Studiekompasset.dkKlasse: STX 3.g · Fag: Kemi A
!"#$%%$&'$%(")$&*+)%,$(-$)& &
./0&
!"#$"#%&%'(%
Mangan i te
Formål
At bestemme indholdet af mangan i te
Opstilling
Teori
Til dette forsøg skulle vi bruge forskellige standardopløsninger, som skulle have et volumen 50
mL. For at kunne gøre dette, var det nødvendigt at beregne, henholdsvis hvor mange mL 0.0020 M
KMnO
4
og hvor meget vand vi skulle bruge. Dette gjorde vi ved hjælp af følgende formel:
n = c
!
V
Vi brugte den oplyste aktuelle koncentration af MnO
4
-
, da vi ved, at det gælder, at [MnO
4
-
] =
c(KMnO
4
), da de reagerer i forholdet 1:1. Vi startede med at regne det for standardopløsningen,
hvor c = 0.025 mM:
! ! !!! ! !"
!!
!!! ! !!!"!!! ! !!!" ! !"
!!
!!"#
Herefter isolerede vi V i formlen og beregnede det nødvendige volumen af KMnO
4
følgende
måde:
! !
!
!
!
!!!" ! !"
!!
!!"#
!!!!"!!!
! !!!!!"#$!!! ! !!!"#!!"
vi skulle bruge 0.625 mL af stamopløsningen, så dette kunne vi bruge til at beregne, hvor meget
vand vi skulle bruge:
!"!!" ! !!!"#!!" ! !"!!"#!!"
Der skulle altså bruges 49.375 mL vand til denne standardopløsning.
!"#$%%$&'$%(")$&*+)%,$(-$)& &
./0&
!"#$"#%&%'(%
Denne metode brugte vi til at beregne volumenet af forholdsvis vand og KMnO
4
i alle 5
standardopløsninger.
Sulfit er et reduktionsmiddel, og når vi nedsænker digellåget med asken ned i syreblandingen,
hvilket skaber det sure miljø, reduceres Mn
3+
til Mn
2+
og sulfit omdannes til hydrogensulfat.
Følgende reaktion finder sted:
!
!
!
!!!
! ! !!!"
!!
!!" !
! !"
!
!!
!!" !
! !!!"
!!
!!" !
! !"#
!
!
!!" !
! !
!
!!" !
Vi kan se, at der sker en reduktion af Mn, da stoffets oxidationstal går fra +III til +II, samtidig sker
der en oxidation af svovl, da dette stofs oxidationstal går fra +IV til +VI. Reaktionen reagerer også
med H
2
O, hvilket gør det muligt at danne hydrogensulfat, afstemme reaktionen med H
+
, da
reaktionen finder sted i et surt miljø. Denne reaktion bruges til at sørge for, at alle mangan-ionerne
er blevet omdannet til Mn
2+
, da man regner med at reaktionen forløber helt til højre. Dette skal
gøres, da vi skal bruge Mn
2+
i vores endelige reaktion for at danne permanganat.
Reaktionen, hvor vi omdanner mangan(II)ionerne til permanganat ved hjælp af periodat er
følgende:
!!!
!
!
!!!
! !!!"
!!
!!" !
! !!!!"
!
!
!!" !
! !!!"#
!
!
!"
! !!!"
!
!
!!" !
! !!!!
!!
!!" !
!!
Vi afstemmer reaktionen ved hjælp af oxidationstallene, og vi kan se, at I reduceres fra +VII til +V
og Mn oxideres fra +II til +VII. For at sørge for at ladningen og antallet af O-atomer er ens
begge sider af reaktionen tilsætter vi H
2
O og H
+
, da denne reaktion også foregår i et surt miljø.
For at kunne bestemme den største molare absorptionskoefficient kan vi kigge grafen for
permanganats absorption, hvilket er den graf som vi ser her:
!"#$%%$&'$%(")$&*+)%,$(-$)& &
./0&
!"#$"#%&%'(%
Det vi ved om denne graf er, at den molare absorptionskoefficient ikke er konstant, da den afhænger
af bølgelængden, hvilket heller ikke er konstant her. Vi ved, at det gør sig gældende, at ved den
største absorbans er ! også størst, hvilket vi se med følgende omskrivning af Lambert-Beers lov:
! !
