Elementide keemia. Katioonide III rühm (0)

Töö eesmärk
Õppejõu poolt antud lahusest nelja III rühma katiooni identifitseerimine. Lahuses on ainult III rühma katioonid, teiste katioonide rühmad puuduvad.
Sissejuhatus
Katioonide III rühma kuuluvad Co2+, Ni2+, Fe2+/3+, Mn2+, Cr3+, Al3+, Zn2+. Mõndasid neist saab juba eeldada olevat lahuses vesilahuse värvuse põhjal: Ni2+- heleroheline, Co2+- roosakaspunane, Fe2+- kahvaturoheline, Fe3+- kollane, Cr3+- tumeroheline, violetne, Mn2+- kahvaturoosa , peaaegu värvitu. Al3+ ja Zn2+ ioonid on vesilahustes värvitud. Hüdratiseerunud ioonide värvuste põhjal saab aga teha vaid esialgseid järeldusi nende sisalduse kohta lahuses, sest nende ioonide erinevad värvused vesilahustes võivad üksteise värvusi maskeerida.
Katioonide kolmanda rühma süstemaatilise analüüsi asemel on võimalik katioone tõestada ka ositianalüüsi meetodil, kuid tasub silmas pidada, et mõnel juhul võib mõni muu katioon segada tõestust ja sellisel juhul katse ei anna soovitud tulemust. .
Kuna III rühma soolade vesilahused on hüdrolüüsi tõttu happelised , on hüdrolüüsi tagasitõrjumiseks tarvis lisada hapet. III rühma katioonide sulfiidid on hapetes lahustuvad ja sellepärast ei saa neid sadestada happelisest lahusest. Nende katioonide sulfiidide lahustuvuskorrutiste väärtused on tunduvalt suuremad II rühma katioonide sulfiidide lahustuvuskorrutiste väärtustest. Selle tõttu on vajalik sulfiidide sadestamiseks vajalik suurem S2--ioonide kontsentratsioon ja et sadestada CoS, NiS, Fe2S3, ZnS on vaja aluselist keskkonda (pH~ 9). Rühmareaktiiviks on (NH4)2S.
Töö käik .
Mulle analüüsiks antud lahus (nr. 5) oli helerohekat tooni ja sellepärast oletasin lahuses olevat Ni2+-ioonid. Lahus oli ehk ka pisut kollakas, mis viitas võimalusele, et lahuses võivad olla Fe3+- ioonid. Samuti võis lahus sisaldada värvusetuid ioone. Välistasin kroomioonide esinemise, kuna sellisel juhul oleks antud lahus olnud kindlasti tumedamat tooni.
Ni2+- ioonide esinemise kindlakstegemine (alglahusest)
Ni2+- ioonide tõestusreaktsioon:
4 tilgale alglahusele lisasin 6M NH3·H2O lahust kuni nõrgalt aluselise keskkonna tekkeni. Lisasin 2 tilka CH3(CNOH)2CH3 (1%-line) ehk dimetüülglüoksiimi lahust (ehk DMG). Sain klombilise roosakaspunase sademe, mis tõestaski Ni2+- ioonide leidumist.
Reaktsioonivõrrand: Ni(NO3)2 + 2HDMG → Ni(DMG)2 + 2HNO3
Fe3+-ioonide esinemise kindlakstegemine (alglahusest)
Fe3+-ioonide tõestusreaktsioon:
4 tilgale alglahusele lisasin 2 tilka K4[Fe(CN)6] lahust- selle tulemusena sain kirka helesinise (berliini sinise) paksu lahuse. Katse tulemus tõestas Fe3+-ioonide olemasolu lahuses.
Reaktsioonivõrrand: 4Fe3+ + 3[Fe(CN)6]4- → Fe4[Fe(CN)6]3↓
Põhjalikuma ülevaate saamiseks hakkasin teostama süstemaatilist analüüsi.
