Hur stort utbyte kan man förvänta sig vid förbränning av kaliumnitrat?
Hej, Pluggakuten!
Jag labbade nyligen och var i behov av nitrit för att testa ett reagenskit vi hade fått in. Som tur var hade vi kaliumnitrat så jag vägde upp en liten mängd av saltet och brände det i ett rent provrör. Vid ca. 300 °C smälte saltet och vid cirka 400 °C började följande "sönderfall" ske:
Jag lät brännaren stå på tills det slutade bubbla, vilket jag tolkade som att det slutade bildas syrgas. När jag väl testade reagenskitet fick jag ett färgomslag så uppenbarligen hade det bildats kaliumnitrit. Men hur stort utbyte skulle man kunna förvänta sig? Det är ju ett ganska "primitivt" sätt att ta fram det på...
Svårt att svara på, men det borde vara relativt lätt att ta reda på. Spontant tänker jag mig något av följande:
- Använd ett provrör med sidorör och kork för att samla upp syrgasen som bildas (t.ex. via slang in i ett uppochnedvänt, vattenfyllt mätrör i en vattenfylld bägare). Du kan via ideala gaslagen räkna ut hur mycket syrgas som har bildats när du vet volymen. Sedan kan du via reaktionsformeln räkna ut mängden nitrit som har bildats. Fördelen med denna metod är att du kan kontrollera om det verkligen är syrgas som bildas (det antänder en glödande tändsticka). Ett alternativ är att jämföra provets massa före och efter för att räkna ut hur mycket syrgas som har avgått i gasfas.
- Redoxtitrering med kaliumpermanganat. Permanganatjonerna oxiderar nitritjonerna till nitratjoner i sur miljö. Det är lätt att hitta ekvivalenspunkten eftersom ytterligare tillsats av kaliumpermanganat färgar titranden lila när nitritjonerna är slut.
Okej, tack för tipsen! Ska titta på det i dagarna!
Och bara av intresse: när jag väl fick fram min kaliumnitrit stelnade det ordentligt - jag behövde aktivt krossa "saltmassan" i vatten för att det skulle lösa sig. Men det blev till slut helt homogent. Har du någon tanke om varför det skedde? Jag trodde att kaliumsalter i regel var väldigt lättlösliga.
Om det var i en större klump så tar det längre tid att lösa upp saltet, annars vet jag inte.
Jo, det var kanske att mängden var stor. Det var ca. 1 g salt jag smälte.
Angående ditt förslag med redoxtitreringen: måste jag tillsätta syra till min provlösning eller titratorlösning då? Ska det vara en stark eller svag syra? Saltsyra borde väl fungera?
Stark syra är att föredra, men saltsyra är ett dåligt val eftersom permanganatjoner är ett så starkt oxidationsmedel att de kan oxidera kloridjoner till klorgas. Svavelsyra är nog det bästa valet!
Tillägg: 14 jan 2024 12:28
Och det är provlösningen (titranden) som ska surgöras.
Anledningen till att lösningen behöver vara sur är för att man vill styra reaktionen så att det bildas Mn2+ joner av permanganatjonerna. Vid högre pH får man MnO2(s) istället som produkt. Vid basiskt pH är inte permanganatjonerna tillräckligt oxiderande för att oxidera nitrit till nitrat.
Okej, tack så mycket!
Kan inte permanganatjonerna oxidera sulfatjonerna också? Eller det kanske bara hade gått om det vore sulfitjoner istället?
Nej, sulfat är den mest oxiderade versionen av svavel så det går inte att oxidera ytterligare. Det går visserligen att oxidera någon av syreatomerna - då får man ett ämne som heter persulfat. Det är ett av de starkaste oxidationsmedlen man känner till, starkare än permanganatjoner (därför kan de heller inte oxidera sulfat till persulfat). Natriumpersulfat används bl.a. vid tillverkning av kretskort för att lösa upp koppar.
Okej, tack så mycket, återigen!
Jag tycker att de förslag du har fått för att mäta utbytet är lite väl krångliga. Ett enklare sätt är att väga det tomma röret, lägga i kaliumnitrat och väga igen. Då kan du räkna ut kaliumnitratets massa.
Sen värmer du så att syre går bort och därefter väger du röret med produkten igen. Då kan du räkna ut hur mycket syre som har försvunnit.
Sedan omvandlar du till mol och använder reaktionsformeln för att beräkna utbytet.
SvanteR skrev:Jag tycker att de förslag du har fått för att mäta utbytet är lite väl krångliga. Ett enklare sätt är att väga det tomma röret, lägga i kaliumnitrat och väga igen. Då kan du räkna ut kaliumnitratets massa.
