Név: cink(II)-oxid
cinkfehér, horganyfehér, kínai fehér
6.2.3.5. fénykép. ZnO
Összegképlet: ZnO
CAS-szám: 1314-13-2
Biztonsági információk: R: 50/53 S: 60-61
Előállítás reakcióegyenletei:
ZnSO4(aq) + Na2CO3(aq) = ZnCO3(sz) + Na2SO4(aq) ZnCO3(sz) = ZnO(s) + CO2(g)
Előállítás menete:
Cink-oxidot cink-karbonát termikus bontása során nyerhetünk; cink-karbonátot pedig valamilyen cinksó vizes oldatából választhatunk le nátrium-karbonáttal.
Oldjunk fel 14,3 g (0,05 mol) Na2CO3 · 10H2O-ot 130 cm3 vízben és az oldatot, ha szükséges szűrjük redős szűrőn. Ehhez az oldathoz adjuk 14,4 g (0,05 mol) cinkszulfát (ZnSO4 · 7H2O) 30 cm3 vízzel készült oldatát kis részletekben. Ha az oldat nem lenne lúgos kémhatású (kb. pH = 9), adjunk hozzá kevés szilárd nátrium-karbonátot és forraljuk fel. Forralás közben finom fehér csapadék formájában kiválik a cink-karbonát (ZnCO3). A csapadékot vízfürdőn ülepítjük, majd Büchner-tölcséren dekantálva szűrjük. Addig mossuk vízzel, amíg a lecseppenő mosófolyadék már szulfátionmentes (lecseppenő mosófolyadék sósavas közegben nem ad BaCl2 oldattal fehér csapadékot).. A preparátumot szárítószekrényben 105 oC-on szárítjuk. A kapott karbonátot vastégelybe helyezzük, és lassan vörösizzásig hevítjük. A hevítést addig folytatjuk, amíg a preparátumból kivett kis minta a lehűlést követően már nem pezseg híg kénsavban (karbonátmentesség).
Tulajdonságok:
Fehér por. Amfoter tulajdonságú, így savakban és lúgoldatokban is egyaránt oldódik. Előnyös tulajdonságai (pl. magas törésmutató, jó hővezető képesség, antibakteriális viselkedés) miatt az anyagtudomány előszeretettel alkalmazza. Régebben fehér fedőfesték előállítására is használták.
23. Króm(III)-oxid
Tegyünk 7,6 g (0,03 mol) finoman elporított ammónium-dikromátot ((NH4)2Cr2O7) nagy átmérőjű porcelántálba. A porcelántálat vasháromlábra helyezett dróthálóra tesszük, és a vasháromláb alá szűrőpapír helyezünk, hogy a reakció közben kifutott Cr2O3-at könnyen össze tudjuk szedni A hevítést a sóra irányított gázlánggal indítjuk be. A reakció „vulkánkitöréshez” hasonlóan megy végbe, ezért a beindulást követően azonnal fedjük le a porcelántálat (a reakció a beindítást követően önfenntartó, tehát ekkor már nem kell gázlánggal melegíteni). A bomlási reakció végbemenetele után még kb.
15 percig izzítsuk az anyagot, majd hagyjuk szobahőmérsékletre lehűlni a tégelyt. A nyersterméket dörzsmozsárban elporítjuk, majd vízben szuszpendáljuk. Ülepedés után az oldatot dekantálva szűrjük, és vízzel ammóniumionmentesre mossuk (a lecseppenő mosófolyadék Nessler-reagenssel már nem ad sárgásbarna elszíneződést). A tisztára mosott króm(III)-oxidot szárítószekrényben 105 oC-on szárítjuk.
Kristályos Cr2O3
Kálium-dikromát megolvasztva króm(III)-oxiddá és kálium-oxiddá bomlik oxigéngáz fejlődése közben. Az olvadékból lehűlés közben króm(III)-oxid kristályok keletkeznek.
