Il secondo gruppo analitico: il gruppo del rame e dell’arsenico

Il gruppo del rame-arsenico è costituito da otto elementi I cui solfuri precipitano per trattamento della soluzione acida ( [H+] = 0.2-0.3 M ) con solfuro di idrogeno: gruppo del rame: Hg2+,Pb2+,Cu2+, e Cd2+   e gruppo dell’arsenico: As(III). As(V), Sb(III), Sb(V), Sn2+ e Sn(IV).

Questo gruppo viene chiamato anche gruppo del “solfuro di idrogeno” o II gruppo dei cationi ed è quello che richiede maggiore perizia nell’analisi. Se la concentrazione idrogenionica è troppo elevata i solfuri di cadmio, piombo e stagno non precipitano completamente. D’altra parte, se la concentrazione idrogenionica è troppo piccola, sensibilmente inferiore a 0.2 M, si può avere precipitazione dei solfuri di zinco, nichel e cobalto. In questo gruppo si può avere anche precipitazione dei solfuri di argento e di Hg22+ nel caso in cui questi ioni non siano stati completamente eliminati nel gruppo precedente come cloruri. In una soluzione satura di solfuro di idrogeno, la concentrazione dello ione S2- dipende da quella dello ione H+ ; a sua volta è la concentrazione di S2- che determina quali ioni metallici precipitano come solfuri.

Dopo che i solfuri sono stati precipitati, possono venir separati gli uni dagli altri sfruttando la loro diversa solubilità in vari reagenti. I tipi di reagenti usati per sciogliere i solfuri metallici sono illustrati nel seguente schema:

MS (s) ⟺  M2+  +   S2-                      (1   

M2+   + 2 S2- = MS22-                                             S2- = S + 2e

M2+   + 4 X = MX42-                                               S2- + 2 H+ = H2S

L’equilibrio tra un solfuro metallico e  i suoi ioni, espresso nell’equazione (1 può essere spostato verso destra ( dissoluzione di MS) da quattro tipi di reagenti:

–         Una elevata concentrazione di H+  diminuisce la concentrazione dello ione solfuro ( effetto dello ione in comune) quanto basta per sciogliere i solfuri metallici tra i quali CdS, PbS e SnS2.

–         Lo ione NO3 in soluzione acida a caldo ossida S2-  a S° diminuendo la concentrazione dello ione solfuro al punto che tutti i solfuri metallici, ad eccezione di HgS si sciolgono

–         Una elevata concentrazione di un agente complessante può diminuire la concentrazione di uno ione metallico al punto che si abbia la dissoluzione del solfuro: ad esempio CdS si scioglie in soluzioni ad alta concentrazione dello ione Cl

–         I solfuri alcalini ( Na2S , K2S, (NH4)2S) e gli idrossidi alcalini NaOH, KOH ma non NH4OH sciolgono i solfuri metallici anfoteri ( gruppo dell’arsenico) con formazione di tioanioni come ad esempio AsS33-, SnS32-,SbS33--.  Questa differenza nelle proprietà anfotere viene sfruttata nella separazione del gruppo dell’arsenico da quello del rame.

In sintesi, dopo aver fatto precipitare i cationi del secondo gruppo come solfuri usando solfuro di idrogeno, ma spesso si usa tioacetammide in sostituzione si pone il problema di come risciogliere il precipitato costituito dai solfuri metallici per poter poi separare e caratterizzare i singoli cationi.

