Percentuale di magnesio in un acciaio
Esercizio sul calcolo della percentuale di magnesio in un acciaio
Gli acciai sono leghe metalliche contenenti ferro e carbonio e in misura minore altri elementi come ad esempio Cr, Mn, Ni, W, ecc.
Si analizza un campione di acciaio per determinare il contenuto di manganese. 3,0284 g di acciaio vengono disciolti in opportuno reattivo e lo ione Mn2+ che si foma viene ossidato a MnO2.
Quest'ultimo viene filtrato e fatto reagire con 25,00 mL di una soluzione di FeSO4 0,108 N.
L'eccesso di ione Fe2+ viene infine titolato con 20,00 mL di una soluzione di KMnO4 0,0940 N.
Determinare la percentuale di Mn nell'acciaio.
Svolgimento dell'esercizio
Il procedimento di calcolo per esercizi di questo genere è il seguente:
Si determina il numero di equivalenti della sostanza titolata.
Dagli equivalenti, tramite il fattore n (ne-, nH+, NOH-, n+, riferito alla specifica reazione di titolazione), si ricavano le corrispondenti moli di sostanza (si veda: da equivalenti a moli).
Dalle moli della sostanza titolata si risale alle moli della sostanza richiesta, tenendo conto dei rapporti molari che si verificano nelle reazioni di attacco e trattamento del campione.
Infine si esprimono i risultati come richiesto dal problema (in termini di massa, di composizione percentuale, ecc.).
Applichiamo questo schema generale al nostro caso.
Le reazioni utilizzate in questa analisi possono essere suddivise in due gruppi:
a) reazioni di attacco e trattamento del campione, con produzione di MnO2:
Mn → Mn2+ → MnO2
b) reazioni per determinare la quantità di MnO2:
b.1) MnO2 + eccesso di Fe2+ → Mn2+ + Fe3+
b.2) KMnO4 + Fe2+ in eccesso → Mn2+ + Fe3+
Calcoliamo inizialmente gli equivalenti di Fe2+ aggiunti a MnO2 nella reazione b.1):
neq (Fe2+) = N · Vsoluzione = 0,108 eq/L · 0,0250 mL = 0,0027 eq
Calcoliamo gli equivalenti di KMnO4 utilizzati per titolare Fe2+ in eccesso nella reazione b.2):
neq (KMnO4) = N · Vsoluzione = 0,0940 eq/L · 0,020 L = 0,00188 eq
Gli equivalenti di KMnO4 sono uguali agli equivalenti di Fe2+ in eccesso.
Calcoliamo gli equivalenti di Fe2+ reagiti:
eq Fe2+ reagiti = 0,0027 eq - 0,00188 eq = 8,20 · 10-4 eq
Gli equivalenti di Fe2+ reagiti sono uguali agli equivalenti di MnO2.
Nel passaggio:
MnO2 → Mn2+
Mn acquista due elettroni, pertanto ne- = 2, per cui:
eq MnO2 / 2 = (8,20 · 10-4 eq) / (2 eq/mol) = 4,10 · 10-4 mol MnO2
Dato che moli MnO2 = moli Mn, possiamo allora calcolare la massa di Mn nel campione:
mg (Mn) = nmoli · Mm = 4,10 · 10-4 mol · 54,94 g/mol = 0,0225 g di Mn
Infine determiniamo la percentuale del manganese nell'acciaio:
(0,0225 / 3,0284) · 100 = 0,743 %
La percentuale di Mn nel campione è quindi dello 0,743%.
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