Nr ćwicz.: 5	Data: 31.03.2011	Imię i nazwisko:	Wydział: Technologia chemiczna Kierunek: Technologia Chemiczna	Semestr: II
Prowadzący: Dr inż. Bogdan Wyrwas		Przygotowanie:	Wykonanie:	Ocena:

Temat: Rozdział metodą chromatografii bibułowej

1. Wstęp teoretyczny

Chromatografia jest to technika analityczna lub preparatywna służąca do rozdzielania lub badania składu mieszanin związków chemicznych. Poszczególne składniki, bądź ich grupy (frakcje) są rozdzielane dzięki różnicom w zachowaniu się tych składników w układzie dwóch faz, w których jedna nie zmienia swego położenia (faza nieruchoma, stacjonarna), druga zaś porusza się względem pierwszej w określonym kierunku (faza ruchoma, roztwór rozwijający).

W zależności od rodzaju eluentu, czyli substancji w której rozpuszcza się badaną mieszaninę, rozróżnia się następujące techniki chromatograficzne:

- chromatografia cieczowa - eluentem jest ciekły rozpuszczalnik lub mieszanina rozpuszczalników;

- chromatografia gazowa - eluentem jest gaz (zwykle hel, argon lub wodór, czasem azot);

- chromatografia nadkrytyczna - eluentem jest gaz w stanie nadkrytycznym.

W zależności od rodzaju i sposobu przygotowania fazy rozdzielczej wyróżniamy następujące typy:

- chromatografia cienkowarstwowa - fazę rozdzielczą stanowi cienka warstwa fazy stałej naniesiona na sztywną płytkę. Na tak spreparowaną płytkę nanosi się próbkę roztworu, po czym na skutek działania sił kapilarnych, grawitacji lub pola elektrycznego następuje przepływ i rozdział mieszaniny;

- chromatografia bibułowa - fazę rozdzielczą stanowi pasek lub arkusz bibuły filtracyjnej lub specjalnego typu bibuły chromatograficznej;

- chromatografia kolumnowa - faza rozdzielcza jest umieszczona w specjalnej kolumnie, przez którą przepuszcza się następnie roztwór badanej mieszaniny. Przepływ roztworu przez kolumnę można wymuszać grawitacyjnie lub stosując różnicę ciśnień na wlocie i wylocie kolumny;

- chromatografia powinowactwa - odpowiednio spreparowana faza rozdzielcza jest zdolna do oddziaływań chemicznych o zmiennym powinowactwie wobec rozdzielanych substancji;

- chromatografia jonowymienna - substancje oddziałują ze złożem za pomocą oddziaływań jonowych.

Podstawą działania chromatografii bibułowej (PC) jest podział substancji rozdzielanych miedzy fazę nieruchomą, którą stanowi woda unieruchomiona przez celulozę dzięki jej higroskopijności, oraz fazę ruchomą rozpuszczalnik organiczny lub mieszaninę rozpuszczalników, często nawet z wodą, wędrujące po bibule dzięki siłom kapilarnym. Celuloza stanowiąca nośnik dla fazy stacjonarnej (wody) ma niewielkie właściwości adsorpcyjne i prawie nie zniekształca przebiegu rozdzielania opartego na podziale substancji między wodę a wędrujący rozpuszczalnik. Jeżeli współczynniki podziału substancji naniesionych na bibułę są różne, to w trakcie wędrówki po bibule następuje ich rozdzielenie.

Wielkością charakteryzującą substancję w określonym układzie chromatografii bibułowej lub chromatografii cienkowarstwowej jest wielkość
(współczynnik retencji) zdefiniowana jako stosunek drogi, którą od punktu startowego na bibule lub płytce przebyła dana substancja (
) do drogi, którą w tym samym czasie przebył rozpuszczalnik (
):

Klasyczna chemiczna analiza jakościowa związków nieorganicznych to przede wszystkim analiza jonów występujących w roztworze. Do roztworu dodaje się różnych odczynników i obserwuje się zmiany koloru roztworu, wytrącanie osadów, oraz inne charakterystyczne reakcje, które świadczą o obecności pewnych jonów oraz grup jonów.