Viene rappresentato lo schema del procedimento di analisi per il gruppo rame-arsenico

Soluzione : Hg2+, Pb2+,Bi3+,Cu2+,Cd2+,H3AsO3,Sb3+,H3SbO4,Sn2+,SnCl62-e ioni di altri gruppi successivi.Aggiungere alla soluzione acida H2O2 al 3%. Riscaldare. Portare la conc. Di H+ a 0.3 M. aggiungere tioacetammide. Riscaldare per 10 minuti. Raffreddare. (C-D)
Precipitato: HgS, PbS, Bi2S3, CuS, CdS, As2S3,Sb2S3,SnS2Riscaldare con una soluzione 0.5 M di KOH ( C-D-1)
Residuo: HgS, PbS, Bi2S3,CuS,CdS.Trattare con HNO3 , 3 M a caldo  ( C ) Soluzione: AsS33-,AsO33-,SbS33-SnOS22-Aggiungere HAc 6 M e TA  (D)Ppt: As2S3, Sb2S3,SAggiungere HCl 12 M
Residuo: HgSSciogliere in acqua regia (C-1)Soluzione:HgCl42-Aggiungere SnCl2 0.1 M Soluzione: Pb2+, Bi3+, Cu2+, Cd2+Aggiungere H2SO4. Evaporare(C-2) Residuo:As2S3 S                Soluzione: SbCl42-Aggiungere          SnCl6NaOH 6 M e          evaporare a 10Al                          gocce e dividere(D-1)                      la soluzione
Ppt: Hg2Cl2  ed Hg  (bianco o nero) Ppt: PbSO4Aggiungere NH4Ac  (C-2)Sol: PbAc3Aggiungere K2CrO4 Soluzione: Bi3+,Cu2+,Cd2+,aggiungere NH4OH 15 M(C-3)Colore blu del Cu(NH3)42+: è presente lo ione rame Gas: AsH3 farlo passare attraverso AgNO3 su una carta da filtro
  • a ½ aggiungere NH4OH 6 M, poi HAc 6 M e Na2S2O3 (D-2)

 

a ½ aggiungere

un filo di ferro e

riscaldare ( D-3)

  Ppt: PbCrO4Aggiungere NaOH Ppt: Bi(OH)3Aggiungere Na2SnO2(C-4)Ppt: Bi (nero) Soluzione: Cu(NH3)42+ Cd(NH3)42+Aggiungere TA e riscaldare (C-5)Ppt: CuS, CdS se nero riscaldare con H2SO4 2 M Ppt: Ag nero
  • Ppt: Sb2OS2 da arancio a rosso

Ppt : Hg2Cl2

(bianco) e

Hg (nero)

  Sol: HPbO2Aggiungere HAc Sol: Cd2+Aggiungere NH4OH e TA
  Ppt: PbCrO4 (giallo) Ppt: CdS giallo

 

Procedimento analitico

C-D Trasferire 3 mL di soluzione incognita in una capsula. Saggiare la soluzione con cartina universale. Se è acida aggiungere 2 gocce di soluzione di H2O2  al 3%. Se è alcalina aggiungere HCl 6 M più 2 gocce di H2O2 al 3%.

Evaporare la soluzione fino a un volume di circa 10 gocce e neutralizzare con idrossido di ammonio 6 M. Rendere la soluzione appena acida con HCl 6 M e trasferire in provetta. Aggiungere 20 gocce di tioacetammide (TA) 1 M e diluire fino a 4 mL.

Un precipitato colorato indica la presenza di solfuri del gruppo rame-arsenico.

Al precipitato da cui è stata eliminato il liquido supernatante aggiungere nitrato di ammonio 5 M. Centrifugare ed eliminare la soluzione di lavaggio.

C-D-1. Separazione del gruppo dell’arsenico dal gruppo del rame.

Al precipitato ottenuto aggiungere 2 mL di KOH 0.5 M e riscaldare a bagnomaria indi centrifugare. Decantare il liquido supernatante in una provetta. Soluzione D.

C Separazione dell’HgS. Trattare il residuo dei solfuri del gruppo del rame con acqua e 1 mL di HNO3 6 M e riscaldare a bagnomaria. Centrifugare e decantare. Decantare la soluzione unendola a C-2. Trattare il residuo secondo C-1.

