Bu Sitede Ara

Site Haritası

IV. GRUP KATYONLARININ ANALİZİ


IV.  GRUP KATYONLARININ ANALİZİ

Bu grubun katyonları baryum (Ba2+), kalsiyum (Ca2+), magnezyum (Mg2+) ve stronsiyum (Sr2+) dur. IV. grup katyonları olarak çöken dört element, periyodik cetvelin II A grubu elementleridir. Kimyasal özellikleri oldukça birbirine benzeyen bu katyonlar sadece 2+ yükseltgenme basamağına sahiptirler ve kompleks iyon oluşturma eğilimleri çok zayıftır. Ayrıca Ba2+, Ca2+ ve Sr2+ katyonları karakteristik alev renkleri verirler.
           
IV. Grup Katyonlarının Çöktürülmesi

IV. grup katyonlarının hepsinin suda az çözünür tuzları karbonat ve fosfatlarıdır. Bu tuzların çözünürlükleri ve çözünürlük çarpımları aşağıda verilmiştir. Görüldüğü gibi çözünürlükleri küçük olup, magnezyum tuzları dışındakiler için 10-3 g/100 mL değerindedir.

Bileşik
g/100 mL
Kçç
BaCO3
10-3
10-9
Ba3(P04)2
10-3
10-39
CaC03
10-3
5.10-9
Ca3(P0)2
10-3
10-29
MgC03
10-2
10-5
MgNH4P04.6H20
10-2
10-13
SrC03
10-3
10-9
Sr3(P04)2
10-3
10-31
IV, grup çöktürücü reaktifi olan amonyum karbonat ve amonyum hidrojen fosfat, NH4+ iyonu ve NH3 ortamında aynı etkinlikte değildir. Her iki anyonda grubun tamamen ayrılmasını sağlayamaz. Bu nedenle herbiri bazı avantaj ve dezavantaja sahiptirler. Bunlar aşağıda kısaca açıklanmıştır.


IV. grup çöktürücüsü olarak karbonat iyonu

Avantajı: BaC03, SrCO3 ve CaC03 içeren IV. grup çökeleği asitte kolay çözünür ve çözme işlemi sırasında CO32- iyonu karbon dioksit halinde ortamdan uzaklaşır. Dolayısıyla alev testi bu iyonlara kolaylıkla uygulanır.

Dezavantajı: NH4+ iyonu içeren amonyaklı bir çözeltide IV. grup iyonları tam olarak CO32- anyonu ile çöktürülemez. Örnek çözeltisinden I., II. ve III. grup katyonlarının ayrılması işlemi sırasında ortama NH4+ tuzlan eklenmektedir. NH4+ iyonu aşağıdaki tepkime gereğince karbonat iyonuna proton vererek karbonat iyonunun etkinliğini azaltmaktadır.

NH4+     + CO32-     =>     NH3     +    HCO3-


IV. grup çöktürücüsü olarak fosfat iyonu

Avantajı: Fosfat anyonu, Ba2+, Ca2+ ve Sr2+ katyonlarını NH4+ ve NH3 ortamında tersiyer fosfat tuzlan halinde tam olarak çöktürür. Mg2+ iyonu ise MgNH4P04 şeklinde tam olarak çöker.

Dezavantajı: Fosfat tuzlan, asidik ortamda karbonat tuzları gibi kolay çözünmediği için derişik asidin aşırısının kullanılması ve tam bir çözünme sağlamak için örnek çözeltisinin seyreltilmesi gerekir. Ayrıca ayırma için fosfat anyonu kullanılması alev testini güçleştirir.

IV. grup çöktürücüsü olarak fosfat - karbonat karışımı

Fosfat veya karbonat iyonlarının grup reaktifi olarak tek başlarına kullanılması yukarda açıklandığı gibi bazı sakıncaların ortaya çıkarır. Diğer yandan fosfat-karbonat karışımının kullanılması avantajlardan bazılarım korurken, dezavantajlarının hepsini de taşımaz. Bu nedenle IV. grup çöktürücüsü olarak (NH4)2HP04 ve (NH4)2CO3 karışımı kullanılır.



