie A = 0,451. W celu wyznaczenia stężenia żelaza (II) powołano się na zależności wynikające z prawa Lamberta-Beera:

Gdzie: A - absorbancja

l = 1 cm - grubość kuwety

 = 11,1^.10³ dm³/(mol^.cm) - molowy współczynnik absorpcji wodnych roztworów kompleksów Fe(II) z 1,10-fenantroliną dla długości fali 510 nm.

Po przekształceniu wzoru do postaci c = A/(εl) oraz podstawieniu zmierzonej wartości absorbancji otrzymujemy wartość stężenia żelaza (II) dla odpowiednich długości czasów naświetlania. Znając początkowe wyjściowe stężenie żelaza (III) można policzyć, że maksymalny stopień przereagowania żelaza (III) w żelazo (II) wynosi 70,69%.

Ćwiczenie wykonano dla 5 różnych czasów naświetlania. Wszystkie wyniki pomiarów zawarto w poniższej tabeli:

czas naświetlania t [s]	A	CFe(II) [mol/l]	C0(II) [mol/l]	% przereag.
0	0,067	0,0000006	0,000006	10,11
45	0,062	0,0000006	0,000006	9,28
90	0,098	0,0000009	0,000006	14,67
135	0,080	0,0000007	0,000006	12,01
180	0,118	0,0000011	0,000006	17,67

Następnie sporządzono wykres zależności stężenia jonów Fe(II) od czasu naświetlania próbki:

Odstępstwa od prostoliniowego przebiegu wykresu mogą być wynikiem nierównomiernego natężeniem promienia podczas naświetlania preparatów oraz dodatkowego naświetlenia próbek poza lampą kwarcową.

7.Reakcje charakterystyczne naświetlonych i nienaświetlonych roztworów

Dodany odczynnik /sposób naświetlania	Brak naświetlenia	Naświetlenie po dodaniu odczynnika	Naświetlenie przed dodaniem odczynnika
1.K3[Fe(CN)6]	Brak zmiany zabarwienia	Jasno granatowy	Ciemnogranatowy, z białym osadem
2.Fenantrolina + HCl	Jasno pomarańczowy	Czerwony	Pomarańczowy
3.NH4SCN	Brak zmiany zabarwienia	Brak zmiany zabarwienia	Nie wykonano

Dodatkowo NH₄SCN dodano jeszcze do roztworu FeCl₃ który zmienił barwę na krwisto czerwoną

Odczynniki takie jak fenantrolina i K₃[Fe(CN)₆] można stosować chcąc wykryć obecność jonów Fe²⁺ , natomiast NH₄SCN do wykrywania jonów Fe³⁺

Poniżej podano wzór strukturalny kompleksu żelaza(II) z 1,10-fenantroliną:

Przykład reakcji fotochemicznej

Reakcja fotochemiczna - reakcja chemiczna zachodząca pod wpływem promieniowania elektromagnetycznego. Reakcję taką może wywoływać zarówno światło widzialne, podczerwień, ultrafiolet, a nawet promieniowanie rentgenowskie i radiowe fale ultrakrótkie. Przykładem tego typu reakcji może być:

AgBr + hν -> Ag + Br^· - reakcja rozpadu pod wpływem światła

Wnioski

Oznaczono zawartość wody krystalizacyjnej w soli Mohra, ustalając że na jeden mol Fe(NH₄)₂(SO₄)₂ przypadaja 3 cząsteczki wody, a więc ostateczny wzór to: Fe(NH₄)₂(SO₄)₂·3H₂O.

Obliczono stężenia jonów Fe²⁺ powstałych w wyniku fotochemicznego rozkładu tris(szczawiano)żelazianu(III) potasu, na podstawie wartości absorbancji zmierzonych spektrofotometrem.

Zbadano właściwości fotochemiczne tris(szczawiano)żelazianu(III) potasu w reakcjach z SCN^-, phen i CN^- oraz wykonując negatywy z bibuły nasączonej roztworem K₃[Fe(C₂O₄)₃] ⋅ 3H₂O, która po naświetleniu i wywołaniu zabarwiła się na niebiesko. W miejscach, które były zasłonięte od światła dowolnie wykonanym wzorem zabarwienie nie nastąpiło, gdyż w tych miejscach nie powstały wolne jony żelaza(II), związek

K₃[Fe(C₂O₄)₃] ⋅ 3H₂O nie uległ tam rozkładowi, ponieważ fotony nie miały do niego dostępu.

1

---