8,8 g (0,03 mol) kálium-dikromátot (K2Cr2O7) azonos tömegű nátrium-kloriddal (NaCl) porcelánmozsárban elkeverünk, és finoman elporítunk (a nátrium-klorid a kálium-dikromát olvadáspontjának csökkentésére szolgál, mivel az elegy olvadáspontja alacsonyabb lesz a kiindulási anyagok olvadáspontjánál). A keveréket porcelántégelybe tesszük, a porcelántégelyt samott izzítókemencébe helyezzük, és kb. 400500 oC-on 5 órán keresztül izzítjuk. A tégely lehűlése után a maradékot forró vízzel kilúgozzuk, és a mosóvizet kiöntjük. A kilúgozást addig ismételjük, míg a mosófolyadék kloridionmentes nem lesz (AgNO3-oldattal salétromsavas közegben nem ad csapadékot).. A kapott kristályokat Büchner-tölcséren leszívatjuk, és szárítószekrényben 105 oC-on szárítjuk.
Tulajdonságok:
Zöld színű, vízben, savakban és lúgokban oldhatatlan kristályos vagy porszerű anyag. Magas olvadáspontú (2435 oC), a korrundhoz hasonló keménységű. Festékek előállítására használják, de porcelánok színezésére is alkalmas tűzálló tulajdonsága miatt.
6.3. A kén-hidrogén és a szulfidok, a kén oxosavai és sói
A kén változatos oxidációs állapotban fordul elő vegyületekben (2, +2, +4, +6). Az oxigénnel stabil kötéseket hoz létre, ezért a kén-hidrogén és szulfidok mellett a kénnek többféle oxosava és oxoanionja ismert. A hozzá hasonló elektronegativitású szénnel rokonságot mutat az a tulajdonsága, hogy hajlamos kénkén kötések kialakítására is. Az oxosavak oxigénjei sok esetben cserélhetők kénre, így tiosavakhoz jutunk
6.3.1. A kén-hidrogén és a szulfidok
6.3.1.1. A kén-hidrogén és a szulfidok tulajdonságai
A kén-hidrogén színtelen, nagyon mérgező, záptojás szagú gáz. Már igen kicsi koncentrációban (0,02 ppm), messze a halálos érték alatt (100 ppm) érzékeljük. Kéntartalmú szerves vegyületek, baktériumok anaerob bomlásakor, illetve vulkáni tevékenység következtében kerülnek a természetbe.
A kén-hidrogén vizes oldatban két lépésben disszociál, de már az első disszociációs lépésben is csak gyenge savként viselkedik (pKs1 = 7,0; pKs2 = 12,9). Mivel szobahőmérsékleten telített oldata literenként mintegy 0,1 mol kénhidrogént tartalmaz, vizes oldata gyengén savas (pH 4).
A kén-hidrogén sói a szulfidok (általában szulfidoknak azokat a kénvegyületeket nevezzük, melyekben a kén elektronegatívabb, mint a többi (másik) alkotó elem). Gyakorlatilag az összes fém és félfém képez szulfidokat. Az alkálifémek, alkáliföldfémek és az alumínium szulfidjai inkább ionos karakterűek, míg az összes többi fém-szulfidban a kötés kovalens jellege dominál. Néhány szulfid fémes csillogása (pl. FeS, PbS, CuFeS2) és félvezető tulajdonsága (pl. ZnS, CdS) mutatja, hogy a kötés részben fémes karakterű is.
Mivel a nehézfémek és félfémek szulfidjai vízben rosszul oldódnak, ezek közül sok ásványként előfordul a természetben (pl. FeS2 – pirit, CuFeS2 – kalkopirit, HgS – cinóber, PbS – galenit), amelyeket az adott fém előállítására használnak fel. Néhány szulfidot szintetikusan is előállítanak speciális tulajdonságaik miatt: a grafithoz hasonlóan rétegszerkezetű MoS2 fémfelületek kiváló kenőanyaga, tisztán vagy olajban szuszpendálva alkalmazzák; a SeS2-ot korpásodás elleni samponban használják; képernyők előállításához használt fontos világító anyag a réz- vagy ezüstionokkal mesterségesen szennyezett (dopolt) ZnS.