Sen värmer du så att syre går bort och därefter väger du röret med produkten igen. Då kan du räkna ut hur mycket syre som har försvunnit.
Sedan omvandlar du till mol och använder reaktionsformeln för att beräkna utbytet.
Men det fungerar väl bara om man kan vara säker på att reaktionen man vill ska ske är den enda som sker? Man kan väl inte förhindra att det sker sidoreaktioner också? Tänker att det kan bildas oönskade produkter som också bidrar till massan.
Tillägg: 17 jan 2024 09:08
Jag kan i och för sig göra båda. Jag tror labbet är ledigt idag. Först kan jag testa ”vågmetoden” och sedan göra en titrering med kaliumpermanganat också. Titreringen borde vara mer exakt men det skulle vara intressant att se om båda metoderna ger ungefär samma utbyte.
Jo, i teorin kan det bildas sidoprodukter. Jag är dock lite osäker på vad det skulle vara. Jag sökte lite och hittade inget exempel. Men testa båda metoderna om du har möjlighet!
Skrev det här:
Ett alternativ är att jämföra provets massa före och efter för att räkna ut hur mycket syrgas som har avgått i gasfas.
En potentiell nackdel jag kan se är om saltet har tagit upp fukt, vilket då skulle ge ett missvisande resultat.
Oj, jag hade för mig att du skrev att det endast skulle fungera om jag trodde att utbytet var nära 100 %.
Hur som helst:
jag utförde en "misslyckad" titrering idag. En sak jag märkte var att kaliumpermanganat inte var särskilt lättlösligt i vatten. Jag testade att blanda ungefär 1 g i 50 ml vatten och det löste sig inte ens helt. Min "setup" var följande:
- 50 ml 0.1 M H2SO4 + okänd mängd KNO2
- Byrett med 50 ml 0.13 M KMnO4
Jag utgick från reaktionsformeln MnO4- + 2NO2- + 8H+ + 5e- → Mn2+ + NO3- + 2H2O och räknade ut den mängd KMnO4 jag skulle behöva om utbytet från smältningsreaktionen vore 100 %. Jag räknade nog fel när jag gjorde detta. Men det var nog ingen bra strategi ändå. Hur mycket KMnO4 bör jag använda om jag smälte 1 g KNO3?
Det som hände sedan, om någon är intresserad, var att jag inte använde en tratt när jag hällde över min kaliumpermanganatlösnig i byretten, så ganska mycket rann ned längs sidan och förstörde titranden. Mycket förargligt, men jag har inget att beskylla förutom min egen inkompetens och otålighet. Om man ser det från den ljusa sidan har jag begått misstag nu som jag aldrig kommer göra om.
Märkte dessutom att kaliumpermanganat färgar av sig VÄLDIGT bra på huden...
Enligt Wikipedia är lösligheten 63,8 g/liter vid 20 grader så du borde definitivt kunna lösa 1 g i 50 ml. Kanske du inte väntade tillräckligt länge så att det inte hann lösas upp?
Reaktionsformeln ser lite konstig ut, den är inte balanserad varken på redox, antal atomer eller nettoladdning. När du har en korrekt reaktionsformel kan man uppskatta hur mycket permanganat som går åt utifrån formeln. Om du antar 100% utbyte så vet du ungefär hur mycket kaliumnitrit du har i provet och kan då se på ekvivalensförhållandet i formeln hur mycket permanganat den mängden behöver reagerad med.
När du sen gör titreringen är det bra om titranden och titratorn har någorlunda samma koncentration. Om man inte vet alls vad titranden har för koncentration kan man göra en slasktitrering först. I ditt fall kan du styra titrandens koncentration hyfsat genom att anta 100% kaliumnitrit i provet och sedan lösa upp det i en lagom mängd vatten (lagom är kanske 50 ml, dvs tillräckligt för att du ska kunna ha provet i en bägare med magnetloppa). Sedan bereder du en mycket exakt lösning (använd en våg med flera decimaler och en mätkolv) av kaliumpermanganat som du fyller i byretten. Helst ska man också använda kemikalier med hög renhet, det är liksom ingen idé att väga upp ett prov med fyra decimaler om kemikaliens renhet är 98% eller nåt sånt.
Märkte dessutom att kaliumpermanganat färgar av sig VÄLDIGT bra på huden...
Man ska ha respekt för kemikalier, speciellt så pass farliga sådana som kaliumpermanganat. Hoppas att du använder skyddsrock, handskar och skyddsglasögon när du labbar :)
Hoppsan, reaktionsformeln ska ju givetvis se ut så här:
5NO2- + 2MnO4- + 6H+ → 5NO3- +2Mn2+ + 3H2O
Men så att jag förstår dig rätt, menar du att man bör väga upp ungefär mängden kaliumpermanganat som skulle krävas för att oxidera bort alla nitritjoner om utbytet för smältningen vore 100 %? Och sedan späda den på någon volym, så att koncentrationen kaliumpermanganat och koncentrationen svavelsyra nitrit blir ungefär samma?
