به نام خدا

نام آزمایش: شناسایی و  جداسازی کاتیون های گروه اول

نام اعضای گروه: سارا سهرابی نژاد- فروغ جعفری

مهندسی شیمی- گروه اول

روز و ساعت تشکیل کلاس: شنبه 12-8

 

كاتيون ها :

در كل 24 كاتيون داريم كه بنا به  تشكيل رسوب با برخي مواد دسته بندي مي شوند ، براي اينكه محلولي از 24 يون در يكجا داشته باشيم از محلول نمك نيترات آن ها استفاده مي شود . زيرا كه نيترات ها همگي محلول هستند . از اين 24 يون 21 يون توانايي تشكيل نمك نيترات دارند و مشكلي ندارند ، ولي 3 يون آنتيموان ، قلع ، آرسنيك  اصلا نمي توانند نمك نيترات تشكيل دهند . براي تشكيل محلول اين يون ها همراه 21 يون ديگر به ترتيب از تركيبات  و  و  كه در آب انحلال پذير مي باشد استفاده مي شود .

دسته بندي كاتيون ها در روش سيستماتيك به شرح زير است :

كاتيون هاي گروه 1:

اين گروه شامل جيوه I  و نقره I و سرب II مي باشد كه اضافه كردن يون Cl − در محيط اسيدي بر روي مجموع 24 يون ، تشكيل رسوب هاي Hg2Cl 2 ( سفيد ) ، AgCl ( سفيد ) ، 2 PbCl ( سفيد ) مي دهد .

اين رسوب ها به ترتيب داراي محلوليت هاي10^-7 و 10^-5 و 10^-2  مي باشد . همان طور كه ملاحظه مي شود PbCl2 نسبت به بقيه داراي انحلاليت بيشتري است و در دماي بالا تا حدودي در آب محلول است .

از آنجا كه براي جداسازي اين گروه Cl وارد محلول مي كنيم ، بايد از يك منبع   Cl مناسب  استفاده كنيم . در زير چند مورد از منابع Cl را بررسي مي كنيم :

الف ) NaCl : اگر از اين منبع استفاده كنيم ديگر نمي توانيم وجود يا عدم وجود يون را در نمونه بررسي كنيم .

ب ) NH4Cl : اين منبع براي  خوب است زيرا  يكي از يون هايي است كه شناسايي آن از همان ابتدا و قبل از واكنش ها انجام مي پذيرد .

ج )‌  HCl: اين منبع  از همه بهتر است زيرا علاوه بر تامين  شرط اسيدي بودن محيط را نيز برقرار مي سازد .

دليل اينكه چرا محيط بايد اسيدي باشد در سه بند بيان مي شود :

1 _ كاتيون هاي داراي خاصيت اسيدي قوي اگر در محيط غير اسيدي قرار بگيرند هيدروليز انجام مي دهند و رسوب هيدروكسيد تشكيل مي دهند مانند :

 Fe + + 3H O ⇔ Fe(OH) ↓ +3H +

اگر محيط اسيدي باشد طبق اصل لوشاتليه واكنش تعادلي بالا به سمت چپ جابجا مي شود و از تشكيل رسوب قهوه اي رنگ Fe(OH) 3 جلوگيري مي كند .

2 _ دو يون  ³⁺  Sb و Bi + 3 در محيط هاي غير اسيدي با يون كلريد تشكيل اكسي كلريد هاي نامحلول مي دهند . مانند :

Bi + + Cl − + H O ⇔ BiOCl ↓ +2H +

كه همچنان طبق اصل لوشاتليه ، محيط اسيدي از تشكيل رسوبات سفيد رنگ اكسي كلريد بيسموت جلوگيري مي كند .

3 _ در محيط هاي غير اسيدي آنيون ها با خيلي از كاتيون ها مواد كم محلول مي دهند . مانند آرسنيت ها ، اكسالات ها ، فسفات ها و كربنات ها . ولي در محيط اسيدي اين آنيون ها به     اسيد هاي خود تبديل مي شوند كه تفكيك پذيري كمتري دارند و آنيون ها ي آزاد را از محيط جمع آوري مي كنند .

در اولين مرحله كه رسوب گذاري كاتيون ها ي گروه 1 انجام مي پذيرد براي اطمينان از رسوب تمام كاتيون ها ي گروه 1  بعد از اولين سانتريفوژ ، قطره اي HCl اضافي ، دوباره به محلول اضافه مي كنيم اين قطره هاي اضافي كاتيون هاي باقي مانده را رسوب مي دهد .

AgCl ⇔ Ag + + Cl −

همانطور كه رابطه ي بالا نشان مي دهد كمي HCl اضافي طبق اصل لوشاتليه تعادل را به سمت تشكيل رسوب جابجا مي كند . كه به اين ، اثر مثبت يون مشترك گويند . اما اگر چنانچه بيش از اندازه HCl وارد محيط شود ممكن است موجب تشكيل كمپلكس هايي می شود و مواد رسوبي را دوباره در آب حل كند .

به اين پديده هم اثر منفي يون مشترك گويند .

در مرحله ي شستشوي رسوب براي اينكه يون هاي گروه هاي ديگر ، كه شايد در بين رسوب ها باقي مانده باشند ، را از رسوب جدا كنيم از آب استفاده مي كنيم . البته بايد توجه داشته باشيم كه با افزايش آب به رسوب چون PbCl2 توانايي انحلاليت بيشتري نسبت به Hg2Cl 2 و AgCl   دارد بايد در مقابل 10 قطره آب يك قطره هم HCl  در شستشو استفاده كنيم تا بر طبق اصل لوشاتليه تعادل PbCl 2 به سمت تشكيل رسوب جابجا شود و هنگام شستشو يون هاي سرب شسته نشوند .

توصيف عنصري كاتيون هاي گروه I :

كاتيون هاي اين گروه كلريدهاي نامحلولي تشكيل مي دهند . سرب كلريد به مقدار جزئي در آب محلول مي باشد ، بنابراين در هنگام افزودن هيدروكلريك اسيد رقيق به نمونه كاملاً رسوب نمي كند ، يون هاي سرب باقي مانده در محلول ، همراه با كاتيون هاي گروه دوم با هيدروژن سولفيد در محيط  اسيدي رسوب مي كنند و از نظر كيفي شناسايي مي شوند .

در بين سولفات هاي اين گروه سرب سولفات عملاً نامحلول است ، در صورتي كه نقره سولفات به مقدار بيشتري حل مي شود ، حلاليت جيوه I سولفات در بين اين دو قرار مي گيرد . برميد ها و يديد هاي اين گروه نامحلول هستند ، گرچه رسوب گيري سرب هاليد ها كامل نيست و در آب جوش به آساني حل مي شوند . سولفيد هاي اين گروه نامحلولند . استات هاي گروه I حلاليت بيشتري دارند . هرچند ممكن است نقره استات از محلول هاي غليظ تر رسوب داده شود . در صورتي كه مقدار يكساني از واكنش گر استفاده شود ، هيدروكسيد ها و كربنات ها رسوب مي كنند .

سرب : سرب با جرم اتمي 19/207 ، فلزي خاكستري رنگ متمايل به آبي است و با چگالي بالا مي باشد .

اين فلز در واكنش با اسيد ها نظير سولفوريك اسيد و كلريدريك اسيد و نيتريك اسيد به   واسطه ي تشكيل نمك متبلورش در سطح خود سرعت فرايند انحلالش را كاهش مي دهد .

جيوه : جيوه با جرم اتمي 59/200 ، فلزي سفيد – نقره اي است كه در دماي معمولي مايع بوده و چگالي آن 13.534(gr/ mL) در  درجه سانتی گراد25  مي باشد . هيدروكلريك اسيد و سولفوريك اسيد رقيق بر آن بي تاثيرند . اما با نيتريك اسيد به آساني واكنش مي دهد و نيتريك اسيد سرد با غلظت متوسط با مقادير زياد جيوه ، يون هاي جيوه I ايجاد مي كند . هرگاه مقدار اسيد زياد و داغ باشد يون هاي جيوه II ايجاد مي شوند .

نقره : نقره با جرم اتمي 868/107 ، فلزي است سفيد رنگ با جلاي فلزي كه قابليت مفتول شدن دارد . چگالي آن 10.5(gr/ mL) بالا مي باشد و در 960.5 oC ذوب مي شود . در هيدروكلريك اسيد و سولفوريك اسيد رقيق يا نيتريك اسيد رقيق نامحلول است . در نيتريك اسيد غليظ يا در سولفوريك اسيد غليظ و داغ حل مي شود و يون Ag⁺  ايجاد مي كند .

وقتي نقره به صورت يون يك ظرفيتي در مي آيد ، محلول بي رنگ مي شود .

تركيبات نقره II ناپايدارند ، اما نقش مهمي در فرايند اكسايش–كاهش (كاتاليزور نقره) دارند . نقره نيترات به آساني در آب حل مي شود ، استات و نيتريت و سولفات نقره از حلاليت كمتري برخوردارند . تركيبات ديگر نقره نامحلول مي باشند . كمپلكس هاي نقره محلولند . هاليدهاي نقره نسبت به نور حساس مي باشند و از اين ويژگي در عكاسي بسيار استفاده مي شود .

مهارت های آزمایشگاهی :

سانتریفوژ کردن : از این روش برای جداسازی رسوب های جامد از محلول استفاده می شود . در این روش مواد بر اساس خواص فیزیکی مانند جرم و دانسیته و ... از هم جدا می شوند . در استفاده از این دستگاه ، که بر اساس نیروی گریز از مرکز کار می کند ، باید موازنه ی لوله های آزمایش را رعایت کنیم .