4.1.1.BARYUM

Baryum element halinde beyaz-gri metalik rengindedir fakat yüksek reaktivitelikten dolayı element halinde bulunmaz. Baryum'un hemen hemen bütün bileşikleri ise zehirlidir. Metalik Ba yakıldığında elma yeşili bir renk verir. Metalik halde saklanması çok zordur. Aktif bir element olduğu için su, hava ve asitlerle kolayca reaksiyon verir. Baryum periyodik cetvelin II A gurubu elementidir. Atom ağırlığı 137.34 g/mol ve yükseltgenme basamağı 2+ dir.


Doğada bulunuşu:

En sık bulunan ve en çok kullanılan Baryum kaynağı Barit madenidir. Doğada sedimanter (tortul, çökelme ile) meydana gelmiş olarak bulunur. Denizlerin ya da suların taşımasıyla tabakalar meydana gelmiştir. Doğada en çok witerit (BaC03) ve ağır spat (BaS04) mineralleri halinde bulunur.

Kullanım Alanları:

  • Kurşun, Gümüş, Çinko üretiminde,
  • Fren balatalarının altlık malzemesi olarak,

  • BaSO4, florosans (Gama ve X ışını saçar) özelliğe haiz olduğundan tıpta kanser teşhişlerinde, kâğıt kaplamalarda, boya sanayiinde, plastik, tekstil, mürekkep, kauçuk, batarya ve pil yapımında,

  • BaCO3, özel camların yapımında, klor ve NaOH üretiminde,
  • BaO, solventlerden suyun uzaklaştırılmasında ve petrol sanayinde,

  • BaNO3, havai fişeklerde, sıçan zehirlerinde, seramik sırlarda kullanılmaktadır.



BARYUM İYONUNUN (Ba2+) ÖN DENEMELERİ

a) Amonyum hidrojen fosfat çözeltisi (NH4)2HPO4  

3-4 damla Ba2+ çözeltisine 10 damla su, 7-8 damla 0.5 M (NH4)HP04 çözeltisi ekleyip çözeltiyi 6 M NH3 ile kuvvetlice bazik yapın.

3Ba2+ +  2HP042-   +   2NH3   =>  Ba3(P04)2    +  2 NH4+


Oluşan beyaz çökeleğe çözününceye kadar derişik asetik asit CH3COOH ekleyin,


Ba3(P04)2  + 4 CH3COOH   => 3 Ba2+    + 2 H2P04-   + 4 CH3COO-


b) Amonyum karbonat çözeltisi (NH4)2CO3  

3-4 damla Ba2+ çözeltisine 10 damla su ve 3-4 damla 2 M (NH4)2CO3 çözeltisi ekleyin,   
Ba2+    +    CO32-    =>      BaC03

Oluşan beyaz çökeleğe çözününceye kadar 6 M CH3COOH çözeltisi ekleyin.  

BaC03    +   2CH3COOH   =>  Ba2+ +   C02 + 2 CH3COO- + H20

c) Potasyum kromat çözeltisi (K2C1O4):
3-4 damla Ba2+ çözeltisine 10 damla su ve 3-4 damla 1 M K2Cr04 çözeltisi ekleyin.         

Ba2+    +    Cr042-    =>     BaCrO4

Oluşan çökeleği ikiye ayırın. Çökeleğin,

i)                   Birinci kısmına çözününceye kadar 3 M HCl ekleyin.

2BaCr04  +  16 H3O+ +6 Cl- =>   2 Ba2+ + 2 Cr3+ + 24 H20 + 3 Cl2

ii) İkinci kısmına seyreltik CH3COOH ekleyerek çözünürlüğünü deneyin.


d) Sülfürik asit çözeltisi (H2S04)
2-3 damla Ba2+ çözeltisine 2-3 damla 1 M H2SO4 çözeltisi ekleyin.

