TU Ilmenau Chemisches Praktikum Versuch. Führen Sie die Einzelnachweise für die verschiedenen Kationen und Anionen durch!

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1 TU Ilmenau Chemisches Praktikum Versuch Fachgebiet Chemie Qualitative anorganische Analyse V0 1. Aufgabe Führen Sie die Einzelnachweise für die verschiedenen Kationen und Anionen durch!. Versuche zur qualitativen anorganischen Analyse Nach der Abarbeitung dieser Vorschrift sollten Sie in der Lage sein, o.g. Aufgabe selbständig zu lösen. Ein wichtiges Arbeitsfeld der Chemie ist die Analyse von unbekannten Proben im Hinblick auf ihre Zusammensetzung. Die Entwicklung moderner Analysegeräte gestattet heute eine Elementaranalyse bis in den Spurenbereich. Dieser Versuch soll zeigen, wie man mit klassischen Nachweismethoden die Kationen und Anionen einer Probe ermitteln kann. Gleichzeitig werden Fertigkeiten vermittelt, die Grundlage jedes chemischen Experimentierens sind. Der systematische Gang einer Vollanalyse besteht aus den Vorproben und den spezifischen Nachweisen der jeweiligen Ionen. Als spezifische Reaktionen und Reagenzien werden solche bezeichnet, die unter bestimmten Versuchsbedingungen für ein einziges Ion eindeutig sind. Reaktionen und Reagenzien, mit denen sich nur eine gewisse Auswahl treffen läßt, heißen selektiv. Zum Nachweis der einzelnen Ionen mit Reagenzien dienen zum überwiegenden Teil Fällungsreaktionen. Bevorzugt werden Niederschläge, die durch Farbigkeit oder Kristallform leicht identifizierbar sind. Lediglich bei denjenigen Ionen, die keine schwerlöslichen Verbindungen zu bilden vermögen ist man auf Farb- oder Geruchsreaktionen angewiesen (z.b. NO, CH COO ). Die Reagenzlösung setzt man im Allgemeinen tropfenweise zu, bis das Ende der Reaktion erreicht ist. Man überprüfe stets die Vollständigkeit einer Fällung am Ausbleiben weiterer Niederschlagsbildung. Ein zu großer Überschuss der Reagenzlösung schadet oft und kann durch Erhöhung der Löslichkeit (Komplexbildung) ein Auflösen des Niederschlages bewirken. Um eindeutige Nachweise zu erhalten, sind möglichst saubere Substanzen zu verwenden. Bestehen Zweifel an der Reinheit, führe man vorerst Vergleichsproben bzw. Blindproben durch: Zum Kennenlernen des Nachweises, bzw. zur Kontrolle der Wirksamkeit der Reagenzien. Angewendet wird die reine Verbindung und das betreffende Reagenz. Zur Überprüfung der Reinheit der zur Analyse benutzten Chemikalien. Angewendet wird die Chemikalie und das auf seine Wirksamkeit überprüfte Reagenz. Beim negativen Verlauf eines Nachweises. Gegebenenfalls wird dann das zu identifizierende Ion zur Probelösung hinzugesetzt und der einwandfreie Ablauf der Reaktion in dem vorherigen Gemisch kontrolliert. Es ist darauf zu achten, dass Stopfen der Chemikaliengefäße mit dem breiten Ende auf den Tisch liegen, um das Eintragen von Verunreinigungen zu vermeiden. Flaschen sofort nach Gebrauch wieder verschlossen werden, um das Verwechseln von Verschlüssen und somit die Verunreinigung von Chemikalien zu vermeiden. Tropfpipetten mit der Öffnung nach unten gehalten werden, damit das Gummihütchen nicht mit der Lösung in Kontakt kommt.. Vorproben Die Vorproben ermöglichen erste Analysen durch einfache Untersuchungsmethoden: Spektralanalyse / Flammenfärbung Boraxperle Erhitzen mit verdünnter / konzentrierter Säure Löslichkeitsversuche Beginnen Sie mit der Spektralanalyse und der Boraxperle bei der Analyse der zermörserten Probe. Entscheiden Sie anhand der Ergebnisse über durchzuführende Einzelnachweise. Anschließend nehmen Sie 1

