Неизвестный минерал или сплав
Анализ сплава
Бронза — сплав меди с оловом (обычно 5–20 % олова). Азотная кислота окисляет оба металла, но олово(IV) выпадает в виде гидратированного диоксида («метаоловянная кислота»), а медь переходит в раствор: \(\ce{Sn + 4HNO3 -> SnO2 v + 4NO2 + 2H2O}\); \(\ce{Cu + 4HNO3 -> Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O}\). Осадок прокаливают до \(\ce{SnO2}\) и взвешивают; медь в фильтрате определяют иодометрически (урок 111) или электролизом.
history_eduБронзовый век
Сплав меди с оловом тверже меди и плавится ниже — с него около 3300 лет до н. э. начался бронзовый век. Олово было редким: его везли тысячи километров, и торговые пути олова связали древние цивилизации Средиземноморья с Британией («Оловянные острова»).
scienceРазделение меди и олова
- \(\ce{SnO2*xH2O ->[t] SnO2 + xH2O}\) — прокаливание осадка.
- \(\ce{2Cu^2+ + 4I- -> 2CuI v + I2}\) — иодометрия меди.
- \(\ce{Cu^2+ + 2e- -> Cu}\) — электрогравиметрия: медь осаждают на платиновом катоде.
Карбонатные минералы
Карбонаты теряют \(\ce{CO2}\) при прокаливании (урок 145). По потере массы можно узнать минерал:
| Минерал | Формула | Потеря массы при прокаливании |
|---|---|---|
| кальцит | \(\ce{CaCO3}\) | 44,0 % |
| магнезит | \(\ce{MgCO3}\) | 52,2 % |
| доломит | \(\ce{CaMg(CO3)2}\) | 47,7 % |
| сидерит | \(\ce{FeCO3}\) | 38,0 % (на воздухе меньше — железо окисляется до \(\ce{Fe2O3}\)) |
| малахит | \(\ce{Cu2(OH)2CO3}\) | 28,1 % (\(\ce{CO2}\) и вода) |
errorСидерит на воздухе
При прокаливании на воздухе \(\ce{4FeCO3 + O2 -> 2Fe2O3 + 4CO2}\) — остаток тяжелее, чем \(\ce{FeO}\): потеря массы 31,0 %, а не 38,0 %. Условия прокаливания меняют ответ!
scienceПрокаливание минералов
- \(\ce{CaMg(CO3)2 ->[t] CaO + MgO + 2CO2}\).
- \(\ce{Cu2(OH)2CO3 ->[t] 2CuO + CO2 + H2O}\).
- \(\ce{4FeCO3 + O2 ->[t] 2Fe2O3 + 4CO2}\).
Гидратированные оксиды и кристаллогидраты
Многие природные вещества содержат воду, но по-разному.
- Кристаллогидрат — индивидуальное соединение, вода входит в решётку в строгом соотношении: \(\ce{CuSO4*5H2O}\), \(\ce{Na2CO3*10H2O}\). Число молекул воды — целое (иногда полуцелое).
- Гидратированный оксид — переменного состава, вода удерживается адсорбционно и в порах: опал \(\ce{SiO2*nH2O}\) (\(n\) = 0,1–0,5), силикагель, метаоловянная кислота, «\(\ce{Fe(OH)3}\)» (на деле \(\ce{Fe2O3*xH2O}\)). Число \(n\) дробное и зависит от условий.
boltКак отличить
Если при повторных анализах разных образцов \(n\) «плавает» и получается нецелым — это гидратированный оксид. Если у кристаллов одного вещества \(n\) воспроизводится и близко к целому — кристаллогидрат. На термограмме кристаллогидрат теряет воду чёткими ступенями (урок 5), гидратированный оксид — плавно.
auto_awesomeИгра цвета опала
Благородный опал состоит из плотно упакованных шариков \(\ce{SiO2}\) диаметром 150–300 нм. Они рассеивают свет, как дифракционная решётка, — отсюда переливы всех цветов радуги. Это фотонный кристалл, созданный природой.
push_pinГлавное
Бронза (Cu–Sn) в азотной кислоте: медь растворяется, олово остаётся в виде метаоловянной кислоты (\(\ce{SnO2*xH2O}\)), прокаливаемой до \(\ce{SnO2}\). Карбонатные минералы теряют \(\ce{CO2}\) при прокаливании: доломит \(\ce{CaMg(CO3)2}\) — 47,7 %. Гидратированные оксиды (опал \(\ce{SiO2*nH2O}\)) имеют переменный состав — нецелое \(n\); индивидуальное соединение (кристаллогидрат) — целое. Состав надёжен, только если данные разных методов согласуются.
Закрепите теорию: 9 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.