Data wykonania: 07.04.09	Numer ćwiczenia i tytuł: 11. Chemia lantanowców	Ocena:
				asystenta	sprawozdanie
Prowadzący: mgr Agnieszka Podborska	Wykonujący: Zofia Krasińska

Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia było zbadanie właściwości chemicznych lantanowców, na podstawie konkretnych reakcji dla związków lantanu i ceru.

Część doświadczalna:

Reakcje związków lantanu:

1. Do probówki z 1cm
   LaCl₃ dodano 4cm
   wody destylowanej i kroplami NaOH. Doświadczenie powtórzono dodając zamiast wody 3cm
   EDTA.

2. Do probówki z 1cm
   LaCl₃ dodano 0,5-1cm
   NaOH i CH₃COONa, a następnie kroplę jodu w jodku potasu.

3. Do probówki z 1cm
   LaCl₃ dodano 10 kropli K_2­C₂O₄ , zbadano rozpuszczalnośc osadu w 1cm
   HCl.

4. Do probówki z 1cm
   LaCl₃ dodano kilka kropli. Zbadano rozpuszczalność powstałego osadu w HCl.

Reakcje związków ceru:

1. Do probówki z 1cm
   Ce(SO₄)₂ dodano 5 kropli K₂C₂O₄. Roztwór ogrzano i dodano K₂C₂O₄. Zbadano rozpuszczalność powstałego osadu w HCl.

2. Do probówki z 1cm
   Ce(SO₄)₂ dodano kroplę H₂O₂ i kilka kropli NaOH do momentu wytrącenia się osadu. Następnie dodano kilka kropli H₂SO₄ do odczynu kwaśnego.

3. Na pasek bibuły filtracyjnej naniesiono kroplę roztworu Ce(NO₃)₃ oraz kroplę NH_3(aq).

4. Do probówki z 1cm
   Ce(SO₄)₂ dodano 5 kropli Na₃PO₄ i zbadano rozpuszczalność powstałego osadu w HCl.

5. Do probówki z kryształkami Ce(NO₃)₃ dodano kilka kropli NH_3aq. Następnie do mieszaniny wprowadzono 1cm
   KMnO₄ i zakwaszono ją H₂SO₄.

6. Do probówki z kryształkami Ce(NO₃)₃ dodano stały K_2­S₂O₈, mieszaninę ogrzano, a następnie dodano kilka kropli AgNO_3­.

Reakcja Biełousowa - Żabotyńskiego:

Do zlewki odmierzono po 20cm
:

• 0,00045 mol/dm
  Ce(NH₄)₂(SO₄)₃· 2 H₂O w 1,5 mol/dm
  H₂SO₄ ;

• 0,09 mol/dm
  KBrO₄ w 1,5 mol/dm
  H₂SO₄ ;

• 0,03 mol/dm
  kwas malonowy, CH₂(COOH)₂ w 1,5 mol/dm
  H₂SO_4.

Następnie dodano do mieszaniny 3-4 krople ferroiny i mieszano.

Wyniki:

Wyniki ćwiczenia, zawierające obserwacje i wszystkie równania reakcji dla związków ceru i lantanu odnotowano tabeli załączonej do sprawozdania jako Załącznik 1.

Komentarz do wyników zamieszczonych w Załączniku 1. :

(*) Mimo, że nie zaobserwowano żadnych zmian, osad mógł ulec częściowemu

rozpuszczeniu, ponieważ w środowisku kwaśnym związki ceru na +IV stopniu utlenienia

wykazują silne właściwości utleniające. W roztworze najprawdopodobniej zaszła

reakcja:

2Ce⁴⁺ + H₂O₂ + 2H₂O → 2Ce³⁺ + 2H₃O⁺ + O₂↑

Zmniejszanie stężenia jonów Ce⁴⁺ w roztworze, powoduje stopniowe rozpuszczanie

osadu.

(**) Przy dużym stężeniu powstających jonów SO₄^2- wytrąca się żółty osad

siarczanu(VI) ceru(IV):

Ce⁴⁺ + 2SO₄^2- → Ce(SO₄)₂↓

Obserwacje do reakcji Biełousowa - Kabotyńskiego:

• Powstały roztwór chronicznie zmienia barwy od zielonej do czerwonej

Opracowanie wyników:

1. Lantan wykazuje duże podobieństwa we właściwościach chemicznych do wapnia, na podstawie wyników doświadczenia wyróżniono trzy z nich:

• Lantan, podobnie jak wapń tworzy nierozpuszczalne w wodzie fosforany, wodorotlenki i szczawiany.

