1 WydziaÅ‚ Inżynierii Procesowej i Ochrony Åšrodowiska Katedra Systemów Inżynierii Åšrodowiska LABORATORIUM CHEMII ANALITYCZNEJ ANALIZA JAKOÅšCIOWA I ILOÅšCIOWA Inżynieria Procesowa 2 HARMONOGRAM ZAJĆ NA PRACOWNI CHEMII ANALITYCZNEJ Kierunek: Inżynieria Procesowa , IV semestr Wymiar: 45godz.. 11 pracowni po 4godz.+ 1godz. 1. WstÄ™pne informacje. Przepisy BHP. Odebranie szafek laboratoryjnych (1godz.). 2. WstÄ™p do laboratorium. Przygotowanie roztworów: kwasu solnego i tiosiarczanu sodu. 3. Kolokwium 1 Identyfikacja kationów grupy I i II 4. Kolokwium 2 Identyfikacja kationów grup III, IV i V 5. Kolokwium 3 Identyfikacja anionów 6. Kolokwium 4- Analiza wagowa. Otrzymywanie osadu jodku oÅ‚owiu(II) metodÄ… wagowÄ… 7. Kolokwium 5- Alkacymetria. Oznaczanie wodorotlenku sodu. 8. Kolokwium 6- Argentometria. Oznaczanie chlorków. 9. Kolokwium 7- Kompleksometria. Oznaczanie cynku. 10. Kolokwium 8- Spektrofotometria. Spektrofotometryczne oznaczanie żelaza(III) metodÄ… tiocyjanianowÄ…. 11. Termin rezerwowy - 1. 12. Termin rezerwowy - 2. Zdanie sprzÄ™tu Zaliczenie ćwiczeÅ„. 3 OBOWIZUJCY ZAKRES MATERIAAU I. Podstawowe wiadomoÅ›ci z chemii wymagane od studentów niezbÄ™dne do rozpoczÄ™cia laboratorium 1. UkÅ‚ad okresowy: pojÄ™cie pierwiastka, liczba atomowa i masowa, podziaÅ‚ pierwiastków na bloki pierwiastków, grupy i szeregi. Znajomość nazw, symboli i stopnia utlenienia pierwiastków grup głównych ukÅ‚adu okresowego oraz wybranych pierwiastków bloku-d (chrom, mangan, żelazo, kobalt, nikiel, miedz, cynk, srebro, kadm, zÅ‚oto, rtęć). Metale, niemetale i semimetale. Tlenki kwasowe, zasadowe i amfoteryczne. WÅ‚asnoÅ›ci kwasowe i zasadowe pierwiastków. 2. Znajomość nazw i wzorów podstawowych kwasów, zasad i soli. UmiejÄ™tność pisania reakcji powstawania soli, kwasów i zasad. Dysocjacja elektrolityczna kwasów, zasad i soli. StopieÅ„ dysocjacji elektrolitów. PodziaÅ‚ na mocne i sÅ‚abe elektrolity. Hydroliza soli. 3. Jednostka atomowa masy. Definicja mola i masy molowej. 4. Stężenie roztworów: procentowe i molowe. Przygotowywanie roztworów o okreÅ›lonym stężeniu molowym i procentowym. Mieszanie, rozcieÅ„czanie i zatężanie roztworów. II. Kolokwium 1 - Identyfikacja kationów grupy I i II 1. Rodzaje odczynników stosowanych w analizie jakoÅ›ciowej 2. Cele i zadania analizy jakoÅ›ciowej. 3. PodziaÅ‚ kationów na grupy analityczne-odczynniki grupowe. DokÅ‚adne warunki wytrÄ…cania kationów grup I i II. Tioacetamid, jako odczynnik grupowy. 4. Reakcje charakterystyczne wykrywanych kationów Pb2+, Ag+ Cu2+, Hg2+, Bi3+ (odczynnik grupowy danego kationu i jego dziaÅ‚anie, reakcje charakterystyczne danego kationu, równania reakcji, kolory osadów, rozpuszczalność osadów). III. Kolokwium 2 - Identyfikacja kationów grupy III, IV i V 1. Reakcje charakterystyczne wykrywanych kationów Mn2+, Cr3+, Fe3+, Ca2+, K+ i NH4+ (warunki wytrÄ…cania kationów danej grupy, odczynnik grupowy danego kationu i jego dziaÅ‚anie, reakcje charakterystyczne danego kationu, równania reakcji, kolory osadów, rozpuszczalność osadów). IV. Kolokwium 3 - Identyfikacja anionów 1. PodziaÅ‚ anionów na grupy analityczne. 2. Reakcje charakterystyczne chlorków, siarczanów (VI), azotanów (V) i fosforanów (V) IV. Kolokwium 4 Analiza wagowa. 1. Otrzymywanie jodku oÅ‚owiu (II) metodÄ… wagowÄ…. 2. Rodzaje naczyÅ„. Naczynia miarowe. Mycie naczyÅ„ (roztwory myjÄ…ce). 3. Wagi - ich charakterystyka i podziaÅ‚ wag. Technika ważenia na wagach analitycznych. Przygotowywanie odważek. 5. Rodzaje wody w zwiÄ…zkach nieorganicznych. Metody oznaczania wody. 6. Zadania - obliczenia na podstawie stechiometrii reakcji i stężenia molowego. V. Kolokwium 5 - Alkacymetria 1. Analiza miareczkowa. PodziaÅ‚ metod miareczkowych wedÅ‚ug rodzaju titranta oraz sposobu prowadzenia miareczkowania. BÅ‚Ä™dy w analizie miareczkowej. 2. Obliczenia w analizie miareczkowej - obliczenia na podstawie stechiometrii reakcji i stężenia molowego. 3. Alkacymetria. Reakcje kwas-zasada, reakcje zobojÄ™tniania i hydrolizy. Teoria Arrheniusa, staÅ‚a dysocjacji, stopieÅ„ dysocjacji, staÅ‚a i stopieÅ„ hydrolizy, prawo rozcieÅ„czeÅ„ Ostwalda. 4 Teoria kwasów i zasad wg Brönsteda. Iloczyn jonowy wody, definicja i obliczanie pH. Wskazniki kwasowo-zasadowe wedÅ‚ug teorii Ostwalda. Krzywe miareczkowania: mocnego kwasu mocnÄ… zasadÄ…, mocnej zasady mocnym kwasem, sÅ‚abego kwasu mocnÄ… zasadÄ…, sÅ‚abej zasady mocnym kwasem, sÅ‚abego kwasu sÅ‚abÄ… zasadÄ…, wieloprotonowych kwasów i zasad. Punkt równoważnikowy i punkt koÅ„cowy. Roztwory buforowe, pojemność buforowa, obliczanie pH roztworów buforowych. Roztwory mianowane, substancje wzorcowe do mianowania kwasów i zasad. 4. Oznaczanie wodorotlenku sodowego. Wyprowadzenie wzorów na: miano kwasu solnego ustawiane na wÄ™glan sodowy oraz na masÄ™ NaOH w próbie. 5. Zadania z alkacymetrii. VI. Kolokwium 6 Argentometria 1. Miareczkowe metody wytrÄ…ceniowe (charakterystyka, podziaÅ‚). 2. Iloczyn rozpuszczalnoÅ›ci i rozpuszczalność. 3. Substancje wzorcowe i wskazniki. Przygotowanie mianowanego roztworu azotanu srebra. 4. Metody oznaczania chlorków wedÅ‚ug Mohra i Volharda (zalety, wady, warunki oznaczenia, jakie halogenki można oznaczać). 5. Wyprowadzenie wzoru na masÄ™ chlorków w badanej próbie w metodzie Mohra. 6. Zadania z argentometrii VII. Kolokwium 7 Kompleksometria 1. Charakterystyka metody: ogólny schemat reakcji, metale oznaczane tÄ… metodÄ…. Kompleksometria, chelatometria, kompleksonometria. 2. PojÄ™cia podstawowe w kompleksometrii: atom centralny, liczba koordynacyjna. Ligandy jedno i wielofunkcyjne, sól kompleksowa, sfera koordynacji, kompleksy homoligandowe i chelatowe 3. TrwaÅ‚ość kompleksów. StaÅ‚a trwaÅ‚oÅ›ci. Kompleksy bierne i labilne. Czynniki wpÅ‚ywajÄ…ce na trwaÅ‚ość kompleksów. 4. Kompleksy chelatowe. Kompleksony. Kwas etylenodiaminotetraoctowy i jego sól disodowa. Czynniki wpÅ‚ywajÄ…ce na trwaÅ‚ość kompleksu z EDTA (pH, stopieÅ„ utlenienia, rodzaj atomów donorowych, konfiguracja elektronowa). 5. Wskazniki kompleksometryczne i ich podziaÅ‚ (czerÅ„ eriochromowa T, mureksyd) 6. Metody miareczkowania roztworem EDTA (bezpoÅ›rednie, odwrotne, podstawieniowe). PrzykÅ‚ady oznaczeÅ„. 7. Kompleksometryczne oznaczanie cynku. Wyprowadzenie wzoru na masÄ™ cynku w badanej próbie. 8. Zadania z kompleksometrii. VIII. Kolokwium 8 - Spektrofotometria 1. Co to jest Å›wiatÅ‚o biaÅ‚e i monochromatyczne? 2. Jaka jest zależność miÄ™dzy absorpcjÄ… promieniowania a barwÄ… substancji? 3. DÅ‚ugość fali promieniowania. Zakres ultrafioletowy i widzialny widma 4. Na czym polega zjawisko absorpcji Å›wiatÅ‚a w roztworach zwiÄ…zków chemicznych? 5. Co siÄ™ dzieje w czÄ…steczkach zwiÄ…zku chemicznego, gdy absorbujÄ… Å›wiatÅ‚o z zakresu widzialnego i ultrafioletu? 6. Widmo elektronowe zwiÄ…zku (zależność absorbancji od dÅ‚ugoÅ›ci fali). 7. Co to sÄ… chromofory i auksochromy? 8. Absorbancja i transmitancja. 9. Prawo Lamberta-Beera: warunki stosowalnoÅ›ci i odchylenia. 5 10. Metoda krzywej wzorcowej. 11. Budowa i dziaÅ‚anie spektrofotometru. 12. Kolorymetryczne oznaczanie żelaza 13. Zadania z spektrofotometrii. Literatura do kolokwium: 1. Instrukcja: Laboratorium chemii analitycznej 2. B. Jankiewicz, I. Ludomirska, A. KorczyÅ„ski - Analiza jakoÅ›ciowa. Skrypt Politechniki Aódzkiej, Aódz 1994. 3. K. Badowska-Olenderek, J. Czyżewski, J. Naumczyk - Laboratorium podstaw chemii analitycznej. Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 1997. 4. T. Lipiec, Z. S. Szmal - Chemia analityczna z elementami analizy instrumentalnej. PZWL, Warszawa 1972. 5. F. Domka, J. Jasiczak Chemia ogólna: analiza jakoÅ›ciowa, (II wydanie), Wydawnictwo Akademii Ekonomicznej w Poznaniu, PoznaÅ„ 2004. 6. W. N. Aleksiejew - Analiza JakoÅ›ciowa. /IV wydanie/, PWN, Warszawa 1968. 7. J. MasÅ‚owska, R. SoÅ‚oniewicz Schematy analizy jakoÅ›ciowej kationów /III wydanie/,. Skrypt Politechniki Aódzkiej, Aódz 1994. 8. A. CygaÅ„ski Metody spektroskopowe w chemii analitycznej" WNT(1993) 9. A. CygaÅ„ski Chemiczne metody analizy iloÅ›ciowej WNT(1987), (1992),(1994) 10. A. CygaÅ„ski, R. SoÅ‚oniewicz, Laboratorium analizy iloÅ›ciowej" zeszyt 1, 2 i 3 Skrypt Politechniki Aódzkiej. 11. J. Minczewski, Z. Marczenko Chemia analityczna tom 1-3, PWN 12. D. A. Skoog, D. M. West, F. James Holler, S. R. Grouch, Podstawy chemii analitycznej , t.1,PWN 2006. 13. A. Persona, Chemia analityczna. Podstawy klasycznej analizy iloÅ›ciowej Medyk 2007. 