Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.
Źródło: Smaa Koraym z Uniwersytetu Johnsa Hopkinsa, MD, USA
W tym laboratorium połączysz wodne roztwory FeCl3 i NaSCN, tworząc pomarańczowo-czerwony kompleks [Fe(NCS)]2+. Kiedy FeCl3 rozpuszcza się w wodzie, centrum żelaza jest otoczone sześcioma cząsteczkami wody. Ten kwaśny kompleks łatwo traci protony z cząsteczek wody, co może prowadzić do wytrącania się wodorotlenków żelaza z roztworu.
Aby temu zapobiec, twoje roztwory będą zawierały wystarczającą ilość HNO3, aby utrzymać żelazo w roztworze, przede wszystkim w pobliżu bezbarwnego [Fe(H2O)6]3+ i żółtego [Fe(H2O)5(OH)]2+. W tym laboratorium będziemy odnosić się do wyjściowych kompleksów żelaza zbiorczo jako Fe3+.
Kompleks [Fe(NCS)]2+ powstaje, gdy [SCN]- wymienia się z inną grupą na żelazie, a azot oddziałuje z żelazem. Ta wymiana jest odwracalna, więc istnieje ogólna równowaga między powstawaniem a utratą [Fe(NCS)]2+.
Interakcja tiocyjanian-żelazo nadaje roztworom [Fe(NCS)]2+ intensywny kolor. Ostatecznie powiążesz intensywność absorbancji UV-Vis ze stężeniem kompleksu [Fe(NCS)]2+ za pomocą prawa Beera. Pozwala to na eksperymentalny pomiar stężenia równowagowego kompleksu [Fe(NCS)]2+, na podstawie którego można oszacować stałą równowagi dla całego procesu.
Musisz znać dokładne stężenia [Fe(NCS)]2+ w roztworach wzorcowych, aby uzyskać dokładną krzywą kalibracyjną. Jednak kompleks jest w równowadze z Fe3+ i [SCN]-, więc tylko sam kompleks [Fe(NCS)]2+ liczy się do tego celu. W ten sposób twoje roztwory wzorcowe będą wykorzystywać 0,2 M FeCl3, dzięki czemu żelazo będzie w 500 do 2000 razy nadmiarze.
Każdy [SCN]- który opuści jedno żelazko, znajdzie drugie tak szybko, że w rzeczywistości nie będzie wolnego [SCN]- w tych roztworach. Można zatem założyć, że stężenie [Fe(NCS)]2+ jest równe początkowemu stężeniu NaSCN roztworu wzorcowego.
| λmax |
| Rozwiązanie # | 0.2 M Fe3+ (mL) | 0.5 mM [SCN]- (mL) | 0.5 M HNO3 (mL) | Absorbancja przyλ max | Całkowita objętość (ml) | [Fe(NCS)]2+] |
| 1 | 5 | 0 | 5 | Solvent puste | ||
| 2 | 5 | 1 | 4 | |||
| 3 | 5 | 2 | 3 | |||
| 4 | 5 | 3 | 2 | |||
| 5 | 5 | 4 | 1 |
W ostatniej części laboratorium przygotujesz cztery roztwory [Fe(NCS)]2+ z 0,02 M roztworem FeCl3, tak aby żelazo było w 40 do 100-krotnym nadmiarze. Przy tych stężeniach [SCN]-, które opuszcza centrum żelaza, niekoniecznie znajdzie natychmiast inne centrum żelaza. Zatem [Fe(NCS)]2+ będzie w równowadze z Fe3+ i [SCN]-, a jego stężenie nie będzie równe początkowemu stężeniu [SCN]-.
| [FeCl3] początkowy (M) | 0.01 |
| Rozwiązanie # | 0.2 M Fe3+ (mL) | 0.5 mM [SCN]- (ml) | 0.5 M HNO3 (mL) | Absorbancja przyλ max | [[Fe(NCS)]2+]eq | [Fe3+]eq | [[SCN]-]eq | Keq (M-1) |
| 6 | 5 | 0 | 5 | Solvent puste | ||||
| 7 | 5 | 1 | 4 | |||||
| 8 | 5 | 2 | 3 | |||||
| 9 | 5 | 3 | 2 | |||||
| 10 | 5 | 4 | 1 |
W tym laboratorium połączysz wodne roztwory chlorku żelaza(III) i tiocyjanianu sodu, tworząc pomarańczowo-czerwony kompleks izotiocyjanianu żelaza(III). Kiedy chlorek żelaza(III) rozpuszcza się w wodzie, centrum żelaza jest otoczone sześcioma cząsteczkami wody. Ten kwaśny kompleks łatwo traci protony z cząsteczek wody, co może prowadzić do wytrącania się wodorotlenków żelaza z roztworu.
