Katyon Analizleri
Son güncelleme: 29.09.2011 20:33
-
Katyon Analizi - Katyon Analizleri Hakkında - Katyon Analizleri Hakkında
Herbir katyonun kendine özgü karakteristik reaksiyonu vardır. Öncelikle katyonlar oluşturdukları katyon tuzlarının çözünürlüklerine göre gruplara ayrılırlar. Daha sonra bu grupdaki katyonlar ayrı ayrı ele alınır. Katyonların bu şekilde gruplara ayrılarak analiz edilmelerine katyonların sistematik nitel (kalitatif) analizi denir.
Bu gruplandırma yapılırken katyonların klorür, sülfür, hidroksit, karbonat ve fosfatlar ile yapmış olduğu bileşiklerin çözünürlüklerinin farklı olmasından yararlanılır. Örneğin çeşitli katyonları içeren bir çözeltiye seyreltik HCl asit çözeltisi eklendiğinde oluşan beyaz çökelek; gümüş, kurşun ve civa(I) klorürlerinin karışımından oluşur. Bu nedenle, bu katyonlar aralarından bir grup oluştururlar ve buna sistematik analizde birinci grup denir. Çeşitli katyonları içeren başlangıç çözeltisinden birinci grup çöktürülerek ayrıldıktan sonra, kalan çözeltiye asidik ortamda H2S ikinci grup çöktürülür.
Amonyum iyonu hiçbir grupta aranmaz ve başlangıç örnek çözeltisinden aranır. Çünkü daha önceki gruplardaki katyonları çöktürmek için amonyak ve/veya amonyum tuzları ortama eklenmektedir.
I.Grup Katyonların Analizi
I. grupta yer alan katyonlar, gümüş (Ag+), kurşun (Pb2+ ) ve civa(I)( Hg22+) dir. Bu katyonlar sulu ortamda klorürleri şeklinde çöktürülerek ayrılır. (AgCl, PbCl2, Hg2Cl2). Bu grup katyonların çöktürülmesi seyreltik 3M HCl çözeltisi ile gerçekleştirilir. Çöktürme işlemi gerçekleştirilirken ortamının pH' sı iyi ayarlanmalıdır. Çünkü HCl çözeltisinin aşırısında AgCl ve PbCl2 aşağıdaki tepkimelere göre kompleks iyonlarını oluşturarak çözünürler.
AgCl + HCl à AgCl2-+ H+
PbCl2 + 2HCl à PbCl4-2 +2H+
Oluşan klorürlerin çözünürlük çarpımı (Kçç) değerleri aşağıda verilmiştir.
PbCl2 2.0x10-5
AgCl 1.8x10-10
Hg2Cl2 1.6x10-18
PbCl2 bileşiğinin çözünürlüğü AgCl ve PbCl2'e göre oldukça büyük olduğundan, Pb2+ iyonu klorürü halinde çözeltiden tamamen çöktürülüp ayrılamaz. Bu nedenle Pb2+ iyonu II. grup katyon analizinde gözlenebilir.
II. Grup Katyon Analizi
II. grup katyonları civa (II) (Hg2), kurşun (Pb2+), kadmiyum (Cd2+), arsenik (III) (As3+), bizmut (III) (Bi3+), antimon(III) (Sb3+) ve kalay (II) (Sn2+) dır.Eğer ortamda hem I. grup hemde II. grup katyonlar varsa 3M HCl çözeltisi eklenmesi ile I.grup katyonlar çökecek II.grup katyonlar çözünerek (klorür tuzları sulu ortamda çözünür) çözeltide kalacaktır. Oluşan çökelek ortamdan uzaklaştırıldıktan sonra çözeltiye 0.3 M HC1 eklenmesi durumunda II grup katyonlar, asitli ortamda sülfürleri halinde çöktürülürler Başlangıçtaki çözeltide III grup katyonlardan mangan (Mn2+), çinko (Zn2+), kobalt (Co2+), nikel (Ni2+) ve demir (Fe3+) iyonları var ise bunlarda da sülfürlerinin çökme ihtimali doğuyor. halinde çökerler. Burada devreye ortamın pH'sı girer ve İki farklı katyon grubunu birbirinden ayırmak için bu sülfürlerin çözünürlüklerindeki geniş farklılıktan yararlanılır.
