- •Содержание
- •Введение
- •Объекты анализа материалов микроэлектроники
- •1. Основы качественного анализа
- •Классификация анионов
- •2. Аналитические реакции катионов
- •Лабораторная работа № 1 Частные реакции катионов I - II групп Опыт 1. Обнаружение катиона калия
- •Опыт 2. Обнаружение катиона натрия
- •Опыт 3. Обнаружение магния в растворе
- •Опыт 4. Определение иона аммония
- •Реакции катионов I группы
- •Опыт 5. Обнаружение катиона бария
- •Опыт 6. Обнаружение катиона стронция
- •Опыт 6. Обнаружение катиона стронция
- •Опыт 7. Обнаружение катиона кальция
- •Лабораторная работа № 2 Анализ смеси катионов I и II групп
- •3. Аналитические реакции катионов III группы
- •Лабораторная работа № 3 Частные реакции катионов III группы Опыт 1. Обнаружение катиона алюминия
- •Опыт 2. Обнаружение хрома
- •Реакции хромат- и бихромат-ионов
- •Опыт 3. Обнаружение железа
- •Опыт 5. Обнаружение цинка в растворе
- •Опыт 6. Обнаружение кобальта
- •Опыт 7. Обнаружение никеля
- •Лабораторная работа № 4 Анализ смеси катионов III, II и I групп
- •4. Аналитические реакции катионов IV и V групп
- •Опыт 2. Обнаружение катионов кадмия
- •Опыт 3. Обнаружение катионов висмута
- •Подгруппа мышьяка Опыт 5. Обнаружение ионов мышьяка
- •Реакции катионов подгруппы меди
- •Обнаружение арсенит-ионов
- •Обнаружение арсенат-ионов
- •Опыт 6. Обнаружение ионов сурьмы
- •Обнаружение ионов сурьмы (III)
- •Обнаружение ионов сурьмы (V)
- •Опыт 7. Обнаружение ионов олова
- •Обнаружение ионов олова (II)
- •Обнаружение ионов олова (IV)
- •Лабораторная работа № 6 Анализ смеси катионов IV группы
- •Лабораторная работа № 7 Частные реакции катионов V группы Опыт I. Определение катионов серебра
- •Опыт 2. Обнаружение катионов свинца
- •Лабораторная работа № 8 Анализ смеси катионов V - I групп
- •Реакции катионов V группы
- •5. Аналитические реакции анионов
- •Опыт 2. Определение аниона со32–
- •Опыт 3. Определение аниона ро4–
- •Опыт 4. Определение аниона SiO32–
- •Опыт 5. Определение аниона f –
- •Вторая аналитическая группа анионов Опыт 6. Определение аниона с1–
- •Опыт 7. Определение аниона Вr –
- •Опыт 8. Определение аниона I –
- •Опыт 9. Определение аниона s2–
- •Третья аналитическая группа анионов Опыт 10. Определение аниона no3–
- •Опыт п. Определение анионов no2–
- •6. Количественный анализ
- •7. Гравиметрия
- •Весовые методы определения некоторых элементов
- •Лабораторная работа № 10 Весовое определение серы в сульфиде кадмия
- •Оборудование и реактивы
- •Описание определения
- •Определение серы
- •Лабораторная работа №11 Весовое определение никеля и железа в резистивных сплавах Определение никеля
- •Оборудование и реактивы
- •Описание определения
- •Определение железа
- •Оборудование и реактивы
- •Описание определения
- •8. Титриметрия
- •Растворение образца.
