Jacek Bednarek

Chemia nieorganiczna - laboratoria

ćw. 6. Rozdział chromatografii jonowymiennej

Data wykonania: 08.III.2009r.

1. Wstęp teoretyczny

Chromatografia jonowymienna - Wykorzystanie właściwości elektrycznych makromolekuł jako podstawy ich separacji zapoczątkowane zostało w końcu lat czterdziestych obecnego stulecia. Obecnie techniki jonowymiennej chromatografii cieczowej są najczęściej używanymi metodami chromatografii cieczowej w praktyce laboratoryjnej. Służą głównie do preparatywnego izolowania białek, peptydów i innych makromolekuł. W odniesieniu do izolowania białek, techniki jonowymiennej chromatografii cieczowej zajmują czołowe miejsce w częstości zastosowań, wyprzedzając techniki chromatografii powinowactwa oraz filtracji żelowej. Pomimo tak licznych zastosowań techniki IEC nie ma pełnej jasności co do mechanizmów prowadzących do separacji makromolekuł białkowych w tej metodzie, a niektóre rezultaty wydają się być wręcz trudne do wyjaśnienia. Powodem trudności interpretacyjnych jest wysoki stopień komplikacji zjawisk zachodzących we wzajemnym oddziaływaniu białek i wymieniacza jonowego.

Jonity, wymieniacze jonowe, polimery posiadające zdolność wymiany jonów z roztworem. Jonity wymieniające aniony noszą nazwę anionitów, a wymieniające kationy - kationitów. Niektóre jonity mają zdolność równoczesnej wymiany obu rodzajów jonów (jonity amfoteryczne). W cząsteczkach kationitów występują najczęściej grupy funkcyjne: (-SO₃)^-H⁺, (-PO₃)^-H⁺, (-COO)^-H⁺, (-O)^-H⁺, (-S)^-H⁺. Natomiast cząsteczki anionitów zawierają: (-NH₃)⁺OH^-, (=NH₂)⁺OH^-, (≡NH)⁺OH^-, (^≡_ N)⁺OH^-. Rozróżnia się jonity naturalne, półsyntetyczne i syntetyczne. Do naturalnych należą: zeolity, montmorylonity, glaukonity, torf, celuloza. Jonitami półsyntetycznymi są węgle sulfonowane.

Jonity syntetyczne są na ogół pochodzenia organicznego, do ich produkcji stosuje się najczęściej kopolimery styrenu lub monomeru alifatycznego i diwinylobenzenu, żywicę fenolowoformaldehydową, polimery - fenylodiaminowy, mocznikowo-guanidynowo-formaldehydowy, polietylenoiminę oraz inne polimery zawierające pirydynę lub jej pochodne. Jonity syntetyczne, odpowiednio usieciowane, formowane są w postaci perełek lub ziaren o silnie rozwiniętej powierzchni, które po zanurzeniu w roztworze wodnym pęcznieją, wskutek dyfuzji wody do wnętrza struktury jonitów. Wymiana jonowa za pomocą jonitów odbywa się w przepływowych aparatach kolumnowych. Jonity służą głównie do zmiękczania wody, mają także zastosowanie w analizie chemicznej do usuwania przeszkadzających jonów z roztworu, oznaczania stężenia niektórych soli w roztworze, zagęszczania śladów oraz w chromatografii jonowymiennej. Do bardziej popularnych jonitów należą: Dowex, Wofatyt, Amberlit, Duolite, Gamranityt, Lewatyt, Varion.

Demineralizacja wody, usuwanie z wody rozpuszczonych w niej soli.

Stopień niemiecki (1^on) = 10 mg CaO (lub 7,19 mg MgO) w 1 dm³ wody

Zmiękczanie wody, usuwanie związków powodujących twardość wody. Zmiękczanie wody może odbywać się metodami: destylacji, dekarbonizacji (strącenie soli wapnia i magnezu termicznie lub chemicznie).