W skład klasycznej analizy jakościowej wchodzi też barwienie płomienia palnika. Różne jony barwią płomień na różne i zwykle łatwo rozróżnialne kolory.

Ze względu na właściwości jony zostały pogrupowane. Zwykle najpierw określa się występowanie w roztworze jonów danej grupy, a dopiero po stwierdzeniu że występują przystępuje się do testów na obecność konkretnych jonów.

Podziały na grupy różnią się nieznacznie u różnych autorów. Ponieważ grupy są wydzielone na podstawie zachodzących reakcji, większość rzadziej występujących jonów można z łatwością przyporządkować do którejś z istniejących grup po przeprowadzeniu zaledwie kilku reakcji.

Aniony zostały podzielone na 7 grup. Nie ma tu niestety prostych odczynników grupowych.

Grupy zostały wydzielone w zależności od osadów powstających w reakcjach z kationami z IV grupy kationów (przede wszystkim Ba²⁺) oraz Ag⁺.

Testy na konkretne aniony to zakwaszanie roztworu oraz odbarwianie MnO₄^-.

I grupa anionów

Pierwsza grupa anionów to Cl^-, Br^-, I^-, CN^-, SCN^-, Fe(CN)₆^3-, Fe(CN)₆^4-, ClO^-.

Aniony I grupy tworzą z Ag⁺ białe osady nierozpuszczalne w rozcieńczonym kwasie azotowym.

Nie tworzą one osadu z Ba²⁺.

W środowisku kwaśnym z roztworów zawierających CN^- oraz S^2- wydziela się gaz o charakterystycznym zapachu. Jest to odpowiednio HCN o zapachu migdałów oraz H₂S o zapachu zgniłych jaj.

Uwaga: cyjanowodór (HCN) jest silną trucizną, należy więc zachować dużą ostrożność przy doświadczeniach z nim!

Fe³⁺ zabarwia roztwór zawierający SCN^- na kolor krwistoczerwony.

II grupa anionów

Druga grupa anionów to S^2-, NO₂^-, CH₃COO^-.

Podobnie jak aniony grupy I tworzą one białe osady z Ag⁺, nie tworzą natomiast osadów z Ba²⁺. Można je jedna odróżnić po tym, że osady z Ag⁺ rozpuszczają się w rozcieńczonym kwasie azotowym.

CH₃COO^- w środowisku kwaśnym wydziela charakterystyczny zapach octu i nie odbarwia MnO₄^-.

NO₂^- natomiast odbarwia MnO₄^- (utleniając się do NO₃^-) i wydziela w środowisku kwaśnym tlenki azotu.

III grupa anionów

Trzecia grupa anionów to SO₃^2-, CO₃^2-, C₂O₄^2-, BO₂^-, BO₃^3-, C₄H₄O₆^2-.

Podobnie jak aniony II grupy tworzą z Ag⁺ osady rozpuszczalne w rozcieńczonym kwasie azotowym.

W przeciwieństwie do nich tworzą białe osady z Ba²⁺.

W środowisku kwaśnym CO₃^2- bardzo intensywnie rozkłada się z wydzieleniem dwutlenku węgla, który zmętnia wode wapienną. Wydzielający się gaz nie ma zapachu. Ze względu na dużą intensywność rozkładu tworzą się bąbelki i może dojść nawet do powstania piany.

SO₃^2- również rozkładają się w środowisku kwaśnym z wydzieleniem dwutlenku siarki, jednak zachodzi to znacznie wolniej. Dwutlenek siarki ma ostry, duszący zapach. SO₃^2- odbarwia MnO₄^- utleniając się do SO₄^2-

IV grupa anionów

Czwarta grupa to PO₄^3-, AsO₄^3-, AsO₃^3-, S₂O₃^2-, CrO₄^2- oraz Cr₂O₇^2-.

Podobnie jak aniony III grupy tworzą one osady z Ag⁺ oraz Ba²⁺.