!
!!"!
!
!
! ! !
Vi ved, at [MnO
4
-
] og bredden af kuvetten, l, er konstante ved denne graf, så vi kan se på brøken, at
jo større absorbansen er, des større er den molare absorptionskoefficient. Så vi kan aflæse på grafen,
at ! er størst ved " = 544 nm. Vi bruger ikke denne bølgelængde, når vi måler i vores forsøg, da
spektrofotometret ikke er i stand til at måle høje værdier for absorbansen, derfor måler vi ved
en bølgelængde der hedder 520 nm.
Udførsel
1. Ekstraktion og fremstilling af prøveopløsning.
Vi startede med at afveje 0.50 g teblade og anbragte dem i et digellåg placeret i en digeltrekant
en trefod. Herefter opvarmede vi kraftigt låget med bunsenbrænderen, for at lave en pyrolyse, hvor
vi spaltede alle de organiske stoffer fra under forbrændingen. Dette gjorde vi indtil alle tebladene
var blevet til aske.
Vi hældte herefter 10 mL phosphorsyre og 25 mL 2 M saltpetersyre op i et bægerglas. Så opløste vi
0.1 g natriumsulfit i syreblanding. Herefter nedsank vi det afkølede digellåg ned i syreblandingen
og lod det koge sagte i 5 min. Dette gjorde vi for at reducere Mn
3+
til Mn
2+
, og vi varmede det,
for at få reaktionen til at gå hurtigere, da dette fungerer som en katalysator.
Så tilsatte vi 1 g kaliumperiodat, for at få selve reaktionen til at forløbe og skabe oxidere mangan til
permanganat, imens vi varmede den med en bunsenbrænder i 5 min, for at få reaktionen til at
forløbe hurtigere.
Herefter puttede vi glasuld i en tragt og anbragte tragten i en 100 mL målekolbe, og filtrerede vores
opløsning gennem glasulden. Dette gjorde vi for at fjerne de sidste mulige rester af teblade og andre
urenheder. rystede vi målekolben med opløsningen, tilsatte vand til stregen og rystede kolben
igen.
!"#$%%$&'$%(")$&*+)%,$(-$)& &
./0&
!"#$"#%&%'(%
2. Fremstilling af standardopløsninger
Vi fyldte en burette med 0.0020 M KMnO
4
og fyldte en anden burette med demineraliseret vand.
Herefter fremstillede vi standardopløsningerne med koncentrationerne fra tabel 1 og målene, som vi
havde beregnet tidligere.
3. Spektrofotometrisk analyse
Vi hældte standardopløsningerne i hver sin kuvette, hvor vi fyldte dem ! op. Vi holdt kuvette
bredden konstant, vi ikke ville to ubekendte i vores ligning for absorbansen. Herefter målte vi
opløsningernes absorbans ved 520 nm og noterede værdierne i tabel 1. Dette gjorde vi for at kunne
lave en standardkurve, vi kunne en lineær funktion, vi kunne beregne den aktuelle
koncentration af vores prøveopløsning.
Til sidst fyldte vi vores prøveopløsning i en kuvette og bestemte opløsningens absorbans ved 520
nm og noterede denne værdi i tabel 2. Dette gjorde vi for senere at kunne bruge A til at finde
stofmængdekoncentrationen af vores opløsning og herved finde frem til mangan indholdet.
Resultater og efterbehandling
Tabel 1: Data for standardopløsninger
Opløsning
V(0.002 M KMnO
4
)
(mL)
V(Vand)
(mL)
[MnO
4
-
]
mM
A
1.
0.625
49.375
0.025
0.045
2.
1.250
48.750
0.050
0.102
3.
2.500
47.500
0.100
0.206
4.
