[양이온 제 3족의 계통분석] 양이온 3족 정성분석 결과 보고서 (양이온 정성분석)

1. 실험 결과 사진

 

1) Ni2+ (적색)

 

2) Fe3+ (혈적색)

3) Cr3+ (황색)

2. 실험 결과 - 양이온 제 3족 계통 분석표

1) 관찰①

[Ni(NH₃)₆] Cl₂  +  2DMG  →  Ni(DMG)₂ ↓  +  6NH₃  +  2Cl-

 

2) 관찰②

- Br₂ 수 넣었을 때 : No reaction

- NH₄ SCN 넣었을 때 :

  Fe(OH)₃  (s)  +  3NHO₃ (aq)  →  Fe(NO₃)₃ (aq)  +  3H₂O (l)

  Fe3+  +  3SCN-  →  Fe(SCN)₃ ↓

 

3) 관찰③

- Br₂ 수 넣었을 때

  2Cr(OH)₃  +  3Br₂  +  10OH-  →  2CrO₄2-  +  6Br-  +  8H₂O (l)

- PbAc₂  넣었을 때

  CrO₄2-  +  PbAc₂  →  PbCrO₄ ↓  + 2Ac-

 

* NH₄Cl, c-NH₄OH를 가하는 이유는 무엇일까?

: 제 3족 양이온 분류시약은 H₂S나 Na₂S를 NH₄OH 알칼리성에서 사용하는데 이들이 이온의 염화물은 물에 녹고 산성에서는 H₂S로 침전이 형성되지 않지만 NH₄Cl 존재하의 NH₄OH 알칼리성에서 Al3+, Cr3+ 이온은 수산화물로 침전되고 계속하여 H₂S를 포화시키면 Co2+, Ni2+, Zn2+, Fe2+,. Mn2+은 황화물로 침전한다. NH₄Cl을 c-NH₄OH와 같이 첨가해주는 이유는 공통이온 효과로 침전을 증가시키기 위함이다. 

 

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이번에 실행한 실험은 제 3족 양이온 정성분석 실험이다. 제 3족 양이온이란 NH₄OH 용액 하에서 수산화물 침전을 만드는 양이온으로 특히 약 pH9 에서 침전을 형성한다. Ni2+, Fe3+, Cr3+가 섞인 혼합 연습액에 NH4Cl을 먼저 넣고 NH₄OH로 알칼리가 되도록 만든다. NH₄Cl은 3가지 역할이 있는데 첫째로 NH₄OH에서의 NH4+ 공통이온효과로 OH-의 농도를 줄여 원치 않는 수산화물의 침전을 예방한다. 이것의 예로는 Mg(OH)₂가 있다.

둘째로는 공통이온 효과로 NH₃을 일정량 존재시키고 Ni2+, Zn2+, Co2+와 같은 이온과 수용성 암모늄 화합물을 형성한다. 마지막으로는 전해질로 작용하여 콜로이드 침전 형성을 줄인다. NH₄Cl과 NH₄OH의 평형식은 아래와 같다. 

NH₄Cl  ↔  NH4+   +   Cl-   ... ①

NH₄OH  ↔  NH4+  +  OH-  ...  ②

여기서 NH₄Cl과 NH₄OH를 넣는 순서는 중요한데 NH₄Cl은 강전해질로 완전히 해리함으로서 공통이온효과를 극대화시킬 수 있다. 알칼리성이 된 혼합액에 Na₂S를 포화시켜 NiS, Fe₂S₄, Fe(OH)₄, Cr(OH)₃ 침전을 형성시킨다. 여기서 Fe₂S₃의 Ksp는 1.4 * 10^-88로 Fe(OH)₃의 K_sp인 6.3 * 10^-38보다 작다. 따라서 Fe₂S₃의 침전이 더 잘되며 형성이 우세하다. 생성된 침전인 NiS, Fe₂S₃, Cr(OH)₃ HAc를 처리하고 중탕하여 Fe3+, Cr3+만 선택적으로 녹인다. 녹지 않은 침전인 NiS은 검은색을 띠고 HNO₃를 처리하면 녹는다. 상등액만을 따로 분리하여 NaOH를 가하여 Ni(OH)₂로 침전시키고 HCl로 다시 녹여 NH₄OH를 가해주었다. 여기서 Ni은 암모늄 착이온을 형성한다. 마지막으로 Dimethylglyoxine(DMG)를 처리하면 Ni(DMG)₂ 적색 침전이 생긴다. 앞선 과정에서 분리된 Fe3+, Cr3+는 NaOH를 넣어 수산화물로 침전시키고 Br₂를 넣고 가열하여 CrO₄-로 녹인다. 여기서 생성된 Fe(OH)₃는 브롬수와 반응하지 않아 침전으로 존재한다.

따라서 이 침전에 NHO3을 가해 녹이고 NH₄SCN을 가해 Fe(SCN)₃ 혈적색 침전을 만든다.

이번 실험의 침전 색은 조금 옅었는데 상등액을 증발 접시에 증발시킬 때 소량의 상등액만을 사용하여 마지막 Fe(OH)₃ 침전 양이 적었기 때문이다. 하지만 Fe(SCN)₃이 혈적색을 띠므로 Fe3+의 존재를 확인할 수 있었다.

마지막으로 브롬수에 녹은 CrO₄2-는 상등액을 따로 취하여 HAc로 산성을 만들어준 후 PbAc₂를 가하여 PbCrO₄ 황색 침전을 형성한다. 여기서 Br₂는 Cr3+를 Cr6+로 산화시키는 산화제로서 작용한다. Dimethyl glyoxime은 Ni2+와 반응하여 Ni(DMG)₂ 킬레이트 화합물을 생성한다. 그 구조는 다음과 같다.

본 실험에 사용한 브롬수는 부식성이 매우 강하여 신체 조직을 상하게 하며 증기는 눈과 목을 자극하여 매우 해롭다. 따라서 실험 시에 마스크와 장갑 및 실험복 등 안전장비를 잘 착용하고 브롬수를 다룰 때 매우 주의하여야 한다.