Riconoscimento dei cationi 

Scopo degli esperimenti

Con questi esperimenti si vuole dimostrare come i diversi tipi di cationi, anche dello stesso elemento, condizionano il colore delle soluzioni nelle reazioni chimiche.

Materiale occorrente:

·  Spatola metallica

·  Contagocce

·  Provette

·  Capsule petri / bacchetta di vetro

Sostanze utilizzate :

·  Solfato di rame (Cu++  SO4 — )

·  Solfato ferroso (Fe++ SO4 —  )

·  Cloruro ferrico (Fe+++3Cl- )

·  Nitrato di piombo [Pb++(NO3 ) 2- ]

·  Acqua distillata (H2O)

·  Idrossido di sodio (2Na+ 2OH-

·  Bicarbonato di sodio (2Na+HCO3-)

Procedura eseguita ed osservazioni

1)Si prende una spatolata di solfato di rame (Cu++  SO4 —  ) e lo si mette in una provetta aggiungendo con il contagocce 5ml di acqua distillata, si mescola finché il solfato di rame si scioglie nell’acqua.Osservo che la soluzione è di un colore azzurrino trasparente a causa del CuSO4 che si è sciolto.

Successivamente si aggiungono 1,5ml di idrossido di sodio(2Na+2OH-), ora la soluzione cambia immediatamente colore formando un precipitato di colore blu intenso( il precipitato si può distinguere chiaramente dopo un po di tempo, perché si deve depositare sul fondo della provetta).

Questo cambio di colore è dovuto ai cationi di Cu++

La reazione avvenuta è la seguente :

Cu++  SO4 —  + 2Na+ 2OH-  -> Cu (OH)2 ↓ +  Na2 SO4

2)Ora si ripete l’esperimento sciogliendo il solfato ferroso (Fe++ SO4 –) con 5ml di acqua distillata in un’altra provetta, la soluzione iniziale è trasparente, lo stesso colore dell’acqua distillata. Aggiungendo 1,5ml di idrossido di sodio (2Na+ 2OH-  ) avviene la reazione tra i due composti la soluzione cambia colore formando un precipitato verde marcio scuro in forma di granuli(detti supernatanti) che impiegano un po di tempo a precipitare.

La reazione avvenuta è:

Fe++ SO4 —  +  2Na+ 2OH-  ->  Fe (OH)2↓ +  Na2 SO4

3)Infine in una terza provetta mettiamo un po di cloruro ferrico (Fe+++3Cl- ) sciogliendolo in 5ml di acqua distillata, la soluzione assume un colore giallo arancio, ma è ancora trasparente. Quando si aggiunge 1,5 ml di idrossido di sodio, i composti reagiscono e la soluzione cambia colore formando un precipitato marrone-arancio.

Inoltre, pur avendo usato, sia in questa reazione che nella precedente lo stesso reagente (idrossido di sodio) e lo ione ferrico (Fe+++) e ferroso (Fe++) osservo che vi sono delle differenze tra le due reazioni, sia nel colore (verde la seconda e marrone la terza), che nel tempo impiegato dai precipitati a depositarsi (maggiore con lo ione ferrico Fe+++).

La reazione avvenuta è :

Fe+++3Cl-  +  3Na+ 3OH-  ->  Fe(OH)3↓  +  3NaCl

4)Ora prendiamo una spatolata di nitrato di piombo [Pb++(NO3 )2- ] e lo mettiamo in una provetta, successivamente aggiungiamo con il contagocce 5ml di acqua distillata, lo sciogliamo e osserviamo che la soluzione ha un colore trasparente. In quest’ultima reazione, però, cambiamo il reagente, non usiamo più lidrossido di sodio, ma il bicarbonato di sodio (2Na+HCO3-). A questo punto le sostanze reagiscono : vi è uneffervescenza in cui si libera anidride carbonica (CO2 ) dal bicarbonato, il colore della soluzione cambia formandosi un precipitato bianco intenso che si deposita sul fondo della provetta molto più velocemente rispetto le reazioni n°2 e 3 in cui avevamo utilizzato gli ioni di ferro.

La reazione avvenuta è :

Pb++(NO3 ) 2-  +  2Na+HCO3-  ->  Pb(HCO3)2 ↓  +  2NaNO3

Deduzioni e conclusioni

In base all’osservazione del diverso colore che assumono le sostanze in seguito alla reazione chimica, deduco che il diverso cambiamento di colore dipende dal diverso tipo di catione che influenza i colori dei precipitati delle soluzioni.

In particolare, nel secondo e nel terzo esperimento c’è un elemento costante, il ferro,( FeSO4 e FeCl3 ), nonostante ciò il risultato delle due reazioni è molto differente : infatti i colori sono molto diversi (verde marcio uno e marrone aranciato l’altro), e i tempi del precipitato a depositarsi sul fondo della provetta (maggiore per lo ione ferrico (Fe+++). Questo accade per il fatto che in una reazione il ferro perde due elettroni Fe++, mentre nell’altra il ferro perde tre elettroni Fe+++,da questo si può che il colore dipende dai cationi.

Nel quarto esperimento deduciamo che il riconoscimento di un elemento viene fatto in base al colore della soluzione, ma anche ai tempi di precipitazione, infatti il ferro ha impiegato molto più tempo a precipitare, mentre il piombo essendo più pesante, avendo massa atomica maggiore, è precipitato prima.