Określanie zasad rozpuszczalności związków jonowych

Trendy we właściwościach rozpuszczalności związków jonowych można wykorzystać do analizy jakościowej roztworów jonowych. Gdy związek jest dodawany do mieszaniny roztworów jonowych, może powstawać wiele produktów, z których każdy ma inne właściwości rozpuszczalności. Jeśli tylko jeden produkt jest nierozpuszczalny, sam opuści roztwór. Przeprowadzając sekwencyjne reakcje, jony w roztworze mogą być systematycznie identyfikowane i izolowane.

Chociaż istnieje wiele przyrządów analitycznych do analizy pierwiastkowej, techniki te są często czasochłonne lub wymagają transportu próbek między laboratoriami. Jakościowe techniki analityczne, takie jak badanie właściwości rozpuszczalności, są szybkimi i dostępnymi metodami wstępnego badania przesiewowego do analizy.

W tym filmie przedstawimy właściwości rozpuszczalności związków jonowych, zademonstrujemy procedury selektywnego wytrącania związków jonowych oraz przedstawimy kilka zastosowań analizy jakościowej z wykorzystaniem trendów rozpuszczalności w warunkach przemysłowych.

Związki jonowe składają się z kationu i anionu. Kiedy zachodzi reakcja między dwoma różnymi związkami jonowymi, kation jednego związku jest elektrostatycznie przyciągany do anionu drugiego, tworząc nowy związek. Jony, które nie biorą udziału w reakcji, nazywane są jonami obserwatorskimi i są pomijane w reakcji jonowej netto. Kiedy związek jonowy rozpuszcza się, odwracalnie oddziałuje z cząsteczkami rozpuszczalnika, a jony dysocjują. Jeśli oddziaływanie między jonem a nowym przeciwjonem jest silniejsze niż między jonem a cząsteczkami rozpuszczalnika, korzystniejsze dla produktu będzie znajdowanie się w fazie stałej. Tworzenie się produktu stałego z roztworu jest znane jako wytrącanie, a ciało stałe nazywa się osadem.

Jony można selektywnie izolować z roztworu poprzez indukowanie reakcji z nierozpuszczalnymi osadami. Aby zaprojektować te reakcje, kationy i aniony są przypisywane do szerokich kategorii w oparciu o trendy rozpuszczalności. Kationy są grupowane przez identyfikację anionów wspólnych dla ich nierozpuszczalnych produktów reakcji, a aniony są również grupowane według wspólnych kationów. Roztwory tych powszechnych jonów są używane do testowania tych grup.

Gdy pożądana jest separacja jonów należących do tej samej grupy, specjalistyczne odczynniki lub stężone roztwory mogą być użyte do wywołania reakcji selektywnych po wyizolowaniu jonów w tej grupie. Te specjalistyczne odczynniki mogą być również używane do potwierdzania tożsamości wyizolowanego jonu. Teraz, gdy rozumiesz zasady stojące za jakościową analizą jonów, przejdźmy do techniki analizy roztworu fosforanu, a następnie procedury oddzielania mieszaniny kationów metali.

Aby przeanalizować roztwór na fosforan, należy najpierw przygotować rozcieńczone roztwory testowe wodnego roztworu wapnia, orhomolibdenianu amonu i stężonego kwasu azotowego. Następnie umieść 5 ml nieznanego roztworu w probówce.

Dodawać roztwór wapnia kroplami do nieznanego roztworu. Tworzenie się białego osadu może wskazywać na obecność fosforanu wapnia lub węglanu wapnia. Aby sprawdzić obecność fosforanu, powoli dodawaj kwas azotowy do probówki. Rozpuszczenie osadu wskazuje, że utworzył się wodorofosforan. Brak pęcherzyków gazu wskazuje, że nie ma węglanu, ponieważ węglan zareagowałby z kwasem, tworząc dwutlenek węgla i wodę.

Na koniec powoli dodaj orhomolibdenian amonu do probówki. Fosfomolibdenian amonu tworzy się jako żółty osad, potwierdzający obecność fosforanu w roztworze.

