Elementide keemia laboratoorne töö nr.2 - katioonide II rühm (0)

P2. KATIOONIDE II RÜHM
Cu2+, Cd2+, Bi3+, Sn2+/4+, Sb3+/5+
P2.1 II rühma katioonide sadestamine
II rühma katioonide sulfiidide lahustuvuskorrutised on väiksemad kui III rühma sulfiidide omad. Seetõttu piisab sulfiidide sadestamiseks väiksemast sulfiidioonide kontsentratsioonist kui III rühma katioonide saamiseks. Tulenevalt, et sulfiidioonide kontsentratsioon on sõltuvuses lahuse pH-ga, siis on võimalik selle reguleerimisel sulfiidioonidega sadetamisel katioone üksteisest eraldada. Sellel põhinebki II ja III rühma katioonide eraldamine süstemaatilise analüüsi käigus.
Võtsin tsentrifuugiklaasi umbes 1 ml õppejõult saadud alglahust. Lisasin lahuse hapestamiseks 3-4 tilka konts HCl, lisasin 1 ml 1 M tioatseetamiidi lahust ja hoidsin 5 minutit kuumas veevannis, kuna toatemperatuuril on TAA hüdrolüüs väga aeglane. Soojendamisel tekkis põhja musta värvi sade. Tsentrifuugisin. Seejärel tegin sadenemise täielikkus kontrolli. Kuna CdS ja SnS on II rühma sulfiididest kõige paremini lahustuvad, siis lisasin pärast tsentrifuugimist tsentifuugiklaasi 0,5 ml destilleeritud vett nii, et vesi valguks mööda klaasseina alla ja koguneks lahuse pinnale. Vee ja lahuse piirpinnale tekkis tekkis kollakas -pruunikas rõngas (kollane viitab lahuses olevale CdS-le ja pruun SnS-le). Kuna mul tekkis sade, siis lahustasin lahust kahekordse mahuni, lisasin 5 tilka TAA ja hoidsin keeval veevannil 2 minutit, et CdS ja SnS sadestuks täielikut.
Eraldasin sulfiidide sademe tsentrifuugimisel ja pesin seda pesuveega, mis sisaldas 10 ml destilleeritud vett, 2 tilka konts. HCl ja 2 tilka TAA-d ning kuumutasin pesuvett. Pesemiseks lisasin sademele 1 ml pesuvett, segasin ja tsentrifuugisin.
Sulfiidide värvused
CuS – must
Bi2S3 – must
SnS – pruun
SnS2 – kollane
CdS – oranžikaskollane
Sb2S3, Sb2S5 – punakasoranžid
Sulfiidide tekke võrrandid
Cu2+ + S2- -> CuS
Bi3+ + S2- -> Bi2S3
Sn2+ + S2- -> SnS
Sn4+ + S2- -> SnS2
Cd2+ + S2- -> CdS
Sb3+ + S2- -> Sb2S3
Sb5+ + S2- -> Sb2S5
P2.3 A- alarühma analüüs
Lahustasin sulfiidide sademe lämmastikhappes. Selleks lisasin pestud sademele tsentrifuugiklaasi mõned tilgad konts. HNO3 ja vett. Soojendasin veevannis keemiseni ja ka keetsin seni, kuni kogu sade oli ära reageerinud ja NO2 enam ei eraldunud. Kuumutamise tulemusena kadus must värvus, lahus muutus helekollakaks.
3CuS + 8HNO3→ 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O + 3S
3CdS + 8HNO3→ 3Cd(NO3)2 + 2NO + 4H2O + 3S
Bi2S3 + 8HNO3→ 2Bi(NO3)3 + 2NO + 4H2O + 3S
Lämmastikhappe liia eraldamiseks lasin lahusel mõnda aega kuumas veevannis olla. Seejärel jahutasin lahuse ja lahjendasin veega umbes 1,5 ml-ni. Eraldasin klaaspulgaga tekkinud väävli.
Bi3+- ioonide eraldamine Cu2+ ja Cd2+- ioonisest
Eelnevalt saadud lahusele lisasin NH3∙H2O kuni tugeva aluselise reaktsioonini, eraldus ammoniaagi lõhn. Soojendasin lahust. Lahus muutus helesiniseks ja põhja tekkis valge sade. Sadestus valge Bi(OH)3 või Bi(OH)2NO3, lahusesse jäid [Cu(NH3)4]2+ ja [Cd(NH3)4]2+ kompleksioonid.
Bi3+- ioonide tõestamine
Võtsin katseklaasi mõned tahked SnCl2 kristallid , lisasin 2 M NaOH lahust esialgu tekkiva Sn(OH)2 sademe lahustumiseni.
SnCl2 + 2NaOH → Sn(OH)2 + 2NaCl
Sn(OH)2 + 2NaOH → Na2[Sn(OH)4]
Lisasin saadud selge lahuse uuritavale sademele. Lahus värvus mustaks, järelikult on Bi3+-ioonide olemaolu lahuses tõestatud.
