Химический анализ соединений бария

ВП НУБіП УКРАЇНИ

 “Заліщицький аграрний коледж  ім. Є.Храпливого”

 

Агрономічне відділення

 

 

 

 

 

 

 

 

 

КУРСОВА РОБОТА

на тему:

“Хіміко-аналітична характеристика Барію”

 

 

 

 

 

 

 

 

Виконав:

Студент групи 21

Ціхановський  Святослав

Науковий керівник:

Перит Валентина Володимирівна

викладач хімії, спеціаліст вищої категорії

Робота допущена до захисту ___________________

Дата захисту  ________________________________

Оцінка  _____________________________________

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заліщики - 2010

 

ЗМІСТ

 

Вступ          3

1. Загальні відомості і хіміко-аналітична характеристика барію 4

2. Поширення в природі  і промислове застосування барію  і його       сполук          5

3. Фізичні і хімічні  властивості барію     7

4. Якісне виявлення  барію       8

4.1. Загальна характеристика групи     8

4.2. Реакції для виявлення  барію     10

4.3. Хроматографічне відкриття  барію    24

4.4.Відкриття барію сухим способом      25

Висновки          26

Список використаної літератури      27

 

 

 

 

 

ВСТУП

 

Аналітична хімія барію  небагата класичними методами, з яких довгий час найбільш розповсюдженим був сульфатний гравіметричний.

Удосконалювання техніки  послужило поштовхом до розвитку нових методів визначення барію. У сучасній аналітичній хімії  барію широко представлені комплексонометричні  методи в різних варіантах, досить часто використовуються полум'яно-фотометричний і атомно-абсорбційний методи.

Особлива увага звернена на розвиток методів визначення «слідів» барію. Для визначення домішок барію  в особливо чистих речовинах і  напівпровідникових матеріалах застосовуються сучасні фізичні методи: спектральний, активаційний, радіохімічний і рентгонофлуоресцептні.

В даний час сполуки барію  досить широко використовуються в різних галузях сучасної техніки: сульфід  барію входить до складу фосфорів і люмінофорів, що застосовуються для виготовлення світних фарб; барій вводять в антифрикційні сплави на основі свинцю; пероксид барію є складовою частиною ряду каталізаторів, і т.д.

Оксид, пероксид і гідроксид  барію знаходить застосування для  одержання пероксиду водню й у піротехніці для приготування запалюючих сполук. Сульфід барію служить сировиною для одержання солей барію, фторид барію застосовується у виробництві емалей, при рафінуванні алюмінію. Перхлорат барію — гарний осушувач.

Титанат барію, завдяки  простому способу приготування, знайшов застосування в якості сегнетоелектрика. Цирконат барію — вогнетривкий матеріал, використовується в керамічній промисловості. Ацетат барію знаходить застосування як протрава при фарбуванні вовни.

 

1. ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ І ХІМІКО-АНАЛІТИЧНА ХАРАКТЕРИСТИКА БАРІЮ

Барій знаходиться в  головній підгрупі II групи періодичної  системи елементів Д. І. Менделєєва. Порядковий номер його 56, атомна маса 137,36.

Електронна конфігурація атома барію ls₂2s²2p⁶3s²3p⁶3d^l04s²4p⁶4d¹⁰5s²5p⁶6s². Найбільш характерна для барію ступінь окислнення +2, але відомі сполуки, у яких ступінь окислювання дорівнює +1, наприклад ВаС1.

Природний барій складається  із суміші семи стабільних ізотопів: ¹³⁰Ba, ¹³²Ва, ¹³⁴Ва, ¹³⁵Ва, ¹³⁶Ва, ¹³⁷Ва, ¹³⁸Ва, в якій переважає ізотоп ¹³⁸Ва.

Відомо також 15 радіоактивних ізотопів барію і чотири ізомери. Ізотопи  ¹³¹Ва і ¹³³Ва одержують при опроміненні барію в реакторі. Ізотопи з атомною масою від 138 до 145 є продуктами розпаду урану. Ізотоп ¹³⁸Ва з періодом напіврозпаду 1,77 днів одержують, опромінюючи церій дейтронами. Найважливіший ізотоп барію — ¹⁴⁰Ва. Він утворюється при розпаді урану, торію, плутонію; вихід складає 6,35%, період напіврозпаду 13,4 дні. ¹⁴⁰Ва хроматографічно витягають із суміші продуктів розпаду.

Мінерали барію (важкий шпат, окис барію, сульфат барію) были відомі в XVII в. Металевий барій вперше одержав Деві в 1808 р., потім — А.Гунтц у 1901 р. відновленням оксиду барію металевим алюмінієм . Електроліз розплавлених солей барію через високу розчинність барію в розплавлених хлоридах застосовується тільки для одержання сплавів барію з важкими металами. Промисловий метод одержання металевого барію заснований на алюмотермічному відновленні барію у вакуумі при 1200— 1250° С. Сирий металевий барій очищають перегонкою у вакуумі при температурі 800° С і тиску 1—1,5 мм рт. ст. у спеціальній апаратурі. Металевий барій — м'який метал сріблястого кольору, що швидко руйнується на повітрі, що кристалізується в кубічній гранецентрованій системі.