2 einige Spatelspitzen der Analysensubstanz und untersuchen die Löslichkeit, zuerst mit destilliertem Wasser und wenn notwendig mit verdünnter Salzsäure. Bestimmen Sie in der wasserlöslichen Gruppe die Halogenide und nach Möglichkeit sämtliche nachzuweisende Elemente..1. Spektralanalyse/Flammenfärbung Alle Elemente senden im atomaren oder ionisierten gasförmigen Zustand bei hohen Temperaturen oder elektrisch angeregt, Licht von bestimmter Farbe aus, das durch einen Spektralapparat beobachtet, aus bestimmten, für das Element charakteristischen Spektrallinien besteht. Frauenhofersche Linien Na K Ca Sr Ba CuCl Cu(NO ) B(O) 87; C(H) 5; D(Na) 589; E(Ca, Fe) 57; b 1 (Mg) 518; F(H) 8; G(Ca, Fe) 1 Die beiden gelben Linien 590 und 589 fallen im Bilde des Taschenspektroskops zusammen. Im Rot 770 und 77, zu einer Linie zusammenfallend; 0 im Violett nur schwierig sichtbar. Bei viel K und hoher Flammentemperatur schmales Band bei 9. Zahlreiche Banden: orangegelb bei 7; ferner bei 0-0; Doppellinie bei 0-18; Doppelband bei,07 und 05; gelbe Bänder bei 580 und 570; gelbgrünes Band mit einer helleren Linie bei 55. Linie nur schwierig zu erkennen. Viele Banden, nach Rot hin scharf begrenzt, nach Blau hin unschärfer, bei 8, 75,, 7, scharfe Linie bei 5; im Orange ein Band mit einer Linie 0. Charakteristisch ist die scharfe Linie bei 1. Strontiumsalze geben keine grünen Linien oder Banden. Zahlreiche orangegelbe und grüne Bänder; ein blaues Band, eine scharfe grüne Linie bei 5; grüne Bänder bei ; blaues Band bei 87. Beim Chlorid erscheinen auch die grünen Linien 51, 5 und 51. Charakteristisch für Barium sind besonders die Bänder 55, 5 und 51. Band bei etwa 50-00, scharfe Linien bei 551, 5, 59, 51. Doppellinie 98 und 95. Im Blau Linien 88, 58, -1, 5,, 8-. Band bei etwa 50-00; Linie bei 551; schwache Linien bei 59, 51 und 509. Bei der Flammenprobe wird ein Magnesiastäbchen mit HCl benetzt, mehrfach ausgeglüht, bis die entleuchtete Brennerflamme farblos ist. Das anschließend mit Metallsalz beladene Stäbchen kann nun in die Flamme des Bunsenbrenners gehalten werden. unterschiedliche Zonen der Flamme eines Bunsenbrenners.. Boraxperle Schmilzt man Borax, Na B O 7, und gibt ein Schwermetallsalz (z.b. CoSO ) hinzu, so können sehr charakteristische Färbungen durch Bildung von Schwermetallboraten auftreten.

3 Na BO7 CoSO NaBO Co(BO ) SO Ein Magnesiastäbchen wird wiederholt in der Flamme ausgeglüht und dann heiß in Borax gedreht. In der Flamme kann dann eine Art Glasperle am Stäbchen geformt werden. Diese Perle wird in die Analysensubstanz (wenig!) getaucht und anschließend wieder in die Flamme gehalten. Oxidationsperle Reduktionsperle Färbendes Element heiß kalt heiß kalt violett rotviolett farblos farblos Mn violett (kurz) rotbraun farblos/grau farblos/grau Ni blau blau blau blau Co grün blaugrün farblos siegellackrot Cu gelb/rot grün grün grün Cr gelblich farblos braun braunschwarz Mo gelbrot gelb/farblos grünlich grünlich Fe.. Löslichkeiten Cl Br I CN NO SO OH CO PO O S Li H O H O H O H O H O H O H O (H O) (H O) H O H O Na,K H O H O H O H O H O H O H O H O H O H O H O Mg H O H O H O - H O H O HCl HCl HCl HCl H O Ca H O H O H O - H O (H O) (H O) HCl HCl - (H O) Sr H O H O H O H O [H O] (H O) HCl HCl - (H O) Ba H O H O H O - H O o H O HCl HCl HCl (H O) Mn H O H O H O - H O H O HCl HCl HCl HCl HCl Ni,Co H O H O H O - H O H O HCl HCl HCl HCl (HCl) Cr H O H O H O - H O H O HCl - HCl (HCl) - Al H O H O H O - H O H O HCl - HCl HCl - Fe H O H O H O HCl H O H O HCl HCl HCl (HCl) HCl Cu II H O H O - - H O H O HCl HCl HCl HCl HNO Pb (H O) (H O) (H O) (H O) H O (H O) (HCl) (HCl) (HCl) (HCl) HNO Ag o o o o H O H O HNO HNO HNO HNO HNO o unlöslicher Niederschlag; (...) schwer löslich, mit konz. Säure leichter löslich