Man ska ha respekt för kemikalier, speciellt så pass farliga sådana som kaliumpermanganat. Hoppas att du använder skyddsrock, handskar och skyddsglasögon när du labbar :)
Det skulle aldrig falla mig in att labba utan korrekt skyddsklädsel! Det var därför jag blev så förvånad över att ha fått stänk på händerna. Fattar helt ärligt inte varifrån det kom. Vårdslöshet med andra ord - det kommer inte hända igen.
Ungefär så ja, fast det är inte permanganatjonerna och svavelsyran utan permanganatjonerna och nitritjonerna som ska ha ungefär samma koncentration. Det behöver inte vara exakt, men man vill att de ska ha ungefär samma storleksordning. Har permanganatjonerna mycket lägre koncentration än nitritjonerna i titranden så får du tillsätta otroligt stora mängder av titratorn. Man vill helst slippa fylla på byretten med mer lösning. Om titratorn istället är mycket mer koncentrerad än titranden får du tillsätta så små volymer att avläsningen av ekvivalenspunkt blir svår.
(sen måste du såklart bereda lite mer permanganatlösning än du tror kommer gå åt, för du vill absolut inte behöva göra en ny lösning då det är omöjligt att få den till samma koncentration som din första lösning)
Oj, ja, jag menade nitritjonerna!
Spelar det någon roll egentligen hur koncentrerad svavelsyran är? Så länge den inte är superkoncentrerad och det börjar stänka så fort man häller (droppar) på vatten under titreringen.
Huvudsaken är att den är i överskott. Är du osäker kan du mäta pH under titreringen.
Det behövs nog inte, i överskott kommer den garanterat ligga. Svavelsyran jag späder ut är 18 molarig.
Men då vet jag! Jag ska ge det ett nytt försök imorgon och inte begå samma misstag som under dagens försök! Tack för de utförliga svaren!
Hej igen! Snabb fråga. Borde titreringen utföras i dragskåp?
Tillägg: 18 jan 2024 14:08
EDIT: min handledare sade att det inte behövdes.
Det finns ingen risk för gasutveckling, så dragskåp behövs inte. Det kan tvärt om vara svårt att hantera en byrett i dragskåp så man kan argumentera för att riskerna då blir större.
Nu har jag gjort titreringen två gånger och kan dra slutsatsen att utbytet är väldigt lågt. Förstår inte riktigt hur det kan vara så, men det är det som titreringarna indikerar. Under båda titreringsförsöken nåddes ekvivalenspunkten på mindre än en tiondel av volymen som skulle krävts om utbytet vore 100 %.
Jag var väldigt noggrann när jag gjorde beräkningarna och beredde alla lösningar. Vid det första titreringsförsöket trodde jag att jag hade gjort något fel någonstans, så vid det andra försöket lät jag min handledare hjälpa mig men resultatet blev detsamma.
Svavelsyran fanns alltid i överskott (kollade med pH-mätare), så den begränsande reaktanten i titranden var nitritjonerna. Jag bekräftade detta genom att notera att färgen började ljusna då jag tillsatte mer nitrit efter att ekvivalenspunkten uppenbarligen hade nåtts.
Ursprungligen tänkte jag smälta kaliumnitrat för att få lite kaliumnitrit till mitt GA (för att skapa en standardkurva), men jag tror det blir lättare om jag bara köper ett färdigt kit med nitritlösning som går att använda direkt. Koncentrationerna nitritlösningarna ska ha ligger på mikromolarnivå ändå, så av det skälet hade det nog varit svårt även om framställningen hade funkat som förväntat.
Jag skulle tippa att du inte kom upp i tillräckligt hög temperatur för att få all kaliumnitrat att sönderfalla. Dels eftersom sönderfallet blir mer intensivt vid högre temperatur, dels kanske att du inte nådde samma temperatur i hela provröret.
Det var en tanke som slog mig också, men jag lät brännaren stå på ganska länge och intensivt båda gångerna, så det är lite märkligt att temperaturen inte blev tillräckligt hög. Jag använda avsaknaden av bubblor som en indikation på när jag rent principiellt skulle vara färdig. Vätskan började bubbla ganska intensivt (vilket jag tolkade som att sönderfallet ägde rum) och sedan avtog bubblingen efter en liten stund.
Tillägg: 18 jan 2024 20:19
Jag upptäckte dessutom hur jag kunde få permanganatstänk på ena handen... Det var ett litet, förrädiskt hål i min handske!