Aby temu zapobiec, twoje roztwory będą zawierały wystarczającą ilość kwasu azotowego, aby utrzymać żelazo w roztworze - głównie jako prawie bezbarwny heksakważelaz(III) i żółty pentaaaquahydrooksydoiron(III)W tym laboratorium będziemy odnosić się do wyjściowych kompleksów żelaza zbiorczo jako żelaza(III)Kompleks izotiocyjanianów powstaje, gdy tiocyjanian wymienia się z inną grupą na żelazie, z azotem oddziałującym z żelazem. Ta wymiana jest odwracalna, więc istnieje ogólna równowaga między powstawaniem a utratą kompleksu izotiocyjanianów. Interakcja tiocyjanian-żelazo nadaje roztworom izotiocyjanianów ich intensywny kolor, więc ostatecznie powiążesz intensywność absorbancji UV-Vis ze stężeniem kompleksu izotiocyjanianów za pomocą prawa Beera.
Pozwoli to na eksperymentalny pomiar stężenia równowagowego kompleksu izotiocyjanianów, na podstawie którego można oszacować stałą równowagi dla całego procesu. Przed rozpoczęciem tego modułu utwórz te tabele w notesie laboratorium. Pierwsza tabela zostanie użyta podczas zbierania danych do krzywej kalibracyjnej łączącej absorbancję ze stężeniem.
Druga tabela dotyczy roztworów z izotiocyjanianem żelaza(III) w stanie równowagi. Odmierzysz kwas azotowy i tiocyjanian sodu za pomocą biuret. Objętość dozowana przez biuretę jest śledzona przez różnicę między początkowymi i końcowymi odczytami objętości.
Roztwory, których będziesz używać, są silnie żrące, dlatego należy zachować ostrożność podczas obchodzenia się z nimi. Przed rozpoczęciem załóż fartuch laboratoryjny, bryzgoszczelne okulary ochronne i rękawice nitrylowe. Na początek oznacz trzy 150-mililitrowe zlewki jako 0,5-molowy kwas azotowy"1 molowy chlorek żelaza(III)w 0,5-molowym kwasie azotowym"i 0,5 milimolowego tiocyjanianu sodu w 0,5-molowym kwasie azotowym"Oznacz 400-mililitrową zlewkę jako odpad"Następnie oznacz jedną biuretę jako tiocyjanian"a drugą jako kwas azotowy'Zaciśnij biurety na tyle wysoko, aby 400-mililitrowa zlewka na odpady mogła się pod nimi zmieścić.
Teraz przynieś 50-mililitrowy cylinder z podziałką i 150-mililitrową zlewkę z kwasem azotowym do okapu dozującego. Odmierz 100 mililitrów 0,5 molowego kwasu azotowego do zlewki. Upewnij się, że butelka z roztworem podstawowym jest zakryta po zakończeniu.
Następnie przykryj zlewkę szkiełkiem zegarkowym i włóż ją z powrotem do wyciągu. Dokładnie umyj 50-mililitrowy cylinder z podziałką, spłucz go wodą dejonizowaną i osusz na zewnątrz ręcznikami papierowymi. Następnie użyj 10-mililitrowego cylindra z podziałką, aby odmierzyć 20 mililitrów 1 molowego chlorku żelaza(III) do odpowiedniej oznakowanej zlewki.
Upewnij się, że butelka z wywarem jest zakryta przed włożeniem porcji roztworu z powrotem do kaptura. Następnie użyj 50-mililitrowego cylindra z podziałką, aby odmierzyć 40 mililitrów 0,5-milimolowego tiocyjanianu sodu i wlej go do odpowiedniej oznakowanej zlewki. Oznacz i napełnij 100-mililitrową zlewkę wodą dejonizowaną.