6 WiadomoÅ›ci wstÄ™pne: JAKOÅšCIOWA I ILOÅšCIOWA ANALIZA NIEORGANICZNA Przedmiot chemii analitycznej. Cel i metody analizy chemicznej. Definicja chemii analitycznej: Jest to nauka stosowana, zajmujÄ…ca siÄ™ odkrywaniem i formuÅ‚owaniem zasad, kryteriów i metod umożliwiajÄ…cych ustalenie z okreÅ›lonÄ… czuÅ‚oÅ›ciÄ…, precyzjÄ… i dokÅ‚adnoÅ›ciÄ… jakoÅ›ciowego i iloÅ›ciowego skÅ‚adu obiektów materialnych. Chemia analityczna ma dwa cele: ·ð Cel praktyczny: ustalenie skÅ‚adu obiektów materialnych ·ð Cel podstawowy: badania nad opracowaniem nowych metod analitycznych Cel praktyczny chemii analitycznej dokonuje siÄ™ poprzez: ·ð AnalizÄ™ chemicznÄ… ·ð AnalizÄ™ instrumentalnÄ…. Metody analizy chemicznej i instrumentalnej stosuje siÄ™ do: ·ð Identyfikacji skÅ‚adników badanej substancji (analiza jakoÅ›ciowa) ·ð OkreÅ›lenie skÅ‚adu iloÅ›ciowego badanej substancji (analiza iloÅ›ciowa). Metody analizy chemicznej zwane także klasycznymi wykorzystujÄ… odpowiednie reakcje chemiczne, które pozwalajÄ… wykryć i oznaczyć iloÅ›ciowo badany skÅ‚adnik (analit). Metody analizy instrumentalnej wykorzystujÄ… charakterystyczne wÅ‚aÅ›ciwoÅ›ci fizyczne lub fizykochemiczne substancji do jej identyfikacji i iloÅ›ciowego oznaczenia. Do metod instrumentalnych analizy należą metody spektroskopowe, elektrochemiczne, chromatograficzne, radiometryczne i analizy termicznej. Metody chemiczne sÄ… czÄ™sto pomocne w analizie instrumentalnej i tylko umiejÄ™tne posÅ‚ugiwanie siÄ™ metodami klasycznymi, jak i instrumentalnymi zapewnia prawidÅ‚owe wykonanie zadaÅ„ analitycznych. WÅ›ród chemicznych metod analizy jakoÅ›ciowej istnieje podziaÅ‚ na: ·ð AnalizÄ™ przeprowadzanÄ… "na sucho", polegajÄ…cÄ… na badaniu substancji bez przeprowadzania jej do roztworu (np. charakterystyczne barwienie pÅ‚omienia, stapianie z sodÄ…, zachowanie podczas prażenia), ·ð AnalizÄ™ przeprowadzanÄ… "na mokro", w której badane skÅ‚adniki (jony) znajdujÄ… siÄ™ w toku analizy w roztworze. W analizie "na mokro" wykorzystuje siÄ™ reakcje chemiczne o czuÅ‚oÅ›ci od 50 do 0.001 mðg/×ðcm3. PrzebiegajÄ… one miÄ™dzy skÅ‚adnikami badanymi (jonami) a stosowanymi odczynnikami. Odczynniki można podzielić na: ·ð Specyficzne, dajÄ…ce w okreÅ›lonych warunkach reakcjÄ™ tylko z danym jonem (tzn. umożliwiajÄ…ce wykrycie go w obecnoÅ›ci innych); jest ich bardzo niewiele, 7 ·ð Selektywne, reagujÄ…ce podobnie z pewnÄ… grupÄ… jonów, ·ð MaskujÄ…ce, wiążące w trwaÅ‚y zwiÄ…zek jon uboczny (przeszkadzajÄ…cy) i wyÅ‚Ä…czajÄ…ce go z udziaÅ‚u w roztworze, ·ð Grupowe, wykazujÄ…ce zdolność wytrÄ…cania okreÅ›lonej kategorii jonów z roztworu w pewnych warunkach i umożliwiajÄ…ce podziaÅ‚ ich na tzw. grupy analityczne, ·ð Charakterystyczne, za pomocÄ…, których dokonuje siÄ™ identyfikacji jonów wewnÄ…trz grupy analitycznej. PodziaÅ‚ analizy jakoÅ›ciowej na analizÄ™ kationów i anionów, a tych na grupy analityczne, stanowi duże uÅ‚atwienie w przebiegu analizy. W analizie chemicznej wykorzystywane sÄ… odpowiednie reakcje chemiczne, które pozwalajÄ… oznaczyć danÄ… substancje w postaci osadu (metody wagowe) lub ustalić koniec przebiegu reakcji, a nastÄ™pnie wyciÄ…gnąć wnioski o iloÅ›ci oznaczanej substancji Metody analizy chemicznej można podzielić w zależnoÅ›ci od typu reakcji na metody: ·ð Analizy wagowej (grawimetrycznej), w której wykorzystuje siÄ™ reakcje wytrÄ…cania trudno rozpuszczalnych osadów. Osad zawierajÄ…cy oznaczany analit wydziela siÄ™ z roztworu, suszy siÄ™ lub praży, a nastÄ™pnie waży siÄ™ na wadze analitycznej. Na podstawie zachodzÄ…cej reakcji wytrÄ…cania i masy osadu można okreÅ›lić ilość oznaczanego osadu. ·ð Analizy miareczkowej (metody analizy objÄ™toÅ›ciowej). Metody polegajÄ… na pomiarze objÄ™toÅ›ci roztworu standardowego (titrant) dodawanego powoli z biurety w procesie miareczkowania. Roztwór standardowy reaguje z oznaczanym analitem, a koniec reakcji ustala siÄ™ przy pomocy odpowiedniego wskaznika. W oparciu o objÄ™tość zużytego roztworu titrantu i jego stężenie wylicza siÄ™ ilość analitu. W zależnoÅ›ci od typu reakcji analizÄ™ miareczkowÄ… dzielimy na cztery podstawowe dziaÅ‚y: vð AlkacymetriÄ™ vð RedoksometriÄ™ vð Miareczkowanie wytrÄ…ceniowe vð KompleksometriÄ™ Alkacymetria wykorzystuje reakcje zobojÄ™tniania kwas-zasada i dzieli siÄ™ na: żð AlkalimetriÄ™ oznaczanie substancji przez miareczkowanie mianowanym roztworem zasady żð AcydymetriÄ™ oznaczanie substancji przez miareczkowanie mianowanym roztworem kwasu Redoksometria wykorzystuje rekcje utlenienia-redukcji i ogólnie stosuje siÄ™ do oznaczania reduktorów lub utleniaczy. Miareczkowanie redoksometryczne dzieli siÄ™ na: vð Oksydymetria oznaczanie substancji przez miareczkowanie roztworami utleniaczy " Manganometria (titrant KMnO4) " Jodometria (I2, Na2S2O3) " Bromianometria (KBrO3) " Jodanometria (KIO3) " Chromianometria (K2Cr2O7) " Cerometria (Ce(SO4)2) vð ReduktometriÄ™ oznaczanie substancji przez miareczkowanie reduktorami " Ferometria (FeSO4) 8 " Tytanometria (TiCl3) " Askorbinometria (witamina C (kwas askorbinowy)) Miareczkowanie wytrÄ…ceniowe wykorzystuje reakcje wytrÄ…cania trudno rozpuszczalnych osadów w wyniku Å‚Ä…czenia jonów titrantu i substancji oznaczanej. Najbardziej znane miareczkowania wytrÄ…ceniowe to: " argentometria AgNO3, NH4SCN " merkurometria Hg2(NO3)2 Miareczkowanie kompleksometryczne polega na reakcji tworzenia, rozpuszczalnych, sÅ‚abo zdysocjowanych (trwaÅ‚ych) zwiÄ…zków kompleksowych. Dzieli siÄ™ na: " Miareczkowania chelatometryczne miareczkowanie kompleksonometryczne, w którym stosuje siÄ™ do miareczkowania zwiÄ…zki organiczne zwane kompleksonami (pochodne kwasów aminopolikarboksylowych jak EDTA (sól disodowa kwasu etylenodiaminotetraoctowego)) " Miareczkowania niechelatometryczne np. merkurometryczne Hg(NO3)2 PODZIAA METOD CHEMII ANALITYCZNEJ Chemia Analityczna Analiza Analiza chemiczna instrumentalna Metody Analiza wagowa spektroskopowe Metody Analiza miareczkowa elektrochemiczne Metody Alkacymetria chromatograficzne Metody Redoksometria radiometryczne Miareczkowanie Metody wytrÄ…ceniowe analizy termicznej Kompleksometria 9 ĆWICZENIE NR 1: Identyfikacja kationów Ag+, Pb2+, Cu2+, Hg2+, Bi3+ 1. PODZIAA KATIONÓW NA GRUPY ANALITYCZNE PodstawÄ… klasyfikacji analitycznej kationów jest podziaÅ‚ kationów na odpowiednie grupy analityczne, który umożliwia systematyczny tok analizy kationów. PodstawÄ… podziaÅ‚u sÄ… reakcje tworzenia trudno rozpuszczalnych osadów oznaczanych kationów z odczynnikami grupowymi takimi jak kwas solny, siarkowodór, siarczek amonu, wÄ™glan amonu. Głównym celem stosowania tych odczynników jest dokÅ‚adne oddzielenie analitycznych grup kationów z mieszaniny kationów. Zastosowanie wÅ‚aÅ›ciwego odczynnika grupowego pozwala szybko wykazać obecność lub brak jonów danej grupy w badanej próbce roztworu. Klasyczny podziaÅ‚ 28 najczęściej wystÄ™pujÄ…cych kationów, dokonany przez C. R. Freseniusa, obejmuje pięć nastÄ™pujÄ…cych grup analitycznych: I grupa analityczna (grupa kwasu solnego). Do tej grupy zaliczamy jony Ag+, Pb2+, Hg22+, które w reakcji z 2 mol/dm3(2 M)1 kwasem chlorowodorowym HCl, tworzÄ… w roztworze trudno rozpuszczalne chlorki. Chlorki sÄ… nierozpuszczalne w rozcieÅ„czonych kwasach mineralnych z wyjÄ…tkiem chlorku oÅ‚owiu(II) PbCl2, który rozpuszcza siÄ™ w gorÄ…cej wodzie. Siarczki tych kationów nie rozpuszczajÄ… siÄ™ w rozcieÅ„czonych kwasach. II grupa analityczna (grupa siarkowodoru). Do tej grupy należą kationy: Hg2+, Pb2+, Cu2+, Bi3+, Cd2+, As(III)2, As(V), Sb(III), Sb(V), Sn(II) i Sn(IV) wytrÄ…cane w roztworze przez siarkowodór H2S z kwaÅ›nego roztworu (0.2-0.3 M HCl pH~0.53). III grupa analityczna (grupa siarczku amonu). Obejmuje kationy Al3+, Cr3+, Fe3+, Co2+, Ni2+, Mn2+, Zn2+, których siarczki sÄ… trudno rozpuszczalne w wodzie, ale Å‚atwo rozpuszczalne w rozcieÅ„czonych kwasach, dlatego siarczki tej grupy nie mogÄ… być wytrÄ…cone razem z katonami I i II grupy. Jony Al3+ i Cr3+pod wpÅ‚ywem odczynnika grupowego tworzÄ… , zamiast siarczków , trudno rozpuszczalne wodorotlenki. Odczynnikiem grupowym III grupy jest siarczek amonowy (NH4)2S, w Å›rodowisku alkalicznym, w obecnoÅ›ci buforu amonowego NH3·H2O + NH4Cl, który wytrÄ…ca odpowiednie siarczki lub wodorotlenki Al(OH)3 i Cr(OH)3. IV grupa analityczna (grupa wÄ™glanu amonowego). WystÄ™pujÄ…ce w tej grupie jony: Ca2+, Sr2+, Ba2+ sÄ… wytrÄ…cane przez (NH4)2CO3 w obecnoÅ›ci buforu amonowego (NH3·H2O + NH4Cl) w postaci trudno rozpuszczalnych wÄ™glanów. 1 2 M oznacza stężenie molowe 2 mol/dm3 2 Oznaczenie liczbÄ… rzymskÄ… wskazuje ze pierwiastek może być obecny w roztworze w postaci anionu 3 pH= -log[H+]: ujemny logarytm stężenia jonów wodorowych w roztworze 10 V grupa analityczna (brak odczynnika grupowego). Do grupy zaliczane sÄ… kationy: Na+, K+, NH4+, Mg2+, które pozostajÄ… w roztworze po kolejnym oddzieleniu kationów grup I-IV. Jony tej grupy nie majÄ… odczynnika grupowego. Chlorki, siarczki i wÄ™glany kationów tej grupy sÄ… rozpuszczalne w wodzie. WyjÄ…tek stanowi zasadowy wÄ™glan dihydroksymagnezu Mg2(OH)2CO3, który jest trudno rozpuszczalny w wodzie, ale Å‚atwo jest rozpuszczalny w roztworach soli amonowych i nie ulega wytrÄ…ceniu, jeżeli do roztworu doda siÄ™ NH4Cl. WspółczeÅ›nie tok analizy kationów oparty jest na stosowaniu 0.5 M wodnego roztworu tioacetamidu zamiast siarkowodoru i siarczku amonu. ZwiÄ…zki siarkowodoru sÄ… bardziej szkodliwe dla zdrowia, charakteryzujÄ… siÄ™ wyjÄ…tkowo przykrym zapachem. Tioacetamid hydrolizuje w Å›rodowisku kwaÅ›nym lub alkalicznym, podczas ogrzewania, z utworzeniem siarkowodoru, który w chwili powstania wytrÄ…ca osady odpowiednich siarczków. Ten sposób wytrÄ…cania siarczków z roztworów homogenicznych daje siarczki o zwartej, grubokrystalicznej strukturze, Å‚atwe do sÄ…czenia i przemywania, co uÅ‚atwia analizÄ™. Poza tym tioacetamid jest mniej toksyczny od siarkowodoru.4 O S H+lub OH- C O NH4 + H3C H2S + + C NH2 2 H2O H3C tioacetamid Przy omawianiu reakcji charakterystycznych w poszczególnych grupach analitycznych uwzglÄ™dniono tylko niektóre kationy, a mianowicie: Pb2+, Cu2+, Hg2+, Bi3+, Mn2+, Cr3+, Fe3+, Ca2+, NH4+ i K+. Szczegółowy podziaÅ‚ kationów na grupy analityczne przedstawiono jest na poniższym schemacie. 