Sešit pro laboratorní práci z chemie téma: Skupinové reakce aniontů autor: MVDr. Alexandra Gajová vytvořeno při realizaci projektu: Inovace školního vzdělávacího programu biologie a chemie registrační číslo projektu: CZ.1.07/1.1.38/01.0002 projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
Skupinové reakce aniontů Teorie Důkazy aniontů jsou důležitou součástí analytické chemie a identifikace konkrétních látek (solí) v roztocích. Principem je skutečnost, že soli jsou tvořeny ve vodních roztocích disociovanými a volně pohyblivými kationty a anionty. Při prokazování konkrétních kationtů i aniontů využíváme typických reakcí se skupinovými a posléze specifickými činidly, projevující se barevnou změnou, případně vznikem sraženiny. Tato skutečnost se v praxi využívá k analýze neznámého vzorku. Před prováděním důkazů provádíme tzv. předběžné zkoušky, do nichž zařazujeme: 1. Posouzení zabarvení vzorku. 2. Rozpustnost vzorku ve vodě a ph vzniklého roztoku. 3. Určení aniontů oxidujících, redukujících a indiferentních. 4. Zjištění aniontů těkavých kyselin. 5. Důkazy jednotlivých tříd. Analýza aniontů na rozdíl od analýzy kationtů je jednodušší, protože se rozdělují pouze do 3 analytických tříd, k základnímu určení si vystačíme pouze se 2 základními skupinovými činidly: třída základní skupinové další činidlo anion činidlo 2- I. Ba(NO) 3 sraženina je nerozpustná SO 4 v ředěné HNO 3 sraženina je rozpustná SO 2-3, S 2 O 2-3, F - 2-, CrO 4 v HNO 3, ale nerozpustná v CH 3 COOH sraženina je rozpustná CO 2-3- 3, PO 4 II. AgNO 3 v obou ředěných kyselinách Cl -, Br -, I -, S 2- III. NO - - 3, NO 2 Jednotlivé anionty po zařazení do tříd (kromě síranových, důkazem pro ně je již nerozpustnost v ředěné kyselině dusičné) dokazujeme specifickými činidly, například: anionty uhličitanové reagují se stříbrnými ionty za vzniku nažloutlé sraženiny uhličitanu stříbrného, který povařením přechází na oxid stříbrný, zároveň ze soustavy uniká oxid uhličitý. chloridové anionty bílý zákal. přidáním dusičnanu stříbrného v 0,1% koncentraci se vytváří dusičnanové anionty dokazují se tzv. kroužkovou reakcí ke vzorku se přidá roztok síranu železnatého a směs se podvrství koncentrovanou kyselinou sírovou. Na rozhraní kapalin vznikne hnědý kroužek komplexní kation pentaaquanitrosylželeznatý.
Laboratorní cvičení Ověření skupinových reakcí některých aniontů Ověříme si skupinové reakce aniontů síranových, uhličitanových a dusičnanových dle postupu a principu nastudovaného v teoretické části. Z připravených nádob zásobních roztoků pomocí pipety přeneseme z každého roztoku vždy do 3 zkumavek, asi 5 ml roztoku (nebo použijeme kapkovací destičku a každý roztok prozkoumáme zvláště, zapíšeme a před zkoumáním dalšího vzorku dokonale umyjeme a propláchneme destilovanou vodou). Označíme. Pozor pokud požíváte pouze jednu pipetu, je nutné ji vždy vypláchnout destilovanou vodou, raději použijeme u každého vzorku jedno kapátko. Pak postupně přidáme do 1. a 2. zkumavky základní skupinová činidla dusičnan barnatý a stříbrný, třetí zkumavka je bez činidla. Podle reakce do 1. zkumavky postupně přidáme několik kapek kyseliny dusičné a poté kyseliny octové. Podle výsledků zařadíme anion do I., II., nebo III. třídy. Pro důkaz konkrétního aniontu využijeme specifická činidla. DůkazyNO 3 - je nutno provádět v původním vzorku, je nutné respektovat, že většina aniontů I. třídy se rovněž sráží roztokem AgNO 3. Vše zapíšeme a do laboratorního protokolu vytvoříme tabulku všech reakcí. Do závěru zapíšeme reakce jednotlivých zkoumaných aniontů základními činidly při zařazení do tříd rovnicí v iontovém tvaru podle vzoru reakce dle tohoto příkladu reakce trihydrogenfosforečnanových aniontů s dusičnanem barnatým: 2 PO 4 3- + 3 Ba 2+ Ba 3 (PO 4 ) 2 bílá sraženina Zjistěte využívanou koncentraci jednotlivých činidel a zapište do protokolu v položce chemikálie.