Następnie upewnij się, że kurki obu biuret są zamknięte. Umieść lejek w każdej biurecie i wlej do nich wodę dejonizowaną. Umieścić zlewkę na odpady pod jedną biuretą i otworzyć kurek.
Po spuszczeniu wody zamknij kran i powtórz proces z drugą biuretą. Teraz wlej około 5 mililitrów 0,5 molowego kwasu azotowego do odpowiedniej biurety i umieść zlewkę na odpady pod dziobkiem. Otwórz kurek, aby napełnić końcówkę kwasem azotowym i pozwól, aby kilka mililitrów spłynęło przed jej zamknięciem.
Następnie dodaj około 40 mililitrów kwasu azotowego do biurety. Pamiętaj, że podziałki mierzą od góry do dołu, więc powinieneś wypełnić go do około 10 mililitrów. Teraz umieść zlewkę na odpady pod biuretą tiocyjanianową i napełnij końcówkę roztworem tiocyjanianu sodu w taki sam sposób, jak kwas azotowy.
Następnie wlej resztę roztworu tiocyjanianu do biurety. Delikatnie postukaj w biuretę, aby usunąć wszelkie pęcherzyki powietrza. Jeśli w końcówce biurety znajdują się pęcherzyki, należy na krótko otworzyć zawór odcinający, aby je wypłukać.
Zdobądź cztery kwadraty plastikowej folii parafinowej i dwa arkusze folii aluminiowej, aby zakończyć ustawianie. Jesteś teraz gotowy do tworzenia i analizowania roztworów ślepej próby i krzywej kalibracyjnej. Aby uzyskać dokładną krzywą kalibracyjną, musisz znać dokładne stężenia izotiocyjanianu żelaza(III) w roztworach wzorcowych.
Jednak kompleks jest w równowadze z żelazem(III) i tiocyjanianem, więc do tego celu liczy się tylko sam kompleks izotiocyjanianów. W związku z tym roztwory wzorcowe będą używać 0,2 molowego chlorku żelaza(III), tak że żelazo będzie od 500 do 2000 razy nadmiarowe. Każdy tiocyjanian, który opuści jedno żelazo, znajdzie inne tak szybko, że w tych roztworach nie będzie w rzeczywistości wolnego tiocyjanianu.
Można zatem założyć, że stężenie izotiocyjanianu żelaza(III) jest równe początkowemu stężeniu tiocyjanianu sodu w roztworze wzorcowym. Teraz oznacz 50-mililitrową kolbę miarową jako 0,2-molowy chlorek żelaza(III)'Podłącz kontroler pipet do 10-mililitrowej pipety objętościowej. Napełnić go 1 molowym chlorkiem żelaza(III) i rozlać do kolby miarowej.
Następnie dodaj lejek do kolby i wlej do niej około 30 mililitrów wody dejonizowanej. Uszczelnij kolbę kwadratem plastikowej folii parafinowej i odwróć ją kilka razy, aby dokładnie wymieszać roztwór. Następnie usuń folię i wyrzuć ją.
Użyj jednorazowej pipety, aby napełnić kolbę do linii wodą dejonizowaną i zachowaj pipetę na później. Zamknąć kolbę i kilkakrotnie ją odwrócić, aby wymieszać roztwór. Teraz włącz ręczny spektrofotometr i upewnij się, że jest ustawiony na pomiar absorbancji.
Podczas gdy źródło światła się nagrzewa, owiń pięć 50-mililitrowych zlewek folią aluminiową, aby chronić światłoczuły roztwór chlorku żelaza(III) podczas eksperymentu. Oznacz zlewki od 1 do 5 wraz z pięcioma czystymi pipetami jednorazowymi. Połóż ręczniki papierowe jako czystą powierzchnię dla szkła, którego będziesz ponownie używać.
Następnie podłącz kontroler pipet do 5-mililitrowej pipety objętościowej. Napełnij pipetę 0,2 molowym chlorkiem żelaza(III) i rozlej go do zlewki 1. Umieścić zlewkę 1 pod biuretą z kwasem azotowym.