Ba2+    +   SO42-     =>      BaS04



e) Alev Deneyi

4-5 damla Ba2+ çözeltisine 5 damla su ve 4-5 damla derişik HC1 ekleyin. Derişik HC1 ile alevde renk vermeyinceye kadar temizlenmiş platin teli, Ba2+ çözeltisine batırıp bek alevinin yükseltgen kısmına tutun. Alevdeki san-yeşil renk Ba2+ iyonunun varlığını gösterir.


4.1.2. STRONSİYUM

Gümüşümsü beyaz metalik katı bir elementtir. Sembolü Sr'dir. Toprak alkali metaldir. Stronsiyum periyodik cetvelin II A gurubu elementidir. Atom ağırlığı 87.62 g/mol ve yükseltgenme basamağı 2+ dir.



Doğada bulunuşu:

Doğada bol bulunmaz. En önemli mineralleri sölestin (SrS04) ve stronsiyanit (SrC03) dır.

Kullanım alanları:

  • Stronsiyum karbonat olarak TV tüplerinde,
  • Aleve verdiği kırmızı renk dolayısıyla havai fişekler ve sinyal maddeleri üretiminde;
  • Cam, boya, ilaç sanayisinde;
  • Çinko elektrolizinde;
  • Kuru fırın ve uçak motoru gibi makinelerde kullanılan mil yataklarını yağlayıcı olarak kullanılmaktadır.
  • Genelde stronsiyum tüketimi stronsiyum karbonat şeklinde olmaktadır.


STRONSİYUM İYONUNUN (Sr2+) ÖN DENEMELERİ

a)     Amonyum hidrojen foslat çözeltisi (NH4)2HP04  

3-4 damla Sr2+ çözeltisine 10 damla su, 7-8 damla 0.5 M (NH4)2HPO4 çözetisi ekleyip çözeltiyi 6 M NH3 ile kuvvetlice bazik yapın.

3 Sr2+ +   2 HP042- + 2 NH3  => Sr3(P04)2     +    2 NH4+

Oluşan beyaz çökeleğe çözününceye kadar derişik CH3COOH ekleyin.

Sr3(P04)2   +   4 CH3COOH    =>   3Sr2+   + 2 H2P04-  + 4 CH3COO-

b) Amonyum karbonat çözeltisi (NH4)CO3  

3-4 damla Sr2+ çözeltisine 10 damla su ve 3-4 damla 2 M (NH4)C03 çözeltisi ekleyin.
Sr2+    +   C032-     =>    SrC03

Oluşan beyaz çökeleğe çözününceye kadar 6 M CH3COOH çözeltisi ekleyin. Sonucu Ba2+ için yaptığınız aynı deney ile karşılaştırın.

SrC03    +   2 CH3COOH    =>    Sr2+   +   C02   + 2 CH3COO-   + H20

c) Amonyum sülfat çözeltisi (NH4)S04

1-2 damla Sr2+ çözeltisine 10 damla su ve 1-2 damla 1 M (NH4)2S04 çözeltisi ekleyip 2-3 dakika ısıtın. Sonra tüpü musluk suyunda soğuturken, bir cam çubukla tüpün iç çeperini kaşıyın.

Sr2+    +    SO42-     =>     SrS04

Oluşan çökeleği ikiye ayırın

i)                   Birinci kısmına çözününceye kadar derişik HCI ekleyip ısıtın.

SrS04     +     H+    =>      Sr2+     +     HSO4-

ii) İkinci kısmına derişik asetik asit ekleyerek çözünürlüğünü deneyin.      

d) Alev Deneyi

4-5 damla Sr2+ çözeltisine 5 damla su ve 4-5 damla derişik HCI ekleyin. Derişik HCI ile alevde renk vermeyinceye kadar temizlenmiş platin teli, Sr2+ çözeltisine batırıp bek alevinin yükseltgen kısmına tutun. Alevdeki koyu kırmızı (karmen) renk Sr2+ iyonunun varlığını gösterir.
4.1.3.CALCIUM

Oxidation state: 2+

Natural occurence: Never found in nature uncombined, it occurs abudantly as limestone (CaCO3), gypsum (CaSO4.2H2O), and fluorite (CaF2); apatite is the fluophosphate or chlorophosphate of calcium. Other important compounds are the carbide (CaCl2), chloride (CaCl2), cyanamide (Ca(CN)2), hypochlorite (Ca(OCl2)), nitrate (Ca(NO3)2) and sulfide (CaS).

