Ana

liza

jak

ośc

iow

a

kati

onó

w

Podstawy

Analiza jakościowa – Proces oznaczania obecności
poszczególnych substancji w próbce

• Obecność jakiegoś jonu jest określana poprzez

rozseparowanie składników próbki i wykonaniu testu
potwierdzającego.

• Aby działać prawidłowo, rozdział próbki i testy muszą

być wykonane w ściśle określonym porządku aby
zminimalizować wpływ reakcji przeszkadzających z
innymi jonami.

• Proces ten nazywamy tokiem analizy (czasami

kolejnością rozdziału).

Podstawy

Techniki wykorzystywane w analizie jakościowej

• Wytrącanie i sączenie – Podstawową czynnością w

analizie jakościowej

kationów

jest wytrącanie osadów.

•prawidłowe dobranie warunków strącania
•odpowiednie stężenie odczynnika strącającego
•prawidłowe sączenie

• Test na całkowite wytrącenie – po utworzeniu osadu i przesączeniu przez

sączek, należy do przesączu dodać parę kropel odczynnika strącającego i
obserwować czy nie wytrąca się jeszcze osad. Jeśli tak się dzieje należy
powtórzyć proces strącania do momentu kiedy w przesączu nie będzie
tworzył się osad.

• Przemywanie osadu – Po wytrąceniu osadu i jego przesączeniu należy go

przemyć.

•wybór odpowiedniego odczynnika do przemywania (najczęściej woda)
•wybór odpowiednich warunków.

Podstawy

• I grupa

-

Hg(I), Ag, Pb

• IIA grupa - Hg(II),

Pb, Bi, Cu, Cd

• IIB grupa - As, Sn, Sb

• III grupa - Ni, Co, Fe, Mn, Al, Cr, Zn

• IV grupa -

Ba,

Sr

, Ca

• V grupa

-

Mg, K

, Na,

NH

4

+

• Podział kationów na grupy

według Freseniusa

Schemat rozdzielania grup kationów

Badana próbka

Grupa II

Kwasowe nierozpuszczalne

siarczki metali

Grupa III

Alkaliczne nierozpuszczalne

siarczki i wodorotlenki metali

Grupa IV

Nierozpuszczalne

węglany metali

Grupa I

Nierozpuszczalne

chlorki metali

HCl

HCl / H

2

S

NH

3

/ H

2

S

(NH

4

)

2

CO

3

Grupa IIA

Grupa IIB

Grupa V

Rozpuszczalne

jony metali

KOH / H

2

O

2

Oddzielanie I grupy kationów

Do pierwszej grupy należą następujące jony
(Ag

+

, Pb

2+

, Hg

2

2+

)

UWAGA!!!

Przed przystąpieniem do analizy grupowej jako pierwszą
czynność należy sprawdzić czy w roztworze znajdują się
jony amonowe (NH

4

+

)

Wykrywanie jonu amonowego

Dlaczego na początku analizy?

• Wprowadzanie odczynników w postaci jonów

amonowych w dalszym toku analizy

• Łatwość oznaczenia obecności jonu NH

4

+

w roztworze

Hg

NH

4

+

+ 2HgI

4

2-

+ 4 OH

-

→ O NH

2

I(↓) + 7I

-

+ 3H

2

O

Hg

Wykrywanie jonu amonowego

• Do roztworu dodajemy wodorotlenku sodu

Sprzężony kwas, NH

4

+

reaguje z zasadą uwalniając gazowy

amoniak
Gazowy amoniak wykrywa się zwilżonym papierkiem
lakmusowym.

NH

4

+

(aq) + OH

-

(aq) → H

2

O(l) + NH

3

(g) (↑)

• Reakcja z odczynnikiem Nesslera (alkaliczny roztwór

jodkowego kompleksu rtęci II) → brunatnopomarańczowy osad

Schemat blokowy rozdziału grupy I

Mieszanina

kationów

AgCl, PbCl

2

,

Hg

2

Cl

2

Grupy II-V

2M HCl

Hg / HgNH

2

Cl

ciemny osad.

Ag(NH

3

)

2

+

NH

3

AgCl

biały osad

HNO

3

AgCl, Hg

2

Cl

2

osady

H

2

O,

ogrzewanie

Pb

2+

(aq)

PbCrO

4

ż

ółty osad

K

2

Cr

2

O

7

Schemat rozdziału Grupy I

Oddzielenie kationów I grupy

• Jony Grupy I tworzą z jonami

chlorkowymi nierozpuszczalne
chlorki, tak więc po dodaniu jonów
chlorkowych wytrącaja się w
postaci osadu z badanego roztworu

Mieszanina

kationów

AgCl, PbCl

2

,

Hg

2

Cl

2

Grupy II-V

2M HCl

Hg / HgNH

2

Cl

ciemny osad.