4 Pomimo, mniejszej toksycznoÅ›ci prace z tiacetamidem powinny być wykonywane ostrożnie i pod wyciÄ…giem, ponieważ tiacetamid jest klasyfikowany jako substancja niebezpieczna o potencjalnym dziaÅ‚aniu rakotwórczym. Podczas analizy pojedynczych kationów reakcje charakterystyczne z tioacetamidem, siarkowodorem i siarczkiem amonowym nie powinny być wykonywane przez studentów i można je pominąć. 11 RozdziaÅ‚ kationów na grupy analityczne wg Freseniusa Kationy wszystkich grup: Ag+, Pb2+, Hg22+ - I grupa Cu2+, Bi3+, Cd2+, Pb2+, Hg2+, As(III,V), Sb(III,V), Sn(II,IV) II grupa Al3+, Cr3+, Fe2+, Fe3+, Co2+, Ni2+, Zn2+, Mn2+ -III grupa Ca2+, Sr2+, Ba2+ - IV grupa NH4+, Na+, K+, Mg2+ - V grupa 2 M HCl wytrÄ…canie Grupa I chlorki trudno rozp. w H2O PozostaÅ‚e kationy AgCl, PbCl2, Hg2Cl2 H2S lub AKT + 2 M HCl wytrÄ…canie Grupa II nierozpuszczalne w rozcieÅ„. kwasach siarczki PozostaÅ‚e kationy CuS, Bi2S3, CdS, PbS, HgS, As2S3, As2S5, Sb2S3, SnS2 (NH4)2S lub AKT + bufor amonowy wytrÄ…canie amon amonowy Grupa III rozpuszczalne w kwasach siarczki, PozostaÅ‚e kationy nierozpuszczalne w zasadach siarczki i wodorotlenki Al(OH)3, Cr(OH)3, Fe(OH)3, ZnS, NiS, CoS, MnS (NH4)2CO3 + bufor amonowy wytrÄ…canie PozostaÅ‚e kationy: Grupa IV nierozpuszczalne w H2O wÄ™glany Grupa V: CaCO3, SrCO3, BaCO3 NH4+, Na+, K+, Mg2+ 12 2. REAKCJE CHARAKTERYSTYCZNE WYBRANYCH KATIONÓW I GRUPY Odczynnikiem grupowym I grupy analitycznej jest 2M roztwór kwasu chlorowodorowego. Do tej grupy należą katony srebra Ag+, rtÄ™ci Hg22+ i oÅ‚owiu Pb2+. Reakcje jonu srebra Ag+ 1. Roztwór 2 M kwasu chlorowodorowego HCl (odczynnik grupowy) wytrÄ…ca biaÅ‚y serowaty osad chlorku srebra AgCl Ag+ + Cl- AgCl“! biaÅ‚y Wykonanie: Do 2-3 kropli badanego roztworu dodaj 2-3 krople 2M HCl do wytrÄ…cenia osadu. Jest to osad ciemniejÄ…cy na Å›wietle (fotochemiczny rozkÅ‚ad na srebro i chlor), nierozpuszczalny w 2 M roztworze HNO3, rozpuszczalny w amoniaku z utworzeniem kompleksowego zwiÄ…zku - chlorku diaminasrebra AgCl + 2 NH3·H2O [Ag(NH3)2]Cl + 2 H2O 2. Roztwór wodorotlenku NaOH lub KOH wytrÄ…ca nietrwaÅ‚y wodorotlenek srebra rozkÅ‚adajÄ…cy siÄ™ na tlenek srebra i wodÄ™ 2 Ag+ + 2 NaOH Ag2O“! + H2O+ 2 Na+ ciemnobrunatny Wykonanie: Do 2-3 kropli badanego roztworu dodaj 2-3 krople 3 M. NaOH do wytrÄ…cenia osadu. 3. Roztwór wodny amoniaku NH3"H2O wytrÄ…ca biaÅ‚y osad wodorotlenku srebra, który rozkÅ‚ada siÄ™ do tlenku srebra, rozpuszczalnego w nadmiarze odczynnika z utworzeniem wodorotlenku diaminasrebra Ag2O + 4 NH3·H2O 2 [Ag(NH3)2]OH + 3 H2O Wykonanie: PróbÄ™ należy wykonać w suchej probówce. Do 3 kropli badanego roztworu dodaj 1-2 krople NH3·H2O (do oznaczania Ag+) - widać zmÄ™tnienie. Dodanie dalszych 2-3 kropli roztworu NH3·H2O powoduje rozpuszczenie osadu. 4. Roztwór jodku potasu KI wytrÄ…ca osad jodku srebra Ag+ +I- AgI“! żółtozielonkawy Wykonanie: Do 2-3 kropli badanego roztworu dodaj kroplami KI do wytrÄ…cenia osadu. 5. Roztwór chromianu(VI) potasu K2CrO4 wytrÄ…ca osad chromianu(VI) srebra 2 Ag+ + CrO42- Ag2CrO4“! czerwonobrunatny Osad ten rozpuszcza siÄ™ w rozcieÅ„czonym HNO3 i w NH3·H2O. Wykonanie: Do 2-3 kropli badanego roztworu dodaj 1-2 krople K2CrO4 do wytrÄ…cenia osadu. 13 Reakcje jonu oÅ‚owiu (II) Pb2+ 1. Roztwór 2 M kwasu chlorowodorowego HCl (odczynnik grupy I) wytrÄ…ca osad chlorku oÅ‚owiu(II) Pb2+ + 2 Cl- PbCl2“! biaÅ‚y Osad chlorku oÅ‚owiu (II) rozpuszcza siÄ™ w gorÄ…cej wodzie, a po oziÄ™bieniu krystalizuje w postaci drobnych blaszek. Wykonanie: Do 2-3 kropli badanego roztworu dodaje siÄ™ 1-2 krople 2 M roztworu HCl do wytrÄ…cenia osadu. W celu rozpuszczenia osadu należy wstawić probówkÄ™ zawierajÄ…ca roztwór z osadem do Å‚azni wodnej. NastÄ™pnie ochÅ‚odzić roztwór w zlewce z zimnÄ… wodÄ… (wytrÄ…ci siÄ™ osad). 2. Roztwór wodorotlenku NaOH lub KOH wytrÄ…ca osad wodorotlenku oÅ‚owiu(II) o wÅ‚aÅ›ciwoÅ›ciach amfoterycznych, rozpuszczalny jest w nadmiarze odczynnika i w kwasach Pb2+ + 2 OH- Pb(OH)2“! biaÅ‚y Pb(OH)2 + 2 NaOH Na2PbO2 + 2 H2O oÅ‚owin sodowy Pb(OH)2 + 2 NaOH Na2[Pb(OH)4] tetrahydroksyoÅ‚owian(II) sodowy Pb(OH)2 + 2 HNO3 Pb(NO3)2 + 2 H2O Wykonanie: Do 2-3 kropli badanego roztworu dodaje siÄ™ 1-2 krople 3 M NaOH do wytrÄ…cenia osadu. 3. Roztwór amoniaku NH3"H2O wytrÄ…ca osad wodorotlenku oÅ‚owiu(II) nierozpuszczalny w nadmiarze odczynnika Pb2+ + 2 NH3"H2O Pb(OH)2“! + 2 NH4+ biaÅ‚y Wykonanie: Do 2 - 3 kropli badanego roztworu dodaje siÄ™ 5-6 kropli 2 M 2NH3"H2O do wytrÄ…cenia osadu. 4. Roztwór jodku potasu KI wytrÄ…ca osad jodku oÅ‚owiu (II) Pb2+ + 2 I- PbI2“! żółty Osad jodku oÅ‚owiu(II) rozpuszcza siÄ™ w gorÄ…cej wodzie, a po oziÄ™bieniu krystalizuje. Wykonanie: Do 1 kropli badanego roztworu dodaje siÄ™ 1 kroplÄ™ roztworu KI i 2 krople 2 M. roztworu kwasu octowego CH3COOH (wytrÄ…ci siÄ™ żółty osad). Dodaj ok. 2 ml wody i ogrzewaj probówkÄ™ do rozpuszczenia osadu na wrzÄ…cej Å‚azni wodnej. Po oziÄ™bieniu w zlewce z zimnÄ… wodÄ… krystalizuje piÄ™kny, bÅ‚yszczÄ…cy, żółty osad. Jest to jedna z najpiÄ™kniejszych reakcji analitycznych. 5. Roztwór chromianu(VI) potasowego K2CrO4 wytrÄ…ca osad chromianu(VI) oÅ‚owiu(II) Pb2+ + CrO42- PbCrO4Å»ð żółty Wykonanie: Do 2-3 kropli badanego roztworu dodaje siÄ™ 1-2 krople 2 M roztworu kwasu octowego CH3COOH i 1-2 krople roztworu K2CrO4. 14 3. REAKCJE CHARAKTERYSTYCZNE WYBRANYCH KATIONÓW II GRUPY Odczynnikiem grupowym II grupy jest siarkowodór H2S (lub AKT) w obecnoÅ›ci 2M roztworu kwasu chlorowodorowego HCl). Do tej grupy zalicza siÄ™ nastÄ™pujÄ…ce jony: oÅ‚owiu Pb2+, rtÄ™ci Hg2+, bizmutu Bi3+, kadmu Cu2+ miedzi Cu2+, arsenu As(III, As(V), antymonu Sb(III), Sb(V), cyny Sn(II) i Sn(IV). Reakcje jonu rtÄ™ci (II) Hg2+ 1. Siarkowodór H2S (lub AKT w obecnoÅ›ci 2M roztworu HCl) odczynnik grupowy II grupy, wytrÄ…ca barwne osady soli podwójnych (np.HgCl2·2HgS), w których sole rtÄ™ci (II) poÅ‚Ä…czone sÄ… w różnych stosunkach. Barwa osadu zmienia siÄ™ w miarÄ™ dodawania odczynnika, od biaÅ‚ej poprzez żółtobrunatnÄ… i brunatnÄ… do czarnej Hg2+ + S2- HgS“! czarny Osad rozpuszcza siÄ™ w wodzie królewskiej (1 obj. HNO3 stęż. + 3 obj. HCl stęż.). Uwaga! Wykonanie reakcji pominąć! Wykonanie: Do 2-3 kropli badanego roztworu dodaj 1-2 krople 2 M roztworu HCl i 2-3 krople roztworu AKT. MieszaninÄ™ ogrzać na Å‚azni wodnej 8-10 min. 2. Roztwór wodorotlenku NaOH lub KOH wytrÄ…ca osad tlenku rtÄ™ci(II) Hg2+ + 2 OH- ®ð HgO“! + H2O żółty Wykonanie: Do 2-3 kropli badanego roztworu dodaje siÄ™ 1-2 krople 3 M roztworu NaOH. WytrÄ…ca siÄ™ czerwonobrÄ…zowy osad przechodzÄ…cy w nadmiarze odczynnika strÄ…cajÄ…cego w żółty. 3. Roztwór amoniaku NH3·H2O wytrÄ…ca osady soli amino- lub tlenoaminortÄ™ci(II) HgCl2 + 2NH3 H2O®ð HgNH2Cl“! + NH4Cl + 2 H2O biaÅ‚y Hg 2 Hg(NO3)2 + 4 NH3 H2O NH2NO3 O + NH4NO3 + 3 H2O Hg biaÅ‚y Wykonanie: Do 2-3 kropli badanego roztworu dodaje siÄ™ 1-2 krople 3 M roztworu NH3·H2O aż do uzyskania odczynu zasadowego i wytrÄ…cenia osadu. 4. Roztwór jodku potasu KI wytrÄ…ca osad jodku rtÄ™ci(II), rozpuszczalny w nadmiarze odczynnika z utworzeniem zwiÄ…zku kompleksowego jodortÄ™cianu(II) potasu Hg2+ + 2 I- ®ð HgI2“! czerwony HgI2 + 2 KI ®ð K2[HgI4] bezbarwny Wykonanie: Do 2 kropli badanego roztworu dodaje siÄ™ 1 kroplÄ™ 0.1 M roztworu KI (wytrÄ…ci siÄ™ osad). NastÄ™pnie dodaj dalsze 1-2 krople roztworu KI do rozpuszczenia osadu. 15 Reakcje jonu miedzi(II) Cu2+ 1. Siarkowodór H2S (AKT) odczynnik grupowy wytrÄ…ca osad siarczku miedzi(II) Cu2+ + S2- CuS“! czarny Siarczek miedzi(II) rozpuszcza siÄ™ w gorÄ…cym 2 M roztworze kwasu azotowego(V) HNO3. Uwaga! Wykonanie reakcji pominąć! Wykonanie: Do 2-3 kropli badanego roztworu dodaje siÄ™ 1-2 krople 2 M roztworu HCl i 2-3 krople roztworu AKT. MieszaninÄ™ ogrzewać na Å‚azni wodnej 8-10 min. 2. Roztwór wodorotlenku NaOH lub KOH wytrÄ…ca osad wodorotlenku miedzi(II), który przy podgrzaniu przechodzi w tlenek Cu2+ + 2 OH- Cu(OH)2“! niebieskozielony Cu(OH)2 CuO“! + H2O brunatnoczerwony Wykonanie: Do 2-3 kropli badanego roztworu dodaje siÄ™ 1 kroplÄ™ 3 M roztworu NaOH. 3. Roztwór amoniaku NH3·H2O wytrÄ…ca osad wodorotlenku miedzi (II), rozpuszczalny w nadmiarze amoniaku z utworzeniem zwiÄ…zku kompleksowego wodorotlenku tetraaminomiedzi(II). Jest to jedna z najbardziej charakterystycznych reakcji Cu2+. Cu2+ + 2 NH3·H2O Cu (OH)2“! + 2 NH4+ niebieskozielony Cu(OH)2 + 4 NH3·H2O [Cu(NH3)4](OH)2 + 4 H2O szafirowy Wykonanie: Do 2-3 kropli badanego roztworu powoli dodaje siÄ™ kroplami 0.5 M roztwór NH3·H2O aż do wytrÄ…cenia osadu, i dalej aż do jego rozpuszczenia. 4. Roztwór jodku potasu KI wytrÄ…ca osad jodku miedzi(II), który rozkÅ‚ada siÄ™ na jodek miedzi(I) z równoczesnym wydzieleniem jodu 2 Cu2+ + 4 I- ®ð 2 CuI2“! ®ð Cu2I2“! + I2Ä™! czarny biaÅ‚y czerwonobrunatny Wykonanie: Do 1 kropli badanego roztworu dodaje siÄ™ 1 kroplÄ™ roztworu KI. 5. Roztwór heksacyjanożelazianu(II) potasowego K4[Fe(CN)6] wytrÄ…ca osad heksacyjanożelazianu (II) miedzi(II) 2 Cu2+ + [Fe(CN)6]4- Cu2II[FeII(CN)6]“! czerwonobrunatny Jest to reakcja bardzo czuÅ‚a. W roztworach rozcieÅ„czonych powstaje tylko czerwonawe zabarwienie. Wykonanie: Do 1 kropli badanego roztworu dodaje siÄ™ 1-2 krople roztworu K4[Fe(CN)6]. 16 Reakcje jonu bizmutu(III) Bi3+ 1. Siarkowodór H2S wytrÄ…ca osad siarczek bizmutu(III) rozpuszczalny w gorÄ…cym rozcieÅ„czonym HNO3 i gorÄ…cym stężonym HCl, 2 Bi3+ + 3 S2- Bi2S3“! brunatny Uwaga! Wykonanie reakcji pominąć! Wykonanie: Do 3 - 5 kropli badanego roztworu dodaj 1 kroplÄ™ 2 M. roztworu HCl i 2-3 krople roztworu AKT. MieszaninÄ™ należy ogrzać na Å‚azni z wrzÄ…cÄ… wodÄ… ok. 5 min. 2. Roztwory wodne chlorku bizmutu(III) BiCl3 lub azotanu(V) bizmutu(III) Bi(NO3)3 ulegajÄ… hydrolizie, mÄ™tniejÄ…, wytrÄ…ca siÄ™ biaÅ‚y osad soli zasadowej odpowiednio hydroksychlorek bizmutu(III) Bi(OH)Cl lub azotan bizmutylu BiONO3. Wykonanie: Do 2 - 3 kropli roztworu soli Bi(III) dodaj 2-3 krople wody destylowanej. Roztwór mÄ™tnieje. 