- •Описание определения
- •Лабораторная работа № 16 Определение стехиометрического состава сверх проводящей керамики ( система y-Ba-Cu )
- •Определение бария
- •Реактивы
- •Описание определения
- •Иодометрическое титрование
- •Стандартизация раствора тиосульфата натрия по бихромату калия
- •Реактивы
- •Описание определения
- •Определение меди
- •Реактивы
- •Описание определения
- •Определение иттрия комплексонометрическим титрованием
- •Реактивы
- •Описание определения
- •Расчет стехиометрии y1 Ва2 Cu3o7
- •9.Физико-химические методы анализа
- •А. Определение фосфора по желтой форме
- •Оборудование и реактивы
- •Описание определения
- •Б. Определение фосфора в виде фосфорномолибденовой сини
- •Оборудование и реактивы
- •Описание определения
- •В. Определение кремния
- •Оборудование и реактивы
- •Описание определения
- •Оборудование и реактивы
- •Описание определения
- •Б. Фотометрическое определение железа в виде роданидного комплекса
- •Оборудование и реактивы
- •Описание определения
- •Лабораторная работа № 19 Экстракционно – фотометрическое определение германия в полупроводниковых халькогенидных стеклах системы Te–As-Si-Ge
- •Оборудование и реактивы
- •Описание определения
- •Лабораторная работа № 20 Спектрофотометрическое определение хрома и марганца при совместном присутствии в контактных проводниковых сплавах
- •Оборудование и реактивы
- •Описание определения
- •Лабораторная работа № 21 Спектрофотометрическое определение висмута в присутствии свинца
- •Оборудование и реактивы
- •Описание определения
- •11. Люминесцентный анализ
- •Оборудование и реактивы
- •Описание определения
- •12. Инфракрасная спектроскопия
- •Лабораторная работа № 23 Измерение толщины пленок диоксида и нитрида кремния методом икс
- •Применение икс для исследования материалов микроэлектроники
- •Оборудование и реактивы
- •Описание определения
- •В отчете долж ны быть представлены:
- •Пример расчета:
- •13.Эмиссионный спектральный анализ
- •Лабораторная работа № 24 Определение примесей металлов методом трех эталонов
- •А. Фотографирование спектров трех эталонов и образцов Оборудование и реактивы
- •Описание определения
- •Характерные группы линий железа на планшетах атласа
- •В. Измерение почернений линий примесей на микрофотометре и построение калибровочных графиков
- •Оборудование и реактивы
- •Описание определения
- •Форма записи результатов наблюдений
- •Последовательность фотографирования образцов
- •Форма записи результатов наблюдений
- •Длины волн определяемых примесей
- •14. Электрохимические методы анализа
- •15.Потенциометрия
- •Прямая потенциометрия (ионометрия)
- •Оборудование и реактивы
- •Описание определения
- •Результаты ионометрического определения ионов в воде
- •Б. Определение фторид-ионов
- •Оборудование и реактивы
- •Описание определения
- •Лабораторная работа № 27 Определение рН в водных растворах
- •Оборудование и реактивы
- •Описание определения
- •Потенциометрическое титрование (пт)
- •Результаты титрования
- •Лабораторная работа № 28 Определение соляной кислоты в травильной ванне
- •Оборудование и реактивы
- •Описание определения
- •Лабораторная работа № 29 Определение соляной и уксусной кислот в растворе при совместном присутствии
- •Оборудование и реактивы
- •Описание определения
- •Лабораторная работа № 30 Определение соляной и борной кислот в растворе при совместном присутствии
- •Оборудование и реактивы
- •Описание определения
- •Лабораторная работа № 31 Определение содержания кобальта (II) в растворе
- •Оборудование и реактивы
- •Описание определения
- •Лабораторная работа № 32 Определение концентрации хлорида железа (III)
- •Оборудование и реактивы
- •Описание определения
- •16. Кондуктометрическое титрование
- •Лабораторная работа № 33 Дифференцированное определение солей железа (п) и(ш) в травильных растворах
- •Оборудование и реактивы
- •Описание определения
- •17. Вольтамперометрия
- •Лабораторная работа № 34 Определение примеси цинка в фосфоре
- •18. Инверсионная вольтамперометрия
- •Лабораторная работа № 36 Определение примесей цинка, кадмия, свинца и меди методом инверсионной вольтамперометрии
- •Оборудование и реактивы
- •Описание определения
- •19. Хроматография
- •Раздельное вымывание примесей с катионита ку-2
- •Лабораторная работа № 37 Определение меди и цинка при их совместном присутствии на катионите ку-2
- •Оборудование и реактивы
- •Описание определения
- •Описание определения
- •Определение кадмия
- •Результаты хроматографического определения ионов кадмия
- •Определение теллура
- •20. Рекомендуемая литература
- •Реакции катионов III группы
- •Реакции ионов подгруппы мышьяка
Опыт 3. Обнаружение катионов висмута
Ион висмута Вi3+ в водных растворах бесцветен.
А) Реакция с групповым реагентом
Групповой реагент осаждает из растворов солей висмута черный осадок сульфида висмута Вi2Sз, растворимый аналогично сульфиду меди в азотной кислоте.