4 . Charakteristische Nachweise Nachweis der Kationen Na K NH Mg Ca Sr B Ni Co Mn Fe Fe Cu Elemente der I. HG: Alkalimetalle Na K Na 1. Nachweis als intensiv gelb leuchtende Flammenfärbung K 1. Nachweis als violette Flammenfärbung (geringe Mengen von Natrium verdecken die Kaliumflamme, deshalb betrachtet man die Flammenfäbrung des Kaliums durch ein blaues Kobaltglas, dass das Natrium-Licht absorbiert) Ammoniumion NH 1. Nachweis als NH Eine Spatelspitze der Analysensubstanz wird auf ein Uhrglas gegeben und mit NaOH versetzt. Ein zweites Uhrglas mit einem angefeuchteten Streifen ph-papier wird als Deckel über die Probe gelegt. Eine Blaufärbung des ph-papiers zeigt Ammoniak an. NH OH - NH H O Elemente der II. HG: Erdalkalimetalle Mg Ca Sr Ba Mg 1. Nachweis als Titangelb-Farblack Die saure Probelösung wird mit einigen Tropfen Reagenzlösung versetzt und tropfenweise NaOH bis zur stark alkalischen Reaktion zugegeben. Eine Rotfärbung bzw. ein roter NS zeigt Magnesium an. Ca 1. Nachweis durch Flammenfärbung Sr 1. Nachweis als charakteristische Flammenfärbung Ba 1. Nachweis durch Flammenfärbung. Nachweis als BaSO Ba bildet unter Zugabe von Schwefelsäure einen unlöslichen Bariumsulfat-Niederschlag bzw. HCl-löslicher NS mit Carbonaten Ba SO - BaSO

5 Elemente der III. Hauptgruppe B B 1. Nachweis als Borsäuretrimethylester H SO ( ) H O HBO CHOH B OCH Etwas Probesubstanz wird auf ein Uhrglas gegeben, mit einem Tropfen konz. H SO versetzt, anschließend die Probe mit Methanol überschichtet und angezündet. Eine grüne Flammenfärbung und der Estergeruch zeigen Bor an. Nebengruppenelemente Ni Co Mn Fe Cu Ni zur gelösten Probe wird NaOH zugegeben und es bildet sich ein grüner NS, dieser ist im Überschuß schwer löslich. Nachweis als Bis(dimethylglyoximamto)nickel Dimethylglyoxim bildet mit Ni in ammoniakalischer Lösung ein rotes, schwerlösliches inneres Komplexsalz. Die Lösung der Analysensubstanz wird mit Ammoniak alkalisch gemacht und mit dem Reagenz versetzt. Es fällt ein scharlachroter Niederschlag aus. Co 1. Nachweis als Cobaltthiocyanat man versetzt die in wenig Wasser gelöste Probe mit einigen Tropfen Essigsäure und gibt dann NH SCN-Lösung und Aceton dazu. Je nach Menge an Co entsteht eine grün bis blau gefärbte Lösung. Co SCN - Co(SCN) Mn weißer bis beiger NS bei Zugabe NaOH als Mn(OH). Fällung als MnO(OH) wird die unter 1. hergestellte Lösung mit 1- Tropfen Wasserstoffperoxid versetzt, dann bildet sich ein Oxidhydrat, das eine braune Färbung aufweist. Das Mn(II) wird zum Mn(IV) oxidiert. ( OH) H O MnO(OH) H O Mn 5

