Determinazione delle regole di solubilità di composti ionici

Le tendenze nelle proprietà di solubilità dei composti ionici possono essere utilizzate per l’analisi qualitativa delle soluzioni ioniche. Quando un composto viene aggiunto a una miscela di soluzioni ioniche, possono formarsi molti prodotti, ognuno con diverse proprietà di solubilità. Se solo un prodotto è insolubile, allora da solo lascerà la soluzione. Eseguendo reazioni sequenziali, gli ioni in una soluzione possono essere sistematicamente identificati e isolati.

Mentre esiste 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 la precipitazione selettiva dei composti ionici e introdurrà alcune applicazioni di analisi qualitativa utilizzando le tendenze di solubilità in ambienti industriali.

I composti ionici sono composti da un catione e un anione. Quando si verifica una reazione tra due diversi composti ionici, il catione di un composto viene attratto elettrostaticamente all’anione di un altro, formando un nuovo composto. Gli ioni che non partecipano alla reazione sono chiamati ioni spettatore e vengono omessi dalla reazione ionica netta. Quando un composto ionico si dissolve, interagiscono in modo reversibile con le molecole di solvente e gli ioni si dissociano. Se l’interazione tra uno ione e il nuovo controione è più forte che tra lo ione e le molecole di solvente, sarà più favorevole che il prodotto sia 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 ad ampie categorie in base alle tendenze di solubilità. I cationi sono raggruppati identificando l’anione comune ai loro prodotti di reazione insolubili, e gli anioni sono anche raggruppati per cationi comuni. Le soluzioni di questi ioni comuni sono utilizzate per testare questi gruppi.

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

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

Aggiungere la soluzione di calcio goccia alla soluzione sconosciuta. 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 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’ortomolimidato di ammonio alla provetta. Il fosfomolimidato di ammonio si forma come un precipitato giallo, confermando la presenza di fosfato nella soluzione.

Innanzitutto, preparare soluzioni di test diluite come elencato nel protocollo di testo. Ottenere quattro provette e tappi adatti all’uso in una centrifuga. Mettere una miscela di zinco acquoso, nichel, argento e nitrati di ferro in una provetta. Per iniziare la separazione, prima aggiungere lentamente acido cloridrico diluito alla miscela, ruotando delicatamente. Il precipitato bianco che si forma è cloruro d’argento. Continuare ad aggiungere la soluzione di cloruro fino a quando non si formano più precipitati.

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 decantare ogni lavaggio nella seconda provetta. Quindi, aggiungere la soluzione di idrossido di sodio a goccia alla 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 solido di zinco bianco 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 decantare 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’esacianoderrato di potassio alla soluzione di zinco per formare l’esacianodeerrato di zinco di potassio come precipitato bianco. Ora, nella provetta contenente idrossido di nichel solido e idrossido di ferro, aggiungere lentamente ammoniaca per formare lo ione esaammina di nichel blu solubile. Separare la soluzione di nichel dall’idrossido di ferro solido mediante centrifugazione e decantare la soluzione di nichel nella quarta provetta. Lavare l’idrossido di ferro tre volte con acqua e decantare i lavaggi nella soluzione di nichel. Quindi, aggiungere lentamente dimetilglioxima alla soluzione di nichel per formare nichel dimetilglioxima come precipitato rosso. All’idrossido di ferro solido, aggiungere con attenzione acido cloridrico concentrato per formare una soluzione di cloruro ferrico. Per confermare la presenza di ferro, aggiungere tiocianato per formare il catione tiocianatoiron rosso intenso.

La semplicità e la velocità di eseguire analisi qualitative 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 calcio o magnesio, si chiama acqua dura. Questi cationi metallici possono reagire con gli anioni nell’acqua come il carbonato per formare depositi gessosi che ostruiscono tubi o scaldacqua caldi. 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 d’acqua dolce. Le acque reflue nelle aree residenziali e commerciali possono essere testate per i fosfati aggiungendo acido nitrico e ortomolybdato di ammonio. Il precipitato giallo indica alti livelli di fosfati.

Hai appena visto l’introduzione di JoVE alle regole di solubilità per gli ioni. Ora dovresti avere familiarità con i principi delle reazioni ioniche, alcune procedure per l’analisi qualitativa delle soluzioni e alcune applicazioni dell’analisi qualitativa usando la solubilità.

Grazie per l’attenzione!