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. 0503634365 / fax 0503634500
Inleiding
Veel wasmiddelen bevatten natriumperboraat; deze stof dient om gekleurde vlekken zoals van thee, koffie of vruchtensappen in wit wasgoed beter te kunnen verwijderen.
Het natriumperboraat - Na2H4B208 - ontleedt in water volgens:
H4B2O82- (aq) --> 2 B02- (aq) + 2 H202(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 gehalte 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 waterstofperoxide ontstaat.
Tenslotte kan door een eenvoudig proefje de blekende werking van natriumperboraat aangetoond worden, zie de blekende werking van natriumperboraat in wasmiddelen.
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 specifiek dan de ontkleuring van een aangezuurde kaliumpermanganaatoplossing of de blauwkleuring van een aangezuurde kaliumjodide-zetmeeloplossing.
Reactievergelijkingen:
H4B2082-(aq) → 2 BO2-(aq) + 2 H202(aq)
H2O2(aq) → O2 (g) + 2H+(aq) + 2e (3x)
Cr2O72-(aq) + 14 H+(aq) + 6e → 2 Cr3+(aq) + 7 H2O(l) (1x)
-----------------------------------------------------------------------------------------
3 H2O2(aq) + 8 H+(aq) + Cr2O72-(aq) → O2(g) + 7 H2O(l) + 2 Cr3+(aq)
geel groen
Benodigdheden + Chemicaliën
reageerbuizen verschillende soorten waspoeders
pasteurpipetje zwavelzuuroplossing 0,4 M
maatcilinder 1 mL kaliumdichromaatoplossing (1 massa-%)
maatcilinder 5 mL ether
Uitvoering
Los in een reageerbuis ongeveer 0,5 g waspoeder 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 seconden, 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.
Kwantitatieve bepaling van natriumperboraat via titratie met kaliumpermanganaat in zuur milieu
Het waterstofperoxide dat bij ontleding van natriumperboraat ontstaat, kan door kaliumpermanganaat worden geoxideerd:
H4B2082-(aq) → 2 BO2-(aq) + 2 H202(aq)
H2O2(aq) → O2(g) + 2 H+(aq) + 2e (5x)
Mn04-(aq) + 8 H+(aq) + 5e → Mn2+(aq) + 4 H2O(l) (2x)
------------------------------------------------------------------------------------
5 H2O2(aq) + 2 Mn04-(aq) + 6H+(aq) → 5 O2(g) + 2 Mn2+(aq) + 8 H2O(l)
Benodigdheden + Chemicaliën
mortier en stamper verschillende soorten waspoeder
balans zwavelzuuroplossing 5 M
3 erlenmeyers 300 mL kaliumpermanganaatoplossing 0,05 M (gesteld)
buret
maatcilinder 50 mL
Uitvoering
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 μ)
a = aantal milligram opgelost waspoeder
Kwantitatieve bepaling van natriumperboraat via titratie met natriumthiosulfaatoplossing
Bij toevoeging van kaliumjodide wordt dit door het gevormde waterstofperoxide geoxideerd tot jood:
H4B2O82-(aq) → 2 BO22-(aq) + 2 H2O2(aq)
H202(aq) + 2H+(aq) + 2e → 2 H2O(l)
2I-(aq) → I2(aq) + 2e
---------------------------------------------------------
H202(aq) + 2H+(aq) + 2 I-(aq) → I2(aq) + 2H2O(l)
De hoeveelheid jood die ontstaat, kan bepaald worden door titratie met een natriumthiosulfaatoplossing:
I2(aq)+2e → 2 I-(aq)
2 S2032-(aq) → S4062-(aq) + 2e
---------------------------------------------------
I2(aq) + 2 S2032-(aq) → 2 I-(aq)+ S4062-(aq)
Benodigdheden + Chemicaliën
mortier waspoeders
balans zwavelzuuroplossing 0,5 M
3 erlenmeyers 300 mL kaliumjodide-oplossing 1 M
buret zetmeeloplossing
2 maatcilinders 50 mL natriumthiosulfaatoplossing 0,2 M gesteld
maatcilinder 5 mL
stamper
Uitvoering
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 I2 te voorkomen. Titreer met een gestelde natriumthiosulfaatoplossing.
Voeg als de oplossing geel is geworden een weinig zetmeeloplossing toe en titreer tot de blauwe kleur langer dan 30 seconden wegblijft.
