Các mẫu sau khi tổng hợp rửa sạch bằng nước cất bảy lần được đem phân tích thành phần bằng phương pháp hoá học. Qui trình thực hiện như sau:
Mẫu được chuyển vào bình tam giác chuyên dụng, bổ sung một lượng Na2CO3 thích hợp, sau đó được hoà tan bằng dung dich axit Clohidric kết hợp đun nóng nhẹ. Sau khi mẫu đã tan hoàn toàn tiến hành chuẩn độ bằng dung dịch KMnO4 0,1M. Phương trình chuẩn độ được viết như sau:
O H Mn Fe MnO H Fe2 16 2 4 10 3 2 2 8 2 10 (4.3) Phương pháp chuẩn độ này là chuẩn độ ôxi hoá khử, tự chỉ thị. Sau khi đã ôxi hoá hoàn toàn lượng Fe2+
có trong dung dịch thành Fe3+, chỉ cần dư một lượng nhỏ chất ôxi hoá (KMnO4) dung dịch sẽ chuyển sang màu phớt hồng trong khoảng 30 giây. Đây chính là điểm dừng chuẩn độ (điểm tương đương). Dựa trên thể tích dung dịch KMnO4 chuẩn đã dùng để chuẩn độ và phương trình phản ứng (4.3) có thể xác định được lượng Fe2+
có trong mẫu. Kết hợp với lượng dung dịch muối ban đầu, ta đánh giá được tỉ lệ Fe2+
: Fe3+ có trong mẫu ôxit sắt đem chuẩn độ. Kết quả phân tích thành phần hoá học của các mẫu C1 đến C6 thu được như trong bảng 4.3.
Bảng 4.3. Thành phần hoá học của các mẫu nhóm C
Mẫu C1 C2 C3 C4 C6
Fe2+/Fe3+ 1:2,2 1:2,18 1:2,3 1:2,37 1:2,7
% -Fe2O3 10 % 9 % 15 % 18 % 35 %
Các ion Fe2+, Fe3+ có trong mẫu chỉ tồn tại trong các ôxit Fe3O4 và -Fe2O3 trong điều kiện kết tủa từ dung dịch thông thường (vì -Fe2O3 chỉ được tạo thành ở
điều kiện khô và nhiệt độ cao 6000
C). Như vậy tỉ phần -Fe2O3 trong các mẫu C1 đến C6 là khác nhau, từ 9 % đến 35 %. Sự ôxi hoá và tạo thành -Fe2O3 cũng đã được công bố trong các nghiên cứu của Elena [9] với tỉ lệ 20 % -Fe2O3 trong các mẫu Fe3O4 khi tổng hợp trong môi trường khí Nitơ tại phòng thí nghiệm Hahn-Meitner Berlin (Đức). Lượng -Fe2O3 tồn tại trong mẫu tăng khi nồng độ các chất tham gia phản ứng giảm. Điều này có thể giải thích như sau: Nồng độ các chất tham gia phản ứng giảm dẫn tới quãng đường tự do trung bình giữa các mầm tinh thể tạo thành tăng từ đó làm tăng khả năng va chạm với phân tử dung môi và phân tử O2 tạo thành pha -Fe2O3 như phương trình (4.3). Có thể kết luận rằng, sự ôxi hoá tạo thành -Fe2O3 là không thể tránh khỏi trong quá trình tổng hợp hạt nanô Fe3O4. Điều này liên quan đến bản chất ion Fe2+
hay đúng hơn là tính bền hơn trong môi trường tự nhiên của các ion Fe3+
.
Sự tạo thành -Fe2O3 đã được thảo luận ở phần 4.1.1 là rất khó xác định được từ phép đo nhiễu xạ tia X. Bằng phép đo phân tích thành phần hoá học chúng tôi đã có kết luận chính xác về sự tạo thành pha -Fe2O3 trong các mẫu Fe3O4.