- •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 2. Обнаружение катионов свинца
Катион свинца в водных растворах бесцветен.
А) Реакция с групповым реагентом
Разбавленная соляная кислота (а также растворы хлоридов) осаждает катион свинца в виде белого осадка PbCl2. Этот осадок растворим в избытке кислоты и хлоридов щелочных металлов. Он также хорошо растворим в горячей воде. Этим обстоятельством пользуются для отделения хлорида свинца от хлоридов серебра и ртути.
Довольно значительна растворимость хлорида свинца и в холодной воде, поэтому свинец отделяется соляной кислотой неполно, оставшийся в растворе свинец осаждается вместе с катионами IV группы в виде черного сульфида.
Б) Реакция с сильными основаниями и гидроксидом аммония
Гидроксиды калия, натрия и аммония образуют с ионом свинца белый осадок гидроксида свинца
Рb2+ + 2ОН– = Рb(ОН)2
Обладая амфотерностью, гидроксид свинца растворяется как в кислотах, так и в избытке сильных оснований
Pb(OH)2 + 2Н+ = Рb2+ + 2Н2О
Рb(ОН)2+ 2ОН– = РbО22– + 2Н2О
В избытке NН4ОН гидроксид свинца нерастворим.
К 5 - 6 каплям раствора соли свинца прибавьте 2 - 3 капли раствора гидроксида натрия (или калия). Белый осадок Рb(ОН)2 разделите на две части.
Испытайте растворимость его в избытке сильного основания и в азотной или уксусной кислоте.
В) Реакция с иодидом калия
Иодид калия выделяет из растворов солей свинца желтый осадок иодида свинца PbI2.
К 4 - 5 каплям раствора соли свинца прибавьте столько же капель раствора иодида калия. Если к образовавшемуся осадку добавить несколько капель воды и нагреть, то осадок растворяется. При охлаждении раствора образуются блестящие золотистые кристаллы. Эта характерная для катиона свинца реакция является в то же время одной из наиболее красивых аналитических реакций.
При проведении анализа следует иметь в виду, что с избытком иодида калия осадок дает растворимое комплексное соединение
PbI2 + 2KI = K2[PbI4]
Г) Реакция с хроматом калия
Хромат калия K2CrO4 образует с ионом свинца Pb2+ осадок хромата свинца желтого цвета. Такой же осадок образуется и при действии на раствор бихромата калия K2Сr2О7
2Pb2+ + Сr2О72– + Н2О = 2PbCrO4 + 2Н+
Он практически нерастворим в гидроксиде аммония и уксусной кислоте,
трудно растворяется в разбавленной азотной кислоте, но легко - в растворах сильных оснований
РbCrO4 + 4NaОН = Na2CrO4 + Na2PbO2 + 2Н2О
К 4 - 5 каплям раствора соли свинца прибавьте 3 - 4 капли раствора хромата (или бихромата) калия (натрия).
Д) Реакция с серной кислотой и растворимыми сульфатами
Сульфат-анион в присутствии в растворе катиона свинца образует белый осадок сульфата свинца. Полное осаждение свинца из раствора возможно лишь при отсутствии в растворе сильных кислот, которые переводят осадок сульфата в растворимый гидросульфат свинца.
Сульфат свинца растворяется также в концентрированном (30%-ном по массе) растворе ацетата аммония
2NH4CH3COO + 2PbSO4 = (NH4)2SO4 + [Pb(СН3СОО)2PbSO4]
и сильных оснований
PbSO4 + 4КОН = К2PbO2 + K2SO4 + 2Н2О
Е) Реакция с бензидином
Смочив фильтровальную бумагу 3%-ным аммиачным раствором H2O2, наносят на увлажненное место каплю исследуемого раствора. Бумагу выдерживают над кипящей водой. При этом гидроксид аммония переводит катион свинца в осадок гидроксида свинца, который, в свою очередь, окисляется пероксидом водорода до диоксида свинца. Параллельно происходит разрушение избытка Н2О2. Если затем влажное пятно обработать каплей раствора бензидина, пятно синеет вследствие окисления бензидина диоксидом свинца. Предельное разбавление реакции - 1:33 000.
