4. praktikumi protokoll, katioonide IV ja V rühm (0)

P4. KATIOONIDE IV JA V RÜHM
Ba2+, Sr2+, Ca2+ ja Mg2+, K+, Na+, NH4+
Neljanda ning viienda rühma katioonide vesilahused on värvuseta.
P4.1 Katioonide neljanda rühma sadestamise alused
Ba2+, Sr2+ ja Ca2+- ioonide eraldamine V rühma katioonidest põhineb nende ioonide
rasklahustuvate karbonaatide BaCO3, SrCO3 ja CaCO3 moodustumisel (NH4)2CO3
toimel.
Kuna (NH4)2CO3 on nõrga happe ja nõrga aluse sool, siis hüdrolüüsub ta vesilahuses
peaaegu täielikult:
NH4+ + H2O ↔ NH3*H2O + H+
CO32 - + H2O ↔ HCO3 - + OH-
(NH4)2CO3 + H2O ↔ NH4HCO3 + NH3*H2O
Hüdrolüüsil tekkinud HCO3 - ioonid ei anna sadet Ba2+, Sr2+ ja Ca2+- ioonidega.
Selleks, et vältida (NH4)2CO3 hüdrolüüsi, lisatakse lahusele ammoniaakhüdraati
NH3*H2O, mis Le Chatelier ` printsiibi kohaselt nihutab hüdrolüüsi reaktsiooni
tasakaalu vasakule CO32– -ioonide kontsentratsiooni suurenemise suunas.
(NH4)2CO3 toimel sadestuvad liigaluselises keskkonnas ka Mg2+ - ioonid valge
aluselise magneesiumhüdroksiidkarbonaadina:
2Mg2+ + CO32– + 2OH– → Mg2(OH)2CO3↓
Et seda vältida, tuleb lahusele enne sadestamist lisada NH4Cl lahust, mis vähendab
lahuse pH vajaliku väärtuseni pH~9, mille juures ei sadene Mg2+-ioonid
magneesiumhüdroksiidkarbonaadina.
Seega toimub IV rühma katioonide Ba2+, Sr2+ ja Ca2+ sadestamine (NH4)2CO3
lahusega ammoniaakhüdraadi ja ammooniumkloriidi juuresolekul
soojendamisega.
P4.2 Analüüsi käik
Käesolevas töös võivad katioonidena sisalduda IV rühma katioonidest Ba2+ ja Ca2+
ning V rühma katioonidest Mg2+ ja NH4+- ioonid.
Kuna analüüsi käigus lisatakse analüüsitavale lahusele ammooniumisoolasid, siis
tõestatakse NH4+-ioonid alati alglahusest.
NH4+- ioonide tõestamine
Ühele tilgale alglahusele lisatakse 1...2 tilka Nessleri reaktiivi. NH4+ -ioonide
olemasolul moodustub iseloomulik punakaspruun amorfne sade. Väga väikeste
ammooniumioonide kontsentratsioonide puhul tekib ainult pruunikaskollane värvus.
See on väga tundlik reaktsioon .
Nessleri reaktiiv on kompleksühendi K2[ HgI4 ] ja leelise KOH segu, mis
ammooniumioonidega reageerib järgmise võrrandi kohaselt:
NH4+ + 2[HgI4]2– + 4OH– → [NH2Hg2O] I↓ + 7 I– + 3H2O
Tulemus: Alglahusele Nessleri reaktsiivi tilgutades tekkis koheselt pruunikas sade. Lahuses tõestusid seega NH4+ ioonid.
IV rühma katioonide (Ba2+ ja Ca2+) sadestamine
Peale III rühma katioonide sadestamist järelejäänud tsentrifugaat hapestatakse
HCl-ga ja keedetakse H2S eraldamiseks. Seejuures sadestub osaliselt ka vaba
väävel, mis tsentrifuugitakse. Osa tsentrifugaadist (4...5 tilka) leelistatakse
NH3*H2O -ga ja lisatakse 4...5 tilka 1M (NH4)2CO3 lahust ja soojendatakse 80°C
juures vesivannis. NH4Cl lisamine ei ole antud juhul vajalik, kuna süstemaatilise
analüüsi käigus on teda lahusesse sattunud küllaldasel määral.
Kui eelmiste rühmade katioonid analüüsitavas lahuses puuduvad, siis lisatakse 4...5 tilgale alglahusele 4...5 tilka NH4Cl lahust, leelistatakse 2M NH3*H2O lahusega kuni
ammoniaagi lõhn jääb peale loksutamist püsima, lisatakse 3...4 tilka (NH4)CO3 lahust
ja soojendatakse vesivannis 80°C juures 2...3 minutit. Tekkinud valge karbonaatide
BaCO3 ja CaCO3 sade tsentrifuugitakse ja kontrollitakse sadestumise täielikkust.
Tsentrifugaat jäetakse V rühma katioonide analüüsiks.
Pestud karbonaatide sade lahustatakse äädikhappes ja saadud lahusest tõestatakse
Ba2+ ja Ca2+ -ioonid.