3. Roztwór wodorotlenku NaOH lub KOH wytrÄ…ca biaÅ‚y osad wodorotlenku bizmutu(III) rozpuszczalny w kwasach, nierozpuszczalny w zasadach, który po podgrzaniu odwadnia siÄ™ przechodzÄ…c w żółty wodorotlenek bizmutylu. Bi3+ + 3 OH- Bi(OH)3“! biaÅ‚y Bi(OH)3“! BiO OH + H2O Żółty BiO+ - jon bizmutylu Wykonanie: Do 2 - 3 kropli roztworu soli Bi(III) dodaj 2 - 3 krople 3M roztworu NaOH. WytrÄ…cony osad ogrzać na Å‚azni wodnej 4. Roztwór amoniaku NH3·H2O wytrÄ…ca biaÅ‚y osad soli zasadowych, których skÅ‚ad zmienia siÄ™ w zależnoÅ›ci od stężenia roztworu i temperatury. Wykonanie: Do 2 - 3 kropli roztworu soli Bi(III) dodaj 2 - 3 krople roztworu NH3·H2O. WytrÄ…cony osad ogrzać na Å‚azni wodnej 5. Roztwór jodku potasu KI wytrÄ…ca z roztworów soli bizmutu (III) ciemnobrunatny jodek Bil3, rozpuszczajÄ…cy siÄ™ w nadmiarze odczynnika. Bi(NO3)3 + 3 KI BiI3 + 3 KNO3 ciemnobrunatny BiI3 + KI K[BiI4] tetrajodobizmutan(III) potasu pomaraÅ„czowy Przy rozcieÅ„czaniu roztworu powstaÅ‚ego zwiÄ…zku kompleksowego wytrÄ…ca siÄ™ z powrotem Bil3, który z kolei ulega hydrolizie, przechodzÄ…c w pomaraÅ„czowy jodek bizmutylu. BiI3 + H2O BiOI + 2 HI pomaraÅ„czowy Wykonanie: Do 2 - 3 kropli roztworu soli Bi(III) dodaj 2 - 3 krople roztworu KI. WytrÄ…ca siÄ™ ciemnobrunatny osad. Po dodaniu nadmiaru roztworu KI osad rozpuszcza siÄ™ i tworzy siÄ™ pomaraÅ„czowy kompleks 17 6. Roztwory dichromianu(VI) potasu K2Cr2O7 powodujÄ… wytrÄ…canie żółtego osadu dichromianu (VI) ditlenku dibizmutu (III) (dwuchromianu bizmutylu), rozpuszczalnego w kwasach, nierozpuszczalnego w zasadach (odróżnienie od Pb) 2 Bi(NO3)3 + K2Cr2O7 + 2 H2O (BiO)2Cr2O7 + 2 KNO3 + 4 HNO3 żółty Wykonanie: Do 2 - 3 kropli roztworu soli Bi(III) dodaj 2 - 3 krople roztworu K2Cr2O7. Powstaje żółty osad. CZŚĆ PRAKTYCZNA ANALIZY KATIONÓW. Identyfikacja pojedynczych kationów w roztworze polega na dodawaniu odczynników charakterystycznych do maÅ‚ych porcji badanego roztworu. Na ogół zaczyna siÄ™ od stwierdzenia, do której grupy analitycznej należy zawarty w roztworze kation. W tym celu do kolejnych porcji roztworu dodaje siÄ™ odczynniki grupowe kolejnych grup analitycznych. Nr Przebieg analizy Obserwacje Wnioski Wynik probówki 1 Próbka + HCl Brak osadu Kation nie należy do I grupy Próbka + AKT Czarny osad Kation II grupy Próbka + NaOH Niebieskozielony osad Cu2+ osad + NH3"H2O Osad rozpuszcza siÄ™ Próbka + NH3"H2O Szafirowy zabarwienie Cu2+ roztworu Próbka + K4[Fe(CN)6] Czerwonobrunatny osad Cu2+ Rekcje w toku analizy Cu2+ + 2 S-2 CuS“! Cu2+ + 2 OH- Cu(OH)2“! Cu(OH)2 + 4 NH3"H2O [Cu(NH3)4](OH)2 + H2O 2 Cu2+ + [Fe(CN)6]4- Cu2[Fe(CN)6]“! Cu2+ 2 itd itd itd W przypadku powstania osadu i stwierdzenia, że badany kation należy do I grupy, do kilku nowych porcji badanego roztworu dodaje siÄ™ inne odczynniki charakterystyczne. Na podstawie wyników tych reakcji (powstanie charakterystycznej barwy lub zapachu, wytrÄ…cenie siÄ™ osadu, jego barwa, rozpuszczalność) i dalszych reakcji z innymi odczynnikami identyfikuje siÄ™ badany kation. Jeżeli po dodaniu odczynnika grupowego I grupy kationów osad nie wytrÄ…ca siÄ™, do tej samej porcji roztworu dodaje siÄ™ odczynnik grupowy II grupy. Brak reakcji wytrÄ…cania oznacza brak kationu II grupy w badanym roztworze. NastÄ™pnie dodaje siÄ™ odczynnik grupowy III grupy. Jeżeli i w tym przypadku nie powstanie osad, dodaje siÄ™ odczynnik grupowy IV grupy. Jeżeli osad nie powstanie, oznacza to, że badany kation należy do V grupy lub w roztworze brak jest w ogóle kationów. Po stwierdzeniu, do której grupy analitycznej należy kation, przeprowadza siÄ™ opisane uprzednio reakcje charakterystyczne. 18 ĆWICZENIE 1 polega na identyfikacji wybranych kationów grup I-II. Część I: Należy zapoznać siÄ™ ze wszystkimi reakcjami kationów I-II grup wykonujÄ…c samodzielnie reakcje grupowe (dla zidentyfikowania grupy) i charakterystyczne tych kationów. Potrzebne roztwory znajdujÄ… siÄ™ na sali na półkach nad stoÅ‚ami laboratoryjnymi, w koszyczkach na stoÅ‚ach oraz pod wyciÄ…giem. Przebieg reakcji musi być zapisany w dzienniku laboratoryjnym w postaci tabelki. Po zapoznaniu siÄ™ z reakcjami należy zgÅ‚osić siÄ™ do asystenta po zadanie. Część II: W 3 probówkach otrzymanych od asystenta (każda zawiera roztwór jednej soli) należy zidentyfikować znajdujÄ…ce siÄ™ w nich kationy. IdentyfikacjÄ™ należy przeprowadzić wg opisanych reguÅ‚. Do probówek wlewać po kilka kropli badanego roztworu i kroplami dodawać roztwory poszczególnych odczynników. Wyniki analizy przedstawić wg podanego schematu: ĆWICZENIE NR 2 Identyfikacja kationów Mn2+, Cr3+, Fe3+, Ca2+, NH4+ i K+ 1. REAKCJE CHARAKTERYSTYCZNE WYBRANYCH KATIONÓW III GRUPY Odczynnikiem grupowym III grupy jest siarczek amonu (NH4)2S lub AKT w obecnoÅ›ci buforu amonowego (NH3"H2O + NH4Cl). Do tej grupy należą kationy niklu Ni2+, kobaltu Co2+, żelaza Fe3+i Fe2+, manganu Mn2+, chromu Cr3+, glinu Al3+ i cynku Zn2+. Siarczek amonu (NH4)2S to sól w dość znacznym stopniu zdysocjowana, dlatego stężenie jonów siarczkowych S2- jest wystarczajÄ…ce do przekroczenia iloczynów rozpuszczalnoÅ›ci siarczków kationów III grupy i wytrÄ…cenia osadów. Iloczyny rozpuszczalnoÅ›ci5 tych siarczków sÄ… znacznie wiÄ™ksze od iloczynów rozpuszczalnoÅ›ci siarczków II grupy (np. IrCuS=8.0·10-36; IrMnS=1.0·10-11). Aby zapobiec hydrolizie siarczku amonowego, stosuje siÄ™ dodatek roztworu amoniakuj NH3·H2O (przesuniÄ™cie równowagi reakcji hydrolizy w lewo). (NH4)2S + H2O "! + NH4HS NH4HS + H2O "! NH3‡H2O + H2S Oprócz roztworu amoniaku należy dodać do roztworu kationów III grupy chlorku amonu, NH4Cl. Z jednej strony zapobiega to strÄ…caniu siÄ™ wodorotlenku magnezu, Mg(OH)2 pod wpÅ‚ywem amoniaku, a z drugiej przeszkadza w powstawaniu koloidalnych roztworów siarczków i wodorotlenków III grupy, pod warunkiem, że proces strÄ…cania prowadzony jest z roztworu ogrzanego uprzednio do wrzenia. 5 Iloczyn rozpuszczalnoÅ›ci jest to iloczyn stężeÅ„ jonów trudnorozpuszczalnego osadu w roztworze nad osadem. Dla reakcji równowagi trudnorozpuszczalnego osad AaBb "! aAaqb+ + bBaqa- iloczyn rozpuszczalnoÅ›ci można wyrazić wzorem Ir A Bb =ð [Ab+ð]a ×ð[Ba-]b . Osad soli lub wodorotlenku wytrÄ…ca siÄ™ w roztworze, gdy iloczyn a stężeÅ„ jonów w roztworze jest wiÄ™kszy niż iloczyn rozpuszczalnoÅ›ci dla danego osadu. 19 Reakcje jonu chromu (III) Cr3+ 1. Roztwór siarczku amonu (NH4)2S wytrÄ…ca osad wodorotlenku chromu (III) 2 Cr3+ + 3 S2- + 6H2O ®ð 2 Cr(OH)3“! + 3 H2S Szarozielony Uwaga! Wykonanie reakcji pominąć! Wykonanie: Do 2-3 kropli badanego roztworu dodać 3-4 krople roztworu AKT oraz kilka kropli roztworu buforu amonowego. MieszaninÄ™ ogrzewać na Å‚azni z wrzÄ…cÄ… wodÄ… 15-20 min. 2. Roztwór wodorotlenku NaOH lub KOH wytrÄ…ca osad wodorotlenku chromu(III) Cr3+ + 3 OH- Cr(OH)3“! szarozielony Wodorotlenek chromu(III) ma wÅ‚aÅ›ciwoÅ›ci amfoteryczne, rozpuszcza siÄ™ w nadmiarze roztworu zasady i w kwasach. Cr(OH)3 + NaOH NaCrO2 + 2 H2O chromin sodowy (zielony) lub Cr(OH)3 + NaOH- Na[Cr(OH)4] (inny zapis powyższej reakcji) Cr(OH)3 + 3 HCl CrCl3 + 3 H2O Wykonanie: Do 2-3 kropli badanego roztworu dodać 3-4 krople NaOH lub KOH. MieszaninÄ™ ogrzewać przez ok.10 min. na Å‚azni wodnej. 3. Roztwór wodny amoniaku wytrÄ…ca osad wodorotlenku chromu (III). Osad rozpuszcza siÄ™ nieznacznie w nadmiarze amoniaku, ale nie rozpuszcza siÄ™ w solach amonowych. Dlatego do wytrÄ…cenia można użyć bufor amonowy (NH3·H2O + NH4Cl) Cr3+ + 3 NH3·H2O Cr(OH)3“! + 3 NH4+ szarozielony Wykonanie: Do 2 kropli badanego roztworu dodać 1 kroplÄ™ 3 M NH3·H2O. Powstaje zielonkawy osad. 4. Woda utleniona H2O2 w Å›rodowisku zasadowym utlenia jony Cr3+ do CrO42- 2 CrO2- + 2 OH- + 3 H2O2 2 CrO42- + 4 H2O zielony żółty Wykonanie: Do 2 kropli badanego roztworu dodać 2 krople 3 M roztworu NaOH i 2 krople 3% roztworu H2O2. PowstajÄ…ce żółte zabarwienie roztworu jest specyficzne dla powstajÄ…cego chromianu (VI). Nie wylewać otrzymanego roztworu! 5. Difenylokarbazyd w Å›rodowisku kwaÅ›nym daje z jonami CrO42- (otrzymanymi w poprzedniej reakcji) zabarwienie czerwonofioletowe. W Å›rodowisku kwaÅ›nym jony chromianowe(VI) CrO42- przechodzÄ… w dichromianowe(VI) 2 CrO42- + 2 H+ Ûð Cr2O72- + H2O Mechanizm reakcji difenylokarbazydu z chromem jest prawdopodobnie nastÄ™pujÄ…cy: chrom (VI) redukuje siÄ™ do chromu (III), utleniajÄ…c przy tym difenylokarbazyd do difenylokarbazonu. Difenylokarbazon tworzy z powstajÄ…cymi (in statu nascendi) jonami Cr3+czerwonofioletowe zabarwienie (z samymi jonami Cr3+ reakcja nie zachodzi). Reakcja jest czuÅ‚a i stosowana w analizie wody do oznaczania chromu. Wykonanie: Do 3 kropli roztworu (otrzymanego w reakcji 4) dodać 2 krople 2 M H2SO4 i 2-3 krople 1 % alkoholowego roztworu difenylokarbazydu. Powstaje czerwonofioletowe zabarwienie. 