Míg a legtöbb szulfid oldhatósága vízben nagyon kicsi, az ionos típusú alkálifém- és alkáliföldfém-szulfidok jól oldódnak vízben. Az oldatok erősen lúgosak a szulfidok hidrolízise miatt és jól érezhetően kén-hidrogén szagúak.
S(aq) + H2O(f) HS(aq) + OH(aq) HS(aq) + H2O(f) H2S(aq) + OH(aq)
Akkor is ezek a reakciók játszódnak le, ha MgS-ot vagy Al2S3-ot teszünk vízbe. Mivel ekkor vízben rosszul oldódó hidroxidok keletkeznek, a hidroxid és a kén-hidrogén képződése kedvezményezett az egyensúlyi reakcióban:
Al2S3(sz) + 6 H2O(f) = 2 Al(OH)3(sz) + 3 H2S(g) A hidrolízis miatt az alumínium-szulfid vizes közegben nem állítható elő.
Néhány elem a normál szulfidok mellett diszulfidokat is képez (S22
) (pl. FeS2), az ammóniumionnal, az alkáli- és alkáliföld-fémek ionjaival pedig poliszulfidok is képeződnek.
6.3.1.2. A szulfidok előállítása
1. Vízben oldódó szulfidok előállítása szulfátok szénnel végzett redukciójával.
CaSO4(sz) + 4 C(sz) = CaS(aq) + 4 CO(g)
A reakcióban visszamaradó szén a szulfidot tartalmazó oldatból kiszűrhető, a szulfid kikristályosítható.
2. Vízben oldhatatlan szulfidok előállítása:
az adott fém vízben oldható sójának savas, vizes oldatából kén-hidrogén gáz bevezetésével leválasztva.
CuSO4(aq) + H2S(g) = CuS(sz) + H2SO4(aq)
az adott fém vízben oldható sójának és NH4HS- vagy (NH4)2S-oldat reakciójával, semleges vagy gyengén ammóniás közegben.
ZnSO4(aq) + NH4HS(aq) = ZnS(sz) + NH4HSO4(aq)
Megjegyzendő, hogy az oldat savanyítása során a kén-hidrogén disszociációja visszaszorul, és a viszonylag jobban oldódó szulfidok nem válnak le, mivel a kis szulfidion-koncentráció és a fémion-koncentráció szorzata nem éri el az oldhatósági szorzat értékét. Így az adott szulfid oldhatósága fontos szerepet játszik annak eldöntésekor, hogy melyiket válasszuk a fenti két szintézismód közül.
3. Szintézissel a megfelelő elemekből (fém és kén összeolvasztása). Ez az eljárás vízben hidrolizáló szulfidok előállítása esetén különösen fontos. Mivel ilyen körülmények között a kén könnyen meggyullad, ezért a reakciót lehetőleg levegő kizárásával végezzük.
2 Al(sz) + 3 S(f) = Al2S3(sz) 6.3.1.3. A szulfidion analitikai kimutatása
Egy kémcsőbe töltsünk szulfidionokat tartalmazó oldatot, savanyítsuk meg híg sósavval, majd melegítsük. A kémcső fölé tartsunk ólom-acetáttal megnedvesített szűrőpapír-darabkát. A szűrőpapír megfeketedik. Melegítéskor az oldatból távozó kén-hidrogén reagált a színtelen ólom-acetáttal és fekete színű ólom-szulfid keletkezik.
S2(aq) + 2 H+(aq) = H2S(g)
H2S(g) + Pb(CH3COO)2(aq) = PbS(sz) + 2 CH3COOH(aq)
6.3.1.3.1. fénykép. A szulfidion kimutatása
6.3.1.4. Feladatok szulfidok előállításához