Najpierw należy przygotować rozcieńczone roztwory testowe zgodnie z wykazem w protokole tekstowym. Zaopatrzyć się w cztery probówki i nakrętki nadające się do użycia w wirówce. Umieść mieszaninę wodnych roztworów cynku, niklu, srebra i azotanów żelaza w jednej probówce. Aby rozpocząć separację, najpierw powoli dodaj rozcieńczony kwas solny do mieszaniny, delikatnie mieszając. Biały osad, który się tworzy, to chlorek srebra. Kontynuuj dodawanie roztworu chlorku, aż przestanie się wytrącać osad.

Oddzielić ciecz lub supernatant od stałego chlorku srebra przez odwirowanie. Zdekantować supernatant do drugiej probówki. Umyj chlorek srebra trzykrotnie wodą i zdekantuj każde płukanie do drugiej probówki. Następnie dodaj kroplami roztwór wodorotlenku sodu do drugiej probówki. Utworzą się trzy osady: biały wodorotlenek cynku, żółty wodorotlenek żelaza i zielony wodorotlenek niklu. Kontynuuj dodawanie wodorotlenku sodu, aż stały biały związek cynku rozpuści się, tworząc rozpuszczalny jon cynkowy. Oddzielić roztwór cynku od stałych związków niklu i żelaza przez odwirowanie, a następnie zdekantować roztwór do trzeciej probówki. Umyj ciała stałe wodą trzy razy i zdekantuj je do roztworu cynku.

Powoli dodawaj kwas solny do roztworu cynku w trzeciej probówce, aż wodorotlenek cynku wytrąci się, a następnie rozpuści.

Następnie dodaj kroplami heksacyjanożelazian potasu do roztworu cynku, aby utworzyć heksacyjanożelazian potasu cynku w postaci białego osadu. Teraz do probówki zawierającej stały wodorotlenek niklu i wodorotlenek żelaza powoli dodawaj amoniak, aby utworzyć rozpuszczalny niebieski jon heksaminy niklu. Oddzielić roztwór niklu od stałego wodorotlenku żelaza przez odwirowanie i zdekantować roztwór niklu do czwartej probówki. Przemyć wodorotlenek żelaza trzykrotnie wodą i zdekantować popłuczyny do roztworu niklu. Następnie powoli dodawaj dimetyloglioksym do roztworu niklu, aby utworzyć dimetyloglioksym niklu w postaci czerwonego osadu. Do stałego wodorotlenku żelaza ostrożnie dodaj stężony kwas solny, aby utworzyć roztwór chlorku żelaza. Aby potwierdzić obecność żelaza, dodaj tiocyjanian, aby utworzyć ciemnoczerwony kation tiocyjanożelaza.

Prostota i szybkość wykonywania analizy jakościowej jonów w roztworze sprawia, że technika ta jest szeroko stosowana w chemii środowiska i przemyśle.

Gdy woda zawiera wysokie stężenie kationów metali, takich jak wapń lub magnez, nazywa się ją twardą wodą. Te kationy metali mogą reagować z anionami w wodzie, takimi jak węglan, tworząc kredowe osady, które zatykają rury lub podgrzewacze ciepłej wody. Twardość wody można ocenić, dodając roztwór węglanowy do próbki wody. Biały osad wskazuje na wysoki poziom wapnia.

Fosforan jest ważnym składnikiem odżywczym dla wielu form życia i dlatego jest stosowany zarówno w nawozach przemysłowych, jak i ogrodniczych, ale nadmiar fosforanów może być szkodliwy, szczególnie w środowisku słodkowodnym. Ścieki w obszarach mieszkalnych i komercyjnych mogą być badane na obecność fosforanów poprzez dodanie kwasu azotowego i orhomolibdenianu amonu. Żółty osad wskazuje na wysoki poziom fosforanów.

Właśnie obejrzałeś wprowadzenie JoVE do zasad rozpuszczalności jonów. Powinieneś być teraz zaznajomiony z zasadami reakcji jonowych, kilkoma procedurami analizy jakościowej roztworów oraz niektórymi zastosowaniami analizy jakościowej z wykorzystaniem rozpuszczalności.

Dzięki za oglądanie!