Ag(NH

3

)

2

+

NH

3

AgCl

biały osad

HNO

3

AgCl, Hg

2

Cl

2

osady

H

2

O,

ogrzewanie

Pb

2+

(aq)

PbCrO

4

ż

ółty osad

K

2

Cr

2

O

7

Ag

+

(aq) + Cl

−

(aq) →

→

→

→ AgCl (s)

Pb

2+

(aq) + 2 Cl

−

(aq) →

→

→

→ PbCl

2

(s)

Hg

2

2+

(aq) + 2 Cl

−

(aq) →

→

→

→ Hg

2

Cl

2

(s)

Wszystkie produkty to białe osady

Mieszanina

kationów

AgCl, PbCl

2

,

Hg

2

Cl

2

Grupy II-V

2M HCl

Hg / HgNH

2

Cl

ciemny osad.

Ag(NH

3

)

2

+

NH

3

AgCl

biały osad

HNO

3

AgCl, Hg

2

Cl

2

osady

H

2

O,

ogrzewanie

Pb

2+

(aq)

PbCrO

4

ż

ółty osad

K

2

Cr

2

O

7

Oddzielenie jonów Pb

2+

Chlorek ołowiu jest
rozpuszczalny w gorącej wodzie,
co pozwala oddzielić go od
reszty kationów I grupy

PbCl

2

(s) + temp.

Pb

2+

(aq) + 2 Cl

−

(aq)

Schemat rozdziału Grupy I

Test na Pb

2+

• Obecność jonu Pb

2+

potwierdzana jest poprzez
dodanie do roztworu
dwuchromianu potasu.
Ż

ółty osad świadczy o

obecności jonów Pb

2+

Pb

2+

(aq) + CrO

4

2−

(aq) → PbCrO

4

(s)

(żółty osad)

Mieszanina

kationów

AgCl, PbCl

2

,

Hg

2

Cl

2

Grupy II-V

2M HCl

Hg / HgNH

2

Cl

ciemny osad.

Ag(NH

3

)

2

+

NH

3

AgCl

biały osad

HNO

3

AgCl, Hg

2

Cl

2

osady

H

2

O,

ogrzewanie

Pb

2+

(aq)

PbCrO

4

ż

ółty osad

K

2

Cr

2

O

7

Schemat rozdziału Grupy I

Cr

2

O

7

2-

(aq)

+ H

2

O ↔ 2CrO

4

2-

+ H

+

Mieszanina

kationów

AgCl, PbCl

2

,

Hg

2

Cl

2

Grupy II-V

2M HCl

Hg / HgNH

2

Cl

ciemny osad.

Ag(NH

3

)

2

+

NH

3

AgCl

biały osad

HNO

3

AgCl, Hg

2

Cl

2

osady

H

2

O,

ogrzewanie

Pb

2+

(aq)

PbCrO

4

ż

ółty osad

K

2

Cr

2

O

7

Schemat rozdziału Grupy I

Rozdzielenie Ag

+

i Hg

2

2+

Jony Ag

+

i Hg

2

2+

rozdzielamy

poprzez dodanie amoniaku do
otrzymanych osadów. Jon Ag

+

przechodzi w rozpuszczalny kompleks
Ag(NH

3

)

2

+

, a Hg

2

2+

reagując z

odczynnikiem daje Hg i Hg(NH

2

)Cl.

AgCl(s) + 2 NH

3

(aq) →

Ag(NH

3

)

2

+

(aq) + Cl

−

(aq)

Hg

2

Cl

2

(s) + 2 NH

3

(aq) →

Hg(l) + HgNH

2

Cl(s) + NH

4

+

(aq) + Cl

−

(aq)

(czarna) (biały)

Mieszanina

kationów

AgCl, PbCl

2

,

Hg

2

Cl

2

Grupy II-V

2M HCl

Hg / HgNH

2

Cl

ciemny osad.

Ag(NH

3

)

2

+

NH

3

AgCl

biały osad

HNO

3

AgCl, Hg

2

Cl

2

osady

H

2

O,

ogrzewanie

Pb

2+

(aq)

PbCrO

4

ż

ółty osad

K

2

Cr

2

O

7

Schemat rozdziału Grupy I

Potwierdzenie obecności Ag

+

Dodatek kwasu azotowego do
otrzymanego roztworu powoduje
usunięcie amoniaku ze sfery
koordynacyjnej i ponowne
wytrącenie się chlorku srebra(I)

Ag

+

(aq) + Cl

−

(aq) → AgCl (s)

Schemat blokowy rozdziału Grupy IV i V

Roztwór po

wytrąceniu III

grupy kationów

BaCO

3

, CaCO

3

, SrCO

3

Grupa V

(NH

4

)

2

CO

3

ogrzewanie 60

o

bufor amonowy

BaSO

4

biały osad.

