Elementide keemia praktikum I katioonide rühm (1)

1. Esimese rühma katioonide tõestusreaktsioonid
Kõigi reaktsioonide puhul võtsin ca 1 ml iga ainet (kui polnud täpsustust kirjas).
Pb2+ - ioonide tõestusreaktsioonid
1) Pb(NO3)2 + 2 HCl  PbCl2↓ + 2 HNO3
Kloori-ioonidega moodustus tihe valge pliikloriidi sade, mis kuumutamisel kadus.
2) Pb(NO3)2 + 2 KI  PbI2↓ + 2 KNO3
Joodi-ioonidega moodustus väga intensiivset kollast värvi pliijodiidi sade. Lahustasin sademe vesivannil kuumutamisega etaanhappega hapestatud vees, seejärel jätsin lahuse jahtuma. Pliijodiidi sade eraldus uuesti kuldsete sädelevate lehekestena ( kiirel jahtumisel tekib kuldne helkiv peenekristalne sade).
3) K2CrO4 + Pb(NO3)2  PbCrO4↓ + 2 KNO3
Sadenes kollane pliikromaadi puru. Lahustasin sademe leelise (NaOH) lahuses, kus see moodustas tetrahüdroksoplumbaatiooni.
PbCrO4 + 4 OH-  [Pb(OH)4]2- + CrO4 2-
Ag+ - ioonide tõestusreaktsioonid
1) AgNO3 + HCl  AgCl↓ + HNO3
Kloori ioonidega tekkis valge puru lahuse peale, mis oli hõbejodiidi sade. Võtsin ammoniaagi vesilahuse, mis reageeris AgCl sademega ning moodustas lahustuva kompleksühendi diammiinhõbekloriiidi.
AgCl + 2 NH3 x H2O  [Ag(NH3)2]Cl + 2 H2O
Lisasin lämmastikhapet (prootoneid) ning kompleksühend lagunes ja hõbekloriid sadenes uuesti.
[Ag(NH3)2]Cl + 2 H+  AgCl↓ + 2 NH4 +
2) AgNO3 + KI  AgI↓ + KNO3
Joodi-ioonidega moodustus kollakas hõbejodiidi sade.
3) K2CrO4 + 2 AgNO3  Ag2CrO4↓ + 2 KNO3
Kromaatioonidega moodustus telliskivipunane hõbekromaadi sade.
Hg2+ - ioonide tõestusreaktsioonid
1) Hg2(NO3)2 + 2 HCl  Hg2Cl2↓ + 2 HNO3
Kloori-ioonidega moodustus valge elavhõbe(I)kloriidi sade. Lisasin ammoniaagi vesilahust ning sade muutus mustaks.
Hg2Cl2 + 2 NH3 x H2O  NH2HgCl↓ + Hg↓ + NH4Cl + 2 H2O
2) Hg2Cl2 + 2 KI  Hg2I2 + 2 KNO3
Joodi-ioonidega moodustus intensiivne punase värvusega sade roheka värvuse asemel. Ilmselt olid elavhõbe(I) soolad seisnud ning disproportsioneerunud tugevalt Hg2+ ja metallilise Hg tekkega.
3) K2CrO4 + Hg2(NO3)2  Hg2CrO4↓ + 2 KNO3
Kromaatioonidega moodustus punane elavhõbe(I)kromaadi sade.
2. Esimese rühma katioonide (Pb2+ , Ag+ , Hg2 2+) lahuse süstemaatiline analüüs
I rühma katioonide sadestamine
Võtsin tsentrifuugiklaasi ca 1 ml esimese rühma katioonide lahust ning lisasin tilkhaaval kahemolaarset vesinikkloriidhappe lahust. Segasin klaaspulgaga ning sadestusid pliikloriid, hõbekloriid ja elavhõbe(I)kloriid (peeneteraline valge sade põhjas). Tsentrifuugisin sademe ning kontrollisin sadestumise täielikkust mõne tilga 2M HCl lisamisega. Ilmes, et sadestumine siiski polnud täielik ning lisasin veel mõne tilga HCl ja kordasin tsentrifuugimist uuesti. Pipeteerisin tsentrifugaadi teise katseklaasi ja hoidusin sadet pipetiga kaasa võtmast. Kuna oli teada, et tsentrifugaadis teiste rühmade katioone pole, valasin selle lihtsalt kraanikaussi.
Valmistasin pesuvee (10 ml dest. vett + 3 tilka konts. HCl) ning lisasin seda sademele ca 1,5 ml . Segasin ja tsentrifuugisin uuesti. Kui lahuses teiste rühmade katioone pole, piisab ühekordsest pesemisest, muidu pestakse kolm korda. Pesemine on vajalik lahusesse jäänud anioonide ja järgnevate rühmade katioonide väljapesemiseks. Kui järgnevate rühmade katioonid jäävad lahusesse, ei saa hakata esimese rühma katioone eraldama. Tõestuste puhul segavad katioonid üksteist ning ei saa kindlalt väita, mis eraldus ja mis sadenes. Külm soolhappeline vesi hapustab lahuse, lisab prootoneid ning koristab teised katioonid lahusest.
Pb2+ -ioonide tõestamine
Pestud sademele lisasin 2 ml destilleeritud vett, segasin ja soojendasin ca 5 minutit keevas vesivannis. Tsentrifuugisin kuumalt 1 minuti, sest pliikloriidi sade lahustub soojas vees. Kandsin tsentrifugaadi pipetiga teise katseklaasi ning tilgutasin seda mõned tilgad kolme katseklaasi. Viisin läbi kolm plii-ioonide tõestusreaktsiooni, mis kõik õnnestusid. Pesin järelejäänud kloriidide sadet mitu korda kuuma dest. veega, kuni enam Pb2+ ioonid ei tõestunud pesuvees.
Hg2+ -ioonide tõestamine
Lisasin vähesele järelejäänud sademele 7 tilka 2M ammoniaagi vesilahust ning segasin. Põhja tekkis hallikasmust sade, sest eraldusid valge elavhõbeamiidkloriid ning metalne elavhõbe.
Ag+ -ioonide tõestamine
Tsentrifuugisin ning eraldasin tsentrifugaadi pipetiga. Viisin läbi kõik kolm tõestusreaktsiooni, millest ei õnnestunud ükski. Ilmselt oli viga tulnud sisse sellest, et pliikloriidi lahusest välja pestes kasutasin kaugelt liiga palju kuuma dest. vett. Ilmselt pesin väga suure osa hõbeda-ioonidest lahusest välja. Algselt arvasin, et on tegemist juhtumiga, kus lahuses on Hg2+ -ioonide konts. suurem kui Ag+ -ioonide konts, kuid katse lämmastikhappe lisamise ja veega lahjendamisega ei õnnestunud. Valget sadet põhja ei tekkinud.
Küsimuste vastused
1) Plii, hõbeda ja elavhõbeda katsioonide eraldamine teiste rühmade katioonidest põhineb nende katioonide kloriidide väga vähesel lahustumisel vees. HCl toimel sadestuvad nad rasklahustuvate kloriididena.
2) Lahusele, mis sisaldas ainult Pb2+ ja Ag+ -ioone, lisati kuuma konts. HCl-i ning valget sadet ei moodustunud, seega hõbekloriid ei sadestunud. Ilmselt on tegemist sellega, et konts. HCl on väga kange ning kui lisada lahusele liigselt Cl- -ioone, siis moodustavad PbCl2 ja AgCl hoopis kompleksühendid [PbCl4]2- ja [AgCl2]- , mis lahustuvad vees.
3.1) Ka = 1,6 x 10-5
M (PbCl2) = 278 g/mol
PbCl2  Pb2+ + 2Cl-
S S 2S
Ka = S x (2S)2 = 4S3
S = 0,01587 mol/L
S x M = 0,01578 x 278 = 4,39 g/L
3.2) Ka = 1,7 x 10-10
M (AgCl) = 143,5 g/mol
AgCl  Ag+ + Cl-
S S S
Ka = S x S = S2
S = 0,000013 mol/L
S x M = 0,000013 x 143,5 = 0,00187 g/L
3.3) Ka = 1,1 x 10-18
M (PbCl2) = 473 g/mol
Hg2Cl2  2Hg+ + 2Cl-
S 2S 2S
Ka = (2S)2 x (2S)2 = 16S2
S = 2,02 x 10-6 mol/L
S x M = 2,02 x 10-6 x 473 = 9,56 x 10-4 g/L
4) Pb2+ -ioonide eraldamine põhineb sellel, et PbCl2 sade lahustub kuumas vees. Seega saab katioonide segu lahuses kuumutada ning kuumalt tsentrifuugida. Selle tagajärjel lahustub sade lahusesse ning seda saab eraldada.
5) Ag+ -ioonide eraldamiseks Hg2+ ioonidest tuleb sadet tsentrifuugida ning tsentrifugaat ettevaatlikult eraldada puhta pipetiga. Elavhõbeda ioonid on sadestunud põhja NH2HgCl↓ näol.