Determinazione delle regole di solubilità di composti ionici

L'andamento delle proprietà di solubilità dei composti ionici può essere utilizzato per l'analisi qualitativa delle soluzioni ioniche. Quando un composto viene aggiunto a una miscela di soluzioni ioniche, possono formarsi molti prodotti, ciascuno con diverse proprietà di solubilità. Se un solo prodotto è insolubile, da solo lascerà la soluzione. Eseguendo reazioni sequenziali, gli ioni in una soluzione possono essere sistematicamente identificati e isolati.

Sebbene esista una varietà di strumenti analitici per l'analisi elementare, le tecniche sono spesso dispendiose in termini di tempo o richiedono il trasporto di campioni tra i laboratori. Le tecniche analitiche qualitative, come l'esame delle proprietà di solubilità, sono metodi di pre-screening rapidi e accessibili per l'analisi.

Questo video introdurrà le proprietà di solubilità dei composti ionici, dimostrerà le procedure per precipitare selettivamente i composti ionici e introdurrà alcune applicazioni dell'analisi qualitativa utilizzando le tendenze di solubilità in ambienti industriali.

I composti ionici sono composti da un catione e da un anione. Quando si verifica una reazione tra due diversi composti ionici, il catione di un composto viene attratto elettrostaticamente dall'anione di un altro, formando un nuovo composto. Gli ioni che non partecipano alla reazione sono chiamati ioni spettatori e vengono omessi dalla reazione ionica netta. Quando un composto ionico si dissolve, interagisce in modo reversibile con le molecole di solvente e gli ioni si dissociano. Se l'interazione tra uno ione e il nuovo contro-ione è più forte che tra lo ione e le molecole del solvente, sarà più favorevole per il prodotto essere in fase solida. La formazione di prodotto solido dalla soluzione è nota come precipitazione e il solido è chiamato precipitato.

Gli ioni possono essere isolati selettivamente dalla soluzione inducendo reazioni con precipitati insolubili. Per progettare queste reazioni, cationi e anioni sono assegnati a grandi categorie in base all'andamento della solubilità. I cationi sono raggruppati identificando l'anione comune ai loro prodotti di reazione insolubili, e gli anioni sono similmente raggruppati per cationi comuni. Le soluzioni di questi ioni comuni vengono utilizzate per testare questi gruppi.

Quando si desidera la separazione per ioni appartenenti allo stesso gruppo, è possibile utilizzare reagenti specializzati o soluzioni concentrate per indurre reazioni selettive una volta che gli ioni di quel gruppo sono stati isolati. Questi reagenti specializzati possono essere utilizzati anche per confermare l'identità di uno ione isolato. Ora che hai compreso i principi alla base dell'analisi qualitativa degli ioni, esaminiamo una tecnica per analizzare una soluzione per fosfato, seguita da una procedura per separare una miscela di cationi metallici.

Per analizzare una soluzione per fosfato, preparare prima soluzioni di prova diluite di calcio acquoso, ortomolibdato di ammonio e acido nitrico concentrato. Quindi, mettere 5 ml della soluzione sconosciuta in una provetta.

Aggiungere la soluzione di calcio goccia a goccia alla soluzione incognita. La formazione di un precipitato bianco potrebbe indicare la presenza di fosfato di calcio, o carbonato di calcio. Per verificare la presenza di fosfato, aggiungere lentamente acido nitrico alla provetta. La dissoluzione del precipitato indica che si è formato l'idrogeno fosfato. La mancanza di bolle di gas indica che non è presente carbonato, poiché il carbonato avrebbe reagito con l'acido per formare anidride carbonica e acqua.

Infine, aggiungere lentamente l'ortomolibdato di ammonio alla provetta. Il fosfomolibdato di ammonio si forma come un precipitato giallo, confermando la presenza di fosfato nella soluzione.

