اندازه گیری مقدار آهن در یک سنگ معدن


موقعیت شما :

ارسال مطلب

ارسال مطلب

اندازه گیری مقدار آهن در یک سنگ معدن

صفحه قبلیصفحه بعدی

نام آزمایش : استاندارد کردن پتاسیم پرمنگنات و تیتراسیون آهن با پر منگنات

هدف : اندازه گیری مقدار آهن در یک سنگ معدن

 

opus titration 233x350 اندازه گیری مقدار آهن در یک سنگ معدن

 

تئوری :

در تمام کاربردهای عملی، قدرت اکسندگی محلول های پرمنگنات و سریم(IV) قابل مقایسه اند. اما محلول های سریم(IV) در اسیدسولفوریک برای مدت طولانی پایدار هستند، در حالی که محلول های پرمنگنات به آرامی تجزیه می شوند. لذا استاندارد کردن گاه گاه آن ها مورد نیاز است. علاوه بر این محلول های سریم(IV)در حضور اسید سولفوریک، یون کلرید را اکسید نمی کند، لذا می توانند در تیتر کردن محلول آنالیت حاوی اسیدکلریدریک مورد استفاده قرار گیرند. در مقابل، یون پرمنگنات در حضور اسید هیدروکریک نمی تواند به عنوان تیتر کننده به کار رود.مگر اینکه تدابیر لازم برای جلوگیری از اکسید شدن آرام یون کلرید که منجر به اضافه مصرف شدن محلول استاندارد می شود، به کار رود. مذیت بیشتر سریم(IV) این است که نمک استاندارد این ماده در دسترس است.لذا امکان تهیه ی مستقیم محلول های استاندارد، این ماده را فراهم می آورد.

با وجود مزیت های محلول سریم نسبت به محلول های پرمنگنات، استفاده از محلول های پرمنگنات بیشتر و متداول تر است.

یک دلیل به خاطر رنگی بودن محلول های پرمنگنات است که شدت آن به اندازه ای است که می تواند به عنوان معرف به کار رود

دلیل دوم به خاطر فراوانی پرمنگنات و همچنین قیمت پایین آن است.قیمت یک لیتر محلول پرمنگناتM 02/0 در حدود ۰۸/۰ دلار است، حال آنکه قیمت یک لیتر سریم(IV) با قدرت مشابه در حدود۲۰/۲ دلار است. چنانچه از نمک استاندارد اولیه ی سریم(IV) استفاده شود، قیمت آن به ازای هر لیتر ۴۰/۴ دلار است.

عیب دیگر محلول های سریم(IV)، تمایل آن ها به تشکیل نمک های بازی با حلالیت کم در محلول های اسیدی قوی و با غلظت کمتر از M1/0 است.

 

نقاط پایانی :

یک خاصیت سودمند محلول های پرمنگنات پتاسیم، رنگ بنفش تند آن است که آن را به عنوان معرف در اغلب تیتراسیون ها قابل استفاده نموده است. مقدار کمی از محلول، مثلا ۰۱/۰ یا۰۲/۰ میلی لیتر از محلول ۰۲/۰مولار آن به ۱۰۰میلی لیتر آب، رنگ قابل رویت می دهد. چنانچه محلول پرمنگنات خیلی رقیق باشد ، دی فینیل آمین سولفونیک اسید یا کمپلکس ۱-۱۰ فنانترولین آهن(II) نقطه ی پایانی واضح تری را فراهم می کند.

نقطه ی پایانی پرمنگنات به دلیل واکنش آرام پرمنگنات اضافی با مقدار نسبتا زیادی از یون های منگنز (II) موجود در انتهای واکنش ثابت نیست:

۳Mn2+ +2H2O  →  ۵MnO2(s)  +  ۴H+ +  ۲MnO4-

 

ثابت تعادل این واکنش در حدود ۱۰۴۷ استکه بیانگر کوچک بودن غلظت پرمنگنات حتی در محیط های بشدت اسیدی است.خوشبختانه،سرعت واکنش و رسیدن به تعادل بسیار آرام است،بطوری که از بین رفتن رنگ به تدریج پس از یک دوره ی ۳۰ ثانیه ای انجام می گیرد.

محلول های سریم(IV) زرد و نارنجی هستند،ولی رنگ آن ها به اندازه ی کافی قوی نیست تا به عنوان معرف در تیتراسیون ها به کار روند.چندین معرف اکسیداسیون- احیا برای تیتراسیون محلول استانداردسریم(IV) وجود دارند که پرمصرف ترین آن ها کمپلکس۱و۱۰- فنانترولین آهن(II) یا یکی از مشتقات آن است.