20 Reakcje jonu żelaza(III) Fe3+ 1. Roztwór (NH4)2S wytrÄ…ca osad siarczku żelaza(III) 2 Fe3+ + 3 S2- Fe2S3“! czarny Osad Å‚atwo rozpuszcza siÄ™ w kwasach, np. w 2M HCl Fe2S3 + 4 HCl 2 FeCl2 + S“! + 2 H2S biaÅ‚y koloidalny osad siarki Uwaga! Wykonanie reakcji pominąć! Wykonanie: Do 2 kropli badanego roztworu dodać 1 kroplÄ™ 2 M roztworu NH3·H2O (do odczynu sÅ‚abo zasadowego) + NH4Cl i 2-3 krople AKT. MieszaninÄ™ ogrzewać na Å‚azni z wrzÄ…cÄ… wodÄ… 5-10 min. 2. Roztwór wodorotlenku NaOH lub KOH wytrÄ…ca osad wodorotlenku żelaza(III) Fe3+ + 3 OH- Fe(OH)3“! brunatny Osad ten rozpuszcza siÄ™ w kwasach, np. Fe(OH)3 + 3 HCl ®ð FeCl3 + 3 H2O Wykonanie: Do 1-2 kropli badanego roztworu dodać 1-2 krople 3 M roztworu NaOH aż do wytrÄ…cenia siÄ™ czerwonobrunatnego osadu. 3. Roztwór amoniaku NH3·H2O wytrÄ…ca osad brunatny wodorotlenku żelaza(III) jak w reakcji z NaOH. 4. Roztwór heksacyjanożelazianu(III) potasu K3[Fe(CN)6] tworzy rozpuszczalnÄ… sól - heksacyjanożelazian(III) żelaza(III) FeIII[FeIII (CN)6] o zabarwieniu brunatnym Wykonanie: Do 1-2 kropli badanego roztworu dodać 1-2 krople K3[Fe(CN)6] aż do wytrÄ…cenia siÄ™ czerwonobrunatnego osadu. 5. Roztwór heksacyjanożelazianu(II) potasu K4[Fe(CN)6] wytrÄ…ca osad heksacyjanożelazianu(II) żelaza(III), tzw. bÅ‚Ä™kit pruski 4 Fe3+ + 3 [Fe(CN)6]4- Fe4III[FeII(CN)6]3 “! ciemnoniebieski Wykonanie: Do 1-2 kropli badanego roztworu dodać 1 kroplÄ™ roztworu K4[Fe(CN)6]. 6. Roztwór tiocyjanianu (rodanku) potasu KSCN tworzy rozpuszczalne zwiÄ…zki kompleksowe o zabarwieniu krwistoczerwonym Fe3+ + SCN- [Fe(SCN)]2+ Fe3+ + 2 SCN- [Fe(SCN)2]+ Fe3+ + 3 SCN- Fe(SCN)3 Dalszy nadmiar jonów tiocyjanianowych powoduje powstawanie kolejnych jonów kompleksowych [Fe(SCN)4]-, [Fe(SCN)5]2-, [Fe(SCN)6]3-; zabarwienie roztworu staje siÄ™ bardziej intensywne. Reakcja ta jest bardzo czuÅ‚a, stosowana w analizie wody. Pozwala wykryć Fe3+. Jest to specyficzna reakcja dla Fe3+, pozwala wykryć bezpoÅ›rednio kationy Fe3+ w obecnoÅ›ci wielu innych kationów. Wykonanie: Do 1-2 kropli badanego roztworu dodać 1 kroplÄ™ roztworu KSCN lub NH4SCN. 21 Reakcje jonu manganu(II) Mn2+ 1. Roztwór siarczku amonu (NH4)2S wytrÄ…ca cielisty osad siarczku manganu(II) Mn2+ + S2- ®ð MnSÅ»ð cielisty Osad ten Å‚atwo rozpuszcza siÄ™ w kwasach. Uwaga! Wykonanie reakcji pominąć! Wykonanie: Do 2 kropli badanego roztworu dodać 2 krople 2 M NH3"H2O, 4 krople 0.5 M NH4Cl i 3 krople AKT. MieszaninÄ™ ogrzewać na Å‚azni wodnej 5-10 min, aż do wytrÄ…cenia na dnie probówki jasnoróżowo - cielistego osadu. 2. Roztwór wodorotlenku NaOH lub KOH wytrÄ…ca osad wodorotlenku manganu(II) Mn2+ + 2 OH- ®ð Mn(OH)2 biaÅ‚y Mn(OH)2 rozpuszcza siÄ™ w rozcieÅ„czonych kwasach oraz solach amonowych Wodorotlenek manganu(II) utlenia siÄ™ tlenem z powietrza do kwasu manganowego(IV), a nastÄ™pnie manganianu(IV) manganu(II) 2 Mn(OH)2 + O2 ®ð2 H2MnO3 H2MnO3 + Mn(OH)2 ®ð MnMnO3Å»ð+ 2 H2O brunatny Wykonanie: Do 2-3 kropli badanego roztworu dodać 1 (!) kroplÄ™ 3 M NaOH. ProbówkÄ™ z osadem energicznie wstrzÄ…snąć. WytrÄ…cony osad przez moment jest biaÅ‚y i natychmiast ciemnieje na powietrzu. Jeżeli wraz z zasadÄ… wprowadzimy do roztworu Mn2+ utleniacz np. nadtlenek wodoru H2O2 to H2MnO3 powstaje od razu i wytrÄ…ca siÄ™ w postaci ciemnobrunatnego osadu: Mn2+ + H2O2 + 2 OH- H2MnO3“! + H2O 3. Roztwór amoniaku NH3"H2O wytrÄ…ca osad wodorotlenku manganu(II) jak w reakcji z NaOH rozpuszczalny w nadmiarze amoniaku Wykonanie: Do 2-3 kropli badanego roztworu dodać 1 (!) kroplÄ™ 2 M NH3"H2O. ProbówkÄ™ z osadem energicznie wstrzÄ…snąć. WytrÄ…cony osad przez moment jest biaÅ‚y i natychmiast ciemnieje na powietrzu. 4. Roztwór heksacyjanożelazianu(III) potasu K3[Fe(CN)6] wytrÄ…ca osad heksacyjanożelazianu(III) manganu(II) 3 Mn2+ + [Fe(CN)6]3- ®ð Mn3[Fe(CN)6]2 Å»ð brunatny Wykonanie: Do 1 kropli badanego roztworu dodać 1 kroplÄ™ K3[Fe(CN)6]. 5. Roztwór heksacyjanożelazianu(II) potasu K4[Fe(CN)6] wytrÄ…ca osad heksacyjanożelazianu(II) manganu(II) 2 Mn2+ + [Fe(CN)6]4- ®ð Mn2[Fe(CN)6] biaÅ‚y Wykonanie: Do 1 kropli badanego roztworu dodać 1 kroplÄ™ K4 [Fe(CN)6]. 22 6. Roztwór nadsiarczanu amonu (NH4)2S2O8 - wobec katalizatora AgNO3, w Å›rodowisku kwaÅ›nym, utlenia jony Mn2+ do jonów manganianowych(VII) MnO4-. Reakcja jest bardzo czuÅ‚a, stosowana do oznaczania Å›ladowych iloÅ›ci manganu w wodzie katalizator Ag 2 Mn2+ + 5 S2O82- + 8 H2O 2 HMnO4 + 10 SO42- + 14 H+ jasnoróżowy ciemnofioletowy Wykonanie: Do 1 kropli (nie wiÄ™cej!) badanego roztworu dodać 50 kropli wody i wymieszać. Z tego roztworu pobrać 1 ml i dodać do niego 2 krople stężonego HNO3 i 10 kropli 1% roztworu AgNO3 (pojawia siÄ™ zmÄ™tnienie) oraz szczyptÄ™ (NH4)2S2O8 i wymieszać. MieszaninÄ™ ogrzewać na wrzÄ…cej Å‚azni wodnej ok. 3-5 min. ProbówkÄ™ z wytrÄ…conym brÄ…zowo-brunatnym osadem wyjąć z Å‚azni i energicznie wstrzÄ…snąć - osad opada na dno probówki, a roztwór ma fioletowo-różowe zabarwienie. ProbówkÄ™ odstawić na chwilÄ™ - osad opadnie, a kolor bÄ™dzie wyrazniejszy. 2. REAKCJE CHARAKTERYSTYCZNE WYBRANEGO KATIONU IV GRUPY Odczynnikiem grupowym IV grupy analitycznej kationów jest wÄ™glan amonu (NH4)2CO3 w obecnoÅ›ci buforu amonowego (NH3"H2O + NH4Cl). Do tej grupy zaliczmy jony wapnia Ca2+, strontu Sr2+i baru Ba2+. WÄ™glan amonu, jako sól w roztworach wodnych jest caÅ‚kowicie zdysocjowana: (NH4)2CO3 2 NH4+ + CO32- Jako sól sÅ‚abej zasady i sÅ‚abego kwasu ulega on także w roztworach wodnych hydrolizie: (NH4)2CO3 + H2O "! NH4HCO3 + NH3·H2O PowstajÄ…cy w tej reakcji kwaÅ›ny wÄ™glan amonu dysocjuje dalej: NH4HCO3 "! NH4+ + HCO3- W roztworze wodnym wÄ™glanu amonu obok jonów CO32- sÄ… wiÄ™c jony HCO3-, które z kationami IV grupy dajÄ… Å‚atwo rozpuszczalne kwaÅ›ne wÄ™glany. Utrudnia to caÅ‚kowite wytrÄ…cenie i oddzielenie kationów IV grupy. W celu przeciwdziaÅ‚ania powstawaniu kwaÅ›nych wÄ™glanów dodaje siÄ™ do roztworu wÄ™glanu amonu roztwór amoniaku. Cofa on reakcjÄ™ hydrolizy wÄ™glanu amonu zgodnie z reakcjÄ… NH4HCO3 + NH4OH ®ð (NH4)2CO3 + H2O Roztwór amoniaku, w obecnoÅ›ci wÄ™glanu amonu może powodować wytrÄ…canie jonu magnezu z grupy V w postaci Mg2(OH)2CO3. Z tego wzglÄ™du konieczny jest dodatek NH4Cl. Osad Mg2(OH)2CO3 jest rozpuszczalny w roztworze soli amonowych. Reakcje jonu wapnia Ca2+ 1. Roztwór wÄ™glanu amonu (NH4)2CO3 wytrÄ…ca osad wÄ™glanu wapnia Ca2+ + CO32-®ð CaCO3Å»ð biaÅ‚y WÄ™glan wapnia rozpuszcza siÄ™ w rozcieÅ„czonych kwasach z wydzieleniem dwutlenku wÄ™gla CaCO3 + 2 H+ ®ð Ca2+ + H2O + CO2ð Wykonanie: Do 2 kropli badanego roztworu dodaj 1-2 krople 2M. roztworu (NH4)2CO3. Osad rozpuszcza siÄ™ w 4-5 kroplach 2 M. HCl. 23 2. Roztwór wodorotlenku NaOH i KOH wytrÄ…ca osad wodorotlenku ze stężonych roztworów soli wapnia Ca2+ + 2 OH- ®ð Ca(OH)2 Å»ð biaÅ‚y Osad ten jest dość dobrze rozpuszczalny w wodzie ok. 1.2 g/dm3 w temperaturze pokojowej. Wykonanie: Do 1 kropli badanego roztworu dodaj 1-2 krople 3M. roztworu NaOH. 3. Roztwór szczawianu amonowego (NH4)2C2O4 wytrÄ…ca osad szczawianu wapnia Ca2+ + C2O42- ®ð CaC2O4Å»ð biaÅ‚y Szczawian wapnia rozpuszcza siÄ™ w mocnych kwasach mineralnych, nie rozpuszcza siÄ™ w kwasie octowym CH3COOH. Wykonanie: Do 1 kropli badanego roztworu dodać 1 kroplÄ™ roztworu (NH4)2C2O4. WytrÄ…ca siÄ™ osad, który rozpuszcza siÄ™ w 5-6 kroplach 6 M HNO3. 4. Roztwór wodorofosforanu(V) sodu Na2HPO4 w obecnoÅ›ci NH3·H2O wytrÄ…ca biaÅ‚y osad fosforanu(V) wapnia 3 Ca2+ + HPO42- + 2 NH3·H2O ®ð Ca3(PO4)2Å»ð + 2 H2O + 2 NH4+ Wykonanie: Do 2 kropli badanego roztworu dodać 3-4 krople roztworu NH4Cl i 4 krople roztworu Na2HPO4. 5. Roztwór chromianu(VI) potasu K2CrO4 nie wytrÄ…ca osadu. 6. Roztwór dichromianu(VI) potasu K2Cr2O7 nie wytrÄ…ca osadu. 7. Zabarwienie pÅ‚omienia - sole wapnia zabarwiajÄ… pÅ‚omieÅ„ palnika gazowego na kolor ceglasto-czerwony. Wykonanie: Wprowadz badany roztwór na druciku platynowym do pÅ‚omienia palnika gazowego. PojawiajÄ…ce siÄ™ ceglastoczerwone zabarwienie Å›wiadczy o obecnoÅ›ci jonów wapnia. 3. REAKCJE CHARAKTERYSTYCZNE WYBRANYCH KATIONÓW V GRUPY Kationy V grupy analitycznej nie posiadajÄ… odczynnika grupowego. Do tej grupy należą jony: sodu Na+, potasu K+, amonu NH4+ i magnezu Mg2+ Reakcje jonu amonowego NH4+ 1. Roztwór wodorotlenku NaOH lub KOH wypiera z soli amonowych przy podgrzaniu lotny NH3. NH4Cl + NaOH NH3Ä™! + NaCl + H2O WydzielajÄ…cy siÄ™ amoniak można poznać po zapachu lub zmianie zabarwienia wilgotnego, różowego papierka lakmusowego, umieszczonego u wylotu probówki z mieszaninÄ… reagujÄ…cÄ…, na kolor niebieski. 24 Wykonanie: Do 4-6 kropli badanego roztworu dodaj 4-6 kropli 6 M KOH i umieść w probówce uniwersalny papierek wskaznikowy zawieszony na jej krawÄ™dzi. Podczas ogrzewania probówki w Å‚azni wodnej papierek zmienia zabarwienie na zielone tzn. wskazuje na Å›rodowisko alkaliczne. 2. Roztwór heksaazotynokobaltanu(III) sodowego Na3[Co(NO2)6] wytrÄ…ca osad heksa- azotynokobaltanu(III) sodowo-amonowego 2NH4+ + Na+ + [Co(NO2)6]3- ®ð (NH4)2Na[Co(NO2)6]“! żółty Wykonanie: Do 1 - 2 kropli badanego roztworu dodaj 1 kroplÄ™ roztworu Na3[Co(NO2)6]. 3. Odczynnik Nesslera - alkaliczny roztwór jodortÄ™cianu(II) potasu K2[HgJ4] wytrÄ…ca osad jodku tlenoaminortÄ™ci(II) W przypadku bardzo maÅ‚ej liczby jonów NH4+ osad nie wydziela siÄ™, a jedynie wystÄ™puje żółte, pomaraÅ„czowe lub brÄ…zowe zabarwienie roztworu w zależnoÅ›ci od ich stężenia. Hg NH2 I O + 7 KI + KCl + 3 H2O NH4Cl + 2 K2[HgI4] + 4 KOH Hg żółtobrunatny Wykonanie: 1-2 krople badanego roztworu wkroplić do probówki i rozcieÅ„czyć 8-10 kroplami wody destylowanej. Dodać 1-2 krople odczynnika Nesslera. Reakcje jonu potasu K+ 1. Roztwór NaOH lub KOH nie wytrÄ…ca osadu. 