|
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
5 Politechnika Warszawska Wydział Budownictwa Mechaniki i Petrochemii w Płocku Laboratorium Chemii Budowlanej Instrukcja do ćwiczenia ANALIZA JAKOŚCIOWA SUBSTANCJI NIEORGANICZNYCH W ROZTWORACH WODNYCH (dla studentów studiów dziennych) Opracowała: dr inż. Maria Bukowska Płock, luty 2007 Spis treści: str. I. Temat ćwiczenia ............................................................................................................... 3 II. Cel ćwiczenia .................................................................................................................... 3 III. Podstawy teoretyczne....................................................................................................... 3 lMetody analizy składu materiałów.......................................................................................... 3llReakcje charakterystyczne kationów....................................................................................... 7llReakcje charakterystyczne anionów...................................................................................... 12lIV. Wykonanie ćwiczenia....................................................................................................... 14 1. Reakcje charakterystyczne kationów...................................................................................... 15 2. Identyfikacja kationów........................................................................................................... 15 3. Reakcje charakterystyczne anionów....................................................................................... 17 4. Identyfikacja anionów............................................................................................................. 17 5. Identyfikacja soli..................................................................................................................... 19 V. Opis wykonania ćwiczenia............................................................................................... 20 Wybrane treści z podręcznika „Ćwiczenia laboratoryjne z chemii budowlanej”......................... 22 Tablica KATIONY....................................................................................................................... 31 Tablica ANIONY.......................................................................................................................... 32 I. TEMAT ĆWICZENIA Analiza jakościowa substancji nieorganicznych w roztworach wodnych - Analiza jakościowa kationów, anionów i soli w roztworach wodnych II. CEL ĆWICZENIA Zaznajomienie się z prostymi metodami chemicznymi i fizykochemicznymi identyfikacji związków nieorganicznych zawartych w materiałach budowlanych i w środowisku. Bardzo często wyniki analizy jakościowej nie wystarczają i wykorzystuje się także metody analizy ilościowej, dokładniej charakteryzujące materiał i środowisko. III. PODSTAWY TEORETYCZNE Znajomość składu chemicznego materiałów daje informacje o tym jaki to jest materiał, jakie substancje były używane do jego produkcji lub jakie procesy korozyjne miały miejsce podczas użytkowania. Znajomość składu chemicznego środowiska daje informacje na temat możliwości korozyjnego oddziaływania na materiał budowlany i metod ochrony, które należy zastosować. W analizie bardzo często posługujemy się pojęciem jonu. Jony są to naładowane cząstki materii. Wyróżniamy: - jony dodatnie – kationy. Są to jony wodoru, jony metali i niektóre grupy pierwiastków posiadające ładunek dodatni, np. H+, Ca2+, NH4+, - jony ujemne – aniony. Są to jony pochodzące od kwasów czyli reszty kwasowe. Związki chemiczne w roztworach wodnych rozpadają się w wyniku procesu dysocjacji na jony: - kwasy – na jony wodorowe oraz jony reszty kwasowej, ogólnie HnR à n H+ + Rn-, gdzie n 1, np. H2SO4 à 2H+ + SO42-, - zasady – na jony metali oraz jony wodorotlenowe, ogólnie Me(OH)n à Men+ + n OH- gdzie n 1, np. Ca(OH)2 à Ca2+ + 2 OH-, - sole – na jony metali oraz jony reszty kwasowej, ogólnie MexRy à x Mey+ + yRx-, gdzie x,y 1, np. Al2(SO4)3 à 2 Al3+ + 3 SO42- oraz CaSO4 à Ca2+ + SO42-. Jeżeli x i y = 1 to wartościowość kationu = wartościowości anionu. Z jonami materii możemy mieć także do czynienia jeżeli atomy lub cząsteczki substancji pobudzone są energią doprowadzoną z zewnątrz w postaci ciepła lub promieniowania. Mówi się wówczas o jonizacji materii. 