محلول های آبی پرمنگنات به دلیل تمایل یون ها به اکسایش آب، پایداری زیادی ندارند:

 

۴MnO4- + 2H2O→ ۴MnO2(s)+3O2(g)+4OH-

 

اگرچه ثابت تعادل واکنش فوق حاکی از گرایش واکنش به سمت محصولات است،اما چنانچه محلول پرمنگنات بطور مناسبی تهیه شده باشد ،پایدار خواهد بود. در نتیجه،واکنش تجزیه ی پرمنگنات بکندی انجام می گیرد.واکنش در حضور نور،حرارت، اسیدها، بازها،منگنز(II) و دی اکسید منگنز کاتالیز می شود.چنانچه اثر تسریع کننده ها ، بخصوص دی اکسید منگنز جزئی باشد محلول هایی با پایداری مناسبی از یون پرمنگنات قابل تهیه است.وجود دی اکسید منگنز در بهترین درجهاز پرمنگنات پتاسیم جامد به صورت یک جسم آلوده کننده عمل می کند.همچنین،این ماده در نتیجه ی واکنش پرمنگنات با مواد آلی  و غبارهای موجود درآبی که برای تهیه ی محلول بهکار می رودبه وجود می آید.جداسازی دی اکسید منگنز به وسیله ی صاف کردن قبل از استانداردکردن،بطور قابل توجهی باعث افزایش پایداری محلول پرمنگنات استاندارد خواهد شد.قبل از صاف کردن محلول،جهت تسریع در اکسیداسیون انواع مواد آلی موجود در آب مقطر یا آب دی یونیزه شده،به محلول معرف اجازه داده می شودتا به مدت بیست و چهارساعت به حال خود باقی بماند یا برای مدت کوتاهی گرم شود.کاغذ صافی نمی تواند جهت صاف کردن محلول پرمنگنات استفاده شودزیرا یون پرمنگنات با آن واکنش داده و دی اکسید منگنز اضافی تولید می کند.

 

محلول پرمنگنات استاندارد شده باید در یک مکان تاریک نگهداری شود.چنانچه جسم جامدی در داخل محلول یا در دیواره های شیشه نگهداری دیده شود، صاف کردن و استاندارد کردن مجدد لازم است.به هر حال، استاندارد کردن مجدد محلول در هر یک یا دو هفته یکبار راه بسیار خوبی برای اطمینان از اندازه گیری هاست.

محلول هایی که حاوی مقادیر اضافی پرمنگنات استاندارد هستند ، هرگز نباید حرارت داده شوند.زیرا در نتیجه ی اکسیدکردن آب، تجزیه می شوند. این تجزیه  با مقایسه ی شاهد، جبران نمی شود از طرفی با جلوگیری از تجمع مقدار اضافی پرمنگنات در محلول، تیتراسیون محلول داغ و اسیدی محلول کاهنده با محلول پرمنگنات بدون هیچ گونه خطایی امکان پذیر است.

تعدادی از استانداردهای اولیه ی بسیار خوب برای استاندارد کردن محلول های پرمنگنات پتاسیم و سریم(IV) در دسترس است.

 

اکسالات سدیم :

اکسالات سدیم بطور وسیعی برای استاندارد کردن محلول های پرمنگنات پتاسیم و سریم(IV) استفاده می شود. در محلول های اسیدی ، یون اکسالات به اسیدهای تفکیک نشده تبدیل می شود.

واکنش بین یون پرمنگنات و اکسالیک اسید پیچیده است و پیشرفت آن حتی در درجه حرارت های بالا بسیار کند است، مگر اینکه منگنز(II) به عنوان کاتالیزور حضور داشته باشد.بنابراین وقتی که اولین میلی لیترهای پرمنگنات استاندارد به محلول گرم اکسالیک اسید اضافه می شود، زمان زیادی نیاز است تا رنگ یون پرمنگنات ناپدید شود. با افزایش غلضت منگنز(II) ، پیشرفت واکنش در نتیجه ی کاتالیز کردن خود به خود سریعتر و سریعتر می شود.

 

 

برای استاندارد کردن محلول پرمنگنات میتوان از اگزالیک اسید با درجه استاندارد اولیه استفاده کرد.در محلول های اسیدی، پرمنگنات اگزالیک اسید را به کربن دی اکسید و آب اکسید می کند.این واکنش کنداست و حتی دمای بالا نیز باید واکنش  با یون منگنز(II) کاتالیز شود.از این رو در شروع تیتراسیون پرمنگنات چند ثانیه طول می کشد تا اگزالیک اسید داغ و بی رنگ گردد.