• Zarówno lantan jak i wapń tworzą trwałe związki kompleksowe z ligandami chelatowymi, np. z EDTA. Przedstawia to reakcja z podpunktu 1a. w Załączniku 1.

• Lantan i wapń maja bardzo podobne promienie jonowe.

2. Błękitna reakcja lantanu polega na adsorpcja I₃^- na powierzchni La(OH)(CH₃COO)₂ , co powoduje zmianę zabarwienia na niebieski. Równania reakcji zawarte są w podpunkcie 1c. Załącznika 1. Reakcja ta jest wykorzystywana w chemii analitycznej do jakościowego oznaczenia zawartości lantanu w próbce.

3. Za odczynnik grupowy lantanowców uważany jest kwas szczawiowy, gdyż szczawian lantanu nie jest rozpuszczalny w kwasach mineralnych. Dlatego strącanie szczawianów w środowisku kwaśnym można wykorzystać do szybkiego oddzielenia lantanowców od innych pierwiastków. Fakt ten potwierdzają obserwacje z podpunktu 1c. z Załącznika 1.

4. Zgodnie z obserwacjami i reakcjami zamieszczonymi w podpunkcie 1d. i 2d. Załącznika 1., związkiem mogącym posłużyć do rozdzielenia mieszaniny związków ceru i lantanu jest Na₃PO₄, a dokładniej anion fosforanowy . Zarówno lantan i cer tworzą białe osady fosforanów, jednak fosforan(V)ceru jest nierozpuszczalny w kwasach mineralnych. Rozdziału lantanowców może się odbywac również metodą krystalizacji frakcjonowanej, chromatografii jonowymiennej oraz ekstrakcji

5. Właściwości redoksowe związków ceru, dobrze odzwierciedla podpunkt 2b. z Załącznika 1.

Wysoki potencjał redoksowy układu Ce⁴⁺/Ce³⁺ (E⁰= 1,74V) został wykorzystany
w chemii analitycznej w redoksymetrycznej metodzie miareczkowej zwanej cerometrią.

Metoda ta polega na miareczkowaniu substancji mianowanym roztworem soli ceru(IV). Oddziaływanie utleniające zależy od właściwości kompleksujących anionu wchodzącego w skład soli. Cerometria służy do oznaczania substancji organicznych i nieorganicznych o właściwościach redukujących oraz, przez miareczkowanie pośrednie, do oznaczania substancji utleniających.

Największe znaczenie jako titrant uzyskał jednak siarczan(VI) ceru(IV).

Wykazuje on:

• dużą trwałość w roztworach wodnych przez co nie zmienia się miano jego roztworów w czasie,

• rozkłada się podczas miareczkowania (dlatego oznaczenia z zastosowaniem nadmiaru odczynnika mogą być prowadzone w temperaturze wrzenia),

• barwa roztworu siarczanu(IV) ceru(IV) nie jest bardzo intensywna co umożliwia dokładny odczyt na biurecie.W środowisku kwaśnym Ce(IV) ulega redukcji do Ce(III), zmieniając barwę z żółtej na bezbarwną.

Najczęściej stosowanym wskaźnikiem w cerometrii jest ferroina (fenantrolina).

6. Powstawanie osadu wodorotlenku ceru(IV) można omówić na przykładzie podpunktu 2b. z Załącznika1. Ciemnienie osadu jest spowodowane tworzeniem się nierozpuszczalnego wodorotlenku ceru(IV) po dodaniu jonów OH^-.

Ce⁴⁺ + 4OH^- → Ce(OH)₄↓

Wnioski:

Celem ćwiczenia było zbadanie właściwości lantanowców na podstawie przeprowadzonych reakcji dla lantanu(III) i ceru(IV) i cel ten został osiągnięty. Otrzymano nierozpuszczalne białe sole lantanu(III), tj.: szczawian, fosforan oraz wodorotlenek. Stwierdzono, iż szczawiany lantanowców są nierozpuszczalne w kwasach, natomiast fosforany są rozpuszczalne.

Ponadto wykazano kilka podobieństw związków lantanowców do związków wapnia. Zauważono że związki ceru(IV) mają barwę żółtą, ceru(III) - mają barwę białą, natomiast otrzymane sole ceru: Ce₂(C₂O₄)₃, Ce(OH)₃, Ce(OH) są nierozpuszczalne w wodzie. Zwrócono również uwagę na nietrwałość szczawianu ceru na IV stopniu utlenienia, który zmienia stopień utlenienia na III. Opisane powyżej obserwacje z wykonanych doświadczeń pokrywają się z danymi literaturowymi dotyczącymi właściwości chemicznych związków ceru i lantanu.

---