5.000
45.000
0.200
0.408
Tabel 2: Data for prøveopløsning
A
[MnO
4
]
(M)
0.123
0.05791 " 10
-3
!"#$%%$&'$%(")$&*+)%,$(-$)& &
./0&
!"#$"#%&%'(%
Vi starter med at lave en standardkurve, hvor vi laver det bedste mulige lineære fit, hvilket kommer
til at se således ud:
Vi ved, at jo tættere korrelationskoefficienten er +/- 1, des mere præcis er det fit, som vi har
lavet. Vi kan se, at korrelationskoefficienten i dette tilfælde er 0.9998, hvilket fortæller os, at vores
lineære fit er meget præcist. Vi kan så aflæse den lineære funktion, hvilket er:
A = 2.064 mM
–1
· [MnO
4
]
Vi kender Lambert-Beers lov, som hedder:
A =
"
· l · [farvestof]
hvor farvestoffet i vores tilfælde er MnO
4
. Der er en metode til at tjekke, hvorvidt noget opfylder
denne lov, som siger, at forholdet mellem absorbansen og den aktuelle koncentration af farvestoffet
skal være proportionale. Metoden går ud på, at laver en standardkurve, og hvis det giver en lineær
sammenhæng, er loven opfyldt. Vi kan se i vores standardkurve, at der dannes en lineær
funktion, så loven opfyldes.
Vi kan ved at sammenligne Lambert-Beers lov med vores lineære funktion se, at hældningen i den
lineære funktion svarer til
"
· l i loven. Vi ved, at bredden af kuvetten er 1 cm, derfor bliver
"
følgende ved 520 nm:
! !
!!!"!!"
!!
!!!"
! !!!"!!"
!!
! !"
!!
!"#$%%$&'$%(")$&*+)%,$(-$)& &
./0&
!"#$"#%&%'(%
Vi kan benytte vores lineære funktion til at finde koncentrationen af permanganat i vores
prøveopløsning ved løse ligningen, da vi kender absorbansen. Dette giver følgende resultat:
!"#$%!!!!"# ! !!!"!!"
!!
! !!!"#
!
!
!
!!! !!"!
!
!
! ! !!!"#$%!!"
Vi har fundet koncentrationen af permanganat, hvis vi regner med, at vi har 1 L af opløsning,
svarer det til, at vi har 0.05791 " 10
3
mol permanganat. Ved at kigge vores reaktionsskema kan
vi se, at n(MnO
4
) = n(Mn
2+
), da de reagerer i forholdet 1:1. n(Mn
2+
) = 0.05791 " 10
3
mol,
hvilket vi kan omregne til mg:
! ! !
!!"
!!
!
! !
!!"!
! !!!"#$% ! ! !"
!!
!!"# ! !"!!"!
!
!"#
! !!!!"#$%!!!! ! !!!"!!!"
Vi startede med 0.50 g te, så vi ganger igennem med to for at få det i enheden mg/g:
!!!"!!
!"
!
!
!!
! ! ! ! !!!"#!
!"
!
Så vi kan se, at der er 6.362 mg mangan pr. gram te.
Når man taler om mangan, er der et dagligt accepteret indtag, ADI, som er !!!
!"
!"!!!!"
. Vi vil
bregne, hvor meget te man skulle indtage for, at dække sit ADI for mangan. For at gøre det laver vi
en antagelse om, at alt mangan i tebrevet er tilstede i teen. Hvis vi siger, at en person vejer 65 kg, så
ville mangans ADI være følgende for personen:
ADI = 1.8 mg · 65 kg · 1 døgn = 117.0 mg mangan pr. døgn
Nu finder vi ud af, hvor mange kopper te dette svarer til:
!!"!!!!"
!!!"#!!"
! !"!!"#$!!"##$%!!"
For at dække sit ADI ville man således skulle drikke lidt over 18 kopper te om dagen, hvis man
vejede 65 kg.
Konklusion
Vi kan konkludere, at vores standardkurve ud fra vores prøveopløsninger opfylder Lambert-Beers
lov, hvilket gav os en molar absorptionskoefficient med en værdi på !!!"!!"
!!
! !"
!!
. Derudover
fandt vi frem til, at indholdet af mangan i te er 14.11 mg pr. gram te, hvilket betyder, at hvis man
var en person på 65 kg, så ville man skulle drikke lidt over 18 kopper te om dagen, for at dække sit
ADI.