واکنش بین اگزالیک اسید و پرمنگنات توسط شیمیدان های مختلف بررسی شده است.

 

روش مک براید :

در عمل مک براید اگزالیک اسید به آرامی در دمای بین ۶۰تا۹۰درجه ی سانتی گراد با پرمنگنات تیتر می شود تا نقطه ی پایانی که رنگ صورتی ضعیف پرمنگنات است فرا رسد.

 

روش فولر و برایت :

در این روش تیتراسیون حدود ۱/۰ تا ۴/۰ درصد کمتر پرمنگنات مصرف می کند و خاطرنشان کرده اند که علت آن اکسایش بخشی از اگزالیک اسید به وسیله ی هوا است.

 

H2C2O4 +   O2(g)  →   H2O2 +2CO2

 

آب اکسیژنه ی محصول در محلول داغ خود به خود به اکسیژن و آب تجزیه می شود.

در روش فولر و برایت نود تا نود و پنج درصد پرمنگنات لازم یکباره به اگزالیک اسید سرد افزوده می شود، سپس محلول تا دمای حدود ۶۰   درجه سلیسیوس حرارت داده و تیتر می شود.با وجود آنکه در این روش اکسایش اگزالیک اسید به وسیله ی هوا به حداقل می رسد و نتایج دقیقی به دست می آید ولی این عیب را دارد که باید مقدار تقریبی نرمالیته ی محلول پرمنگنات مشخص باشد.(مثلا قبلا از روش مک براید پیدا شده باشد)

واکنش آهن (II) با پرمنگنات به نرمی و با سرعت انجام می شود. ولی در حضور کلریدریک اسید( که برای حل کردن سنگ آهن به کار رفت) ممکن است یون کلر نیز به وسیله ی پرمنگنات اکسید شده  و درصد آهن در سنگ آهن بالا گزارش شود.این واکنش خوشبختانه سرعت زیاد ندارد و خطای چندانی تولید نمی کند.با وجود این می توان اثر آن را با افزایش واکنشگر زیمران- رینهارت رفع کرد.

 

نوع اسید قوی که برای  اسیدی کردن محیط استفاده می شود بسیار مهم است، چراکه پرمنگنات اکسنده ی بسیار قوی است و باعث اکسید شدن اسید های قوی همچون اسید کلریک می شود.بنابراین بهترین اسید قوی برای این آزمایش استفاده از سولفوریک اسید است.باید توجه داشت اسید مصرف شده فقط باید صرف اسیدی کردن محیط شود و در تبادل الکترون هیچ تاثیری نداشته باشد.

 

ما از پرمنگنات در محیط اسیدی استفاده می کنیم ممکن است سوال مطرح شود که چرا از آن در محیط بازی استفاده نمی شود؟

همانطور که می دانیم:

Mn2+ → MnO4- پرمنگنات در محیط اسیدی

 

MnO2+ →    MnO4- پرمنگنات در محیط بازی

 

اگر به E احیای پرمنگنات در محیط اسیدی توجه کنیم می بینیم که عدد بسیار بزرگیست به عبارتی پرمنگنات در محیط اسیدی، بالاترین خاصیت اکسید را دارد.

از طرفی قراراست واکنش ما به صورت خوداندیکاتور باشد. مسلما تغییر رنگ محلول از حالت بی رنگ به حالت رنگی در نقطه ی هم ارزی با دقت بیشتری نسبت به تغییر رنگ از حالت رنگی به حالت رنگی دیگر در نقطه ی هم ارزی همراه است.

 

 

اندازه گیری مقدار آهن در یک سنگ معدن, ۱۰٫۰ out of 10 based on 1 rating

صفحه قبلیصفحه بعدی





QR:  اندازه گیری مقدار آهن در یک سنگ معدن



۱۳۹۰/۰۷/۲۴
amin :


سلام

در اندازه گیری آهن کل در نمونه بهتر است از محلول دی کرومات پتاسیم استفاده شود (بدلیل عدم تغییر فاکتور)

[پاسخ]

GD Star Rating
loading...
GD Star Rating
loading...

۱۳۹۰/۰۴/۰۹


سلام مهدی جان امیدوارم همیشه موفق و پاینده باشی. کتابت خیلی بدرد رفیقم که مهندسی معدن می خونه خورد و خواست که ازت تشکر کنم. بدرود

[پاسخ]

GD Star Rating
loading...
GD Star Rating
loading...

ارسال نظر

نام:
ایمیل:
وب سایت:
متن و پیام شما:

 

  • دوشنبه ۶ تیر ۱۳۹۰
  • ۲ نظر