Ba2+- ioonide tõestamine ja eraldamine
a) 3...4 tilgale lahusele lisatakse 2...3 tilka K2CrO4 lahust. Ba2+ -ioonide olemasolul
tekib kollane BaCrO4 sade:
Ba2+ + CrO42– →BaCrO4↓
BaCrO4 sade ei lahustu äädikhappe toimel, aga reageerib lahj. HCl lahusega:
2BaCrO4 + 2H+ →2Ba2+ + Cr2O72– + H2O
Tulemus: Tekkis kollane sade, mis tõestas Ba2+ ioonide olemasolu lahuses.
b) leekreaktsioon – kollakasroheline värvus
Ba2+-ioonide eraldamine Ca2+ -ioonidest põhineb nende ioonide kromaatide
erinevatel lahustuvustel.
Ks BaCrO4 = 1,2 ·10–10
Ks CaCrO4 = 7,1 ·10–4
Kui lahuses sisaldusid Ba2+ -ioonid, siis eraldatakse need ülejäänud lahusest. (Osa
lahust on soovitav alles hoida Ca2+ -ioonide tõestuseks vastavalt allpool toodud
tõestusele b). Lahusele lisada K2CrO4 ning soojendada . BaCrO4 sade
tsentrifuugitakse. Tsentrifugaadis Ca2+ -ioonid. Tsentrifugaadi kollane värvus on
tingitud CrO42– -ioonide liiast.
Kromaatioonide segava mõju (kollase värvuse) kõrvaldamiseks lisatakse
tsentrifugaadile 10...15 tilka Na2CO3 lahust ja keedetakse vesivannis. Tekkinud
CaCO3 sade pestakse destilleeritud veega ja lahustatakse äädikhappes. Saadud
värvitust lahusest tõestatakse Ca2+ -ioonid.
Ca2+- ioonide tõestamine
a) Osale lahusele lisatakse NH3*H2O leelisese reaktsioonini. Soojendatakse keemiseni ja lisatakse 2...3 tilka ammooniumoksalaadi (COONH4)2 lahust.
Ca2+ -ioonide olemasolul tekib valge kristalliline kaltsiumoksalaadi Ca(COO)2 sade:
Ca2+ + (COO)22– → Ca(COO)2↓
Tulemus: soojale lahusele anoomiumoksalaadi lisamisel tekkis valge sade, mis tõestas, et lahuses on Ca2+ ioonid.
Ca(COO)2 lahustub mineraalhapetes, ei lahustu äädikhappes.
b) 3...4 tilgale lahusele lisatakse 2...3 tilka NH4Cl lahust, leelistatakse NH3*H2O lahusega ja soojendatakse keemiseni. Seejärel lisatakse 2...3 tilka K4[Fe(CN)6] lahust. Kui tekib valge sade, siis on analüüsitavas lahuses Ca2+ -ioonid:
Ca2+ + 2NH4+ + [Fe(CN)6]4–→ Ca(NH4)2[Fe(CN)6]
Tulemus: tekkis valge sade.
Seda reaktsiooni võib Ca2+ -ioonide tõestamiseks teha ka lahusega, millest on
Ba2+ -ioonid eraldamata, kuna need ei anna sadet [Fe(CN)6]4– -ioonidega.
c) leekreaktsioon – telliskivipunane värvus
P4.3 Viienda rühma katioonide (Mg2+, NH4+) analüüs
Ba2+ ja Ca2+- ioonide jälgede kõrvaldamine
Kui analüüsitavas lahuses sisaldusid Ba2+ ja Ca2+- ioonid, siis nende sadestumine
(NH4)2CO3-ga pole täielik ja lahusesse jälgedena jäänud Ba2+ ja Ca2+ -ioonid
annavad ka Mg2+ -ioonide tõestusreaktsioone, seetõttu tuleb need ioonid enne
Mg2+ -ioonide tõestamist täiendavalt eraldada. Selleks lisatakse tsentrifugaadile, mis
saadi peale IV rühma katioonide karbonaatide eraldamist, 3...4 tilka (NH4) 2SO4 lahust
Ba2+ -ioonide sadestamiseks sulfaatidena ja 3...4 tilka (COONH4)2 lahust
Ca2+ -ioonide sadestamiseks oksalaatidena ja keedetakse.
Sade eraldatakse tsentrifuugimisel ja tsentrifugaadist tõestatakse Mg2+ -ioonid.
Mg2+- ioonide tõestamine
2...3 tilka lahust soojendatakse keemiseni ja lisatakse 1...2 tilka dinaatriumvesinikfosfaadi
Na2HPO4 või (NH4)2HPO4 lahust, 1...2 tilka 2M ammoniaakhüdraati
ning soojendatakse veidi. Ammoniaakhüdraadi ja ammooniumkloriidi juuresolekul
tekib valge ammooniummagneesiumfosfaadi kristalliline sade:
Mg2+ + HPO4- + NH3*H2O → MgNH4PO4↓ + H2O
Tulemus: peale ammoniaakhüdraadi lisamist tekkis soojendamisel valge kristalliline sade. See tõestas lahuses Mg2+ ioonide olemasolu.
NH4+ -ioonide tõestamine
NH4+ -ioonide tõestamine toimus alglahusest.
Tundmatu tahke aint nr15: Leekreaktsioon ei andnud tulemusi, sest leegi värvus ei eristunud, oli kollakas , mis tähendab et tahke aine sisaldas ka Na iooni aga seda sisaldasid kõik tahked ained. Seega proovisin tõestada ioone, mis ei annagi spetsiifilsit leeki. Lahustasin natuke tahket ainet destileeritud vees ja lisasin lahusele Nessleri reaktiivi. Koheselt tekkis lahusesse pruun amorfne sade. Seeda sisaldas tahke aine nr 15 NH4+ ioone.