Innanzitutto, preparare le soluzioni di test diluite come elencato nel protocollo di testo. Procurarsi quattro provette e tappi adatti per l'uso in centrifuga. Mettere una miscela acquosa di zinco, nichel, argento e nitrati di ferro in una provetta. Per iniziare la separazione, aggiungere prima lentamente l'acido cloridrico diluito alla miscela, agitando delicatamente. Il precipitato bianco che si forma è il cloruro d'argento. Continuare ad aggiungere la soluzione di cloruro fino a quando non si forma più precipitato.

Separare il liquido, o surnatante, e il cloruro d'argento solido mediante centrifugazione. Decantare il surnatante nella seconda provetta. Lavare il cloruro d'argento tre volte con acqua e travasare ogni lavaggio nella seconda provetta. Quindi, aggiungere la soluzione di idrossido di sodio goccia a goccia nella seconda provetta. Si formeranno tre precipitati: idrossido di zinco bianco, idrossido di ferro giallo e idrossido di nichel verde. Continuare ad aggiungere idrossido di sodio fino a quando il composto di zinco bianco solido non si dissolve, formando lo ione zincato solubile. Separare la soluzione di zinco e i composti solidi di nichel e ferro mediante centrifugazione, quindi decantare la soluzione nella terza provetta. Lavare i solidi con acqua tre volte e travasare ciascuno nella soluzione di zinco.

Aggiungere lentamente acido cloridrico alla soluzione di zinco nella terza provetta fino a quando l'idrossido di zinco precipita e poi si dissolve.

Quindi, aggiungere l'esacianoferrato di potassio goccia per goccia alla soluzione di zinco per formare l'esacianoferrato di zinco di potassio come precipitato bianco. Ora, alla provetta contenente idrossido di nichel solido e idrossido di ferro, aggiungere lentamente l'ammoniaca per formare lo ione esammina di nichel blu solubile. Separare la soluzione di nichel dall'idrossido di ferro solido mediante centrifugazione e travasare la soluzione di nichel nella quarta provetta. Lavare l'idrossido di ferro tre volte con acqua e travasare i lavaggi nella soluzione di nichel. Quindi, aggiungere lentamente la dimetilgliossima alla soluzione di nichel per formare la dimetilgliossima di nichel come precipitato rosso. All'idrossido di ferro solido, aggiungere con cautela acido cloridrico concentrato per formare una soluzione di cloruro ferrico. Per confermare la presenza di ferro, aggiungere tiocianato per formare il catione tiocianatoferro rosso intenso.

La semplicità e la velocità di esecuzione dell'analisi qualitativa degli ioni in soluzione rende questa tecnica ampiamente utilizzata nella chimica ambientale e nell'industria.

Quando l'acqua contiene un'alta concentrazione di cationi metallici come il calcio o il magnesio, si parla di acqua dura. Questi cationi metallici possono reagire con gli anioni nell'acqua, come il carbonato, per formare depositi gessosi che ostruiscono i tubi o gli scaldabagni. La durezza dell'acqua può essere valutata aggiungendo una soluzione di carbonato a un campione d'acqua. Il precipitato bianco indica alti livelli di calcio.

Il fosfato è un nutriente importante per molte forme di vita e viene quindi utilizzato sia nei fertilizzanti industriali che in quelli da giardino, ma un eccesso di fosfato può essere dannoso, in particolare negli ambienti di acqua dolce. Le acque reflue nelle aree residenziali e commerciali possono essere testate per i fosfati aggiungendo acido nitrico e ortomolibdato di ammonio. Il precipitato giallo indica alti livelli di fosfati.

Hai appena visto l'introduzione di JoVE alle regole di solubilità per gli ioni. A questo punto dovreste avere familiarità con i principi delle reazioni ioniche, alcune procedure per l'analisi qualitativa delle soluzioni e alcune applicazioni dell'analisi qualitativa che utilizzano la solubilità.

Grazie per l'attenzione!