Hydrochloric acid and Ukrainian 5 hryvnias coin. Соляная кислота и украинская монета 5 гривен

Determination of zinc (Ukrainian 5 hryvnias coin) - pt.9 / Определение цинка (украинская монета 5 гривен)

После определения меди в украинской монете 5 гривен осталось определить цинк. Нет, я безусловно, верю утверждению на сайте Национального банка, что монета сделана из цинкового сплава, вот только мудрые люди говорят, что верить государству - себе дороже. Поэтому проведем качественное определение цинка в монете. Аналогичный анализ я уже делал с нашей монетой 10 копеек (см. - Chemical analysis: qualitative determination of zinc (in Ukrainian coin) / Химический анализ: качественное определение цинка (в украинской монете) [ссылка]) - решил повторить ту же схему, но с некоторым дополнением. Для начала раствор монеты в кислоте я добавил в избыток раствора едкое кали. Гидроксид меди - в осадке, гидроксид цинка в растворе, т.к. он дает гидроксокомплекс в избытке щелочи. Гидроксиды железа, никеля, марганца (в случае присутствия данных металлов) - также будут в осадке. Фильтруем осадок, а к фильтрату по капле при перемешивании добавляем азотную кислоту (или любую другую сильную кислоту). В результате выпадает белый осадок гидроксида цинка Zn(OH)₂, который растворяется при дальнейшем добавлении кислоты с образованием прозрачного и бесцветного раствора. Как вариант, осадок гидроксида цинка можно растворить, добавив избыток едкого кали.

Все хорошо, но, если вместо цинка (или вместе с цинком) в монете был алюминий, то гидроксид алюминия Al(OH)₃ будет вести себя аналогично гидроксиду цинка. Гидроксид алюминия так же будет растворяться в избытке едкого кали и окажется в фильтрате после отделения осадка нерастворимых гидроксидов. Если к этому раствору добавлять по каплям кислоту, то гидроксид алюминия сначала выпадет в осадок, а потом - растворится в избытке кислоты.

Это я помнил и тогда, только не было у меня вдохновения заниматься определением алюминия во время качественного анализа латуни (в условиях кухни).

Как отличить гидроксиды цинка и алюминия? Гидроксид цинка растворяется в избытке водного аммиака, гидроксид алюминия - нет. Цинк легко образует растворимый комплекс с аммиаком, алюминий - нет. Таким образом, после осаждения гидроксида кислотой к нему необходимо добавить избыток аммиака: гидроксид цинка растворится, гидроксид алюминия - нет. Т.е., полное растворение осадка означает, что цинк есть, алюминия - нет. Если осадок не растворится, это означает, что есть алюминий (без цинка или одновременно с некоторым количеством цинка, поскольку частичное растворение осадка можно и не заметить).

К трем частям дистиллированной воды добавил одну часть твердого гидроксида калия (по объему - взвешивать не стал), полностью растворил. Потом к этому раствору стал по каплям добавлять анализируемый раствор (монета 5 гривен, растворенная в смеси соляной и азотной кислот). Сразу же на дне образовался голубой гелеобразный осадок, который первоначально не смешивался с остальным раствором. Перемешал, на дне - светло-голубой осадок, который постепенно стал отслаиваться от раствора. Профильтровал через бумагу. Фильтрат - прозрачный и бесцветный. Вероятно, он содержит гидроксокомплекс цинка: K[Zn(OH)₄] - гидроксоцинкат калия.

По каплям стал добавлять концентрированную азотную кислоту. Вскоре раствор стал бело-мутным - выпал гидроксид цинка.

По каплям при перемешивании добавил раствор аммиака. Осадок быстро растворился с образованием прозрачного и бесцветного раствора аммиаката цинка.

Снова стал добавлять по каплям концентрированную азотную кислоту. Аммиачный комплекс цинка разложился - снова образовалась белая муть гидроксида цинка. При дальнейшем добавлении кислоты осадок исчез, раствор стал прозрачным и бесцветным - нитрат цинка.

И, наконец, добавляю аммиак при перемешивании: сначала выпал гидроксид цинка, который растворился в избытке аммиака с образованием прозрачного и бесцветного раствора аммиаката цинка.