Stanovení aniontu v neznámém vzorku Každá pracovní skupina stanoví v přiděleném neznámém vzorku přítomný anion. Postupuje se stejně, jako v předchozím cvičení. Výsledek se rovněž zapíše a pak uvede v laboratorním protokolu. Úkoly: 1. Před cvičením si nastudujte teorii, z učebnice si zopakujte základy analytické kvalitativní chemie. 2. Ve vodě pitné, i v koupališti se vyskytuje chlor (provádí se její chlorace) dezinfekční prostředek, který reaguje s vodou za vzniku atomárního kyslíku a kyseliny chlorovodíkové. Atomární kyslík má silné oxidační účinky ničí mikroorganizmy ve vodě. Kyselina chlorovodíková je disociována, ve vodě jsou chloridové anionty, které můžeme prokázat. Ve vzorku vzniká bílý zákal. Zapište chemický děj chlorace vody rovnicí. 3. Čich člověka je na chlor ve vzduchu citlivý, jeho přítomnost registrujeme při obsahu 3 ppm, 15 ppm ve vzduchu dráždí dýchací cesty a sliznice (zápach amoniaku cítíme v koncentraci 30 ppm, sulfan při 0,02 ppm). Vysvětli označení jednotky ppm. Zjistěte u vyučujícího koncentraci použitých roztoků. Zapište pracovní protokol pro každou zkoušku zvláště (předloha laboratorního protokolu v příloze). Protokol vypracuje každý student samostatně, a odevzdá ho vyučujícímu před následujícím cvičením společně s krátkým kontrolním testem ze zadaných úkolů.
Pracovní protokol musí obsahovat: jméno studenta a číslo pracovní skupiny: datum provedené práce: název laboratorního cvičení: princip: chemikálie: pomůcky: pracovní postup v krocích: 1. 2. 3. 4... Závěr :
Metodické poznámky pro vyučujícího - Připravíme roztoky solí, ze kterých se budou stanovovat anionty např. síran sodný, uhličitan sodný, chlorid sodný, dusičnan sodný v dostatečném množství pro všechny skupiny asi 250 ml o koncentraci cca 2 %. Činidla potřebujeme v menším množství, asi 150 ml Ba(NO 3 ) 3 koncentrace 0,05 mol.l -1, stejné koncentrace a množství AgNO 3, ředěnou kyselinu dusičnou i octovou. - Veškeré používané laboratorní sklo musí být naprosto čisté, také žáky upozorníme, že musí pracovat s precizní chemickou čistotou. - V laboratorním protokolu by měl být uveden tento zápis reakcí: SO 4 2- + Ba 2+ BaSO 4 bílá sraženina CO 3 2- + Ba 2+ BaCO 3 bílá sraženina Cl - + Ag + AgCl bílá sraženina NO 3 - se nesrážejí solí Ba 2+, ani Ag + - Neznámý vzorek je dobré stanovit pro každou pracovní skupinu z jiného vzorku soli. - Pro chloraci vody platí zápis reakce chloru s vodou: Cl 2 + 2 H 2 O H 3 0 + + Cl - + HClO Pak je dobré vysvětlit, že i při malé koncentraci kyseliny chlorné, nebo i vznikajících disociací této kyseliny chlornanových aniontů dochází k oxidaci amoniaku a organických aminosloučenin (vždy přítomných i u mikroorganizmů) na těkavé chloraminy (NH 2 Cl, NHCl 2, NCl 3 ) a to je podstata dezinfekčních účinků chloru. Jsou to chlorderiváty amoniaku, které přispívají k typickému zápachu chlorované vody. např. vznik monochloraminu zapíšeme takto: NH 3 + HClO => NH 2 Cl + H 2 O - ppm jednotka (z angličtiny pars per million), tj. miliontina celku, se využívá k vyjádření velmi nízkých koncentrací látek ve vzduchu. 1 ppm je jednotka, která vyjadřuje 1 část z milionu, konkrétně obsah 3 ppm chloru znamená 3 molekuly Cl 2 na milion molekul vzduchu. Převodem na % platí: 1 % = 10 000 ppm a 1 = 1 000 ppm
Ekologie: Stupeň znečištění odpadními látkami v ovzduší, vodě i půdě je nezbytné sledovat, protože jsou soustavně produkovány průmyslem, zemědělskou výrobou, odpady z domácností. Stupeň znečištění se sleduje analytickými rozbory, zejména proto, aby se zjistila odchylka od stanovených norem jednotlivých druhů škodlivin a jejich koncentrace. Dnes se využívají velmi citlivé metody přístrojové, schopné detekovat často i stopové koncentrace. Některé metody jsou alespoň orientačně dostupné i v terénu.
Zdroje: FLEMR, V., DUŠEK, B. Chemie obecná a anorganická. 1. vyd. Praha: SPN, 2001. ISBN 80-7235- 147-8. MAREČEK, A., HONZA, J. Chemie pro čtyřletá gymnázia 1. díl. 3. vyd. Olomouc: Nakladatelství Olomouc s.r.o., 2002. ISBN 80-7182-055-5. MAREČEK, A., HONZA, J. Chemie pro čtyřletá gymnázia 2. díl. 3. vyd. Olomouc: Nakladatelství Olomouc s.r.o., 2005. ISBN 80-7182-141-1. MAREČEK, A., HONZA, J. Chemie pro čtyřletá gymnázia 3. díl. 1. vyd. Olomouc: Nakladatelství Olomouc s.r.o., 2000. ISBN 80-7182-057-1. MAREČEK, A., HONZA, J. Sbírka příkladů pro studenty středních škol. 1. vyd. Brno: Proton, 2001. ISBN 80-902402-2-4. ČTRNÁCTOVÁ, H., HALNÝCH, J., HUDEČEK, J., ŠÍMOVÁ, J. Chemické pokusy pro školu a zájmovou činnost. 1. vyd. Praha: Prospektrum, 2000. ISBN 80-7175-057-3. VACÍK, J. a kolektiv Přehled středoškolské chemie. 3. vyd. Praha: SPN, 1995. ISBN 80-85937-08-5.