2. Roztwór heksaazotynokobaltanu(III) sodu Na3[Co(NO2)6] wytrÄ…ca z roztworów zakwaszonych kwasem octowym osad heksaazotynokobaltanu(III) sodowo-potasowego 2 K+ + Na+ + [Co(NO2)6]3- ®ð K2Na[Co(NO2)6]Å»ð żółty Jest to najbardziej czuÅ‚a reakcja na jon K+, prowadzona na mokro . Stosuje siÄ™ jÄ… do oznaczania potasu w wodzie. Wykonanie: Do 1-2 kropli badanego roztworu dodaj 1 kroplÄ™ roztworu Na3[Co(NO2)6]. WstrzÄ…Å›nij i odstaw probówkÄ™. 3. Zabarwienie pÅ‚omienia - sole potasu zabarwiajÄ… pÅ‚omieÅ„ palnika gazowego na kolor jasno fioletowy. Ta barwa może być tÅ‚umiona żółtÄ… barwÄ… jonów sodowych, które dajÄ… żółtÄ… barwÄ™ pÅ‚omienia nawet w Å›ladowych iloÅ›ciach Wykonanie: Wprowadz badany roztwór na druciku platynowym do pÅ‚omienia palnika gazowego. Pojawi siÄ™ jasno fioletowe zabarwienie. 25 ĆWICZENIE NR 3 Identyfikacja wybranych anionów chlorków, azotanów(V), siarczanów(VI) i fosforanów(V) Na podstawie systematyki Bunsena najczęściej wystÄ™pujÄ…ce aniony podzielono na 7 grup analitycznych. PodziaÅ‚ ten uwarunkowany jest różnicami w zachowaniu siÄ™ poszczególnych anionów wzglÄ™dem azotanu(V) srebra i chlorku baru oraz różnÄ… rozpuszczalnoÅ›ciÄ… powstajÄ…cych w tych reakcjach osadów w rozcieÅ„czonym kwasie azotowym(V) (tabela). Program przewiduje opanowanie umiejÄ™tnoÅ›ci identyfikowania anionów: Cl-, NO3- i SO42-, PO43-. PodziaÅ‚ anionów na grupy analityczne wg Bunsena Grupa Aniony 0.1M AgNO3 0.25M BaCl2 analityczna I Chlorkowy Cl- BiaÅ‚y lub żółty osad Brak osadu Bromkowy Br- nierozpuszczalny Jodkowy I- w 2M HNO3 Cyjankowy CN- Tiocyjanianowy SCN- Chlorowy(I) ClO- Heksacyjanożelazianowy(III) [Fe(CN)6]3- Heksacyjanożelazianowy(II) [Fe(CN)6]4- II Siarczkowy S2- Czarny lub biaÅ‚y osad Brak osadu Azotanowy (IV)NO2- rozpuszczalny w 2M Octanowy CH3COO- HNO3 (Ag2S na gorÄ…co) III Siarczanowy(IV) SO32- BiaÅ‚y osad BiaÅ‚y osad WÄ™glanowy CO32- rozpuszczalny w rozpuszczalny Szczawianowy C2O42- 2M HNO3 w 2M HNO3 Boranowy BO2- Winianowy C4H4O62- Wodorofosforanowy(III) HPO32- Manganowy(VI) MnO42- IV Ditionianowy (tiosiarczanowy) S2O32- Barwny osad BiaÅ‚y osad Chromianowy(VI) CrO42- rozpuszczalny w rozpuszczalny Fosforanowy(V) PO43- 2M HNO3 w 2M HNO3 Arsenianowy(V) AsO43- Arsenianowy(III) AsO33- Wanadynowy(V) V2O74- V Azotanowy(V) NO3- Brak osadu Brak osadu Chlorowy(V) ClO3- Chlorowy(VII) ClO4- Manganowy(VII) MnO4- Manganowy(VI) MnO42- VI Fluorkowy F- Brak osadu BiaÅ‚y osad Siarczanowy(VI) SO42- nierozpuszczalny Heksafluorokrzemianowy SiF62- w 2 M HNO3 VII Krzemianowy SiO32-, Żółty osad BiaÅ‚y osad Wolframianowi WO42- rozpuszczalny rozpuszczalny w 2M HNO3 w 2M HNO3 26 Reakcje jonu chlorkowego Cl- 1. Roztwór azotanu(V) srebra AgNO3 wytrÄ…ca biaÅ‚y serowaty osad chlorku srebra Ag+ + CI-®ð AgClÅ»ð biaÅ‚y Osad ten ciemnieje na Å›wietle dziennym (rozkÅ‚ad na srebro i chlor). Chlorek srebra jest nierozpuszczalny w rozcieÅ„czonych kwasach mineralnych, rozpuszczalny w NH3"H2O. AgCl + 2 NH3"H2O ®ð [Ag(NH3)2]Cl + 2 H2O chlorek diaminosrebra Po zakwaszeniu otrzymanego roztworu wytrÄ…ca siÄ™ ponownie osad AgCl [Ag(NH3)2]Cl+ 2 HNO3 ®ð AgClÅ»ð + 2 NH4NO3 Wykonanie: Do 2-3 kropli badanego roztworu dodaj 2-3 krople 0.1 M. roztworu AgNO3. 2. Roztwór BaCl2 nie wytrÄ…ca osadu. 3. Roztwór azotanu(V) oÅ‚owiu(II) Pb(NO3)2 wytrÄ…ca z niezbyt rozcieÅ„czonych roztworów chlorków krystaliczny osad chlorku oÅ‚owiu(II) Pb2+ + 2 Cl- ®ð PbCl2Å»ð biaÅ‚y Chlorek oÅ‚owiu(II) jest rozpuszczalny w gorÄ…cej wodzie. Wykonanie: PróbÄ™ należy wykonać w suchej probówce. Do 2 kropli badanego roztworu dodaj 2 krople roztworu Pb(NO3)2. 4. Roztwór manganianu(VII) (nadmanganianu) potasu KMnO4 zostaje w Å›rodowisku kwaÅ›nym na gorÄ…co odbarwiony przez jony chlorku (sÅ‚aby reduktor) 2 MnO4- + 10 Cl- +16 H+ ®ð 5 Cl2ð+ 2 Mn2+ + 8 H2O Wykonanie: Do 4 kropli badanego roztworu dodaj kroplÄ™ stężonego KMnO4 i 1kroplÄ™ stęż. H2SO4. MieszaninÄ™ należy ogrzać ok. 10-15 min. (pod wyciÄ…giem!). Reakcja jonu azotanowego(V) NO3- 1. Roztwór azotanu(V) srebraAgNO3 nie wytrÄ…ca osadu. 2. Roztwór chlorku baru BaCl2 nie wytrÄ…ca osadu. 3. Roztwór siarczanu(VI) żelaza(II) FeSO4 daje z azotanami(V), tzw. reakcjÄ™ obrÄ…czkowÄ… . Polega ona na utlenieniu FeSO4 do Fe2(SO4)3 i na redukcji azotanów (V) do tlenku azotu NO. PowstajÄ…cy tlenek tworzy z nadmiarem FeSO4 siarczan nitrozowy żelaza(II) o brunatnym zabarwieniu: 2 NaNO3 + 8 FeSO4 + 4 H2SO4 2 Fe(NO)SO4 + Na2SO4 + 3 Fe2(SO4)3 + 4 H2O Wykonanie: Do probówki wprowadzić 2 krople roztworu zawierajÄ…cego jony azotanowe i 4 krople stęż. H2SO4. NastÄ™pnie probówkÄ™ oziÄ™bić zimnÄ… wodÄ… i ostrożnie dodać po Å›ciance 4 krople nasyconego roztworu FeSO4. Na granice zetkniÄ™cia obu roztworów powstaje brÄ…zowa obrÄ…czka. Stosowane roztwory muszÄ… być zimne, gdyż siarczan nitrozowy żelaza (II) w wyższej temperaturze ulega rozkÅ‚adowi wg reakcji: Fe(NO)SO4 FeSO4 + NO 27 4. Reakcja z Cu i kwasem siarkowym Miedz redukuje rozcieÅ„czony kwas azotowy do tlenku azotu NO 3 Cu + 8 H+ + 2 NO3- ®ð 3 Cu2+ + 2 NOð + 4 H2O 2 NO + O2 ®ð 2 NO2ð (tlen z powietrza) Do roztworu azotanu dodajemy trochÄ™ stężonego kwasu H2SO4 i metalicznÄ… miedz. Zawartość probówki ogrzewamy (pod wyciÄ…giem). Wydziela siÄ™ brunatny gaz, najlepiej widoczny na tle biaÅ‚ej kartki. Wykonanie: Do 3 kropli badanego roztworu dodaj 3-4 wiórki Cu i 5 kropli stężonego H2SO4. WstrzÄ…saj lekko probówkÄ…. 5. Difenyloamina (C6H5)2NH daje z jonami NO3- w stężonym H2SO4 niebieskie zabarwienie, które powstaje na skutek utlenienia odczynnika przez powstajÄ…cy kwas azotowy. Wykonanie: Do probówki wkroplić 2-3 krople roztworu difenyloaminy i 1 kroplÄ™ badanego roztworu. W obecnoÅ›ci jonów NO3- pojawi siÄ™ ciemnoniebieskie zabarwienie. Uwaga: Reakcja jest bardzo czuÅ‚a, ale niespecyficzna. Taki sam efekt daje użycie innych utleniaczy np.: ClO3-, AsO4-, NO2-. Reakcja jonu siarczanowego(VI) SO42- 1. Roztwór azotanu(V) srebra AgNO3 wytrÄ…ca osad tylko ze stężonych roztworów siarczanów(VI) 2 Ag+ + SO42- ®ð Ag2SO4Å»ð biaÅ‚y 2. Roztwór chlorku baru BaCl2 wytrÄ…ca krystaliczny osad siarczanu(VI) baru, nierozpuszczalny w rozcieÅ„czonych kwasach mineralnych, rozpuszczalny w stężonym kwasie siarkowym(VI) na gorÄ…co Ba2+ + SO42- ®ð BaSO4Å»ð biaÅ‚y BaSO4 + H2SO4 ®ð Ba(HSO4)2 Wykonanie: Do 2 kropli badanego roztworu dodaj 2 krople roztworu BaCl2. 3. Roztwór azotanu(V) oÅ‚owiu(II) Pb(NO3)2 wytrÄ…ca osad siarczanu(VI) oÅ‚owiu(II), rozpuszczalny w stężonych Å‚ugach i w stężonym kwasie siarkowym(VI) Pb2+ + SO42- ®ð PbSO4Å»ð biaÅ‚y PbSO4 + 4 OH- ®ð PbO22- + SO42- + 2 H2O PbSO4 + H2SO4 ®ð Pb2+ + 2 HSO4- Wykonanie: Do 2 kropli badanego roztworu dodaj 2 krople roztworu Pb(NO3)2 28 Reakcje jonu fosforanowego(V) PO43- Jon fosforanowy PO43- jest anionem kwasu ortofosforowego H3PO4. Jest to kwas Å›redniej mocy i jako kwas trójzasadowy tworzy trzy rodzaje soli: ·ð fosforany trójmetaliczne (obojÄ™tne): np. Na3PO4, Ca3(PO4)2 ·ð fosforany dwumetaliczne (kwaÅ›ne, wodorofosforan): np. Na2HPO4, CaHPO4 ·ð fosforany jednometaliczne (kwaÅ›ne, diwodorofosforan): np. NaH2PO4, Ca(H2PO4)2 1. Roztwór chlorku baru BaCl2 wytrÄ…ca z roztworu Na2HPO4 biaÅ‚y osad BaHPO4, rozpuszczalny w kwasach (z wyjÄ…tkiem H2SO4): Ba2+ + HPO42- ®ð BaHPO4Å»ð JeÅ›li te reakcjÄ™ wykonujemy w obecnoÅ›ci mocnych zasad lub NH4OH, jon HPO42- przechodzi w jon PO43-: HPO42- + OH- ®ð PO43- + H2O W tym przypadku strÄ…ca siÄ™ osad Ba3(PO4)2: 3 Ba2+ + 2 PO43-®ð Ba3(PO4)2Å»ð Osad ten rozpuszcza siÄ™ w kwasach tak samo jak BaHPO4. Wykonanie: Do 2 kropli badanego roztworu dodaj 1 kroplÄ™ 2 M NH4OH i 2 krople roztworu BaCl2 i wstrzÄ…Å›nij probówkÄ…. WytrÄ…ca siÄ™ biaÅ‚y osad rozpuszczalny w 6 M HNO3. 2. Mieszanina magnezowa (MgCl2 +NH4Cl + NH3"H2O) wytrÄ…ca biaÅ‚y, krystaliczny osad MgNH4PO4: HPO42- + NH3"H2O + Mg2+ ®ð MgNH4PO4Å»ð + H2O Wykonanie: Do 2 kropli badanego roztworu dodaj 10 kropli mieszaniny magnezowej. WytrÄ…ca siÄ™ biaÅ‚y osad. 3. Roztwór molibdenianu amonu (NH4)2MoO4 w HNO3 (1:1) wytrÄ…ca z roztworów fosforanów charakterystyczny, żółty krystaliczny osad fosforomolibdenianu amonu o wzorze (NH4)3H4[P(Mo2O7)6]. Osad ten rozpuszcza siÄ™ w nadmiarze fosforanów tworzÄ…c aniony zespolone i dlatego odczynnik musi być użyty w dużym nadmiarze. PO43- + 3 NH4+ + 12 MoO42- + 24 H+ (NH4)3H4[P(Mo2O7)6]“! + 10 H2O Wykonanie: Do 2 kropli badanego roztworu dodaj 10-15 kropli (!) roztworu molibdenianu amonu. Powstaje żółte zabarwienie roztworu. ProbówkÄ™ wstrzÄ…Å›nij energicznie i odstaw na chwilÄ™. WytrÄ…ca siÄ™ żółty krystaliczny osad. 29 CZŚĆ PRAKTYCZNA Ćwiczenie 2 polega na identyfikacji wybranych czterech anionów. Część I: Należy zapoznać siÄ™ ze wszystkimi reakcjami oznaczanych anionów wykonujÄ…c samodzielnie reakcje charakterystyczne. Potrzebne roztwory znajdujÄ… siÄ™ na sali na półkach nad stoÅ‚ami laboratoryjnymi, w koszyczkach na stoÅ‚ach oraz pod wyciÄ…giem. Po zapoznaniu siÄ™ z reakcjami należy zgÅ‚osić siÄ™ do asystenta po zadanie. Część II: W 3 probówkach otrzymanych od asystenta (każda zawiera roztwór jednej soli) należy zidentyfikować znajdujÄ…ce siÄ™ w nich aniony. IdentyfikacjÄ™ należy przeprowadzić wg opisanych zasad. Do probówek wlewać po kilka kropli badanego roztworu i kroplami dodawać roztwory poszczególnych odczynników. Wyniki analizy przedstawić wg podanego schematu Nr Przebieg analizy Obserwacje Wnioski Wynik probówki 1 Próbka + AgNO3 BiaÅ‚y osad I grupa Osad + HNO3 Nie rozpuszcza siÄ™ Osad + NH3"H2O Rozpuszcza siÄ™ Cl- Próbka + BaCl2 Brak osadu Próbka + Pb(NO3)2 BiaÅ‚y osad Osad + gorÄ…ca H2O Rozpuszcza siÄ™ Próbka + KMnO4, kwaÅ›ne Odbarwienie roztworu Cl- Å›rodowisko Reakcje w toku Ag+ + Cl- AgCl“! AgCl + 2NH3"H2O [Ag(NH3)2]Cl + 2H2O Pb2+ + 2Cl- PbCl2“! 