Katioonide III rühma süstemaatiline analüüs
Võtsin 1,5 ml alglahust tsentrifuugiklaasi ja lisasin 6M NH3·H2O kuni tugeva ammoniaagi lõhna tekkeni, mille tulemusena sain pruunikat värvi lahuse. Soojendasin vesivannis 6 minutit.
Kui analüüsitavas lahuses on Fe2+/3+,
Cr3+ või Al3+- ioonid, siis tekivad ammoniaakhüdraadi lisamisel nende ioonide hüdroksiidid. Peale soojendamist oli lahus äratuntavalt punakaspruun , mis viitas raud(III)hüdroksiidi sademe tekkele ja varemalt olid Fe3+-ioonid lahusest ka tõestatud. Reaktsioonivõrrand:
Fe3+(aq) + 3NH3·H2O(aq) → Fe(OH)3(s) + 3NH4+(aq)
Sadestus ka õunaroheline nikkel(II)hüdroksiid- lahuses oli ka seda värvi lähemal vaatlusel märgata. Reaksioonivõrrand:
Ni2+(aq) + 2NH3·H2O(aq) → Ni(OH)2(s) + 2NH4+(aq)
Nüüd lisasin 1 ml 1M tioatseetamiidi (CH3CSNH2 e. TAA) lahust, et III rühma sadestada ja hoidsin siis 5 minutit kuumas vesivannis.
TAA hüdrolüüsub kõrgemal temperatuuril:
CH3CSNH2 + H2O→ CH3CONH2 + H2S
Ammooniumpuhverlahuse keskkonnas pH 9 tekkinud divesiniksulfiid reageerib kohe NH3·H2O lahusega:
NH3·H2O + H2S → (NH4)2S + 2H2O
Sulfiidide täielikuks sadestamiseks lisasin veel 2 tilka TAA ja kuumutasin 2 minutit. Tsentrifuugisin ja selle tulemusel sain üpris musta värvi sademe, mis viitas FeS, NiS ja võib-olla ka CoS sademe tekkele, sest koobaltsulfiid on samuti musta värvi.
Fe(NO3)3 + (NH4)2S → FeS↓ + 2NH4NO3
Ni(NO3)2 + (NH4)2S → NiS↓ + 2NH4NO3
Proovisin kindlaks teha, kas Co2+- ioonid leiduvad lahuses. Selleks võtsin katseks 4 tilka alglahust ja proovisin selle iooni tõestusreaktsiooni.
Co2+- ioonide esinemise kindlakstegemine
Co2+- ioonide tõestusreaktsioon
Võtsin 4 tilka alglahust, lisasin 4 tilka küllastatud NH4SCN e. ammooniumtiotsüanaadi küllastatud vesilahust ja 6 tilka pentanooli, loksutasin. Sain tumepunaka lahuse. Katse tulemus ei tõestanud Co2+- ioonide olemasolu lahuses, sest lahuse pinnale oleks pidanud tekkima ka rohekassinine kiht, mis minu lahuses puudus. Järelikult lahus ei sisaldanud Co2+- ioone.
Jätkasin analüüsi tsentrifugaadiga. .
Keetsin tsentrifugaati H2S eraldamiseks. Seejärel lisasin konts. NaOH leeliselise reaktsioonini e. küllaldase hulgani ning lisaks veel võrdne maht lahusega. Lasin lahusel jahtuda, korraks kastsin katseklaasi ka külma vee sisse, et jahtumist kiirendada. Siis lisasin 4 tilka 3%-list H2O2, mille tagajärjel toimus äge gaasi eraldumine (mullide eraldumine, intensiivne). Kui kõik gaas oli eraldunud, siis keetsin lahust 5 minutit. Sain sademe põhja.
Sadestub Fe(OH)3 ja juhul kui mu lahuses leidub, siis sadestus ka MnO(OH)2:
2Fe2+ + 4OH– + H2O2→2 Fe(OH)3(s) .
Mn2+ + 2OH–+ H2O2→MnO(OH)2(s) + H2O .
Proovisin tõestada järgmisena Mn2+- ioonide sisaldust lahuses.