PRELIMINARY EXPERIMENTS OF CALCIUM(II) ION, (Ca2+)

a)         Ammonium hydrogen phosphate solution, (NH4)2HPO4 :
To 3 or 4 drops of calcium solution, add 10 drops of water and 7-8 drops of 0.5 M (NH4)2HPO4, and then maket he solution strongly alkaline by adding 6 M NH3:

3 Ca2+   +    2 HPO42-    +    2 NH3  =>                                  Ca3(PO4)2    + 2 NH4+


To the precipitate formed add concentrated CH3COOH until the precipitate dissolves:

 Ca3(PO4)2    +    4 CH3COOH       =>        3 Ca2+   +    2 HPO42-    +    4 CH3COO-

b)         Ammonium carbonate solution, (NH4)2CO3
To 3 or 4 drops of calcium solution, add 10 drops of water and 3-4 drops of 2 M (NH4)2CO3 :

Ca2+    +    CO3-              =>              BaCO3

To the precipitate formed, add 3 M CH3COOH, drop by drop, until the precipitate dissolves:

CaCO3    +    2 CH3COOH         =>          Ca2+    +    CO2    +    2 CH3COO-    +    H2O

c)         Sodium Oxalate solution, Na2C2O4:
To 3 or 4 drops of calcium solution, add 5 drops of water and 4-5 drops of 0.1 M Na2C2O4:

Ca2+    +    C2O42-           =>             CaC2O4

Divide the precipitate formed into two portions.

i)          To the first portion add 3 M HCl, drop by drop, until the precipitate dissolves:

CaC2O4    +     H3O+           =>         Ca2+    +    HC2O4-    +    H2O

ii)         Try to dissolve the second one by adding concentrated CH3COOH.

d)        Flame Test:

Clean the platinium wire carefully, dip it in a mixture of 4 drops of calcium solution and 3-4 drops of concentrated HCl; then hold it in the flame. Carefully observe the brick-red flame characteristic of Ca2+.

4.1.4. MAGNEZYUM

Magnezyum (Mg), gümüş beyazlığında bir metaldir ve genellikle alaşım maddesi olarak, yani başka metallerle karıştırılarak kullanılır. Kimyasal simgesi Mg, atom numarası 12; atom ağırlığı 24,312 olan bu element en hafif metallerden biridir. Magnezyum periyodik cetvelin II A gurubu elementidir. Yükseltgenme basamağı 2+ dir.

Doğada bulunuşu:

Doğada serbest halde bulunmaz. En önemli mineralleri magnezit (MgC03), dolomit (CaC03. MgC03), olivin [(Mg,Fe)2Si04), serpantin [3MgO. 2Si02. H20], talk (3MgO. 4Si02. H2O), asbest (amyant) [Mg6(OH)6SiO11. H2O], MgCI2 çözünmüş halde deniz suyunda, bazı maden sularında ve klorofil yapısında bulunur.

Kullanım Alanları:

  • Magnezyum alüminyum gibi hafif ve kuvvetli bir elementtir. Bu nedenle uçak ve araba motoru yapımında,
  • Grignard reaktifinin hazırlanmasında,
  • Magnezyum oksit ısıya dayanıklı olduğu için tuğla fırınlar ve normal fırınların yapımında,
  • Hidroksitleri, klorürleri, sülfatları ilaç endüstrisinde,
  • MgCO3 tozu halterciler ve jimnastikçiler tarafından aletleri sıkı tutabilmeleri için,
  • Fotoğraf makinelerinin gövde ve flaş kaplamalarında,
  • İşaret fişekleri ve yangın bombalarında kullanılır.
Suda az çözünen bileşikleri,
MgF2,  Mg(OH)2,  MgC03,   MgNH4P04.  MgC204 dür.
Magnezyumun inorganik komplekslerine pek rastlanmaz. Organik kompleksleri çoktur ve önemlidir (Grignard reaktifleri).