 

2. ПОШИРЕННЯ В ПРИРОДІ І ПРОМИСЛОВЕ ЗАСТОСУВАННЯ БАРІЮ І йоГО СПОЛУК.

 

Досить розповсюджений елемент, вміст його в земній корі складає 5^.10^-2 мас. %, у кам'яних метеоритах— 9^.10^-4%. Космічна поширеність дорівнює 3,68 атоми на 10⁶ атомів кремнію.

У природі барій в основному  зустрічається у виді різних мінералів.

Барій знаходить застосування при  металотермічному відновленні америцію і кюрію. Випромінювання ізотопів ¹³⁸Ва і ¹³⁷Ва використовують як стандарти в гамма-спектрометрії.

Радіоактивні ізотопи барію  застосовуються для вивчення переміщень прибережних пісків, дослідження катодних втрат у електровакуумних лампах і процесів каталізу.

Сплави барію з алюмінієм  і магнієм використовують у техніці  глибокого вакууму як поглиначі  газів (геттери). Барій входить також  в антифрикційні сплави на свинцевій основі і застосовується як присадка до нікелю для цементування пухких порід при бурінні нафтових свердловин. Він є складовою частиною типографських сплавів і використовується в радіотехніці.

Оксид, пероксид і гідроксид барію  знаходить застосування для одержання пероксиду водню й у піротехніці для приготування запалюючих сполук. Сульфід барію служить сировиною для одержання солей барію, фторид барію застосовується у виробництві емалей, при рафінуванні алюмінію. Перхлорат барію — гарний осушувач. Титанат барію, завдяки простому способу приготування, знайшов застосування в якості сегнетоелектрика. Цирконат барію — вогнетривкий матеріал, використовується в керамічній промисловості. Ацетат барію знаходить застосування як протрава при фарбуванні вовни.

 

Забарвлені сполуки барію (хромат, манганат) є гарними пігментами, використовуються в якості наповнювачів при виробництві гуми і паперу. Платиноціанід барію використовується для виготовлення флуоресціюючих екранів.

Багато сполук барію поглинають рентгенівські промені і g-випромінювання, служать як захисні матеріали в рентгенівських установках і ядерних реакторах, а також застосовують як контрастну речовину при рентгеноскопічних дослідженнях.

 

3. ФІЗИЧНІ І  ХІМІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ БАРІЮ

Барій являє собою  еластичний, ковкий метал сріблясто-білого кольору.

Він існує в двох аллотропних  модифікаціях: a-модифікація стійка до 375° С; b-модифікація виникає при 375 С и стійка до температури плавлення.

Барій кристалізується  по типу кубічної об’ємноцентрованої ґратки; a = 5,01 Å.

По хімічній активності барій перевершує кальцій і стронцій. Він швидко окисляється на повітрі, покриваючись шаром оксиду, пероксиду  і нітриду. Зберігають його під шаром  гасу чи петролейного ефіру. При нагріванні на повітрі барій легко спалахує і згоряє. Енергійно розкладає воду й утворює сполуки з багатьма елементами.

При нагріванні барій  взаємодіє з воднем і азотом, утворюючи  досить міцні сполуки — гідриди  і нітриди (ВаН₂ і Ba₃N₂).

Карбід барію ВаС₂ може бути отриманий у дуговій печі при нагріванні оксиду барію з вугіллям. З фосфором барій утворює стійку сполуку - фосфід барію Ва₃Р₂, одержуваний відновленням фосфорнокислої солі сажею при температурі дугової печі.

При нагріванні сульфату барію до 1200° С в відновній  атмосфері одержують сульфід  барію. Існує ряд полісульфідів барію, що утворюються при взаємодії Ba із сіркою; при 400° С усі ці сполуки знову переходять в односірчисту сполуку.

Барій здатний безпосередньо  реагувати з галогенами, утворювати солі відповідних галогенопохідних кислот. Зі свинцем, нікелем, сурмою, оловом, залізом барій утворює сплави.

При взаємодії барію  з розведеними кислотами (НС1, H₂SO₄, HNO3) виходять відповідні солі (BaCl₂. BaSO₄, Ba(NO₃)₂).

Усі розчинні солі барію  сильно отрутні.

 

4. ЯКІСНЕ ВИЯВЛЕННЯ  БАРІЮ

 

4.1. ЗАГАЛЬНА  ХАРАКТЕРИСТИКА ГРУПИ

Барій відноситься до другої аналітичної групи; у звичайному ході систематичного якісного аналізу  після відділення катіонів V-III груп барій замість з кальцієм і  стронцієм осаджується груповим реагентом — карбонатом амонію —  в аміачному середовищі при нагріванні в присутності хлориду амонію. Виділений осад карбонатів розчиняється в оцтовій кислоті. Виявлення барію при цьому можливо з окремої порції отриманого розчину і після розділення суміші катіонів лужноземельних елементів.