2MnO4- + 10Cl- + 16H+ 5Cl2 + 2Mn2+ + 8H2O Cl- 2 itd 30 ĆWICZENIE NR 4 Otrzymywanie jodku oÅ‚owiu(II) metodÄ… wagowÄ… W reakcji azotanu(V) oÅ‚owiu(II) z jodkiem potasu wytrÄ…ca siÄ™ jodek oÅ‚owiu(II) w postaci żółtych kryształów. ZwiÄ…zek ten topi siÄ™ w temperaturze 405°ðC. Nie rozpuszcza siÄ™ w alkoholu i trudno rozpuszcza siÄ™ w wodzie (w 20°ðC ok.0.069%). Pb(NO3)2 + 2 KJ ®ð PbJ2 + 2 KNO3 Wykonanie oznaczenia Do zlewki o pojemnoÅ›ci 250cm3 dodać odmierzone za pomocÄ… pipety 25cm3 roztworu jodku potasu o stężeniu 0.12 mol/dm3 oraz 50 cm3 roztworu azotanu oÅ‚owiu stężeniu 0.03 mol/dm3. Roztwory wymieszać, a wytrÄ…cony osad przesÄ…czyć przez sÄ…czek uÅ‚ożony i dopasowany do szklanego lejka. SÄ…czek przed uÅ‚ożeniem na lejku ważymy wraz ze szkieÅ‚kiem zegarkowym na wadze analitycznej. Osad na sÄ…czku przemywamy wodÄ… destylowanÄ… z tryskawki. SÄ…czek wraz z osadem umieszczamy na szkieÅ‚ku zegarkowym i przenosimy do suszarki i suszmy w temperaturze120°ðC. Po upÅ‚ywie 1 godziny wysuszony osad wraz ze szkieÅ‚kiem zegarkowym przenosimy do eksykatora i po 15 min. ważymy. Obliczamy ile osadu otrzymano. Obliczamy teoretycznÄ… i rzeczywistÄ… wydajność reakcji. 31 ĆWICZENIE NR 5 Oznaczanie wodorotlenku sodowego NaOH 1. Przygotowanie mianowanego roztworu kwasu solnego Kwas solny o stężeniu 0.1mol/dm3 sporzÄ…dza siÄ™ przez rozcieÅ„czenie stężonego roztworu HCl ok. 35% masowych o gÄ™stoÅ›ci 1.18 g/cm3. Sposób obliczenia objÄ™toÅ›ci stężonego kwasu solnego, którÄ… należy wziąć do przygotowania 1l roztworu o stężeniu 0,1 mol/dm3 HCl jest nastÄ™pujÄ…cy: Z definicji stężenia wyrażonego w procentach masowych wynika, że 35 g HCl 100 znajduje siÄ™ w 100 g roztworu stężonego, tj. w =ð 84,7cm3 . 1,18 Masa 0.1 mol roztworu HCl wynosi 0.1 MHCl = 0.1·36,5 = 3.65 g HCl. Ta masa znajduje siÄ™ w nastÄ™pujÄ…cej objÄ™toÅ›ci stężonego kwasu solnego: 35 g HCl - 84,7 cm3 3,65×ð84,7 3.65 g HCl - Vx Vx= =ð 8,83cm3 35 Należy, wiÄ™c cylinderkiem odmierzyć 9 cm3 stężonego roztworu HCl i rozcieÅ„czyć do objÄ™toÅ›ci 1 dm3 lub odpowiednio mniejszÄ… objÄ™tość stężonego kwasu, jeÅ›li przygotowujemy 0.5 lub 0.3 dm3 rozcieÅ„czonego kwasu. Otrzymuje siÄ™ w ten sposób roztwór o stężeniu przybliżonym, którego dokÅ‚adne miano ustala siÄ™ przez miareczkowanie odważek sody otrzymanej z NaHCO3. Podczas takiego miareczkowania wobec oranżu metylowego przebiega reakcja: Na2CO3 + 2 HCl 2 NaCl + H2O + CO2 UWAGA! Przygotować 0.5 dm3 0.1 mol/dm3 kwasu solnego w butelce z korkiem na szlif. 32 2. Nastawianie miana 0.1 mol/dm3 roztworu HCl przy użyciu wÄ™glanu sodowego. Bezwodny wÄ™glan sodowy zawiera zwykle nieco wilgoci oraz kwaÅ›nego wÄ™glanu sodowego. Ogrzewanie w ciÄ…gu ok. godziny w temp. 270-300oC pozbawia sodÄ™ wilgoci oraz domieszek NaHCO3 w wyniku termicznego rozkÅ‚adu: 2 NaHCO3 Na2CO3 + CO2 + H2O Ogrzewanie sody przeprowadza siÄ™ w tyglu porcelanowym w piecu elektrycznym z regulowana temperaturÄ… lub w Å‚azni piaskowej ogrzewanej palnikiem gazowym. TemperaturÄ™ sody w tyglu sprawdza siÄ™ termometrem, który jednoczeÅ›nie sÅ‚uży do mieszania, co pewien czas zawartoÅ›ci tygla. Tygiel z wysuszonÄ… sodÄ… umieszcza siÄ™ w eksykatorze, a po ostudzeniu przesypuje siÄ™ sodÄ™ do szczelnego naczynka wagowego, które także przechowuje siÄ™ w eksykatorze. Odważki sody powinny być takiej wielkoÅ›ci, aby podczas miareczkowania zużywano z biurety 30-40 ml 0.1 mol/dm3 HCl. Miareczkowanie prowadzi siÄ™ wobec oranżu metylowego w sposób podany poniżej. W naczynku wagowym odważa siÄ™ dokÅ‚adnie (przez odsypywanie) 0.15-0.20 g Na2CO3 i przenosi iloÅ›ciowo do kolbki stożkowej o pojemnoÅ›ci 250 cm3. Odważony wÄ™glan rozpuszcza siÄ™ w ok. 60 cm3 wody destylowanej, dodaje 1-2 krople oranżu metylowego i roztwór miareczkuje z biurety roztworem przygotowanego kwasu solnego. Miareczkowanie prowadzi siÄ™ aż do pojawienia siÄ™ barwy cebulkowej, przejÅ›ciowej miedzy żółtÄ… i czerwonÄ…. Wykonuje siÄ™, co najmniej 3 oznaczenia. Pod koniec miareczkowania roztwór jest nasycony CO2, który obniża nieco pH roztworu NaCl. W przypadku trudnoÅ›ci w ustaleniu koÅ„ca miareczkowania należy przygotować roztwór porównawczy, tzw. wzorzec (Å›wiadek) miareczkowania, którym jest roztwór o objÄ™toÅ›ci i stężeniu równych objÄ™toÅ›ci i stężeniu roztworu miareczkowanego w koÅ„cu miareczkowania. 33 Stężenie kwasu oblicza siÄ™ wg wzoru: 1000×ð mNa CO3 2 2 cHCl =ð ×ð 1 V ×ð106 gdzie: cHCl - stężenie molowe roztworu HCl; mNa CO3 - odważka Na2CO3, 2 V - objÄ™tość roztworu HCl zużyta na miareczkowanie odważki sody o masie mNa CO3 . 2 3. Oznaczenie NaOH Otrzymane zadanie (próbkÄ™) rozcieÅ„cza siÄ™ wodÄ… destylowanÄ… do kreski w kolbie miarowej o objÄ™toÅ›ci 250 cm3 i dokÅ‚adnie miesza. NastÄ™pnie odmierza siÄ™ pipetÄ… 25 cm3 tego roztworu do kolbki stożkowej, dodaje 1-2 krople oranżu metylowego i miareczkuje przygotowanym roztworem kwasu solnego (ok. 0.1 mol/dm3) do zmiany barwy z żółtej na cebulkowÄ…. Wynik oblicza siÄ™ z wzoru: cHClVHCl cHClVHCl mNaOH =ð ×ðMNaOH =ð ×ð40 1000 1000 gdzie: cHCl - stężenie molowe HCl; VHCl - objÄ™tość roztworu HCl zużyta podczas miareczkowania. 34 ĆWICZENIE NR 6 Oznaczanie chlorków metodÄ… Mohra. /. Mianowany roztwór AgNO3; Argentometria to dziaÅ‚ analizy miareczkowej wytrÄ…ceniowej, w której wykorzystuje siÄ™ oznaczanie substancji w wyniku tworzenia podczas miareczkowania trudnorozpuszczalnego osadu. W metodzie oznaczania chlorków metodÄ… Mohra jako roztwór miareczkujÄ…cy stosuje roztwór azotanu srebrowego AgNO3, który można przygotować nastÄ™pujÄ…cymi sposobami: przez rozpuszczenie w wodzie odważki azotanu srebra o wysokim stopniu czystoÅ›ci lub przez rozpuszczenie odważki chemicznie czystego srebra (w postaci druciku) w 10 cm3 ok. 30%-owego HNO3. Po rozpuszczeniu srebra roztwór odparowuje siÄ™ w celu usuniÄ™cia tlenków azotu (odbarwienie roztworu). Miano roztworu AgNO3 wyznacza siÄ™ używajÄ…c NaCl lub KC1jako substancjÄ™ wzorcowÄ…. 2. Nastawianie miana AgNO3 na chlorek sodowy. Miano roztworu AgNO3 o stężeniu 0,05 mol/dm3 ustala siÄ™ na naważki wysuszonego (ok.2 godz) w temp. 110°C chlorku sodowego. OdważkÄ™ NaCl (70-80 mg dokÅ‚adnie odważonÄ… przez odsypywanie) rozpuszcza siÄ™ w ok. 60 ml wody destylowanej (nie zanieczyszczonej chlorkami), dodaje kilka kropli roztworu K2CrO4 i miareczkuje roztworem AgNO3 aż do powstania wyraznego czerwonobrunatnego zabarwienia nie znikajÄ…cego w ciÄ…gu 20 sekund mieszania. Roztwór azotanu srebra rozkÅ‚ada siÄ™ powoli pod wpÅ‚ywem Å›wiatÅ‚a i dlatego roztwory AgNO3 należy przechowywać w ciemnych butelkach. 3. Oznaczanie chlorków metodÄ… Mohra Metoda Mohra polega na bezpoÅ›rednim miareczkowaniu obojÄ™tnego roztworu chlorku mianowanym roztworem AgNO3 w obecnoÅ›ci K2CrO4 jako wskaznika. Podczas miareczkowania wytrÄ…ca siÄ™ najpierw trudnorozpuszczalny osad AgCl Ag+ + Cl- AgCl“! Gdy praktycznie caÅ‚a ilość jonów chlorkowych zostanie wytrÄ…cona, nadmiar roztworu jonów srebrowych Ag+ reaguje z jonami chromianowymi CrO42- wytrÄ…cajÄ…c brunatnoczerwony osad chromianu srebrowego. Powstanie brunatnoczerwonego zabarwienia roztworu wskazuje na koniec miareczkowania. 35 2 Ag+ + CrO42- Ag2CrO4“! Odczyn roztworu powinien być obojÄ™tny, ponieważ w roztworze kwaÅ›nym jony wodorowe reagujÄ… jonami CrO42-, tworzÄ…c jony wodorochromianowe HCrO4- i dichromianowe Cr2O72- 2 CrO42- + 2 H+ "! Cr2O72- + H2O Powoduje to zmniejszenie stężenia jonów CrO42- , a w bardziej kwaÅ›nych roztworach osad może siÄ™ wcale nie wytrÄ…cić. Ag2CrO4, jako sól sÅ‚abego kwasu, ulega rozpuszczeniu w kwaÅ›nych roztworach. W roztworach silnie zasadowych pH>10,5 nastÄ™puje wytrÄ…canie Ag2O 2 Ag+ + 2 OH- - Ag2O + H2O Metody Mohra nie można stosować do oznaczania chlorków w obecnoÅ›ci anionów tworzÄ…cych w roztworach obojÄ™tnych trudnorozpuszczalne sole srebrowe (Br-, I-, AsO43-, PO43-, CO32-), kationów tworzÄ…cych trudnorozpuszczalne chromiany (Ba2+, Pb2+) oraz substancji redukujÄ…cych AgNO3 do srebra metalicznego ( np. jony Fe2+). MetodÄ… Mohra można oznaczać bromki. Nie można jednak stosować tej metody do oznaczania jodków i tiocyjanianów, ponieważ jodek i tiocyjanian srebra silnie adsorbujÄ… jony chromianowe, przez co punkt równoważnoÅ›ci nie jest wyrazny. Wykonanie oznaczenia Po rozcieÅ„czeniu próbki w kolbie miarowej odmierza siÄ™ pipetÄ… 25 cm3 (lub 20 cm3) roztworu i przenosi do kolby stożkowej. Roztwór rozcieÅ„cza siÄ™ do objÄ™toÅ›ci ok. 60 cm3, dodaje 5-6 kropli roztworu K2CrO4 o stężeniu 1 mol/dm3 i miareczkuje mianowanym roztworem AgNO3 aż do powstania zabarwienia beżowego, nie znikajÄ…cego w ciÄ…gu 20 s mieszania. 36 Obliczanie wyników Zawartość chlorków w próbce oblicza siÄ™ na podstawie wzoru: cAgNO VAgNO3 3 mCl- = 35.45 1000 cAgNO VAgNO3 3 gdzie: - stężenie molowe roztworu AgNO3; - objÄ™tość cm3 roztworu AgNO3 zużyta na miareczkowanie. 37 ĆWICZENIA NR 7. Kompleksometryczne oznaczanie cynku. 