Voer de titratie in duplo uit.
Bereken het massapercentage natriumperboraat in het gebruikte waspoeder.
Berekening
Het massapercentage natriumperboraat in het waspoeder bedraagt:
v = aantal mL natriumthiosulfaatoplossing
m = molariteit van de natriumthiosulfaatoplossing
M = moleculemassa natriumperboraat (=199,6 μ)
a = aantal milligram opgelost waspoeder
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:
H2O2(aq) → 02(g) + 2 H+(aq) + 2e
MnO2(s) + 4H+(aq) + 2e → Mn2+(aq) + 2 H2O(l)
--------------------------------------------------------------
H2O2(aq) + MnO2(s) + 2H+(aq) → 02(g) + Mn2+(aq) + 2 H2O(l)
In beide gevallen kan door volumebepaling van de gevormde zuurstof de hoeveelheid natriumperboraat berekend worden.
De reactie verloopt in zuur milieu sneller en deze uitvoering verdient daarom de voorkeur.
Benodigdheden + Chemicaliën
2 erlenmeyers 300 mL waspoeders
gasmeetbuis 50 mL (of maatcilinder) mangaan (IV)oxide
bekerglas 400 mL zwavelzuuroplossing 0,5 M
roermotor gedestilleerd water
roervlo
statief
2 mannetjes
2 klemmen
dubbel doorboorde stop met gasuitleidbuisje met stop
plastic/glazen bak
pasteurpipetje
schepje
thermometer
Uitvoering in neutraal milieu
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 ontwikkelde gas af (dit kan na ongeveer 15 minuten).
Meet de temperatuur.
Voer de proef in duplo uit.
Bereken het natriumperboraatgehalte van waspoeder.
Figuur 1. Opstelling voor de volumetrische bepaling
Berekening:
v.M
------- . 100%
VM.a
v = aantal mL gevormde zuurstof
VM = molair volume van het gas bij de gemeten temperatuur (neem aan dat de druk 1 atm. is)
M = moleculemassa natriumperboraat (=199,6 μ)
a = aantal milligram afgewogen waspoeder
R.T 8,34145 . T (in K)
VM = ------- = ------------------------- m3
p 1,01325.105 (Pascal)
Uitvoering in zuur milieu
Figuur 1. Opstelling voor de volumetrische bepaling
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 ontwikkelde 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
------- . 100%
VM.a
v = aantal mL gevormde zuurstof
VM = molair volume van het gas bij de gemeten temperatuur (neem aan dat de druk 1 atm. is)
M = moleculemassa natriumperboraat (=199,6 μ)
a = aantal milligram afgewogen waspoeder
R.T 8,34145 . T (in K)
VM = ------- = ------------------------- m3
p 1,01325.105 (Pascal)
Meetresultaten
(massapercentage natriumperboraat)
|
wasmiddel
|
Titratie KMnO4
|
Titratie Na2S2O3
|
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
|
De blekende werking van natriumperboraat in wasmiddelen
Benodigheden Chemicaliën
filtreerpapier koffie of inkt
bekerglas 1000 mL kraanwater
bekerglazen 250 mL verschillende soorten waspoeder
maatcilinder 1000 mL
maatcilinder 50 mL
waterbad
thermometer
rondkolven 100 mL
pincet
Uitvoering
Breng enkele druppels geconcentreerde koffieoplossing op verschillende filtreerpapiertjes en laat 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 gewenste temperatuur.
Voeg een filtreerpapiertje met een koffievlek bij de oplossing en ’was’ 2 minuten bij deze temperatuur.
Spoel het papiertje daarna uit in een bekerglas met koud water en droog het.
Herhaal de proef bij andere temperaturen en met andere wasmiddelen en eventueel andere vlekken. Wanneer inktvlekken worden onderzocht, moet 2 g waspoeder gebruikt worden en 15 minuten worden gewassen.
Literatuur
1. Warenwet, deel II, 17e dr. (1979), 868.
2. P. J. de Rijke, W. v.d. Veer, Faraday, nov. 1982, 51, 154.
3. P. J. De Rijke, W. v.d. Veer, m.m.v. H. J. Baas, Research Instituut Schoolscheikunde, Vakdidactiek Scheikunde, Rijksuniversiteit, Groningen. RIS-publicatie XXVIII.