Mn2+- ioonide tõestusreaktsioon .
Viimati saadud sademest üritasin tõestada Mn2+- ioonid. Selleks lisasin sademele 6 tilka konts. HNO3 ja keetsin vesivannil sademe täieliku reageerimiseni. .
MnO(OH)2(s) + 4HNO3(aq) → 2Mn(NO3)2(aq)+ H2O(l) + O2(g) .
Sain heleroosa lahuse, mis võis viidata mangaanioonide leidumisele lahuses. Saadud lahusest võtsin 3 tilka ja lahjendasin veega mahuni umbes 5 ml. Lisasin veidi tahket NaBiO3. Sain lillat tooni lahuse, mis viitas permanganaatioonide tekkele. Loksutades küll lilla värvus kadus (muutus heleroosakaks), kuid seisma jättes tuli lilla värv uuesti esile.
Mn2+ + 5BiO3- + 14H+ → 2MnO4 - + 5Bi3+ + 7H2O .
NB! Kui Mn2+-ioonide kontsentratsioon on liiga suur, siis tekib kõrvalreaktsioonina pruuni mangaandioksiidi sadet. .
Katse tõestas Mn2+- ioonide leidumist lahuses.
Tõestamata on jäänud arvatavasti üks värvitu ioon . See võib olla kas Al3+-või Zn2+- ioon.
Asusin esimesena alumiiniumiooni sisaldumist lahuses kindlaks tegema.
Al3+- ioonide leidumise kindlakstegemine lahuses .
Võtsin paberfiltri, tilgutasin sinna keskele K4[Fe(CN)6] lahust- valgudes laiali moodustas suure ringi. Ringi sisemusse ja mõnda kohta äärtesse tilgutasin väheke uuritavat lahust. Siis hoidsin laiku 6M NH3·H2O pudeli kohal, pudelit pisut loksutades, et aidata aurude levimist filterpaberile. Siis tilgutasin alisariini lahuse ringiga pisut kokkupuutesse, hoidsin veelkord filterpaberit ammoniaakhüdraadi pudeli kohal- sain lillat ja kollast värvi, kuid mitte lillakaspunast värvi- järelikult alumiiniumioonid puudusid lahusest. .
Saadud tulemus: .
Filterpaberil tõestus aga Fe3+- sinine ja Ni2+- roosakaspunane värvus, ioonide sisaldus.
Zn2+- ioonide tõestamine .
Tsentrifugaadist üritasin kindlaks teha, kas ta sisaldab ka Zn2+-ioone. Selleks võtsin tsentrifugaati 3 tilka, lisasin sama palju TAA ja kuumutasin 5 minutit vesivannil. Sain lahusesse valget sadet. See katse tõestas Zn2+-ioonide olemasolu lahuses valge sademe tekkena. Kontrollreaktsiooniks lahustasin sademele (üritades vedelikku pealt pisut eemaldada, kuna sade ei olnud ühtlaselt põhjas) 2M HCl lahusega sama koguse jagu. Saadud lahusest 4 tilgale lisasin 3 tilka K4[Fe(CN)6] lahust. Ka siin tekkis valge sade, mis kinnitas Zn2+-ioonide olemasolu lahuses. .
Reaktsioonivõrrandid:
Alglahuse keetmine, eraldades H2O2 liiga: .
Zn2+ + 4OH- → [Zn(OH)4]2- , lahuses. .
Tsentrifugaadile lisades tioatseetamiidi lahust: .
[Zn(OH)4]2- + H2S → ZnS↓ + 2OH- + 2H2O, valge sade. .
Peale sademe lahustamist lisasin K4[Fe(CN)6] lahust: .
3Zn2+ + 2K+ + 2[Fe(CN)6]4- → K2Zn3[Fe(CN)6]2- , valge sade.
Järeldus tööst
III rühma katioonide segus sisalduvad 4 erinevat katiooni olid: Fe3+, Ni2+, Mn2+ ja Zn2+.