У якісному аналізі використовують також низьку розчинність сульфатів, хроматів, оксалатів і фосфатів катіонів II групи. Помітне розходження в розчинності сульфатів дозволяє проводити поділ усередині групи, а також при відповідних умовах відкривати один катіон у присутності іншого. У той час як важкорозчинні у воді карбонати, хромати, оксалати і фосфати катіонів II групи порівняно легко розчинні в мінеральних кислотах, сульфат барію в них практично нерозчинний. Ця властивість широко використовується для відділення і виявлення барію. Розчинність сульфату барію може бути ще більш знижена додаванням етанолу.

Деякі схеми якісного аналізу передбачають осадження  катіонів II групи у виді сульфатів, що потім переводяться в карбонати  багаторазовим кип'ятінням чи сплавлянням  з карбонатами лужних металів.

Обмеженням такого способу  виділення є труднощі переводу BaSO₄ у ВаСО₃ і співосадження основних солей легко катіонів, які легко гідролізуються. Для запобігання гідролізу рекомендується застосовувати при осадженні сірчану кислоту замість сульфатів лужних металів.

Описані способи розчинення сульфату барію в суміші азотної  чи соляної кислоти і пергідролю, а також руйнування сульфату барію  за допомогою ортофосфорної кислоти  і металевого магнію.

Розроблено варіант  аміачно-фосфатного методу якісного аналізу, у якому для поділу катіонів на дві головні групи використовують різне відношення фосфорнокислих солей катіонів до надлишку аміаку. Головною особливістю даного варіанту є те, що для відділення Bi, Fe, Al і Cr від двовалентних катіонів створюється (за допомогою уротропінової суміші) рН, при якому не осаджуються фосфати Са, Ва, Sr, Mg, Mn і Рb. Уротропін застосовується як слабка основа та як реактив, що осаджує Аl³⁺, Cr₃⁺, і Fe³⁺ у виді гідроксидів при 80° С. Одночасне введення з уротропіном надлишку амонійної солі обмежує концентрацію гідроксильних іонів у розчині і цілком утримує в розчині солі двовалентних металів. Друга група далі осаджується й аналізується звичайним способом.

У випадку безсірководневого  способу розділення катіонів барій  частіше попадає в III групу. В одному з варіантів цього методу, заснованого на використанні нерозчинності бензоатів, Ва, Sr, Mg, Са і Рb осаджуються насиченим розчином NaF у слабокислому середовищі у виді відповідних фторидів.

Описано метод якісного аналізу, при якому зразок сплавляється з NaOH, NaNO₃ і Na₂CO₃, а плав вилужується водою. Такий спосіб дозволяє провести поділ на три групи: основну, амфотерну і кислотну, причому барій разом із іншими катіонами знаходиться в основній групі.

Запропоновано швидкий метод якісного аналізу в безводній оцтовій кислоті, заснований на розходженні властивостей у цьому середовищі більшості елементів, у тому числі і барію.

Розроблений екстракційний  варіант систематичного якісного аналізу.

В одному з  них катіони лужноземельної групи осаджують H₂SO₄ у присутності етанолу, сульфати нагрівають з KJ і НCl₄ і проводять екстракцію ацетоном. Ацетоновий розчин перхлоратів випаровують досуха для видалення розчинника, залишок розчиняють у воді, а барій виявляють у виді хромату. Цей спосіб дозволяє визначати 1 мкг Ва в присутності 250 мкг Са і Sr. Аналіз займає від 40 до 75 хв.

2. РЕАКЦІЇ ДЛЯ ВИЯВЛЕННЯ БАРІЮ

 

4.2.1. Утворення  осаду

Реакції, зв'язані з утворенням важкорозчинних сполук, одержали найбільше  значення для виявлення барію.

Неорганічні реагенти

Карбонат  амонію і карбонати лужних металів виділяють при нагріванні з нейтральних розчинів білий кристалічний осад карбонату барію, розчинний у мінеральних кислотах і оцтовій кислоті. Оскільки карбонат амонію внаслідок гідролізу у водних розчинах містить суміш бікарбонату і карбамінату амонію, що дають розчинні у воді солі катіонів II групи, осадження проводять у присутності аміаку, що перетворює бікарбонат у нормальний карбонат, і при нагріванні, что усуває утворення карбамінату.

 

Розведена сірчана кислота і розчинні сульфати виділяють з розчинів солей барію білий кристалічний осад сульфату барію, нерозчинний у розведених мінеральних кислотах. Іон Sr²⁺ заважає реакції, тому що утворює важкорозчиннний осад сульфату. Однак на відміну від Sr²⁺ осад BaSO₄ може бути отриманий дією насиченого розчину сульфату кальцію (гіпсової води).

Реакція утворення сульфату барію використовується для дробного виявлення барію в несистематичному ході якісного аналізу й уніфікованих методів.

Завдяки високій чутливості реакція утворення сульфату барію застосовується для виявлення слідів барію в ліках. Барій осаджують 2N H₂SО₄ чи 0,5N Na₂SO₄ і спостерігають опалесценцію за допомогою нефелометра. Проба на іони Ва²⁺ дією надлишку Н₂SO₄ є більш чутливою, тому що солі знижують чутливість реакції. Дослід проводять у такий спосіб.