شست و شوی رسوب : برای این منظور ، بعد از تشکیل رسوب ، روی آن از شوینده مورد نظر می ریزیم و آن را سانتریفوژ می کنیم . به این ترتیب رسوب از شوینده جدا می شود و می توانیم پساب رویی را سرریز کنیم .

تنظیم pH توسط کاغذ تورنسل : برای این منظور ، همزن را به محلول مورد نظر آغشته می کنیم و سپس آن را روی کاغذ pH  سنج عمومی قرار می دهیم . از تغییر رنگ کاغذ بر طبق جدول مربوطه pH محلول را تخمین می زنیم .

 

 

 

 

نقره ( Ag )

نقره، یکی از عناصر شیمیایی، با نشانه Ag ، دارای عدد اتمی 47 و وزن اتمی 107.8682 است که در گروه یک فرعی (IB ) جدول تناوبی قرارگرفته است . نقره عنصری فلزی به رنگ سفید مایل به خاکستری و براق می باشد که تقریباً کمیاب و گران قیمت است و از نظر فراوانی در قشر جامد زمین ، در مرتبه شصت و سومین عنصر قرار دارد. در آب و هوای خالص پایدار است ولی در معرض اوزون ، سولفید هیدروژن و هوای دارای سولفور کدر می شود. نقره ی خالص دارای بالاترین هدایت الکتریکی و گرمایی است و پایین ترین مقاومت را در بین تمام فلزات دارد. در سنگ معدن های دارای آرژنتیت ، سرب ، روی و مس و طلا یافت می شود .

از نظر شیمیایی نقره یکی از فلزات سنگین و از جمله فلزات نجیب است و از نظر تجاری عنصری گرانبها تلقی می‌گردد. از نقره ، 25 ایزوتوپ رادیواکتیو شناخته شده است که دارای اجرام اتمی 102 الی 117 می‌باشند. نقره معمولی هم از دو ایزوتوپ با جرم های 107 و 109 تشکیل شده است.

نقره از زمان های خیلی قدیم شناخته شده بود. این عنصر اولین بار از سرباره های آتشفشانی در آسیای صغیر و در دریای اژه پیدا شد. این آثار نشان می دهد که 3000 سال قبل از میلاد مسیح انسان ها توانایی این را داشتند که نقره را از سرب جدا کنند.

همچنین نقره از خالص کردن و پالایش الکتریکی مس به دست می آید و  برای کاربردهای تجاری دارای خلوص 99.9 درصد است.

اساسا نقره خالص فلزی براق و نرم و دارای درخشندگی بالا است. سختی آن از طلا پایین تر و دارای مفتول پذیری و چکش خواری بالایی بعد از طلا و پالادیم است. نقره خالص دارای خصوصیت رسانایی بالای جریان برق و الکتریسیته در بین تمام فلزات است و مقاومت کنتاکت الکتریکی آن پایین می باشد. چگالی نقره 5/10 برابر آب است و در 961 درجه سانتیگراد ذوب شده و در حدود 2162 درجه سانتیگراد می‌جوشد.

 

خواص شیمیایی

اگرچه نقره از نظر شیمیایی در میان فلزات نجیب فلزی بسیار واکنش پذیر تلقی می‌گردد، لکن باید توجه داشت که در مقایسه با سایر عناصر از مرتبه واکنش پذیری قابل ملاحظه‌ای برخوردار نمی‌باشد. این عنصر به آسانی اکسیده شدن آهن اکسید نمی‌شود، لکن با گوگرد و هیدروژن سولفید واکنش داشته و تشکیل همان تیرگی آشنا را می‌دهد که در نقره‌هایتان ملاحظه می‌کنید.

برای رفع این نقیصه می‌توان آبکاری نقره را با کمک رودیم به انجام رسانیده و از وقوع تیرگی مورد نظر پیشگیری نمود همچنین با استفاده از کرم (Cream) یا پولیش نقره می‌توان لایه تیره بسیار نازکی را که نقره در ترکیب با گوگرد بوجود آورده است را زدوده و آن را مجددا براق نمود. از طرف دیگر این تیرگی را می‌توان از نظر شیمیایی بوسیله حرارت دادن ظرف مورد نظر در محلول رقیقی از کلرید سدیم و کربنات هیدروژن سدیم یا قرار دادن قسمت تیره در تماس با فلزی فعال تر مانند آلومینیوم که می‌تواند با گوگرد ترکیب شود و مجددا فلز را به حالت اولیه برگرداند، از بین برد.

نقره نمی‌تواند با اسیدهای غیر اکسیدکننده مانند اسیدهای کلریدریک و سولفوریک یا بازهای قوی مانند هیدروکسید سدیم واکنش نماید، لکن اسیدهای اکسنده مانند اسید نیتریک یا اسید سولفوریک غلیظ آن را در خود حل کرده و یون یک بار مثبت نقره (Ag⁺

نظرات شما عزیزان: