1. שיטות כלליות
2. ניתוח אניון
3. ניתוח Cation
מקור: המעבדה של ד"ר ניל אברמס — מכללת SUNY למדעי הסביבה ויערנות
מסיסות של תרכובת יונית ניתן לקבוע באמצעות ניתוח איכותי. ניתוח איכותי הוא ענף של כימיה אנליטית המשתמשת בתכונות כימיות ותגובות כדי לזהות את הקטיון או האניון הקיימים בתרכובת כימית. בעוד התגובות הכימיות מסתמכות על כללי מסיסות ידועים, אותם כללים יכולים להיקבע על ידי זיהוי המוצרים שנוצרים. ניתוח איכותי אינו נעשה בדרך כלל במעבדות כימיה תעשייתיות מודרניות, אך ניתן להשתמש בו בקלות בתחום ללא צורך במכשור מתוחכם. ניתוח איכותי מתמקד גם בהבנת תגובות יוניות ויוניות נטו, כמו גם בארגון נתונים לתרשים זרימה כדי להסביר תצפיות ולהסיק מסקנות סופיות.
לציטוטים רבים יש תכונות כימיות דומות, כמו גם עמיתיו אניון. זיהוי נכון דורש הפרדה וניתוח זהירים כדי לזהות באופן שיטתי את היונים הקיימים בפתרון. חשוב להבין תכונות חומצה/בסיס, שיווי משקל יוני, תגובות redox, תכונות pH כדי לזהות יונים בהצלחה.
אמנם יש מבחן איכותי כמעט לכל יונים אלמנטריים ופוליאטומיים, אך תהליך הזיהוי מתחיל בדרך כלל בהכרת "מחלקה" של יונים מנותחים; cations או אניונים, אלמנטים או פוליאטומיים, קבוצות או תקופות, מעבר או קבוצה ראשית. בניסוי זה, שני סוגי היונים, הסיוציות והאניונים מזוהים. הציטוטים כוללים גם יונים פוליאטומיים.
1. שיטות כלליות
2. ניתוח אניון
3. ניתוח Cation
ניתן להשתמש במגמות בתכונות המסיסות של תרכובות יוניות לניתוח איכותי של תמיסות יוניות. כאשר מוסיפים תרכובת לתערובת של תמיסות יוניות, יכולים להיווצר מוצרים רבים, כל אחד עם תכונות מסיסות שונות. אם רק מוצר אחד אינו מסיס, אז הוא לבדו ישאיר את הפתרון. על ידי ביצוע תגובות עוקבות, ניתן לזהות ולבודד באופן שיטתי יונים בתמיסה.
בעוד שקיימים מגוון מכשירים אנליטיים לניתוח יסודות, הטכניקות לרוב גוזלות זמן או דורשות הובלת דגימות בין מעבדות. טכניקות אנליטיות איכותניות כגון בחינת תכונות מסיסות הן שיטות סינון מקדימות מהירות ונגישות לניתוח.
סרטון זה יציג את תכונות המסיסות של תרכובות יוניות, ידגים נהלים לזריזות סלקטיביות של תרכובות יוניות, ויציג כמה יישומים של ניתוח איכותני באמצעות מגמות מסיסות בסביבות תעשייתיות.
תרכובות יוניות מורכבות מקטיון ואניון. כאשר מתרחשת תגובה בין שתי תרכובות יוניות שונות, הקטיון של תרכובת אחת נמשך אלקטרוסטטית לאניון של אחרת, ויוצר תרכובת חדשה. היונים שאינם משתתפים בתגובה נקראים יוני צופים, והם מושמטים מהתגובה היונית נטו. כאשר תרכובת יונית מתמוססת, הם מקיימים אינטראקציה הפיכה עם מולקולות ממס, והיונים מתנתקים. אם האינטראקציה בין יון ליון הנגדי החדש חזקה יותר מאשר בין היון למולקולות הממס, יהיה נוח יותר שהמוצר יהיה בשלב המוצק. היווצרות מוצר מוצק מתמיסה ידועה בשם משקעים, והמוצק נקרא משקעים.