C-1. Prova per lo ione Hg2+

Al residuo ottenuto in C aggiungere HNO3 6 M e HCl 12 M riscaldando all’ebollizione. Trasferire la soluzione in una capsula facendo evaporare finché rimangono circa 5 gocce. Aggiungere 1-1.5 mL di acqua e filtrare. Al filtrato aggiungere SnCl2 0.1 M .

Se sono presenti ioni Hg2+ compare un precipitato bianco di Hg2Cl2.

C-2 Prova per lo ione Pb2+.

Trasferire la soluzione C-2 in una capsula e aggiungere otto gocce di acido solforico 6 M. evaporare la soluzione fino a comparsa di fumi bianchi e attendere il raffreddamento.

Versare 1 mL di acqua e trasferire in provetta. Se la soluzione è limpida sono assenti gli ioni Pb2+. Se si osserva un precipitato aggiungere NH4Ac 3 M e K2CrO4. Un precipitato giallo indica la presenza di ioni Pb2+.

C-3. Prova per lo ione Cu2+. Alla soluzione aggiungere NH4OH 15 M fino a renderla alcalina. La presenza di un blu anche pallido indica la presenza di ioni Cu2+. Un precipitato bianco indica la presenza di ioni Bi3+. Riscaldare in modo da far coagulare il  Bi(OH)3 eventualmente presente.

C-4 Prova per lo ione Bi3+. Filtrare la soluzione C-4 indipendentemente che vi sia o meno un precipitato. Marcare il precipitato con C-5. Al precipitato aggiungere acqua e versare una soluzione di stannito sodico e NaOH finché il precipitato si scioglie. Se il filtro si annerisce subito è presente lo ione Bi3+

C-5 Prova per lo ione Cd2+. Alla soluzione marcata C-5 aggiungere TA 1 M riscaldando a bagnomaria. La formazione di un precipitato giallo indica la presenza di ioni Cd2+

D- Riprecipitazione dei solfuri del gruppo dell’arsenico.

Alla soluzione D aggiungere TA 1 M e HAc 6 M fino ad acidificarla e riscaldare a bagnomaria al fine di coagulare il precipitato. Centrifugare, decantare ed eliminare il liquido supernatante. Lavare il precipitato con acqua e NH4Cl 5 M.

Trattare il precipitato secondo il procedimento D-1.

D-1 Separazione e prova per l’arsenico.

Ai solfuri del gruppo dell’arsenico aggiungere 2 mL di HCl 12 M. riscaldare lentamente, centrifugare, decantare il liquido supernatante marcandolo con D-2. Trattare il residuo con HCl 12 M, centrifugare e unire il centrifugato alla soluzione D-2. Se il residuo è poco e bianco è assente l’arsenico. Se il residuo è giallo o di colore scuro si continui la prova per l’arsenico.

Al residuo ottenuto dall’estrazione con HCl dei solfuri del gruppo aggiungere NaOH 6 M.

As2S3 si scioglie. Alla soluzione di NaOH aggiungere un filo di alluminio inserendo rapidamente un tampone di cotone nella provetta e tapparla con un filtro di carta. Bagnare la carta sull’imboccatura della provetta con AgNO3 0.1 M e riscaldare. La formazione di un deposito nero o grigio nella parte interna del filtro è una prova positiva per lo ione Arsenico (III)

D-2 Prova per l’antimonio. Trasferire in una capsula la soluzione D-2 riducendone il volume a circa 10 gocce. Trasferire metà della soluzione in una provetta marcandola con D-3. Aggiungere NH4OH fino a rendere la soluzione alcalina. Aggiungere HAc fino a che la soluzione diventa acida. Porre sul fondo di una provetta uno strato di tiosolfato sodico e versare la soluzione. Riscaldare senza mescolare. La formazione di ossisolfuro antimonico rosso-arancio è una prova positiva per l’antimonio.