1. Mianowany roztwór EDTA (sól disodowa kwasu etylenodiaminotetraoctowego, wersenian disodowy) Jeżeli dysponuje siÄ™ odpowiednio czystym wersenianem disodowym to można roztwór EDTA przygotować przez rozpuszczenie w wodzie odpowiedniej odważki dwuwodnej soli. Nie należy jednak wersenianu suszyć, ponieważ bezwodna sól jest higroskopijna i musi być przechowywana w eksykatorze nad P2O5, ale sól uwodniona jest trwaÅ‚a w dużym zakresie wilgotnoÅ›ci powietrza. Masa molowa wersenianu disodowego C10H14N2Na2O8"2H2O wynosi 372.24 g/mol. Do przygotowania roztworu o stężeniu 0.05 mol/dm3 należy rozpuÅ›cić 18.6050 g wersenianu disodowego w wodzie i rozcieÅ„czyć wodÄ… do objÄ™toÅ›ci 1 dm3. W przypadku zwiÄ…zku o mniejszej lub niepewnej czystoÅ›ci należy nastawić jego miano stosujÄ…c odpowiednie substancje wzorcowe. Substancje wzorcowe, które zostaÅ‚y z pozytywnymi wynikami zastosowane do nastawiania miana roztworów EDTA, można podzielić na dwie grupy: 1/ metale i tlenki organiczne Mg, Cu, Ni, Zn, Cd, MgO, PbO, ZnO; 2/ nieorganiczne sole bezwodne MgSO4, CaCO3, PbCl2, Pb(NO3)2 Najlepiej ustalać miano roztworu EDTA na roztwór wzorcowy oznaczanego metalu w warunkach okreÅ›lonej metody. Nie jest to jednak reguÅ‚Ä… w kompleksometrii. Z substancji wzorcowych czÄ™sto stosowany jest wÄ™glan wapnia. W miareczkowaniach kompleksometrycznych stosuje siÄ™ najczęściej roztwory o stężeniach 0.1-0.01 mol/dm3. Duża czuÅ‚ość wskazników kompleksometrycznych umożliwia stosowanie roztworów nawet o stężeniu 0.001 mol/dm3. 2. Oznaczanie cynku Jony cynkowe miareczkuje siÄ™ roztworem EDTA w Å›rodowisku buforu (NH4Cl-NH3) wobec czerni eriochromowej jako wskaznika. Oznaczaniu cynku przeszkadzajÄ… przede wszystkim jony miedzi, niklu i kobaltu. Metale te oraz żelazo (po zredukowaniu do Fe(II) kwasem askorbinowym) maskuje siÄ™ przeprowadzajÄ…c je w trwaÅ‚e kompleksy cyjankowe. Dodany cyjanek potasowy przeprowadza także cynk w kompleks cyjankowy. Cynk demaskuje siÄ™, (czyli uwalnia z kompleksu 38 cyjankowego) za pomocÄ… aldehydu mrówkowego. Aldehyd wiąże cyjanki w trwaÅ‚Ä… cyjanohydrynÄ™ uwalniajÄ…c jony cynkowe, które można teraz odmiareczkować roztworem EDTA. Podobnie jak cynk zachowuje siÄ™ kadm. Glin oraz żelazo(III) można maskować fluorkami. Fluorki wiążą jony wapnia i magnezu w trudno rozpuszczalne zwiÄ…zki. Odczynniki: 1. EDTA, 0,05 mol/dm3 2. Roztwór buforowy o pH ok. 10. RozpuÅ›cić 70 g chlorku amonowego cz.d.a. w wodzie, dodać 570 dm3 stężonego amoniaku i rozcieÅ„czyć roztwór wodÄ… do 1 dm3. 3. CzerÅ„ eriochromowa T Zmieszać dokÅ‚adnie przez roztarcie w mozdzierzu porcelanowym 0.10 g czerni eriochromowej T z 20 g chlorku sodowego cz.d.a. Przechowywać mieszaninÄ™ w szklanym sÅ‚oiku z doszlifowanym korkiem. Wykonanie oznaczenia Otrzymane zadanie (badany roztwór) rozcieÅ„czyć wodÄ… w kolbie miarowej do objÄ™toÅ›ci 250 cm3. Pobrać 25 cm3 do kolby stożkowej o poj. 250 cm3 i rozcieÅ„czyć wodÄ… destylowanÄ… do ok. 60 cm3. Do prawie obojÄ™tnego roztworu dodać 5 cm3 roztworu buforowego, szczyptÄ™ mieszaniny czerni eriochromowej T z NaCl i miareczkować roztworem EDTA do zmiany zabarwienia roztworu miareczkowanego z różowofioÅ‚kowego na niebieskie. Miareczkować w obecnoÅ›ci Å›wiadka (niebieskiego roztworu przemiareczkowanego). Obliczenia Zawartość cynku w g obliczyć ze wzoru: cEDTA VEDTA 65.37 = mZn 1000 Reakcje zachodzÄ…ce w roztworze podczas oznaczania cynku W roztworach wodnych metale znajdujÄ… siÄ™ nie w postaci wodnych jonów, lecz w postaci akwakompleksów, tj. kompleksów, w których ligandami sÄ… czÄ…steczki wody Reakcje tworzenia siÄ™ kompleksu można przedstawić równaniem ogólnym [M(H2O)x]n+ + Lp- MLn-p + xH2O Reakcja tworzenia kompleksów z EDTA jest zgodna z tym równaniem. Sól disodowa kwasu etylenodiaminotetraoctowego w roztworze wodnym dysocjuje na jony 39 Na2H2Y H2Y2- + 2Na+ Jon H2Y2- ma silne wÅ‚aÅ›ciwoÅ›ci kompleksotwórcze i reaguje z kationami Mn+ zgodnie z nastÄ™pujÄ…cym równaniem: [M(H2O)x]n+ + H2Y2- "! MYn-4 + 2H3O+ + (x-2)H2O TrwaÅ‚ość kompleksów EDTA zależy od czynników wewnÄ™trznych tj. wÅ‚aÅ›ciwoÅ›ci danego kationu, ale również od czynników zewnÄ™trznych jak pH roztworu. Wzrost stężenia jonów H+ powoduje przesuwa równowagÄ™ reakcji w kierunku substratów, co powoduje zmniejszenie trwaÅ‚oÅ›ci kompleksu: Mn+ + H2Y2- "! MYn-4 + 2H+ Oznaczanie metali (Ca, Mg, Zn) odbywa siÄ™ w obecnoÅ›ci czerni eriochromowej T, zachowujÄ…cej siÄ™ jak wskaznik alkacymetryczny majÄ…cy dwa przejÅ›cia barwne odpowiadajÄ…ce dwustopniowej dysocjacji protonów: Oznaczenie wykonuje siÄ™ najczęściej w roztworach o pH 10, przy którym nastÄ™puje wyrazna zmiana barwy. pH 6.3 pH 11.5 HF2- F3- H2F- pomaraÅ„czowy niebieski różowy Reakcje zachodzÄ…ce w roztworze podczas oznaczania cynku: a) reakcja ze wskaznikiem Zn2+ + HF2- ZnF- + H+ niebieski winnoczerwony b) reakcja podczas miareczkowania EDTA ZnY2- + HF2- + H+ ZnF- + H2Y2- niebieski winnoczerwony bezbarwny W czasie miareczkowania nastÄ™puje zmiana barwy z czerwonej (barwa kompleksu cynku ze wskaznikiem) na niebieskÄ…, charakterystycznÄ… dla jonów czerni eriochromowej. WydzielajÄ…ce siÄ™ w tej reakcji jony H+ zostajÄ… zwiÄ…zane przez bufor. 40 ĆWICZENIE NR 8. Spektrofotometryczne oznaczanie żelaza(III) metodÄ… tiocyjanianowÄ… Zasada oznaczenia żelaza metodÄ… tiocyjanianowÄ… (rodankowÄ…) Jon żelazowy tworzy z jonami tiocyjanianowymi (rodankowymi) zabarwienie krwistoczerwone. Przy maÅ‚ej iloÅ›ci jonów tiocyjanianowych powstaje poczÄ…tkowo FeSCN2-, a zwiÄ™kszenie ich stężenia prowadzi do powstania jonu [Fe(SCN)6]3-. Intensywność barwy roztworu zależy od stężenia jonów SCN- i od innych czynników. W obecnoÅ›ci dużego nadmiaru jonów tiocyjanianowych roztwór podlega prawu Beera w szerokim zakresie stężeÅ„. ReakcjÄ™ należy wykonywać w Å›rodowisku kwaÅ›nym, najlepiej od kwasu azotowego, w celu cofniÄ™cia hydrolizy jonu żelazowego Fe3+ + 3H2O Fe(OH)3“! + 3H+ W wykonaniu oznaczenia przeszkadza obecność wielu anionów i kationów. Szereg anionów tworzy z jonami żelazowymi jony zespolone, jak np. fluorki, fosforany, chlorki, winiany, arseniany, octany. Z tego wzglÄ™du w razie nieobecnoÅ›ci dużego nadmiaru tych anionów najlepiej jest strÄ…cić najpierw żelazo amoniakiem w postaci Fe(OH)3, nastÄ™pnie osad rozpuÅ›cić w kwasie azotowym i w otrzymanym roztworze kolorymetrycznie oznaczyć żelazo. W wykonaniu oznaczenia przeszkadza obecność kationów tworzÄ…cych osady i kompleksy z jonami tiocyjanianowymi. Należą tu: Hg2+ (tworzÄ… Hg(SCN)2 i [Hg(SCN)4]2-, dopuszczalna zawartość 1 mg/ cm3), Cd2+, Zn2+, Mn2+, Ag+,Cu2+', Bi3+, Co2+, Ni2+,Cr3+ i inne. Pod nieobecność podanych wyżej jonów można oznaczyć metodÄ… tiocyjanianowÄ… nawet 2.5 µg Fe w 50 cm3 roztworu. Do oznaczenia najodpowiedniejsze sÄ… stężenia żelaza od 0.04 do 0.1 mg w 50 cm3. Barwa roztworu po pewnym czasie sÅ‚abnie wskutek redukcji jonów Fe3+ przez jony SCN-. W eterze, acetonie i innych rozpuszczalnikach organicznych kompleks tiocyjaniano-żelazowy jest znacznie trwalszy. Z tego wzglÄ™du podczas oznaczania bardzo maÅ‚ych iloÅ›ci żelaza, prowadzi siÄ™ oznaczania w roztworze zawierajÄ…cym 50% acetonu. Kompleks tiocyjaniano- żelazowy można również ekstrahować eterem (lub alkoholem izoamylowym) i prowadzić oznaczenie w tym rozpuszczalniku. CzuÅ‚ość metody tiocyjanianowej (rodankowej) wzrasta 2-3 krotnie przez zastosowanie rozpuszczalnika organicznego zamiast wody. 41 Natężenie barwy porównuje siÄ™ z roztworem wzorcowym, zawierajÄ…cym znanÄ… ilość żelaza Roztwór wzorcowy sporzÄ…dza siÄ™ zwykle z naważki Fe2(SO4)3·(NH4)2SO4·24H2O lub FeNH4(SO4)2·12H2O. Wykonanie oznaczenia. 1. SporzÄ…dzenie roztworu wzorcowego żelaza.. Jeden mol, tj. 481.98 g FeNH4(SO4)2·12 H2O uwodnionego siarczanu żelazowo- amonowego zawiera 55.85 g Fe. Zwykle sporzÄ…dza siÄ™ roztwór podstawowy zawierajÄ…cy 0.1 mg Fe w 1 cm3. W tym celu rozpuszcza siÄ™ w wodzie destylowanej zakwaszonej 10 cm3 stężonego HNO3 odważkÄ™ 0.4317 g soli FeNH4(SO4)2·12 H2O i rozcieÅ„cza wodÄ… do objÄ™toÅ›ci 1 dm3. Jeżeli potrzebny jest roztwór wzorcowy o stężeniu 0.01 mg Fe/cm3 to wówczas 25 cm3 roztworu podstawowego przenosi siÄ™ do kolby miarowej o pojemnoÅ›ci 250 cm3, dodaje siÄ™ 5 cm3 stężonego HNO3 i rozcieÅ„cza wodÄ… destylowanÄ… do kreski. 2. Przygotowanie krzywej wzorcowej Do piÄ™ciu kolb miarowych o pojemnoÅ›ci 50 cm3 zawierajÄ…cych 25 cm3 acetonu dodaje siÄ™ kolejno od 0.125 do 1.5 cm3 roztworu Fe(III) o stężeniu 0.1 mg Fe/ cm3, nastÄ™pnie dodaje siÄ™ po 10 cm3 10%-owego roztworu NH4SCN (do każdej kolby). KolbÄ™ należy uzupeÅ‚nić wodÄ… destylowanÄ… do kreski i dokÅ‚adnie wymieszać. Mierzymy absorbancjÄ™ otrzymanych roztworów wzorcowych na kolorymetrze wobec wody, jako odnoÅ›nika przy dÅ‚ugoÅ›ci fali .= 495 nm (Rys. 1). Należy uważać, aby roztwory nie byÅ‚y poddawane bezpoÅ›redniemu dziaÅ‚aniu promieni sÅ‚onecznych. Rys. 1. Widmo spektralne kompleksu tiocyjanianożelazowego(III). 42 Na podstawie otrzymanych wyników wykreÅ›la siÄ™ krzywÄ… wzorcowÄ… (kalibracji) w jednym z ukÅ‚adów: absorbancja vs. stężenie Fe w roztworze lub absorbancja vs masa Fe w roztworze (przy staÅ‚ej objÄ™toÅ›ci roztworu V=50 cm3). 43 3. Oznaczanie żelaza w badanej próbie Do otrzymanego w kolbie miarowej na 50 cm3 zadania zawierajÄ…cego nieznanÄ… ilość żelaza należy dodać: 25 cm3 acetonu, 10 cm3 roztworu 10%-owego roztworu NH4SCN, uzupeÅ‚nić roztwór wodÄ… destylowanÄ… do kreski i dokÅ‚adnie wymieszać. Zmierzyć absorpcjÄ™ otrzymanego roztworu na spektrofotometrze wobec wody, jako odnoÅ›nika Należy uważać, aby roztwory nie byÅ‚y poddawane bezpoÅ›redniemu dziaÅ‚aniu promieni sÅ‚onecznych. Na podstawie przygotowanej krzywej wzorcowej (kalibracji) obliczyć masÄ™ żelaza w otrzymanym od asystenta roztworze do analizy ( w badanej próbie). mFe [mg] = ( cx)·50 gdzie cx- stężenie Fe odczytane z wykresu A = f(cFe) lub odczytanej z wykresu A = f(mFe) 44 45 46