Elementide keemia laboratoorne töö nr. 4 Katioonide IV ja V rühm (0)

P4. KATIOONIDE IV JA V RÜHM
Ba2+, Sr2+, Ca2+ ja Mg2+, K+, Na+ , NH4+
Neljanda ja 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 moodustamisel (NH4)2CO3 toimel.
Rühmareaktiiviks on ammooniumkarbonaat (NH4)2CO3, mis hürdolüüsub vesilahuses peaaegu täielikult:
NH4+ + H2O NH3∙ H2O + H+
CO32 - + H2O HCO3 - + OH-
(NH4)2CO3 + H2O NH4HCO3 + NH3∙H2O
Rühmareaktiivi saamine:
NH4HCO3 + NH4OH → (NH4)2CO3
(NH4)2CO2 + H2O → (NH4)2CO3
IV rühma katioonide Ba2+, Sr2+ ja Ca2+ sadestamine toimub (NH4)2CO3 lahusega ammoniaakhüdraadi ja ammooniumkloriid juuresolekul soojendamisega.
P4.2 Analüüsi käik
IV rühma katioonide (Ba2+ ja Ca2+) sadestamine
Kuna lahusest puudusid eelmiste rühmade katioonid, siis lisasin 5 tilgale alglahusele 5 tilka NH4Cl lahust, leelistasin 2M NH3∙H2O lahusega, kuni ammoniaagi lõhn jäi peale loksutamist püsima. Lisasin 4 tilka (NH4)2CO3 lahust ja soojendasin veevannis 80 oC juures 3 minutit. Tsentrifuugisin tekkinud valge BaCO3 ja CaCO3 sademe ja kontrollisin sadestumise täielikkust. Tsentrifugaadi jätsin V rühma katioonide analüüsiks. Pesin karbonaatide sadet ammooniumpuhverlahusega ning lahustasin selle 2M äädikhappes ja tõestsin lahusest Ba2+ ja Ca2+- ioonid .
Ba2+- ioonide tõestamine ja eraldamine
Lisasin 4 tilgale lahusele 3 tilka K2CrO4 lahust. Tekkis kollane BaCrO4 sade, mis tõestas Ba2+- ioonide olemasolu lahuses.
Ba2+ + CrO42- → BaCrO4↓
BaCrO4 sade ei lahustu äädikhappe toimel, aga reageerib lahjendatud HCl lahusega.
2 BaCrO4 + 2 H+ → 2 Ba2+ + Cr2O72 - + H2O
Lahuses sisaldusid Ba2+- ioonid , seega tuli need eraldada ülejäänud lahusest. Jätsin osa lahust Ca2+- ioonide tõestamiseks punktis b). Lisasin lahusele K2CrO4 ja soojendasin. Tsentrifuugisin BaCrO4 sademe. Tsentirfugaat oli kollakas , mis tulenes CrO42- - ioonide liiast. Liia kõrvaldamiseks lisasin tsentrifugaadile umbes 15 tilka Na2CO3 lahust ja keetsin veevannis. Pesin tekkinud sadet CaCO3 destilleeritud veega ja lahustasin äädikhappes.
Ca2+- ioonide tõestamine
a) Osale lahusele lisasin NH3∙H2O leeliselise reaktsioonini. Soojendasin lahust keemiseni ja lisasin 3 tilka ammooniumoksalaadi lahust. Tekkis valge kaltsiumoksalaadi sade.
Ca2++ (COO)22- → Ca(COO)2 ↓
b) 4 tilgale lahusele lisasin 3 tilka NH4Cl lahust, leelistasin seda NH3∙H2O lahusega ja soojendasin keemiseni. Lisasin 3 tilka K4[Fe(CN)6] lahust. Tekkis valge sade.
Ca2++ 2 NH4+ + [Fe(CN)6]4- → Ca(NH4)2[Fe(CN)6]
P4.3 Viienda rühma katioonide (Mg2+, NH4+) analüüs
Ba2+ ja Ca2+- ioonide jälgede kõrvaldamine
Kui analüüsitavas lahuse sisalduvad ka Ba2+ ja Ca2+- ioonid, siis pole nende sadestumine (NH4)2CO3-ga täielik ja lahusesse jälgedena jäänud Ba2+ ja Ca2+- ioonid annavad ka Mg2+- ioonide tõestusreaktsioone, seega tuleb need ioonid enne Mg2+- ioonide tõestamist eraldada. Lisasin tsentrifugaadile, mille sain pärast IV rühma katioonide karbonaatide eraldamist, 4 tilka (NH4) 2SO4 lahust Ba2+- ioonide sadestamiseks sulfaatidena ja 4 tilka (COONH4)2 lahust Ca2+- ioonide sadestamiseks oksalaatidena ja keetsin lahust. Eraldasin sademe tsentrufuugimisel ja tõestasin tsentrifugaadist Mg2+ - ioonid.
Ba2++ SO42 - → BaSO4↓
Ca2++ (COO)22- → Ca(COO)2 ↓
Mg2+- ioonide tõestamine
Kuumutasin 3 tilka lahust keemiseni ja lisasin 2 tilka dinaatriumvesinikfosfaadi lahust, 2 tilka 2 M ammoniaakhüdraati ning soojendasin. Ammoniaakhüdraadi ja ammooniumkloriidi juuresolekul tekkis valge ammooniummagneesiumfosfaadi sade:
Mg2++ HPO4- + NH3∙H2O → MgNH4PO4↓ + H2O
NH4+- ioonide tõestamine
Nende ioonide tõestamine toimus alglahusest. Lisasin ühele tilgale alglahusele 1 tilga Nessleri reaktiivi. Tekkis punakaspruun sade, mis tõestas NH4+- ioonide olemasolu lahuses.
Nessleri reaktiiv on kompleksühendi K2[ HgI4 ] ja leelise KOH segu, mis reageerib ammooniumioonidega vastavalt võrrandile:
NH4+ + 2 [HgI4]2- + 4 OH- → [NH2Hg2O]I↓ + 7 I- + 3 H2O
Leekreaktsioon
Saadud soola kristalli asetamisel gaasipõleti leeki tekkis rohekas leek . Järelikult oli tegu Ba2+- ioone sisaldava soolaga .