Determinazione del ferro bivalente in rocce silicatiche attraverso metodo volumetrico per titolazione con permanganato di potassio

Riassunto

Il ferro è uno dei più importanti costituenti delle rocce silicatiche, nelle quali è presente in entrambi gli stati di ossidazione, FeO e Fe2O3. Pertanto, la determinazione del ferro bivalente (Fe2+) e del rapporto Fe2+/Fe3+ nelle rocce analizzate è fondamentale negli studi geologici, geochimici e petrologici per la valutazione delle paleo-condizioni climatiche, per la determinazione della fugacità dell’ossigeno e per la conoscenza dell’equilibrio chimico fra minerali e fuso silicatico [Yokoyama and Nakamura, 2002]. La sua determinazione viene normalmente eseguita nei laboratori di analisi con diverse tecniche, come la Atomic Absorpition Spectroscopy (AAS), la X-Ray Fluorescence (XRF) o la Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spettroscopy (ICP-OES) [Andrade et al., 2002].
In particolare la tecnica XRF (X-Ray Fluorescence), impiegata da tempo presso i laboratori dell’Osservatorio Etneo dell’INGV di Catania, consente di determinare un gran numero di elementi chimici costitutivi di una roccia, grazie all’analisi della radiazione X da esso emessa (la cosiddetta fluorescenza X caratteristica) [Jenkins, 1994]. La rivelazione e l'analisi delle radiazioni X permettono di stabilire la presenza e la concentrazione (peso %) di diversi elementi presenti in un campione, determinandone così la composizione chimica sia in termini di elementi maggiori, espressi come ossidi, (SiO2, TiO2, Al2O3, Fe2O3TOT, MnO, MgO, CaO, Na2O, K2O, P2O5) sia di alcuni elementi minori (Ba, Ce, Cr, La, Nb, Nd, Ni, Rb, Sm, Sr, Th, V, Y, Yb, Zn, Zr). Ma la X-Ray fluorescence, come qualsiasi altra tecnica nota, non permette di distinguere gli stati di ossidazione del ferro: solo i classici metodi basati sulla titolazione e sulla colorimetria possono determinare accuratamente la quantità totale di Fe2+. Difatti, numerose sono le tecniche analitiche messe a punto nel corso del XIX e XX secolo per la sua determinazione diretta [Cooke, 1867; Pratt, 1894; Barnebey, 1915; Knop, 1924; Kolthoff and Sandell, 1943; Hillebrand et al., 1953; Wilson, 1955; Whipple, 1974; Yokoyama and Nakamura, 2002], aventi lo scopo comune di raggiungere la massima accuratezza possibile. Il metodo di Pratt, utilizzato ancora oggi in molti laboratori, fornisce basse concentrazioni a causa dell’ossidazione del ferro durante l’attacco al campione per opera di HF e di H2SO4: i risultati ottenuti su rocce andesitiche, riolitiche e basaltiche sono stabilmente inferiori del 2-5% rispetto ai valori di riferimento...