Б) Реакция с сильными основаниями
Сильные основания дают с катионом висмута белый осадок гидроксида висмута.
К 4 - 5 каплям раствора соли висмута прибавьте 1 - 2 капли раствора сильного основания. Убедитесь, что образовавшийся осадок гидроксида растворяется в кислотах, но нерастворим в избытке щелочи.
В) Реакции с гидроксидом аммония
Гидроксид аммония из растворов солей висмута осаждает белый осадок основных солей. Состав их зависит от концентрации растворов и температуры.
Г) Гидролиз соединений висмута
В нейтральной или слабо кислой среде соли трехвалентного висмута легко гидролизуются с выделением белого осадка основных солей.
К 2 - 3 каплям раствора хлорида или нитрата висмута прилейте 3 - 5 мл дистиллированной воды. Наблюдайте появление белой мути основной соли (если муть долго не появляется, то прибавьте каплю раствора хлорида натрия или калия). Убедитесь, что осадок растворяется в соляной кислоте.
Происходящие реакции на примере хлорида висмута можно изобразить следующими уравнениями:
BiCl3 + H2O = BiOHCl2 + HCl
BiOHCl2 + H2O = Bi(OH)2Cl + HCl
Образующийся хлорид дигидроксовисмута неустойчив и отщепляет молекулу воды
Bi(OH)2Cl = BiOCl + H2O
Получается основная соль, содержащая катион висмутила ВiO+, т.е. хлорид висмутила.
Точно также гидролизуется и нитрат висмута, образующий основную соль состава ВiONO3. Однако с ним реакция удается хуже, так как образующийся нитрат висмутила лучше растворим, чем его хлорид.
Реакция гидролиза солей висмута обратима, поэтому при добавлении к осадку кислоты и нагревании, он растворяется
BiOCl + 2HCl = BiCl3 + H2O
При разбавлении раствора водой снова выпадает осадок основной соли.
Д) Восстановление до металлического висмута
Станниты щелочных металлов Na2SnO2 и К2SnO2 восстанавливают катион висмута до свободного висмута, имеющего вид черного осадка. Это очень чувствительная реакция, используемая в ходе анализа для обнаружения в растворе солей висмута.
К 4 - 5 каплям раствора хлорида олова (II) прибавляйте по каплям 2 н раствор гидроксида натрия или калия до появления осадка гидроксида олова
SnCl2 + 2NaOH = Sn(OH)2 + 2NaCl
Затем, прибавляя избыток щелочи, добейтесь растворения осадка с образованием станнита
Sn(OH)2 + 2NaOH = Na2SnO2 + 2H2O
К полученному раствору станнита натрия добавьте 3-4 капли раствора соли висмута, например Вi(NO3)3. При этом выпадает черный осадок металлического висмута
Вi(NO3)3 + 3NaOH = Bi(OH)3 + 3NaNO3
2Bi(OH)3 + 3Na2SnO2 = 2Bi + 3Na2SnO3+ 3H2O
Эту важнейшую реакцию катиона висмута можно выполнять иначе, обработав раствором станнита осадок основных солей висмута, полученный при отделении висмута от катионов меди и кадмия действием избытка гидроксида аммония.
Реакция удается и со щелочным раствором комплексного соединения висмута с глицерином поскольку при диссоциации этого комплекса создается достаточная концентрация катионов висмута в растворе.
Выполняя реакцию, необходимо избегать прибавления концентрированного раствора щелочи и нагревания, так как в этих условиях может выпасть черный осадок металлического олова, что обусловлено разложением станнита в соответствии со следующим уравнением реакции:
2Na2SnO2 + H2O = Na2SnO3 + Sn + 2NaOH
С другой стороны, если избыток щелочи слишком мал, то со временем может образоваться черный осадок оксида олова (II).
Е) Реакция с тиомочевинной
При действии раствора тиомочевины (NН2)2СS на азотнокислые растворы солей висмута появляется желтое окрашивание раствора, обусловленное образованием комплексных ионов [Вi((NН2)2СS)3]3+. Ионы свинца и кадмия образуют с тиомочевиной малорастворимые соединения, но обнаружению висмута они не мешают.