3Na2[Sn(OH)4] + 2Bi(OH)3 → 2Bi + 3Na2[Sn(OH)6]
Cu2+-ioonide tõestamine
Tsentrifugaat oli pärast Bi(OH)3 sademe eraldamist sinise värvusega, mis on tingitud [Cu(NH3)4]2+- kompleksioonidest, mis tõestab Cu2+- ioonide olemasolu lahuses. Kuna see reaktsioon ei ole eriti tundlik, siis kasutatakse tõestusreaktsiooni teostamiseks kaaliumheksatsüanoferraat(II)-e. Hapestasin tsentrifugaati kahe tilga HCl-ga ja lisasin 2 tilka kaaliumheksatüanoferraat (II) lahust. Lahusesse tekkis punakaspruun sade, mis tõestab Cu2+- ioonide olemasolu lahuses.
[Cu(NH3)4]2+ + 4H+ → Cu2+ + 4NH4+
2Cu2+ + [Fe(CN)6)4- → Cu2[Fe(CN)6]↓
Moodustus ka veidi valget sadet, mis annab aimu kaadmiumioonidest.
[Cd(NH3)4]2+ + 4H+ → Cd2+ + 4NH4+
2Cd2+ + [Fe(CN)6]4- → Cd2[Fe(CN)6]↓
Cd2+- ioonide tõestamine koos Cu2+ ioonidega
Ammoniakaalsest lahusest, mille sain pärast Bi(OH)3 sademe eraldamist, sadestasin TAA-ga CuS ja CdS ning tsentrifuugisin sademe. Lisasin sademele külma 2 M HCl, mis reageeris CdS, sadenes musta värvi CuS. Eraldasin sademe tsentrifuugides.
Lisasin sademele külma 2 M HCl, mis reageeris CdS-ga, sademesse jäi CuS. Eraldasin sademe tsentrifuugimisega. Lisasin tsentrifugaadile mõne tilga ammoniaakhüdraati happelisuse vähendamiseks. Selle tagajärjel sadestus kollakas CdS.
[Cd(NH3)4]2+ + 2H2S -> CdS + 4NH4+ + S2-
P2.4 B – alarühma analüüs
Uurisin B – alarühma eraldi, seega sadestasin B – alarühma katioone sisaldavast alglahusest katioonid sulfiididena. Selleks keetsin lahust TAA-ga, eraldasin sademe tsentrifuugides ning lahustasin kontsentreeritud soolhappes.
Happe edasisel lisamisel ja keetmisel moodustusid klorokompleksid.
SnS2 + 6HCl → H2[SnCl6] + 2H2S↑
Sn2S3 + 12HCl → 2H3[SnCl6] + 3H2S↑
Sn2S5 + 12HCl → 2H3[SnCl6] +3H2S↑+ 2S
Sn4+- ja Sb3+- ioonide eraldamine ning Sb3+-ioonide tõestus
10 tilgale lahusele lisasin tüki raudtraati ja keetsin mõne minuti. Sn4+- ioonid redutseerusid Sn2+- ioonideks.
[SnCl6]2- + Fe → [SnCl4]2- + Fe2+ + 2Cl-
Sb3+- ioonid redutseerusid raua toimel vabaks hallikasmustaks antimon -metalliks, mis tõestas Sb3+- ioonide olemasolu lahuses.
2[SbCl6]3- +3Fe → 2Sb + 3Fe2+ + 12Cl-
Eraldasin Sb tsenrtrifuugides.
Sn2+ - ioonide tõestamine
Tinaioonide tõestamisel kasutatakse Sn2+- ioonide redutseerimisvõimet. Lisasin tsentrifugaadile, mis jäi järele pärast Sb ja reageerimata raudtraadi eraldamist, NaOH-d. Tekkis Fe(OH)2 sade, mille eraldasin tsentrifuugimisel. Lisasin lahusele 1 tilga Bi(NO3)3 lahust, mille tagajärjel hall sade, mis tõestab Sn2+- ioonide esinemist.
2[SbCl6]3- +8OH- → 2SbO2- + 12Cl- + 4H2O
2SbO2- + 3[Sn(OH)3]- + OH- + 4H2O →2Sb + 3[Sn(OH)6]2-
Kokkuvõte
Lahuses olid Bi3+-ioonid, Cu2+-ioonid, Cd2+- ioonid, Sb3+- ioonid, Sn2+- ioonid.
Ioonide tõstamine tundmatust lahusest
Mina sain lahuse number 4, mis oli läbipaistev. Sellest võis järeldada, et lahuses ei ole vaseioone. Lisasin ühele ml tundmatule lahusele mõned tilgad NaOH-d, et tekiks neutraalne keskkond. Seejärel lisasin lahusele difenüülkarbasiidi, mis moodustas lahuses Cd2+- ioonidega punakaslilla värvuse. Reaktsiooni tulemusena sain teada, et lahus sisaldas kaadmiumioone.