MAGNEZYUM İYONUNUN (Mg2+)   ÖN DENEMELERİ

a) Amonyum hidrojen fosfat çözeltisi {NH4)2HPO4 

3-4 damla Mg2+ çözeltisine 10 damla su, 7-8 damla 0.5 M (NH4)2HP04 çözeltisi ekleyip, çözeltiyi 3 M NH3 ile kuvvetlice bazik yapın.

Mg2+ . + HP042-+ NH3   + 6H2O => MgNH4P04.6H2O

Oluşan beyaz çökeleğe çözününceye kadar derişik CH3COOH ekleyin.

MgNH4P04.6H20   + 2 CH3COOH   => Mg2+    + H2P04- + NH4+ + 2CH3COO-   +    6H20


b) Amonyum karbonat çözeltisi (NH4)2CO3   

2-3 damla Mg2+ çözeltisine 10 damla su ve 2-3 damla 2 M (NH4)2C03 çözeltisi ekleyin.

2 Mg2+  + 2 CO32-+ H20  => MgC03. Mg(OH}2 +    C02

2-3 damla Mg2+ çözeltisine 5 damla su ve 4-5 damla 6 M NaOH çözeltisi ekleyin. Karışıma 2-3 damla difenlikarbazit ekleyerek bekleyin. Kırmızı renkli çökelek, oluşumu Mg2+ iyonunun varlığını belirler.

4.2. IV. GRUP KATYONLARININ SİSTEMATİK ANALİZİ

IV. GRUP KATYONLARININ ÇÖKTÜRÜLMESİ

III. gruptan ayrılan çözelti III üzerine 5 damla 2 M (NH4)2C03 ve 10 damla 0.5 M (NH4)2HP04 eklenir. Çözelti derişik NH3 çözeltisi ile kuvvetlice bazik yapılır (1). Çökmenin tam olup olmadığı çöktürücü reaktiflerden 1-2 damla daha damlatılarak kontrol edilir, çözelti santrifüjlenir. Çökelek IV ve çözelti IV ayrılır.

Çökelek IV
Çözelti IV
Baryum, kalsiyum, stronsiyum ve magnezyum karbonat ve fosfatlarını içerebilir.  Çökelek 5 damla su ile yıkanır, yıkama suyu atılır.   Çökelek çözününceye kadar damla damla en az ölçüde derişik CH3COOH çözeltisi eklenir (2). Çözelti 2 mL ye seyreltilip 5 damla 1 M K2CrO4 eklenir ve 1 dakika karıştırılır.
Çökmenin tam olup olmadığı belirlendikten sonra santrifüjlenir, çökelek A ve çözelti A ayrılır.
V. grup katyon analizi için saklanır.


Çökelek A
Çözelti A
BaCr04 olabilir. Çökelek 6-8 damla derişik HCI de çözülür ve çözelti hacmi yarıya ininceye kadar bir kapsülde ısıtılır (3). Kalan, çözelti ikiye ayrılır.
a) Ba2+ alev deneyi ile aranır. Alevdeki SARI-YEŞİL RENK Ba2+ nun varlığını gösterir.
b) Çözeltiye 4-5 damla 1 M (NH4}2S04 eklenir. Oluşan BEYAZ ÇÖKELEK Ba2+ nun varlığını gösterir. Bu çökelek hiç bir asitte çözünmez.
Sr2+, Ca2+ ve Mg2+ iyonlarını ve Ba2+ nu çöktürme işleminden kalan fazla Cr042- iyonlarım içerebilir. 5 damla 0.5 M (NH4)2HP04 ve 3 damla 2 M (NH4)2C03 eklenir. Çözelti derişik NH3 çözeltisi ile kuvvetlice bazik yapılır ve santrifüjlenir, çökelek B ve çözelti B ayrılır.