Опыт 3. Обнаружение катионов [Hg2]2+
Соли ртути (I) содержат группировку -Нg-Нg-. При их диссоциации получается сложный ион [Нg2]2+, в котором ртуть формально одновалентна. Катион ртути (I) в растворах бесцветен.
А) Реакция с групповым реагентом
Разбавленная соляная кислота, а также растворы хлоридов осаждают
ртуть (I) в виде белого осадка Нg2С12, несколько растворимого в избытке НС1с образованием комплексного соединения. В отличие от хлорида серебра при действии гидроксида аммония осадок хлорида ртути (I) не растворяется, а чернеет. При этом вначале образуется комплексное соединение ртути (I)
Нg2С12+ 2NH4ОН = [NH2Hg2]С1 + NH4Cl + 2Н2О
Соединение [NH2Hg2]С1 по составу отвечает NH4Cl, в котором два атома водорода замещены двумя атомами одновалентной ртути. Оно неустойчиво и
быстро распадается
[NH2Hg2]С1 = NН2HgС1 + Нg
Оба амидосоединения - [NH2Hg2]С1и NН2HgС1 - белого цвета. Почернение осадка происходит вследствие образования металлической ртути. Это важнейшая реакция иона [Нg2]2+, которую обычно используют для обнаружения ртути (I).
Б) Реакция с сильными основаниями
Щелочи NаОН и КОН выделяют из растворов солей ртути (I) черный осадок оксида ртути Нg2O.
К 4 - 5 каплям раствора соли ртути (I) прибавьте 3 - 4 капли раствора щелочи.
Осадок оксида ртути растворяется в азотной и концентрированной уксусной кислотах.
В) Реакция с гидроксидом аммония
Гидроксид аммония выделяет из растворов солей ртути (I) белый осадок амидного соединения, содержащий катион [NH2Hg2]+. Последнее легко разлагается с выделением свободной ртути, вследствие чего осадок чернеет (см. опыт 3а).
Для проведения реакции к 4 - 5 каплям раствора нитрата ртути (I) прибавьте 3 - 4 капли NН4ОН.
Г) Восстановление до металлической ртути
Более активные металлы вытесняют ртуть из ее соединений.
На очищенную медную пластинку нанесите каплю раствора нитрата рту-ти (1). Наблюдайте появление серого пятна металлической ртути. Если протереть поверхность пластинки фильтровальной бумагой, то пятно станет блестящим.
Ионы одновалентной ртути восстанавливаются до свободной ртути также под действием хлорида олова (II)
Нg2(NО3)2 + SnС12 = Нg2С12 + Sn(NO3)2
и далее
Нg2Cl2 + SnС12 = 2Нg + SnCl4
К 4 - 5 каплям раствора нитрата ртути (I) прибавьте 3 - 4 капли раствора хлорида олова (II). Наблюдайте появление темно-серого осадка.
Д) Реакция с иодидом калия
Иодид калия КI дает с катионом ртути (I) грязно-зеленый осадок иодида ртути Нg2I2, который растворяется в избытке реактива с образованием комплексного соединения и выделением свободной ртути
Hg2I2 = 2KI = Hg + K2[HgI4].
К 4 - 5 каплям раствора соли ртути (I) осторожно прибавьте несколько капель реактива до появления грязно-зеленого осадка. Затем добавьте избыток реактива.
Е) Реакция с хроматом калия
Хромат калия К2CrO4 осаждает одновалентную ртуть в виде осадка Hg2CrO4 красного цвета, который нерастворим в разбавленной азотной кислоте и щелочах.
К 4 - 5 каплям раствора соли ртути (I) прибавьте столько же капель реактива и содержимое пробирки хорошо нагрейте на водяной бане.
Действие основных реагентов на катионы V группы приведено в табл. 4.3.