Zanotuj aktualną objętość biurety, a następnie dozuj dokładnie 5 mililitrów kwasu azotowego do zlewki. Wymieszaj roztwór za pomocą szklanego pręta do mieszania. Następnie opłucz mieszadło wodą dejonizowaną i odłóż na bok.
Użyj pipety 1, aby napełnić kuwetę w około 75% roztworem 1 i zakryj kuwetę. Wyczyść przezroczyste boki kuwety chusteczką laboratoryjną i umieść ją w spektrofotometrze. Uzyskaj pomiar tła lub ślepą próbę rozpuszczalnika, a następnie wyjmij kuwetę.
Opróżnij kuwetę do zlewki na odpady i przepłucz ją trzykrotnie wodą dejonizowaną. Ta sama kuweta będzie używana do wszystkich pomiarów, aby zminimalizować błędy związane z niedoskonałościami kuwety. Następnie przygotować roztwór o średnim stężeniu, próbkę 3.
Użyj 5-mililitrowej pipety miarowej, aby dodać 5 mililitrów 0,2-molowego chlorku żelaza(III) do zlewki 3. Wlej 2 mililitry tiocyjanianu sodu i 3 mililitry kwasu azotowego do zlewki z biuret. Wymieszaj roztwór 3 ze szklanym prętem mieszającym.
Następnie użyj pipety 3, aby napełnić czystą, suchą kuwetę w około 75% roztworem 3. Tak jak poprzednio, zakryj kuwetę, wyczyść przezroczyste boki i umieść ją w spektrofotometrze. Mierz absorbancję roztworu przez około 5 sekund i określ długość fali o maksymalnej absorbancji.
Zapisz tę długość fali w notatniku laboratoryjnym jako lambda max dla kompleksu izotiocyjanianu żelaza(III). Teraz ustaw spektrofotometr na średnie odczyty w ciągu 10 sekund i dostosuj długość fali do lambda max. Zapisz pełny pomiar absorbancji roztworu 3.
Zapisz absorbancję przy lambda max w notatniku laboratoryjnym. Wykonaj ten sam proces dla rozwiązań 2, 4 i 5. Przygotuj roztwory pojedynczo lub przechowuj przygotowane roztwory pod folią aluminiową, aż będziesz gotowy do ich użycia.
Dodaj odpowiedni roztwór do kuwety i zmierz wartości absorbancji. Po zarejestrowaniu wszystkich wartości absorbancji przy lambda max, naszkicuj wykres objętości tiocyjanianu w funkcji wartości absorbancji, który powinien być liniowy. Jeśli zauważysz jakiekolwiek wartości odstające, przerób rozwiązanie i spróbuj ponownie.
W tej ostatniej części laboratorium przygotujesz cztery roztwory izotiocyjanianu żelaza(III) z 0,02-molowym roztworem chlorku żelaza(III), tak aby żelazo było tylko w 40 do 100-krotnym nadmiarze. Przy tych stężeniach tiocyjanian, który opuszcza centrum żelaza, niekoniecznie znajdzie natychmiast inne centrum żelaza. Zatem kompleks izotiocyjanianów będzie w równowadze z żelazem(III) i tiocyjanianem, a jego stężenie nie będzie równe początkowemu stężeniu tiocyjanianów.
Teraz opróżnij 50-mililitrowe zlewki do zlewki na odpady, usuń etykiety i opłucz zlewki wodą dejonizowaną. Osusz pięć zlewek ręcznikami papierowymi i oznacz je jako od 6 do 10. Oznacz również pięć pipet jednorazowych jako 6 do 10.
Następnie opróżnić kolbę miarową z 0,2-molowym roztworem chlorku żelaza(III) do zlewki na odpady i przepłukać ją wodą dejonizowaną. Ponownie oznaczyć przepłukaną kolbę jako 0,02-molowy chlorek żelaza(III). Teraz użyj 1-mililitrowej pipety miarowej, aby przenieść 1 mililitr 1 molowego chlorku żelaza(III) do kolby miarowej.
Do kolby dodać około 40 mililitrów wody dejonizowanej. Następnie uszczelnić kolbę folią z tworzywa sztucznego i kilkakrotnie odwrócić ją w celu wymieszania roztworu. Następnie otwórz kolbę i napełnij ją do linii wodą dejonizowaną.