Цинк обнаружен, алюминий - отсутствует.

Кстати, интересная система: гидроксокомплекс цинка - кислота - аммиак. Назвать это "химическими колебаниями" будет неточно, я бы сказал это - химическое "перетягивание каната".

К гидроксокомплексу цинка добавляем по каплям сильную кислоту - выпадает осадок гидроксида цинка, в избытке кислоты он растворяется. Теперь добавляем аммиак: сначала выпадает гидроксид цинка, а в избытке аммиака он растворяется с образованием аммиачного комплекса. Снова добавляем кислоту - сначала выпадает гидроксид цинка, потом в избытке кислоты он растворяется.

Вместо аммиака можно взять сильную щелочь (едкий натр, едкое кали) - результат будет тот же. Сам опыт можно начинать не с основного комплекса цинка, к которому добавляют кислоту, а исходя из сульфата (нитрата, хлорида) цинка, к которому добавляют щелочь или аммиак. Возможны и другие комбинации. Результат будет аналогичным.

Т.е. любой из реагентов при действии на раствор цинка сначала вызывает образование осадка, а потом - его растворение. Дальнейшее прибавление этого реагента уже ничего не меняет. Теперь - добавляем противоположный реагент - снова осадок гидроксида цинка сначала выпадает, потом растворяется. После чего система уже не изменяется под действием данного реагента. Добавляем первый реагент - снова получаем осадок, который потом растворяется, и т.д.

Вместо цинка можно взять медь или никель и использовать комбинацию: кислота - аммиак: процессы будут аналогичными с той разницей, что данные металлы образуют окрашенные соединения - в отличие от цинка.

Determination of zinc (Ukrainian 5 hryvnias coin) - pt.10 / Определение цинка (украинская монета 5 гривен)

Цинк в монете 5 гривен обнаружить удалось, и доказать, что это - именно цинк, а не алюминий. Ход анализа описан в предыдущей части статьи. Но, как иногда бывает, эксперимент получился, а съемка видео - не очень. Что именно случилось?

Снимаю видео - во время процесса камера отключилась. Большую часть видео осаждения нерастворимых гидроксидов я снял, но не все.

Беру второй - недавно заряженный комплект никель-металлгидридных аккумуляторов - камера НЕ включается. Ну и..? Как доснять эксперимент? Еще во время зарядки второго комплекта я заметил, что один аккумулятор - все: он успел разрядиться и почти зарядиться, пока другие аккумуляторы только разряжались. Т.е., емкость сильно упала.

Отбросил плохой аккумулятор и заменил его одним из севших аккумуляторов из первого комплекта, плюс - согрел все аккумуляторы в ладони (данные аккумуляторы не любят холода) - так смог доснять. Потом оказалось, что на одних видео к объективу пристала посторонняя частица (прямо по центру кадра - боже!!!), на других - две твердые частицы попали в стакан с бесцветной и прозрачной реакционный смесью - не критично, но некрасиво. Переснять бы, но в конце эксперимента аккумуляторы окончательно сели.

А дозаряжать никель-металлгидридные аккумуляторы нельзя - в отличие от литий-ионных. Их нужно сначала полностью разрядить, только потом - заряжать. Неудобная вещь. Особенно - в условиях постоянного отключения электричества: цикл зарядки-разрядки занимает много времени, если в это время отключат электричество - процесс нужно повторить сначала. Но в этот раз свет не отключили, и я зарядил первый комплект аккумуляторов.

Решил переснять эксперимент. Я прекрасно понимал, что во второй раз опять что-то может пойти не так - с большой вероятностью появится другая проблема, но решил: выйдет лучше - заменю видео (или его часть), выйдет хуже - оставлю, как есть. На практике вместо одного из двух вышло третье: эксперимент получился, видео съемок - тоже, но это был уже совсем другой эксперимент.

В первом эксперименте я взял чешуйки едкого кали и в три раза больший объем воды. В этот раз объемы едкого кали и воды были примерно равны (а, по-видимому, едкого кали было больше) - т.е. раствор едкого кали был более крепким. К моему удивлению, вся щелочь растворилась минут за 15.