Ich osady z Ba²⁺ są białe (z wyjątkiem CrO₄^2-, który daje osad żółty) i rozpuszczalne w rozcieńczonym kwasie azotowym.

Ich osady z Ag⁺ są barwne. 

V grupa anionów

Piąta grupę stanowią: NO₃^-, MnO₄^-, ClO₃^-, ClO₄^-. Nie tworzą one prawie żadnych osadów. Przede wszystkim nie tworzą one osadów z Ag⁺ ani Ba²⁺.

MnO₄^- można poznać po intensywnym fioletowym zabarwieniu, które znika po dodaniu reduktora.

NO₃^- można wykryć za pomocą próby obrączkowej.

VI grupa anionów

Szóstą grupę tworzą SO₄^2-, F^-, SiF₆^2-.

Tworzą one osady z Ba²⁺, nie tworzą natomiast osadów z Ag⁺.

SO₄^2- w przeciwieństwie do F^- tworzy osad z Pb²⁺.

VII grupa anionów

Siódmą grupę anionów stanowią: SiO₃^2-, SiO₄^4-, Si₂O₅^2-. W środowisku kwaśnym tworzą one charakterystyczny żel krzemionkowy, o galaretowatej konsystencji, przez co łatwo go rozpoznać.

Tworzą też osady z Ag⁺ i Ba²⁺.

SiO₃^2- nie odbarwia MnO₄^-.

Wady i zalety wykrywania jonów w mieszaninie bez rozdziału i po rozdziale metodą chromatografii bibułowej:

• Wykrywanie jonów za pomocą reakcji identyfikacji jest o wiele szybszą metodą niż chromatografia bibułowa.

• Jony chlorkowe są czasem niezauważalne na chromatogramie.

• Im dokładniejsze wykonanie metody chromatografii tym dokładniejsze wyniki

• Gdy stosujemy reakcje chemiczne bardzo ważna jest kolejność

• Przy chromatografii jest małe zużycie substancji.

• W metodzie wykrywania jonów bez rozdziału korzystamy z różnych typów reakcji (reakcje strącenia osadu, pokazującej aktywność fluorowców czy powstawania barwnych kompleksów)

Reakcje identyfikacji badanych anionów bez rozdziału.

1. Do mieszaniny dodaliśmy H₂SO₄, chloroform i Cl₂(aq) -pojawił się fioletowe zabarwienie co charakteryzuje J₂

2J^- + Cl₂->J₂ + 2Cl^-

Fioletowa barwa

Potem dodaliśmy jeszcze wody chlorowej i mamy zanik barwy

J₂+Cl₂+6H₂O->2HJO₃ + 10HCl

Barwa znika

(gdyby pojawiło się czerwono-brunatne zabarwienie świadczyłoby to o obecności Br^- w roztworze jednak takie się nie pojawia)

2. do następnej porcji mieszaniny dodaliśmy Fe³⁺ i pojawiło się krwisto-czerwonego zabarwienie, które świadczy to o obecności SCN^-

Fe³⁺ +SCN^- ->[Fe(SCN)₂}]⁺¹

Krwisto-czerwona barwa

Obliczenia i wnioski:

1. Wartość R_f wzorców

1. J^- R_f=6,5/9 = 0,72

2. Br^- R_f=5,5/9 = 0,61

3. SCN^- R_f=7,25/9 = 0,81

4. Mieszanina R_f1=7,5/9 = 0,83 (→ jony SCN^-)

R_f2=6,5/9 = 0,72 (→ jony J^-)

R_f2=4,75/9 = 0,53 (→jony Br^-)

2. Skład mieszaniny z identyfikacji anionów bez rozdziału

1. Są obecny jony J^- (bo był kolor fioletowy)

2. Brak jonów Br- (bo od razu przeszło do żółtego, bez barwy czerwono-brunatnej)

3. Są jony SCN^- (bo był krwistoczerwony)

3. Ostateczny skład mieszaniny to jony J^-, Br^- (chromatografia jest dokładniejsza) i SCN^-

---