1. Metody analizy składu materiałów Analiza składu substancji dzieli się na dwa zasadnicze działy: - analizę jakościową, - analizę ilościową. Analiza jakościowa jest dziedziną chemii doświadczalnej, która zajmuje się identyfikacją substancji, tzn. odpowiada na pytanie jakie jony, pierwiastki lub związki chemiczne ta subs- tancja zawiera w swoim składzie. Analiza ilościowa jest również dziedziną chemii doświadczalne, lecz jej wyniki dają odpowiedź na pytanie: jaka jest zawartość (stężenie) jonów, pierwiastków lub związków chemicznych w danej substancji? Ponieważ niniejsza instrukcja dotyczy analizy jakościowej, tylko z tej dziedziny podane zostaną podstawowe informacje przydatne jednocześnie w praktyce budowlanej. Analizę jakościową substancji dzielimy na dwa działy: - analizę chemiczną, - analizę fizykochemiczną (instrumentalną). Metody analizy chemicznej W metodach analizy chemicznej wykorzystuje się następujące zjawiska towarzyszące procesom wykrywania, identyfikacji: - wytrącanie osadów, - wydzielanie gazów, - powstawanie barwnych związków kompleksowych, tzw. kompleksów. Oznaczenia metodami analizy chemicznej prowadzone są zwykle w roztworach wodnych jednak można identyfikację przeprowadzać także w stanie stałym. Tak określa się obecność wapieni (CaCO3) zawartych w kruszywie lub identyfikuje się stopy metali. W pierwszym wypadku powierzchnię materiału polewa się roztworem dowolnego kwasu mineralnego i obserwuje charakterystyczne wydzielanie CO2, w drugim – po polaniu powierzchni metalu stężonym kwasem stosuje się dodatkowo specjalne odczynniki i obserwuje powstałą barwę. Tak przeprowadzana jest np. identyfikacja stopów złota metodą analizy kroplowej. Reakcje wytrącania osadów Przykładem reakcji wytrącania osadu jest reakcja identyfikacji jonu chlorkowego (Cl-) za pomocą związku srebra (AgNO3): NaCl + AgNO3 à AgCl + NaNO3 roztwory wodne łatwo rozp. związków trudno rozp. łatwo rozp.chlorku sodu i azotanu srebra chlorek srebra azotanu sodu O wytrąceniu osadu informuje strzałka skierowana w dół obok symbolu trudno rozpuszczalnego związku chemicznego. Ponieważ sole, jako doskonałe elektrolity, są w roztworach wodnych w pełni zdysocjowane można powyższą reakcję zapisać następująco: Na+ + Cl- + Ag+ + NO3- à AgCl + Na+ + NO3- Skreślenie jednakowych jonów po obu stronach strzałki jest możliwe, ponieważ właściwie reagują ze sobą jony chlorkowe i jony srebrowe; tzn, jakikolwiek łatwo rozpuszczalny związek zawierający jon chlorkowy będzie reagował z jakimkolwiek rozpuszczalnym związkiem zawierającym jon srebra z utworzeniem trudno rozpuszczalnego chlorku srebra. W praktyce obserwujemy przebieg tej reakcji jako utworzenie zmętnienia lub obfitego osadu (zależnie od stężenia jonów) po wymieszaniu dwóch klarownych roztworów w próbówce. Iloczyn rozpuszczalności substancji trudno rozpuszczalnej jest to iloczyn ze stężeń jonów, na które dysocjuje ta substancja w nasyconym roztworze, tzn. w roztworze będącym w równowadze z osadem. W naszym wypadku iloczyn rozpuszczalności AgCl (LAgCl) jest iloczynem stężeń molowych jonów Ag+(cAg+) i Cl-(cCl-) i przyjmuje stałe wartości w stałej temperaturze. Zapisujemy to następująco: LAgCl = (cAg+) (cCl-) = [Ag+] [Cl-]; T=const kwadratowe nawiasy, w których wpisane są symbole jonów wskazują, że stężenie jonów wyrażane jest w molach/dm3 (stężenie molowe jonów). Zapis ten wskazuje również, że im wyższe jest stężenie jednego jonu, tym musi być niższe stężenie drugiego jonu; wprowadzenie więc nadmiaru jednego jonu skutkuje wytrąceniem osadu aby wartość iloczynu rozpuszczalności b...
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
zanotowane.pldoc.pisz.plpdf.pisz.plzolka.keep.pl
|