Стал добавлять анализируемый раствор в стакан с едким кали по капле. Капли стали застывать в голубые гелевые образования, похожие на водоросли. Происходящее напоминало опыт "Химические водоросли" ("Коллоидный сад"), хотя и не буквально. Капли оседали на дно, превращаясь в гель и не смешиваясь с остальным раствором. Не то водоросли, не то амебы, не то - медузы: трудно сказать, на что это больше похоже. Потом эти образования объединились в синюю гелеобразную массу на дне.

Все напоминало первый эксперимент, пока я не решил перемешать содержимое стакана. В результате голубой осадок постепенно... растворился. Не весь, но большая часть. Причем, чем больше я перемешивал реакционную смесь, тем больше осадка растворялось.

Раствор стал синим, на дне осталось немного осадка. По-моему, - зеленого цвета - это цвет гидроксида никеля (II), Ni(OH)₂, но в цвете осадка я не уверен.

Факт в том, что гидроксид меди растворился (II) в крепкой щелочи!

Образовался гидроксокупрат калия, K₂[Cu(OH)₄]. Что гидроксид меди (II) растворяется в насыщенных растворах щелочей, я прочитал в школьном учебнике еще, когда учился в школе (что было удивительно, поскольку почти все другие знания и факты я почерпнул не из школьных учебников, а из книг, которые сам выбирал). Вот только мои многочисленные попытки провести эту реакцию в лаборатории не принесли успеха. Я брал растворы едкого натра, иногда - раствор с осадком твердой щелочи и добавлял раствор соли меди. Результатом был черный оксид меди, CuO: дело в том, что гидроксид двухвалентной меди - Cu(OH)₂ легко дегидратируется, иногда - даже под слоем раствора. Тепло реакции благоприятствовало этому процессу.

А с гидроксидом калия все вышло - неожиданно и непрошено. Кстати, в прошлый раз я тоже заметил, что местами раствор становится синим, но списал это на образование суспензии гидроксида меди. На самом деле купрат калия, K₂[Cu(OH)₄] образовался и тогда - в местах, где было больше щелочи, но при перемешивании раствора он разложился, т.к. в реакционной смеси в целом не хватало щелочи для его стабилизации. В этот раз щелочи было достаточно: я получил синий раствор и немного светлого (зеленого?) осадка.

С одной стороны, это замечательно: увидеть реакцию, которую я всю жизнь мечтал увидеть, но не получалось. С другой стороны, мне нужно разделить медь и цинк - поскольку в данных условиях (реакции с кислотами и аммиаком) медь ведет себя аналогично цинку и мешает его обнаружению.

К счастью, такое разделение - не проблема. Гидроксокомплекс цинка (цинкат калия), K₂[Zn(OH)₄] - сравнительно устойчив и не требует большого избытка (или высокой концентрации) щелочи, а гидроксокомплекс меди (купрат калия) - неустойчив и требует для своего образования высокой концентрации и избытка щелочи. Значит, если раствор над осадком отобрать и небольшими порциями вылить в избыток воды, то купрат калия разрушится - гидроксид меди Cu(OH)₂ будет в осадке, а цинкат калия K₂[Zn(OH)₄] останется в растворе.

Плохо, что таким образом я разбавлю анализируемый раствор водой (было опасение, что образование и растворение гидроксида цинка будет трудно увидеть), но эту проблему я решил за счет объема: раз концентрация цинка будет ниже, значит анализируемого раствора для последующего обнаружения цинка нужно брать больше.

В чистый стакан налил около 60 мл дистиллированной воды и стал в него небольшими порциями добавлять полученный синий раствор (стараясь не задеть осадок) - добавил примерно 2/3 объема. В стакане скоро возникла муть, позже - появились голубые хлопья: это осаждался гидроксид меди. Оставил раствор - большая часть хлопьев осела. Профильровал через бумагу - образовался прозрачный и бесцветный раствор. Таким образом, медь осталась на фильтре в виде гидроксида Cu(OH)₂, а цинк остался в растворе в форме цинката калия K₂[Zn(OH)₄].