L’ematite è un ossido di ferro contenente ferro sotto forma di Fe2O3 e Fe3O4 presente in alcuni minerali che si presenta di colore grigio-acciaio con lucentezza metallica e con una durezza nella Scala di Mohs di 6.5.
Il nome ematite deriva dal greco αἷμᾰ che significa sangue in quanto il minerale, specie sotto forma di polvere ha una colorazione rossa.
L’ematite è uno dei principali minerali da cui si ottiene in ferro il cui tenore può essere determinato tramite titolazione ossidimetrica.
Metodica per l’analisi dell’ematite
L’ematite contiene il ferro sotto forma di FeO in cui il ferro ha numero di ossidazione +2 e di Fe2O3 in cui il ferro ha numero di ossidazione +3.
Può essere solubilizzata con acido cloridrico ma, prima di procedere alla determinazione del ferro è necessario che tutto il ferro sia presente con numero di ossidazione +2.
Per ridurre il ferro (III) a ferro (II) si utilizza il cloruro di stagno (II) SnCl2 in cui lo stagno con numero di ossidazione + 2 si ossida a stagno (IV).
Infatti i valori dei potenziali normali di riduzione sono:
Sn4+ + 2 e– ⇄ Sn2+ E° = + 0.15 V
Fe3+ + 1 e– ⇄ Fe2+ E° = + 0.77 V
La reazione 2 Fe3+ + Sn4+ ⇄ 2 Fe2+ + Sn2+ ha quindi un potenziale di + 0.77 – 0.15 = 0.62 V > 0 ed è quindi spontanea
La soluzione contenente il ferro (II) viene titolata con bicromato di potassio e ferro (II) è la seguente:
Cr2O72- + 6 Fe2+ + 14 H+ → 2 Cr3+ + 6 Fe3+ + 7 H2O
L’indicatore utilizzato può essere la difenilammina, la difenilbenzidina e il difenilammina solfonato di sodio il cui cambiamento di colore avviene tra il verde e il viola.
Calcoli
Un campione di ematite avente massa pari a 2.83 g viene solubilizzato in acido cloridrico concentrato e la soluzione viene diluita a 250 mL e tutto il ferro (III) viene ossidato a ferro (II).
Un’aliquota di 25.0 mL di questa soluzione viene titolata con 26.4 mL di bicromato di potassio 0.0200 M.
Determinare: a) la percentuale di ferro presente nel campione e b) la percentuale di Fe2O3 contenuta nel campione di ematite
Le moli di bicromato sono pari a:
moli di Cr2O72- = 0.0200 mol/L · 0.0264 L = 0.000528
Poiché il rapporto stechiometrico tra bicromato e ferro (II) è di 1:6 le moli di Fe2+ contenute in 25.0 mL sono pari a:
moli di Fe2+ = 0.000538 · 6 = 0.00317
Le moli di Fe2+ contenute in 250 mL sono:
moli di Fe2+ = 0.00317 · 250 / 25.0= 0.0317
a) La massa di ferro contenuta nel campione è pari a:
massa di ferro = 0.0317 mol · 55.845 g/mol = 1.77 g
La percentuale di ferro contenuta nel campione è pari a:
% Fe = 1.77 · 100/2.83 = 62.5 %
b) Le moli di Fe3O4 sono pari a 0.0317/3 = 0.0106
La massa di Fe3O4 è pari a:
massa di Fe3O4 = 0.0106 mol · 231.533 g/mol = 2.45 g
La percentuale di Fe3O4 è pari a:
% Fe3O4 = 2.45 · 100/2.83 =86.5 %