Çökelek B
Çözelti B
Stronsiyum, kalsiyum ve magnezyum fosfat ve karbonatlan olabilir. Çökelek 10 damla derişik CH3COOH çözeltisinde çözülür ve 5 damla su eklenir. 4-5 damla 1 M (NH4)2S04 eklenip su banyosunda ısıtılır, soğutulup çökmenin tam olup olmadığı kontrol edildikten sonra santrifüjlenir. Çökelek C ve çözelti C ayrılır.

Cr042- iyonlarını içerdiğinden atılır

Çökelek C
Çözelti C
SrSO4 olabilir (4*). Çökelek üç kez sıcak suyla yıkanıp yıkama suları atıldıktan sonra üzerine 3 damla derişik HCI eklenir. Daha sonra alev deneyi uygulanır. Alevdeki KOYU KIRMIZI (KARMEN KIRMIZI)       RENK
Sr2+nun varlığını gösterir (5*).

Ca2+ ve Mg2+ iyonlannı içerebilir. Çözeltiye 4-5 damla 0.25 M (NH4)2C204 eklenip su banyosunda ısıtılır. (6*) ve santrifüjlenir. Çökelek D ve çözelti D ayrılır.


Çökelek D
Çözelti D
CaC204 olabilir. Üzerine 2-3 damla derişik HCI eklendikten alev deneyi uygulanır. Alevdeki TUĞLA KIRMIZISI Ca2+ nun varlığını gösterir.

Mg2+ içerebilir. Çözeltideki NH4+ ısıtılarak uzaklaştırılır ve çözelti seyreltilir. İkiye ayrılan çözeltinin bir kısmına 0.5 M (NH4)2HP04 eklenip derişik NH3 ile çözelti bazik yapılır. BEYAZ ÇÖKELEK Mg2+ iyonunum varlığını gösterir. Çözeltinin ikinci kısmı ile karbazit deneyi de yapılabilir.


4.3. IV. GRUP KATYONLARININ ANALİZİNDE NOTLAR

1*) Baryum, kalsiyum ve stronsiyum fosfatları jelatinimsi çökelek halinde hemen çökerler. Bu çökelekler aynı zamanda magnezyumun da çökmesine yardımcı olurlar. Çözeltide yalnız magnezyum iyonu varsa çökme biraz geç olur. Böyle bir durumda tüpün iç çeperleri bir cam çubukla karşınmalıdır.

2*)       Kuvvetli asidik ortamda BaCr04 çökemeyeceğinden zayıf bir asit olan CH3COOH kullanılır.

3*) BaCr04, alev deneyinde renk verecek kadar uçucu bir madde olmadığından, uçucu bir şekle dönüştürülmelidir. Ayrıca HCI ile ısıtıldığında kromat iyonu krom (III) iyonuna indirgenir.

2BaCr04  + 16 H30+ + 6 Cl- =>  2Ba2+ + 2 Cr3+ + 24 H20   +3 Cl2

Ba2+ iyonu fazla miktarda HCI'li ortamda alev deneyinden daha iyi sonuç verir.

4*) Sr2+ iyonu SrS04 halinde çöktürülerek Ca2+ iyonundan tümüyle ayrılamaz. Ayrıca SrS04 'ın çözünürlük çarpımı büyük olduğundan tüm Sr2+, SrS04 halinde çökmez. Bir sonraki deneyde SrC204 halinde CaC204 ile birlikte çöker.

5*)Metallerin kromat, sülfat ve okzalatları alev deneyim verebilecek kadar uçucu bileşikler olmadığında HCI ile kolaylıkla buharlaşabilen klorürleri haline dönüştürülürler.

6*) Kalsiyum okzalat çözünürlüğü az olmasına rağmen, aşırı doygun çözelti oluşturma eğilimindedir. Bu nedenle çözelti ısıtılıp bir bagetle karıştırılmalı ve bekletilmelidir. Çökme yavaş ve çökelek taneli olmalıdır. Hemen çöken kumlu görünümdeki beyaz çökelek SrS04 olabilir.

Hiç yorum yok:

Popüler Yayınlar