ניתן לבודד יונים באופן סלקטיבי מהתמיסה על ידי גרימת תגובות עם משקעים בלתי מסיסים. כדי לעצב את התגובות הללו, קטיונים ואניונים מוקצים לקטגוריות רחבות המבוססות על מגמות מסיסות. קטיונים מקובצים על ידי זיהוי האניון המשותף לתוצרי התגובה הבלתי מסיסים שלהם, ואניונים מקובצים גם הם לפי קטיונים נפוצים. פתרונות של יונים נפוצים אלה משמשים לבדיקה עבור קבוצות אלה.
כאשר רצויה הפרדה ליונים השייכים לאותה קבוצה, ניתן להשתמש בריאגנטים מיוחדים או בתמיסות מרוכזות כדי לגרום לתגובות סלקטיביות לאחר בידוד היונים באותה קבוצה. ניתן להשתמש בריאגנטים מיוחדים אלה גם כדי לאשר את זהותו של יון מבודד. כעת, לאחר שהבנתם את העקרונות העומדים מאחורי הניתוח האיכותי של יונים, בואו נעבור על טכניקה לניתוח תמיסה לפוספט, ואחריה הליך להפרדת תערובת של קטיוני מתכת.
כדי לנתח תמיסה לפוספט, הכינו תחילה תמיסות בדיקה מדוללות של סידן מימי, אמוניום אורתומוליבדט וחומצה חנקתית מרוכזת. לאחר מכן, הניחו 5 מ"ל מהתמיסה הלא ידועה במבחנה.
הוסף את תמיסת הסידן טיפתית לתמיסה הלא ידועה. היווצרות משקעים לבנים יכולה להצביע על נוכחות של סידן פוספט, או סידן פחמתי. כדי לאמת את נוכחות הפוספט, הוסף לאט חומצה חנקתית למבחנה. פירוק המשקעים מעיד על היווצרות מימן פוספט. היעדר בועות גז מצביע על כך שאין קרבונט, שכן קרבונט היה מגיב עם החומצה ליצירת פחמן דו חמצני ומים.
לבסוף, הוסיפו לאט את האמוניום אורתומוליבדט למבחנה. אמוניום פוספומוליבדט נוצר כמשקע צהוב, המאשר את נוכחות הפוספט בתמיסה.
ראשית, הכינו פתרונות בדיקה מדוללים כמפורט בפרוטוקול הטקסט. השג ארבע מבחנות וכובעים המתאימים לשימוש בצנטריפוגה. מניחים תערובת של אבץ מימי, ניקל, כסף וחנקות ברזל במבחנה אחת. כדי להתחיל בהפרדה, תחילה הוסיפו לאט לאט חומצה הידרוכלורית מדוללת לתערובת, תוך ערבוב עדין. המשקע הלבן שנוצר הוא כלוריד כסף. המשיכו להוסיף תמיסת כלוריד עד שלא ייווצרו משקעים נוספים.
הפרד את הנוזל, או הסופרנטנט, ואת כלוריד הכסף המוצק על ידי צנטריפוגה. שפכו את הסופרנטנט למבחנה השנייה. שטפו את כלוריד הכסף שלוש פעמים במים ושפכו כל שטיפה למבחנה השנייה. לאחר מכן, הוסף את תמיסת הנתרן הידרוקסיד טיפתית למבחנה השנייה. ייווצרו שלושה משקעים: אבץ הידרוקסיד לבן, הידרוקסיד ברזל צהוב וניקל הידרוקסיד ירוק. המשיכו להוסיף נתרן הידרוקסיד עד שתרכובת האבץ הלבן המוצק מתמוססת ויוצרת את יון האבץ המסיס. הפרד את תמיסת האבץ ואת תרכובות הניקל והברזל המוצקות על ידי צנטריפוגה, ולאחר מכן שפך את התמיסה למבחנה השלישית. שוטפים את המוצקים במים שלוש פעמים ושופכים כל אחד לתמיסת האבץ.