II. grup katyon sülfürlerinin Kçç değerleri
SnS : 1.2 x 10-27
CdS : 2.0 x l0-28
PbS : 7.0 x 10-28
CuS : 6.0 x 10-36
HgS : 1.6 x 10-52
Sb2S3: 1.7 x l0-93
Bi2S3 : 1.0 x10-97
III. grup katyon sülfürlerinin Kçç değerleri
MnS : 3.0 x 10-13
FeS : 6.0 x 10-18
NiS : 1.0x 10-22
CoS : 5.0 x 10-22
ZnS : 4.5 x l0-24
0.3 M HCl kullanılması ile II. grup katyonlar sülfürleri halinde çökerken, III. grup katyonlar çökelek oluşturmayıp çözeltide kalırlar. Hidronyum iyonunun derişiminin önemi sülfür iyonu derişimini kontrol etmesinden kaynaklanır.
H2S +H2 « S-2 + 2H3O+
Doygun H2S çözeltisi yaklaşık 0.l M dır. Bu durumda,
[H3O+]2 [S2-] = 6.8 x 10-24
II. grup katyonların sülfürleri halinde çökmesini sağlayan hidronyum iyonu derişimi 0. 3 M ( pH= 0.5 ) kabul edilirse katyonu çöktürmek için gerekli S2- iyonu derişimi:
(0,3)2 [S2-] = 6.8x10-24 [S2] =7.5x l0-23 M olur.
Yarı mikro analiz yönteminde katyonların çökme işleminden önceki başlangıç derişimleri 0.01 M değerine eşit veya daha küçüktür. Bu durum dikkate alındığında iki değerlikli bir katyon (M2+)'un sülfürünün çözünürlük çarpımı :
MS(k) « M+2 + S-2
K çç = [M+2] [S-2] = (0.01) (7.5 x 10-23) = 7.5 x 10-25 olur.
Daha önce verilen II. grup katyon sülfürlerinin çözünürlük çarpımı değerlerinin tamamı [H3O+] = 0.3 M olan bir çözeltide elde edilen çözünürlük çarpımı 7.5 x 10-25 değerinden küçük, III. grup katyon sülfürlerinin çözünürlük çarpımı değerleri ise 7.5 x 10-25 değerinden daha büyüktür. Dolayısıyla bu ortamda yalnızca II. grup katyonlar çökecektir. III. grup katyonlarını sülfürleri halinde çöktürmek için ortamın pH'ını yeniden ayarlamak gerekir. III. grup sülfürleri arasında çözünürlük çarpımı sabiti en büyük olanı MnS dür. Bir katyonu sülfürü halinde çöktürülüp çözeltiden tam olarakayrılması için, katyonun çözeltide kalan derişiminin, o iyonun başlangıç derişiminin milyonda birine düşmesi gerekir. Bunlar dikkate alınarak 0.0l M Mn2+ iyonlarının tamamını MnS şeklinde çöktürmek için gerekli olan [H3O+] değeri aşağıdaki gibi hesaplanır.
Kçç= [M2+] [S2-]
1.1 x 10-15 = 0.01 x 10-6 [S2-]
[S2-]=1.1x10-7M bu değer (1) eşitliğinde yerine konursa
[H3O+]2 ( 1.1 x 10 -7 ) = 6.8 x 10-24 (1)
[H30+] = 7.9 x 10-9
pH = 8.1
Görüldüğü gibi III. grup katyonlarını çöktürmek için çözeltinin bazik olması gerekir. II. ve III. grup sülfürlerinin çöktürülmesi için gerekli olan H2S; demir sülfür ve tiyoasetamid (CH3CSNH2) gibi reaktifler kullanırak elde edilebilir. Tiyoasetamid ucuz ve suda kolay çözünmesi nedeniyl etercih edilir. ısıtıldıgibi çeşitli bileşiklerden elde edilebilir. Buradaki laboratuvar çalışmalarında H2S en kolay elde edildiği tiyoasetamid bileşiği kullanılacaktır. H2S oluşturması için sadece ısıtmak yeterlidir.
