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1. Progettazione di flowchart
Studiare il comportamento chimico degli ioni Al(III), NH4+, Zn(II), Mg(II), Ba(II), Cd(II) e ideare una strategia di identificazione di un qualsiasi nitrato, solfato, cloruro, acetato, fosfato, carbonato di questi cationi.
Prima fase comprensione del problema da affrontare e ricerca primi dati utili
Mostrata in grandi linee la logica dei gruppi della qualitativa sistematica classica.
Il compito da affrontare è più semplice perché
1° ci sono meno cationi e anioni in gioco
2° ne viene dato solo uno alla volta
3° la soluzione incognita contiene una soluzione di un sale solubile e questo esclude la presenza di certi anioni, in presenza di un catione riconosciuto che con esso forma sali insolubili, e viceversa.
Il compito è comunque complesso perché la procedura nel nostro caso non è data, ma va ricavata.
Inoltre i cationi in oggetto danno solo soluzioni acquose incolori.
Il campo delle reazioni utilizzabili per identificare i cationi è:
1. Reazioni di precipitazione
2. reazioni di complessazione
3. reazioni acido base
4. reazioni redox
(praticamente tutta la chimica inorganica, ma in questo caso sfrutteremo solo le prime tre)
Abbiamo identificato alcuni anioni precipitanti, potenzialmente in grado di differenziare i cationi (lavorando con otto cationi anziché sei perché il prof non aveva l’elenco preciso; riportiamo comunque i dati in più trovati per Sn2+ e Ca2+ che non fanno parte del problema).
I risultati sono compresi nella tabella.
Anione |
NH4+ |
Cd2+ |
Ca2+ |
Ba2+ |
Zn2+ |
Al3+ |
Mg2+ |
Sn2+ |
OH- |
NH3(g) |
ins |
(8·10-6) |
sol |
ins |
ins |
Ins |
ins |
SO42- |
Sol |
sol |
(4·10-5) |
ins |
sol |
sol |
Sol |
sol |
CO32- |
Sol |
ins |
Ins |
ins |
ins |
Ins+CO2 |
(1·10-5) |
Ins+CO2 |
I dati sono stati cercati da tabelle del vademecum di chimica, dall’Handbook of Chemistry and Physics 68ª ed.CRC e dal nostro testo di chimica analitica nel quale a pag. 635 c’è una semplice e comoda tabella di solubilità.
L’ammonio (NH4+) è un acido, pertanto reagisce con l’OH- (base) donandogli un protone (H+):
NH4+ + OH- à NH3(g) + H2O
Anche se non si forma nessun precipitato, in questo saggio riconosceremo la presenza dell’ammonio dall’odore di ammoniaca (NH3(g)).
Anche altri cationi, pur non contenendo idrogeno, in soluzione acquosa hanno comportamento acido. Infatti essi formano complessi (per lo più esaquoioni)
Cd2+(aq) + 6H2O(l) = [Cd(H2O)6]2+(aq)
Zn2+(aq) + 6H2O(l) = [Zn(H2O)6]2+(aq)
Al3+(aq) + 6H2O(l) = [Al(H2O)6]3+(aq)
L’acqua legata ai cationi si ionizza più facilmente di quella “libera” (perché gli elettroni del legame Men+-O-H si spostano verso il centro positivo e l’idrogeno diviene più polarizzato positivamente di quanto non lo sia nell’acqua “normale”. Tale effetto di polarizzazione è tanto maggiore quanto più la carica positiva si trova “concentrata” su un atomo metallico piccolo e, ovviamente, quanto più tale carica è elevata. Quindi lo ione Al3+ ha molto più potere polarizzante degli altri perché ha carica +3 ed è relativamente piccolo).
H2O + H2O = OH- + H3O+ Kw = 1·10-14
[Cd(H2O)6]2+ + H2O = [Cd(H2O)5OH] ++ H3O+ Ka = 2·10-12
Zn(H2O)6]2+ + H2O = [Zn(H2O)5OH] ++ H3O+ Ka = 2,5·10-10
NH4+ + H2O = NH3 + H3O+ Ka = 5,5·10-9
CO2(aq) + 2H2O = HCO3- + H3O+ Ka = 4,6·10-7
Al(H2O)6]3+ + H2O = [Al(H2O)5OH] 2++ H3O+ Ka = 7·10-6
Da qui si vede, ad esempio, che il catione esaquozinco è all’incirca dieci volte meno acido dell’ammonio, quindi non è capace di produrre anidride carbonica da un carbonato, (dato che CO2(aq) o H2CO3 è un acido più forte) mentre lo ione esaquoalluminio è in grado di farlo. Ci aspettiamo di vedere un’effervescenza nella reazione tra un carbonato e un sale di alluminio, oltre alla possibile formazione di un precipitato.
Tutto ciò che viene fatto va scritto qui di seguito e salvato.
Il bianchetto contiene il biossido di uno dei seguenti metalli: Th, Ti, W, Zr, Ce. Ricercare e confermare con un saggio la presenza del metallo.
Reticelle amiantate
Pietrina degli accendini
Filamento lampadine
Fonte: http://www.divini.net/chimica/materiali/analisi/archivio/Problemi%20di%20Analisi%20qualitativa.doc
Sito web da visitare: http://www.divini.net
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