Опыт 4. Обнаружение катионов ртути Hg2+
Катионы ртути раствор не окрашивают
А) Реакция с групповым реагентом
При действии группового реагента на растворы солей ртути (II) образует-
ся черный осадок сульфида ртути, который в отличие от сульфидов остальных катионов IV группы нерастворим не только в соляной, но и в азотной кислоте. Этим иногда пользуются для отделения ртути от ряда других катионов IV группы. Однако отделение весьма неточно, заметные количества ртути могут перейти в раствор. Полное растворение сульфида ртути достигается применением царской водки (смесь 1 объема концентрированной азотной и 3 объемов концентрированной соляной кислот), являющейся более сильным окислителем, чем азотная кислота, и, кроме того, связывающей катионы ртути в комплекс
3HgS + 2HNO3 + 12HCl = 3H2[НgС14] + 3S + 2NO + 4H2O
Можно растворить сульфид ртути и в соляной кислоте, если связать катионы Нg2+ в очень прочный комплекс [НgI4]2–. Реакция идет при нагревании
HgS + 2HCl + 4KI = K2[НgI4] + 2KCl + H2S
По своим свойствам сульфид ртути занимает промежуточное положение между сульфидами подгруппы меди и подгруппы мышьяка. Он нерастворим в сульфиде и дисульфиде аммония, но хорошо растворим в сульфиде натрия с образованием тиосоли
HgS + Na2S = Na2HgS2
Образовавшаяся тиосоль легко разлагается кислотами с образованием осадка сульфида ртути
Na2HgS2 + 2HCl = HgS + 2NaCl + H2S
Для отделения ртути (II) от других элементов подгруппы мышьяка можно использовать характерную способность ее тиосоли разлагаться под действием солей аммония, например, при введении в раствор твердого хлорида аммония
Na2HgS2 + NH4Cl + H2O = HgS + NaHS + NaCl + NH4OH
Б) Реакция с сильными основаниями
Гидроксиды натрия и калия выделяют из растворов солей ртути желтый осадок оксида ртути НgО, так как гидроксид ртути неустойчив.
К 4 - 5 каплям раствора соли ртути прибавьте 3 - 4 капли раствора щелочи до образования желтого осадка.
Осадок нерастворим в избытке гидроксида но легко растворяется в кислотах.
В) Реакция с гидроксидом аммония
Гидроксид аммония осаждает белый осадок комплексной соли, например
НgС12 + 2NH4ОН = [НgNН2]С1 + NН4С1 + 2Н2О
Осадок хорошо растворяется в кислотах.
К 4 - 5 каплям раствора соли ртути прибавьте несколько капель 2 н раствора гидроксида аммония до образования белого осадка.
Г) Реакция с иодидом калия
Иодид калия образует с катионом ртути (II) оранжево-красный осадок ио-дида ртути, который растворяется в избытке реагента, образуя весьма устойчивый комплексный ион
Нg2+ + 2I– = НgI2
НgI2 + 2I– = [НgI4]2–
К 4 - 5 каплям раствора соли ртути прибавьте сначала 1 - 2 капли раствора иодида калия, а затем избыток его. Убедитесь, что образовавшийся осадок иоди-да ртути растворяется в избытке реактива.
Если к полученному раствору прибавить каплю гидроксида аммония или
какой-нибудь его соли и несколько капель концентрированною раствора щелочи, то выпадает характерный красно-бурый осадок иодида меркураммония NH4+ + 2[НgI4]2– + 4OH– = [Нg2ONH2]I + 7I– + ЗН2О
Эта реакция, под названием реакции Несслера, применяется для обнаружения катиона аммония (см лабораторную работу № I, опыт 4 б). С таким же успехом она может быть использована и для обнаружения иона ртути (II).
Д) Восстановление катиона ртути
1. При действии хлорида олова (II) на растворы солей ртути сначала образуется белый осадок Нg2Сl2, который в избытке реагента постепенно сереет, восстанавливаясь до металлической ртути.
Течение реакции может быть представлено уравнениями
2НgС12 + SnCl2 = Нg2Cl2 + SnС14
Нg2Cl2 + SnС12 = 2Hg + SnCl4
2. Металлическая медь вытесняет ионы ртути из растворов ее солей, при
этом выделяется металлическая ртуть
Нg2+ + Сu = Нg + Сu2+
Аналогично действуют и другие металлы, стоящие в ряду напряжений левее ртути.
Реакции важнейших реагентов с катионами подгруппы меди приведены в табл. 4.1.