6 Fe Fe Eisen(II) geht leicht in Fe(III) über, besonders im alkalischen Medium. bei Zugabe von NaOH fällt das Fe(OH) als reinweißer NS aus, bei Anwesenheit von (Fe ) ist der NS mehr grünlich gefärbt und geht beim Stehen an der Luft langsam in rot-braunes Fe(OH) über. ( ) O H O Fe( OH) Fe OH. Nachweis mit Cyanokomplex Zum Nachweis von Eisenverbindungen sind die Cyanokomplexe wegen ihrer Stabilität gut geeignet. Je nach der Oxidationsstufe des Eisen-Ions haben die Komplexe die Formel I II I III M [ Fe ( CN) ] bzw. M [ Fe ( CN) ] Fe CN [ Fe( CN) ] Fe CN [ Fe( CN) ] Der Fe(II)-Komplex ist stabiler, da er Edelgaskonfiguration aufweist. Charakteristische Vertreter der Cyanokomplexe sind das rote [K Fe III (CN) ] und das gelbe Blutlaugensalz [K Fe II (CN) ]. Versetzt man die Salze mit jeweils der anderen Oxidationsstufe des Eisens, dann bilden sich intensiv blau gefärbte Komplexe, die sowohl Fe(II) als auch Fe(III) enthalten, es entstehen das Berliner Blau oder das Turnbulls Blau: Nachweis von Fe mit K [Fe(CN) ] K Fe Nachweis von Fe mit K [Fe(CN) ] K Fe [ ] II III ( CN ) ] K Fe Fe ( ) III [ Fe CN [ ] III II ( CN ) ] K Fe Fe ( ) II [ Fe CN (Turnbulls Blau) (Berliner Blau). Nachweis als Fe(SCN) Zum Einzelnachweis von Fe(III) benutzt man die sehr empfindliche Thiocyanat-Reaktion. Die Probe wird mit5 Tropfen HCl angesäuert und anschließend mit Tropfen NH SCN-Lösung versetzt. Eine blutrote Färbung zeigt Fe(III) an. Cu Fe SCN ( ) Fe SCN zur gelösten Probe wird NaOH zugegeben, es bildet sich ein bläulicher NS von Cu(OH), der beim Erhitzen unter Wasserabspaltung in schwarzes CuO übergeht. Cu(OH) CuO H O. Nachweis mit Ammoniak zur gelösten Probe wird Ammoniaklösung gegeben, wobei sich zuerst ein bläulicher NS von Cu(OH) bildet, der sich dann im Überschuß von NH löst. Es bildet sich das Tetraamminkupfer(II)-Ion, kornblumenblauer Komplex: Empfindliche Reaktion! Cu NH [Cu(NH ) ]

7 Nachweis der Anionen Cl - I - NO - CO - SO - CH COO - Cl - I - 1. Nachweis mit AgNO Halogenide bilden mit Ag schwerlösliche Salze (Löslichkeitstabelle). Der wässrige Auszug der Analyse wird mit AgNO -Lösung versetzt. Weißer voluminöser NS zeigt Cl - und gelber NS I - an. Zur Unterscheidung der Halogenide wird eine NH -Lösung zum Niederschlag gegeben. Nur AgCl ist darin löslich und zurück bleibt bei Anwesenheit von Iod gelblicher NS. Iod in hoher Konzentration kann durch Kochen mit Schwefelsäure aus seinen Verbindungen ausgetrieben werden. Dabei entstehen rotviolette Dämpfe. 8HI H SO I H S H O NO - 1. Nachweis von Nitrat mit Hilfe der Ringprobe Die Probelösung wird im Reagenzglas mit einer kalt gesättigten mit 1 Tropfen einer halbkonz. Schwefelsäure angesetzten FeSO -Lösung versetzt und vorsichtig mit konz. Schwefelsäure unterschichtet, indem man das Reagenzglas schräg hält und die Säure an der Wandung herunterlaufen lässt. An der Phasengrenze zwischen Schwefelsäure und der Lösung bildet sich ein brauner bis amethystfarbener Ring. HNO NO FeSO H SO Fe ( SO ) [ Fe( H O) ] [ Fe( H O) NO] H O 5 H O NO CO - 1. Eine Spatelspitze der Substanz wird in ein Reagenzglas gegeben, mit einigen Tropfen BaCl -Lösung versetzt. Es bildet sich eine weiße Trübung von BaCO.Das entstehende BaCO wir durch Zugabe von Mineralsäuren wieder aufgelöst, Das Carbonat wird zersetzt und CO entsteht, dabei kommt es zu einer stürmischen Gasentwicklung. CO BaCl BaCO Cl SO - 1. Nachweis mit Ba-Salzen Ba-Salze geben mit Sulfaten schwerlösliche NS, die auch gegen den Angriff von Mineralsäuren beständig sind. Zur Unterscheidung von den Carbonaten muss vorher mit HCl angesäuert werden. CH COO - SO Ba BaSO 1. Nachweis als Essigsäure durch Geruch. Ein Verreiben der Probesubstanz im Mörser unter Zugabe einiger Tropfen verdünnter Schwefelsäure reicht aus, um den Essigsäuregeruch bei Anwesenheit von Acetaten wahrzunehmen. CH COONa H SO CH COOH Na SO 7