הוסף לאט חומצה הידרוכלורית לתמיסת האבץ במבחנה השלישית עד שאבץ הידרוקסיד משקע ואז מתמוסס.
לאחר מכן, הוסף אשלגן הקסציאנופראט טיפה לתמיסת האבץ ליצירת אשלגן אבץ הקסציאנופראט כמשקע לבן. כעת, למבחנה המכילה ניקל הידרוקסיד מוצק וברזל הידרוקסיד, הוסיפו לאט אמוניה ליצירת יון הקסמין ניקל כחול מסיס. הפרד את תמיסת הניקל מהידרוקסיד הברזל המוצק על ידי צנטריפוגה ושפך את תמיסת הניקל למבחנה הרביעית. שוטפים את הידרוקסיד הברזל שלוש פעמים במים ושופכים את השטיפות לתמיסת הניקל. לאחר מכן, הוסף לאט דימתילגליוקסים לתמיסת הניקל ליצירת ניקל דימתילגליוקסים כמשקע אדום. להידרוקסיד הברזל המוצק, הוסיפו בזהירות חומצה הידרוכלורית מרוכזת ליצירת תמיסה של כלוריד ברזל. כדי לאשר את נוכחות הברזל, הוסף תיוציאנט ליצירת קטיון תיוציאנטונירון אדום עמוק.
הפשטות והמהירות של ביצוע ניתוח איכותי של יונים בתמיסה הופכים טכניקה זו לשימוש נרחב בכימיה ובתעשייה הסביבתית.
כאשר מים מכילים ריכוז גבוה של קטיוני מתכת כמו סידן או מגנזיום, הם נקראים מים קשים. קטיוני מתכת אלה יכולים להגיב עם אניונים במים כגון קרבונט ליצירת משקעים גיריים הסותמים צינורות או מחממי מים חמים. ניתן להעריך את קשיות המים על ידי הוספת תמיסת קרבונט לדגימת מים. משקעים לבנים מעידים על רמות גבוהות של סידן.
פוספט הוא חומר מזין חשוב לצורות חיים רבות ולכן משמש הן בדשנים תעשייתיים והן בדשנים בגינה, אך עודף פוספט עלול להזיק, במיוחד בסביבות מים מתוקים. ניתן לבדוק שפכים באזורי מגורים ומסחר לפוספטים על ידי הוספת חומצה חנקתית ואמוניום אורתומוליבדט. משקעים צהובים מעידים על רמות גבוהות של פוספטים.
זה עתה צפיתם בהקדמה של JoVE לכללי מסיסות ליונים. כעת עליך להכיר את העקרונות של תגובות יוניות, כמה נהלים לניתוח איכותני של פתרונות, וכמה יישומים של ניתוח איכותני באמצעות מסיסות.
תודה שצפית!
התגובות המוצגות כאן יכולות לשמש כדי לזהות את נוכחותו של סוג של cations או אניונים או לשמש באופן ספציפי מאוד עבור יון מסוים. מכיוון ששני ריאגנטים משמשים בניתח, ניתן לזהות ריאגנט בדרך כלל באמצעות השני. לדוגמה, במקום לנתח את נוכחותו של כלוריד באמצעות יון כסף, ניתן לזהות יון כסף באמצעות כלוריד. שילוב של כללים נפוצים של משקעים ואחריו בדיקות צבע או משקעים ספציפיות יכול לשמש כדי לזהות באופן חיובי כמעט כל יון, אטומי או פוליאטומי, זמין. יחד עם זאת, ניתן לקבוע את רוב אותם כללים על ידי תגובה אניונים...
Chapters in this video
0:00
Overview
1:17
Principles of Qualitative Analysis of Ionic Solutions
3:21
Phosphate Analysis
4:30
Metal Cation Separation
7:32
Applications
8:43
Summary
Videos from this collection: