Bepaling van het gehalte natriumperboraat (peroxoboraat) in wasmiddelen

Transcriptie

1 Bepaling van het gehalte natriumperboraat (peroxoboraat) in wasmiddelen Auteur Laatst gewijzigd Licentie Webadres Dick Naafs 25 February 2016 CC Naamsvermelding 3.0 Nederland licentie Dit lesmateriaal is gemaakt met Wikiwijs Maken van Kennisnet. Wikiwijs Maken is een onderdeel van Wikiwijsleermiddelenplein, hét onderwijsplatform waar je leermiddelen zoekt, vergelijkt, maakt en deelt.

2 Inhoudsopgave Bronvermelding Inleiding Kwalitatieve bepaling van natriumperboraat in wasmiddelen Kwantitatieve bepaling van natriumperboraat via titratie met kaliumpermanganaat in zuur milieu Berekening Kwantitatieve bepaling van natriumperboraat via titratie met natriumthiosulfaatoplossing Berekening Kwantitatieve bepaling van natriumperboraat met behulp van gasvolumemeting in neutraal milieu in zuur milieu Meetresultaten De blekende werking van natriumperboraat in wasmiddelen Literatuur Over dit lesmateriaal Pagina 1

3 Bronvermelding Instituut voor Didactiek en Onderwijsontwikkeling Faculteit Wiskunde en Natuurwetenschappen is de beheerder van de rechten van dit arrangement. Nijenborgh 9, 9747 AG Groningen tel / fax Pagina 2

4 Inleiding Veel wasmiddelen bevatten natriumperboraat; deze stof dient om gekleur de vlekken zoals van thee, koffie of vruchtensappen in wit wasgoed beter te kunnen verwijderen. Het natriumperboraat - Na 2 H 4 B ontleedt in water volgens: H 4 B 2 O 8 2- (aq) --> 2 B02 - (aq) + 2 H (aq) Het vrijkomende waterstofperoxide oxideert de kleurstoffen. Bontwasmiddelen bevatten dan ook geen natriumperboraat. Gewoonlijk begint natriumperboraat pas te werken bij een temperatuur van 60 C en werkt het optimaal tussen 80 C en 100 C. Toevoeging van TAED (tetra-acetyl-ethyleendiamine) als zogenaamd bleekactivator maakt het mogelijk om al bij 30 C gekleurde vlekken te verwijderen. Het maximale resultaat wordt dan al bij 60 C bereikt. Het TAED reageert bij 30 C met natriumperboraat tot peroxyazijnzuur dat dan als oxidator werkt. De aanwezigheid van natriumperboraat kan aangetoond worden met een kaliumdichromaatoplossing; dit geeft een specifiek kleur (zie kwalitatieve bepaling van natriumperboraat in wasmiddelen). Het ge halte van natriumperboraat kan bepaald worden door titratie met een kaliumpermanganaatoplossing in zuur milieu of na reactie met kaliumjodide door titratie met een natriumthiosulfaatoplossing. Een andere methode is meting van het volume zuurstofgas dat bij ontleding van waterstofper oxide ontstaat. Tenslotte kan door een eenvoudig proefje de ble kende werking van natriumperboraat aangetoond worden, zie de blekende werking van natriumperboraat in wasmiddelen. Pagina 3

5 Kwalitatieve bepaling van natriumperboraat in wasmiddelen Natriumperboraat geeft in zuur milieu met kaliumdichromaat een specifieke blauwe kleur. De verklaring hiervan is nog niet bekend. Deze reactie is meer spe cifiek dan de ontkleuring van een aange zuurde kaliumpermanganaatoplossing of de blauwkleuring van een aangezuurde kaliumjodide-zetmeeloplossing. Reactievergelijkingen: H 4 B (aq)? 2 BO2 - (aq) + 2 H2 0 2 (aq) H 2 O 2 (aq)? O 2 (g) + 2H + (aq) + 2e (3x) Cr 2 O 2-7 (aq) + 14 H + (aq) + 6e? 2 Cr 3+ (aq) + 7 H2 O(l) (1x) H 2 O 2 (aq) + 8 H + (aq) + Cr 2 O 2-7 (aq)? O2 (g) + 7 H 2 O(l) + 2 Cr 3+ (aq) geel groen reageerbuizen pasteurpipetje maatcilinder 1 ml maatcilinder 5 ml verschillende soorten waspoeders zwavelzuuroplossing 0,4 M kaliumdichromaatoplossing (1 massa-%) ether Los in een reageerbuis ongeveer 0,5 g waspoe der op in 5 ml 0,4 M zwavelzuuroplossing. Voeg 2 druppels van de kaliumdichromaatoplossing (1 massa-%) toe en schud. Een donkerblauwe kleur duidt op de aanwezigheid van natriumperboraat. De blauwe kleur verdwijnt na enkele se conden, de oplossing wordt dan kleurloos tot lichtgroen. Wanneer vóór toevoeging van de kaliumdichromaatoplossing 1 ml ether* wordt toegevoegd, ontstaat een blauwe kleur in de etherlaag. *Voeg de ether toe in de zuurkast en zorg ervoor dat er geen open vuur in de omgeving is. Pagina 4

6 Kwantitatieve bepaling van natriumperboraat via titratie met kaliumpermanganaat in zuur milieu Het waterstofperoxide dat bij ontleding van natriumperboraat ontstaat, kan door kaliumpermanganaat worden geoxideerd: H 4 B (aq)? 2 BO2 - (aq) + 2 H2 0 2 (aq) H 2 O 2 (aq)? O 2 (g) + 2 H + (aq) + 2e (5x) Mn0 4 - (aq) + 8 H + (aq) + 5e? Mn 2+ (aq) + 4 H2 O(l) (2x) H 2 O 2 (aq) + 2 Mn0 4 - (aq) + 6H + (aq)? 5 O2 (g) + 2 Mn 2+ (aq) + 8 H 2 O(l) mortier en stamper balans verschillende soorten waspoeder zwavelzuuroplossing 5 M 3 erlenmeyers 300 ml kaliumpermanganaatoplossing 0,05 M (ge steld) buret maatcilinder 50 ml Doe ongeveer 5 g waspoeder in een mortier, maak het fijn en roer het, om een homogeen mengsel te krijgen. Weeg ongeveer 1 gram van het fijngemaakte waspoeder nauwkeurig af in een erlenmeyer van 300 ml en los het op in 50 ml 0,5 M zwavelzuuroplossing. Titreer met een gestelde 0,05 M kaliumpermanganaatoplossing tot de paarse kleur langer dan 30 seconden blijft. Voer de titratie in triplo uit. Bereken het massapercentage natriumperboraat in het gebruikte waspoeder. Berekening Het massapercentage natriumperboraat in het waspoeder bedraagt: v = aantal ml kaliumpermanganaatoplossing m = molariteit van de kaliumpermanganaatoplossing M = moleculemassa van natriumperboraat (=199,6?) a = aantal milligram opgelost waspoeder Pagina 5

7 Kwantitatieve bepaling van natriumperboraat via titratie met natriumthiosulfaatoplossing Bij toevoeging van kaliumjodide wordt dit door het gevormde waterstofperoxide geoxideerd tot jood: H 4 B 2 O 8 2- (aq)? 2 BO2 2- (aq) + 2 H2 O 2 (aq) H (aq) + 2H + (aq) + 2e? 2 H 2 O(l) 2I - (aq)? I 2 (aq) + 2e H (aq) + 2H + (aq) + 2 I - (aq)? I 2 (aq) + 2H 2 O(l) De hoeveelheid jood die ontstaat, kan be paald worden door titratie met een natriumthiosulfaatoplossing: I 2 (aq)+2e? 2 I - (aq) 2 S (aq)? S (aq) + 2e I 2 (aq) + 2 S (aq)? 2 I - (aq)+ S (aq) mortier balans waspoeders zwavelzuuroplossing 0,5 M 3 erlenmeyers 300 ml kaliumjodide-oplossing 1 M buret zetmeeloplossing 2 maatcilinders 50 ml natriumthiosulfaatoplossing 0,2 M gesteld maatcilinder stamper 5 ml Doe ongeveer 5 g waspoeder in een mortier, maak het fijn en roer het, om een homogeen mengsel te krijgen. Weeg ongeveer 1 g van het fijngemaakte waspoeder nauwkeurig af en los het op in 50 ml 0,5 M zwavelzuuroplossing. Voeg 3 ml 1 M kaliumjodide-oplossing toe en schud. Verdun de oplossing direct daarna met 50 ml water om verdamping van I 2 te voorko men. Titreer met een gestelde natriumthiosulfaatoplossing. Voeg als de oplossing geel is geworden een wei nig zetmeeloplossing toe en titreer tot de blau we kleur langer dan 30 seconden wegblijft. Voer de titratie in duplo uit. Be reken het massapercentage natriumperboraat in het gebruikte waspoeder. Berekening Het massapercentage natriumperboraat in het waspoeder bedraagt: Pagina 6

8 v = aantal ml natriumthiosulfaatoplossing m = molariteit van de natriumthiosulfaatoplossing M = moleculemassa natriumperboraat (=199,6?) a = aantal milligram opgelost waspoeder Pagina 7

9 Kwantitatieve bepaling van natriumperboraat met behulp van gasvolumemeting Onder invloed van mangaan (IV)oxide als katalysator ontleedt waterstofperoxide snel in water en zuurstof. Deze ontleding verloopt in neutraal milieu als volgt: In zuur milieu treedt mangaan(iv)oxide als oxidator op: H 2 O 2 (aq) MnO 2 (s) + 4H + (aq) + 2e? 0 2 (g) + 2 H + (aq) + 2e? Mn 2+ (aq) + 2 H 2 O(l) H 2 O 2 (aq) + MnO 2 (s) + 2H + (aq)? 0 2 (g) + Mn 2+ (aq) + 2 H 2 O(l) In beide gevallen kan door volumebepaling van de gevormde zuurstof de hoeveel heid natriumperboraat berekend worden. De reactie verloopt in zuur milieu sneller en deze uitvoering verdient daarom de voorkeur. 2 erlenmeyers 300 ml waspoeders gasmeetbuis 50 ml (of maatcilinder) mangaan (IV)oxide bekerglas 400 ml zwavelzuuroplossing 0,5 M roermotor roervlo statief 2 mannetjes 2 klemmen dubbel doorboorde stop met gasuitleidbuisje met stop plastic/glazen bak pasteurpipetje schepje thermometer in neutraal milieu gedestilleerd water Maak de opstelling van figuur 1 en zorg dat de glazen buis geheel met water gevuld is. Weeg ongeveer 2 g waspoeder nauwkeurig af in een erlenmeyer van 300 ml. Voeg 50 ml gedestilleerd water, een roervlo toe en een schepje mangaan (IV)oxide toe. Sluit de erlenmeyer onmiddellijk af en roer tot geen gas meer ontwijkt. Lees het volume van het ont wikkelde gas af (dit kan na ongeveer 15 minuten). Meet de temperatuur. Voer de proef in duplo uit. Bereken het natriumperboraatgehalte van waspoeder. Pagina 8

10 Figuur 1. Opstelling voor de volumetrische bepaling Berekening: v.m % V M.a v = aantal ml gevormde zuurstof V M = molair volume van het gas bij de gemeten temperatuur (neem aan dat de druk 1 atm. is) M = moleculemassa natriumperboraat (=199,6?) a = aantal milligram afgewogen waspoeder R.T 8, T (in K) V M = = m 3 p 1, (Pascal) in zuur milieu Figuur 1. Opstelling voor de volumetrische bepaling Pagina 9