D-3 Prova per lo stagno. Alla soluzione D-3 aggiungere un pezzetto di ferro. Porre la provetta in un bagnomaria e decantare la soluzione. Filtrare e alla soluzione limpida aggiungere Hg2Cl2. La formazione di un precipitato grigio di mercurio elementare indica la presenza di stagno.

Equazioni trattate nel secondo gruppo analitico.

Sn2+ + H2O2 + 2 H+ = Sn4+ + 2 H2O

CH3CSNH2 + H2O = CH3CONH2 + H2S

M2+ + H2S = MS + 2 H+

2 Bi3+ + 3 H2S= Bi2S3 (s) + 6 H+

2 Sb3+ + 3 H2S= Sb2S3 (s) + 6 H+

Sn4+ +2  H2S = SnS2 (s) + 4 H+

2 H3AsO3 + 3 H2S = As2S3 (s) + 6 H2O

As2S3 (s) + 6 OH = AsS33- + AsO33- + 3 H2O

Sb2S3 (s) + 6 OH = SbS33- + SbO33- + 3 H2O

SnS2 (s) + 2 OH = SnOS22- + H2O

3 MS (s) + 2 NO3 + 8 H+ = 3 M2+ + 2 NO + 3 S (s) + 4 H2O

Bi2S3 (s) + 2 NO3 + 8 H+= 2 Bi3+ + 2 NO + 3 S (s) + 4 H2O

3 HgS (s) + 2 NO3 + 12 Cl + 8 H+= 3 HgCl42- + 2 NO + 3 S (s) + 4 H2O

2 HgCl2 + Sn2+ + 4 Cl = Hg2Cl2 (s) + SnCl62-

Pb2+ + SO42- = PbSO4 (s)

PbSO4 (s) + 3 Ac= PbAc3 + SO42-

PbAc3+ CrO42- = PbCrO4 + 3 Ac + 2 H2O

Cu2+ + 4 NH3 = Cu(NH3)42+

Cu2+ + 4 NH3 = Cu(NH3)42+

Cd2+ + 4 NH3 = Cd(NH3)42+

Bi3+ + 3 OH = Bi(OH)3 (s)

Sn2+ + 2 OH = Sn(OH)2 (s)

Sn(OH)2 (s) + OH = HSnO2  + H2O

2 Bi(OH)3 (s) + 3 HSnO2 = 2 Bi (s) + 3 HSnO3 + 3 H2O

Cu(NH3)42+  + HS = CuS (s) + NH4+ + 3 NH3

Cd(NH3)42+  + HS = CdS (s) + NH4+ + 3 NH3

CdS (s) + 2 H+ = Cd2+ + H2S  (CuS non è solubile in H2SO4)

Cd2+ + H2S + 2 NH3= CdS (s) + 2 NH4+

AsS33- + AsO33- + 6 HAc = As2S3 (s) + 3 H2O + 6 Ac

SbS33- + SbO33- + 6 HAc = Sb2S3 (s) + 3 H2O + 6 Ac

SnOS22- + 2 HAc = SnS2(s) + H2O + 2 Ac

Sb2S3 (s) + 6 H+ + 8 Cl = 2 SbCl4 + 3 H2S

SnS2 (s) + 4 H+ + 6 Cl = SnCl62- + 2 H2S

As2S3 (s) + 6 OH = AsS33- + AsO33- + 3 H2O

AsO33- + 2 Al (s) + 2 H2O = AsH3(g) + 2 AlO2 + OH

AsH3(g) + 6 Ag+ + 3 H2O = H3AsO3 + 6 Ag (s) + 6 H+

2 Sb3+ + 2 S2O32- + 3 H2O = Sb2OS2 (s) + 2 SO42- + 6 H+

SnCl62- + Fe(s) = Sn2+ + Fe2+ + 6 Cl

Sn2+ + 2 HgCl2 + 4 Cl = SnCl62- + Hg2Cl2 (s)

Hg2Cl2 (s) + Sn2+ + 4 Cl= 2 Hg (l) + SnCl62-

 

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Author: Chimicamo

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