Przebieg reakcji wymiany jonowej:

RH - kationit, ROH - anionit

RH + Na⁺ → RNa + H⁺

>H₂O

ROH + Cl^- → RCl + OH^-

RCl^- + MnO₄ → RMnO₄ +Cl^-

↑ ↑ ↑ ↑

jonit/w roztworze/jonit/w roztworze

RNa - kationit w formie sodowej

2RNa + Ca²⁺ ↔ R₂Ca + Na⁺

2. Opracowanie wyników:

1.1.1.

Do 5 kropel Cr(NO₃)₃ dodaliśmy wodę.

Obserwacje: pojawił się kolor jasnozielony.

Cr(NO_3­)­₃ + 3H₂O → Cr(OH)₃ + 3HNO₃

Wstępnie dodaliśmy kationitu.

Obserwacja: zmiana barwy na jasnoniebieski.

Cr(OH)₃ + 3 HCl → CrCl₃ + 3H₂O

Cr(OH)₃ + 3H⁺ → Cr³⁺ + 3H₂O

1.1.2.

Do probówki z Ce(SO₄)­₂ dodaliśmy KMnO₄, następnie dodaliśmy kwas siarkowy (VI).

Obserwacje: roztwór miał kolor ciemno fioletowy, następnie po dodaniu anionitu roztwór odbarwił się, a żywica zmieniła barwę z żółtego na różowy.

2MnO₄^- +5SO₃^2- + 6H⁺ → 2Mn²⁺ + 5SO­₄^2- + 3H₂O

1.1.3.

Do probówki dodaliśmy K₂Cr₂O₇ i Cr(NO₃)₃ oraz anionit.

Obserwacje: roztwór oraz jonit zabarwił się na ciemno pomarańczowy

3K₂Cr₂O₇ + 2Cr(NO₃)_3­ + 3H₂O → 2K₂CrO₄ + 6HNO₃

1.2.1.

Do roztworu CoCl₂ dodaliśmy Fe₂(SO₄)₃ oraz NH₄SCN

3 CoCl₂ + Fe₂(SO₄)₃ → FeCl₃ + 3CoSO₄

FeCl₃ +NH₄SCN → NH_4­Cl + [Fe(SCN)^3-]

Obserwacje: Roztwór zmienił barwę z jasnoróżowego na ciemnoczerwony. Po dodaniu kationitu - żółtopomarańczowy. po dodaniu NH₄F roztwór zmienił barwę na niebieski.

1.2.2.

Do probówki z CuSO₄ dodaliśmy kationitu.

Obserwacje: po wstrząśnięciu i odstawieniu roztwór zabarwił się na niebiesko.

CuSo₄ + 2H₂O → Cu(OH)₂ + H₂SO₄

Po dodaniu NH₃ roztwór zmienił barwę na ciemno niebieski.

Cu(OH)₂ + NH₃ → CuNH₄OH

1.3.1.

Obliczenia na twardość wody.

T = 18×0,56 = 10,08 (stopni niemieckich)

1.3.2.

2H₂O + BaCl₂ → Ba(OH)₂ + 2HCl Ba(OH)₂ + 2HCl → BaCl₂ + 2H­₂O

RH + HCl → RCl + H₂ 2RCl + BaCl₂ → R₂Ba + 2Cl₂

ROH + BaCl₂ → R₂Ba + 2HClO R₂Ba + RHCl → 2RCl + BaH

Obserwacje: w probówce z ROH i wodą wodociągową nastąpiło zmętnienie, natomiast w RH nie wystąpiły zmiany.

1.3.3.

2H₂O + 2AgNO₃ → 2AgOH + 2HNO₃ Obserwacje: nastąpiło zmętnienie

RH + AgNO­₃ → RAg + HNO₃ Obserwacje: nastąpiło zmętnienie, barwa jasnofioletowa

ROH + AgNO₃ → RNO₃ + AgOH Obserwacje: nastąpiło zmętnienie

Wnioski: Wykonane przeze mnie doświadczenie zostało ukończone pomyślnie.

---