11 Maak de opstelling van figuur 1 en zorg dat de glazen buis geheel met water gevuld is. Weeg ongeveer 1 g waspoeder nauwkeurig af in een erlenmeyer van 300 ml. Voeg 50 ml 0,5 M zwavelzuuroplossing, een roervlo en een schepje mangaan (IV)oxide toe. Sluit de erlenmeyer onmiddellijk af en roer tot geen gas meer ontwijkt. Lees het volume van het ont wikkelde gas af (dit kan na ongeveer 15 minuten). Meet de temperatuur. Voer de proef in duplo uit. Bereken het natriumperboraatgehalte van waspoeder. Berekening: v.m % V M.a v = aantal ml gevormde zuurstof V M = molair volume van het gas bij de gemeten temperatuur (neem aan dat de druk 1 atm. is) M = moleculemassa natriumperboraat (=199,6?) a = aantal milligram afgewogen waspoeder R.T 8, T (in K) V M = = m 3 p 1, (Pascal) Pagina 10

12 Meetresultaten (massapercentage natriumperboraat) wasmiddel Titratie KMnO 4 Titratie Na 2 S 2 O 3 Gasvolume in zuur milieu Witte Reus 9,3 8,0 11,1 Ariël 12,9 12,3 13,6 All 5,3 5,0 5,4 Pagina 11

13 De blekende werking van natriumperboraat in wasmiddelen Benodigheden filtreerpapier Chemicaliën koffie of inkt bekerglas 1000 ml kraanwater bekerglazen 250 ml verschillende soorten waspoeder maatcilinder maatcilinder waterbad thermometer rondkolven pincet 1000 ml 50 ml 100 ml Breng enkele druppels geconcentreerde koffieoplossing op verschillende filtreerpapiertjes en la at ze drogen. Maak een oplossing van 1 gram wasmiddel (Ariël) in 600 ml water. Breng 50 ml hiervan in de rondkolf en verwarm tot de ge wenste temperatuur. Voeg een filtreerpapiertje met een koffievlek bij de oplossing en was 2 minuten bij deze temperatuur. Spoel het pa piertje daarna uit in een bekerglas met koud water en droog het. Herhaal de proef bij ande re temperaturen en met andere wasmiddelen en eventueel andere vlekken. Wanneer inkt vlekken worden onderzocht, moet 2 g waspoe der gebruikt worden en 15 minuten worden ge wassen. Pagina 12

14 Literatuur 1. Warenwet, deel II, 17 e dr. (1979), P. J. de Rijke, W. v.d. Veer, Faraday, nov. 1982, 51, P. J. De Rijke, W. v.d. Veer, m.m.v. H. J. Baas, Research Instituut Schoolscheikunde, Vakdidactiek Scheikunde, Rijksuniversiteit, Groningen. RIS-publicatie XXVIII. Pagina 13

15 Over dit lesmateriaal Colofon Auteur Dick Naafs Laatst gewijzigd 25 February 2016 om 14:16 Licentie Dit lesmateriaal is gepubliceerd onder de Creative Commons Naamsvermelding 3.0 Nederlands licentie. Dit houdt in dat je onder de voorwaarde van naamsvermelding vrij bent om: het werk te delen - te kopiëren, te verspreiden en door te geven via elk medium of bestandsformaat het werk te bewerken - te remixen, te veranderen en afgeleide werken te maken voor alle doeleinden, inclusief commerciële doeleinden. Meer informatie over de CC Naamsvermelding 3.0 Nederland licentie Aanvullende informatie over dit lesmateriaal Van dit lesmateriaal is de volgende aanvullende informatie beschikbaar: Leerniveau MBO, Niveau 2: Basisberoepsopleiding; Volwasseneneducatie, Niveau 1; MBO, Niveau 3: Vakopleiding; Volwasseneneducatie, Niveau 4; VWO 6; MBO, Niveau 4: Middenkaderopleiding; MBO, Niveau 1: Assistentenopleiding; Beroepsonderwijs en Volwasseneneducatie; HAVO 5; Volwasseneneducatie, Niveau 3; Volwasseneneducatie, Niveau 2; VWO 5; Leerinhoud en Scheikunde; doelen Eindgebruiker leraar Moeilijkheidsgraad gemiddeld Studiebelasting 0 uur en 50 minuten Trefwoorden blekende werking, gasvolume meting, jodometrische titratie, natriumperboraat, natriumperoxoboraat, onderzoeksvaardigheden, redoxtitratie, ris, ris-publicatie xxviii, taed, technisch-instrumentele vaardigheden, toepassingen, wasmiddel Pagina 14