Uszczelnić kolbę folią z tworzywa sztucznego i dobrze wymieszać roztwór. Teraz przygotuj roztwór 6, nową ślepą próbę rozpuszczalnika. Dodać 5 mililitrów 0,02 molowego chlorku żelaza(III) i 5 mililitrów kwasu azotowego, a następnie wymieszać z mieszadłem.
Odpipetować roztwór do kuwety i uzyskać pomiar tła jak poprzednio. Następnie, postępując zgodnie z tabelą, przygotuj roztwory od 7 do 10. Zdobądź ich widma i zapisz ich wartości absorbancji przy lambda max, tak jak robiłeś to wcześniej.
Pamiętaj, aby dokładnie przepłukać mieszadło i kuwetę wodą dejonizowaną między każdym roztworem. Po zakończeniu opróżnij kuwetę, kolbę miarową i zlewki do zlewki na odpady i przepłucz je wodą dejonizowaną. Zebrać nadmiar kwasu azotowego i tiocyjanianu sodu w odpowiednich zlewkach.
Zneutralizować odpady i nadmiar roztworów odczynników sodą oczyszczoną, a następnie wyrzucić odpady i nadmiar roztworu chlorku żelaza(III) do odpowiedniego pojemnika na odpady. Zneutralizowane roztwory kwasu azotowego i tiocyjanianu sodu spłukać do kanalizacji wodą z kranu. Następnie umyj szkło i sprzęt zgodnie ze standardowymi procedurami laboratorium.
Na koniec zbierz ręczniki papierowe i inne śmieci z dygestorium i wrzuć je do kosza laboratoryjnego. Teraz użyjemy naszych danych absorbancji do obliczenia stałej równowagi dla izotiocyjanianu żelaza(III) w roztworze. Najpierw obliczmy stężenia izotiocyjanianu żelaza(III) w roztworach wzorcowych.
W tych roztworach stężenie żelaza jest tak wysokie, że możemy przyjąć, że wyjściowe stężenie tiocyjanianów jest takie samo jak stężenie izotiocyjanianu żelaza(III). Dla każdej próby należy pomnożyć podstawowe stężenie tiocyjanianu przez objętość dodanego tiocyjanianu sodu i podzielić to przez całkowitą objętość roztworu wynoszącą 10 mililitrów. Powtórz tę czynność dla wszystkich standardowych rozwiązań.
Teraz utwórz krzywą kalibracyjną, wykreślając absorbancję przy lambda max dla roztworów wzorcowych w odniesieniu do ich stężeń izotiocyjanianu żelaza(III). Znajdź funkcję liniową, która pasuje do danych, i w razie potrzeby ustaw punkt przecięcia z osią y na wartość 0. Prawo Beera jest wyrażone przez tę funkcję liniową, która wiąże absorbancję ze stężeniem.
Zatem nachylenie krzywej kalibracyjnej jest równe molowemu współczynnikowi tłumienia pomnożonemu przez szerokość kuwety lub długość ścieżki, która w tym laboratorium wynosiła 1 centymetr. Teraz, gdy znasz już molowy współczynnik tłumienia izotiocyjanianu żelaza(III), przestaw równanie liniowe, aby rozwiązać stężenie. Pamiętaj, że współczynnik tłumienia molowców i długość ścieżki będą takie same dla każdej próby.
Dla każdej nieznanej próby należy wypełnić absorbancję i rozpuścić, aby uzyskać stężenie równowagowe izotiocyjanianu żelaza(III) dla tego roztworu. Następnie oszacujmy stałą równowagi dla izotiocyjanianu żelaza(III) w roztworze. Dla uproszczenia wyrażymy stałą w jednostkach 1 nad molowością.
Teraz oblicz początkowe stężenia żelaza(III) i tiocyjanianu dla każdej próby. Następnie należy określić ich stężenia równowagowe w każdym badaniu, odejmując stężenie równowagowe kompleksu izotiocyjanianów od początkowych stężeń odczynników dla tego próby. Wypełnić stężenia równowagowe produktu i reagentów.
Następnie rozwiąż równanie równowagi, aby oszacować stałą dla tej próby. Na koniec porównaj stałe dla prób.