CH3CSNH3 + 2H2O « CH3COO- + H2S
III. Grup Katyon Analizi
III. grup katyonları alüminyum (III) (Al3+), cobalt (II) (Co2+), demir (III) (Fe3+), krom (III) (Cr3+), nikel(II) (Ni2+), çinko (II) (Zn2+)ve mangan (II) (Mn2+), dır. Bu katyonlar I. ve II. grup katyonlarının çöktürücü reaktifleriyle çökelek oluşturmazlar. Bunlar ortama NH3 - NH4Cl eklenmesiyle sülfürleri ve hidroksitleri halinde çöktürülerek çözeltiden ayrılırlar. Al3+ ve Cr3+ iyonları hidroksitleri halinde diğer katyonlar ise sülfürleri halinde çökerler.
IV. Grup Katyon Analizi
Bu grubun katyonları baryum (II) (Ba+²), kalsiyum (II)(Ca+²), magnezyum(II) (Mg+²) ve stronsiyum (II) (Sr+²) dur. IV. grup katyonları genel olarak çöken dört element, periyodik cetvelin II A grubu elementleridir. Kimyasal özellikleri birbirine benzeyen bu katyonlar sadece 2+ yükseltgenme basamağına sahiptir. Kompleks iyon oluşturma eğilimleri çok zayıftır. Ayrıca Ba+², Ca+² ve Sr+² katyonları karakteristik alev renkleri verirler.
IV. grup katyonlarının karbonat ve fosfat tuzlarının sudaki çözünürlükleri çok azdır (10-3 g/100mL)
IV. grup çöktürücüsü olarak kullanılan reaktifler
Karbonat (CO32-) iyonu
BaCO3, SrCO3 ve CaCO3 içeren IV. grup çökeleği asitte kolay çözünür ve çözme işlemi sırasında CO32- iyonu parçalanır. Dolayısıyla alev testi bu iyonlara kolaylıkla uygulanır. Fakat 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+ iyonu aşağıdaki tepkime gereğince karbonat iyonuna proton vererek karbonat iyonunun etkinliğini azaltmaktadır.
NH4+ + CO3-2 « NH3 + HCO3-
Fosfat (PO43-) iyonu
Fosfat anyonu Ba2+ , Ca2+ ve Sr2+ katyonlarını NH4+ ve NH3 ortamında tersiyer fosfat tuzları halinde tam olarak çöktürür. Mg2+ iyonu ise MgNH4PO4 şeklinde tam olarak çöker. Bu reaktifin kullanıldığı durumda karbonat anyonu reaktifinde olduğu gibi fazla NH4+ iyonlarını uzaklaştırmak gerekmez.
Fakat fosfat iyonunun çöktürücü olarak kullanılmasının dezavantajları vardır. Fosfat tuzları, 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.
Fosfat- karbonat karışımı
Fosfat veya karbonat iyonlarının grup reaktifi olarak tek başlarına kullanılması yukarıda açıklandığı gibi bazı sakıncaları ortaya çıkarır. Diğer yandan fosfat - karbonat karışımının
Kullanılması avantajlardan bazılarını korurken, dezavantajların hepsini de taşımaz. Bu nedenle IV. grup çöktürücüsü olarak (NH4)2HPO4 ve (NH4)2 CO3 karışımı kullanılır.
V. Grup Katyon Analizi
Bu grubun katyonları NH4+ , sodyum Na+ ve potasyum K+ dur. Bu iyonların birkaç istisna dışında bütün tuzları suda çözünür. Bu nedenle bu grup için herhangi bir çöktürücü reaktif yoktur.
- Katyon Analizleri Konusuna Benzer Konular
- Anyon Ve Katyon Analizleri 06.11.2009
- Bitkisel Sıvı Yağ ve Margarin Analizleri 13.09.2010
- Anyon Analizleri 29.09.2011
- Ayasofya Müzesi Döşeme Taşları Ve Harçlarının XRD ile Analizleri 10.04.2012
- Başabaş ve Kaldıraç Analizleri 18.10.2012