HCl,

H

2

SO

4

CaC

2

O

4

biały osad

(NH

4

)

2

C

2

O

4

BaCrO

4

ż

ółty osad

CH

3

COOH, ogrzewanie,

K

2

CrO

4

Sr

2+

, Ca

2+

(aq)

Ca

2+

(aq)

SrSO

4

(NH

4

)

2

SO

4

KClO

4

biały osad

MgNH

4

PO

4

biały osad

Na

+

(aq)

ż

ółta barwa

płomienia

st..HClO

4

(NH

4

)

2

HPO

4

Schemat rozdziału Grupy IV i V

Co to jest bufor amonowy ?

• mieszanina (NH

4

OH + NH

4

Cl)

o pH ok. 9 (9.2)

a) Ca

2+

(aq) + HCO

3

−

(aq)→

→

→

→ CaHCO

3

(aq)

b) Mg

2+

(aq) + 2OH

−

(aq) →

→

→

→ Mg(OH)

2

(s)

Dlaczego go stosujemy?

a ) w zbyt kwaśnym środowisku

powstawałyby wodorowęglany
(szczególnie z jonami Ca

2+

)

b ) w zbyt zasadowym mógłby się

wytrącić wodorotlenek magnezu
z V grupy

Roztwór po

wytrąceniu III

grupy kationów

BaCO

3

, CaCO

3

, SrCO

3

Grupa V

(NH

4

)

2

CO

3

ogrzewanie 60

o

bufor amonowy

BaSO

4

biały osad.

HCl,

H

2

SO

4

CaC

2

O

4

biały osad

(NH

4

)

2

C

2

O

4

BaCrO

4

ż

ółty osad

CH

3

COOH, ogrzewanie,

K

2

CrO

4

Sr

2+

, Ca

2+

(aq)

Ca

2+

(aq)

SrSO

4

biały osad

(NH

4

)

2

SO

4

Schemat rozdziału Grupy IV i V

Dlaczego używamy (NH

4

)

2

CO

3

?

• nie wprowadzamy innych kationów

V grupy a jon amonowy mamy już
oznaczony

• jest mniej alkaliczny niż K

2

CO

3

lub

Na

2

CO

3

(nie wytrąca hydroksysoli

magnezowej (MgOH)

2

CO

3

Roztwór po

wytrąceniu III

grupy kationów

BaCO

3

, CaCO

3

, SrCO

3

Grupa V

(NH

4

)

2

CO

3

ogrzewanie 60

o

bufor amonowy

BaSO

4

biały osad.

HCl,

H

2

SO

4

CaC

2

O

4

biały osad

(NH

4

)

2

C

2

O

4

BaCrO

4

ż

ółty osad

CH

3

COOH, ogrzewanie,

K

2

CrO

4

Sr

2+

, Ca

2+

(aq)

Ca

2+

(aq)

SrSO

4

biały osad

(NH

4

)

2

SO

4

Schemat rozdziału Grupy IV i V

Dlaczego w temperaturze 60

o

C?

a ) węglan amonu zawiera w sobie

nieznaczne ilości wodorowęglanu
amonu i karbaminianu

b ) wyższa temperatura rozkłada lotny

(NH

4

)

2

CO

3

a) NH

4

HCO

3

+ OH

−

+ temp →

→

→

→

NH

4

+

+ H

2

O + CO

3

2−

b) (NH

4

)

2

CO

3

+ temp →

→

→

→ NH

3

↑+ H

2

O + CO

2

↑

N

H

2

C

ONH

2

O

H

2

O

2NH

4

+

CO

3

2-

+

temp.

+

Roztwór po

wytrąceniu III

grupy kationów

BaCO

3

, CaCO

3

, SrCO

3

Grupa V

(NH

4

)

2

CO

3

ogrzewanie 60

o

bufor amonowy

BaSO

4

biały osad.

HCl,

H

2

SO

4

CaC

2

O

4

biały osad

(NH

4

)

2

C

2

O

4

BaCrO

4

ż

ółty osad

CH

3

COOH, ogrzewanie,

K

2

CrO

4

Sr

2+

, Ca

2+

(aq)

Ca

2+

(aq)

SrSO

4

biały osad

(NH

4

)

2

SO

4

Schemat rozdziału Grupy IV i V

Oddzielenie kationów IV grupy

• Jony Grupy IV tworzą z jonami

węglanowymi nierozpuszczalne
białe osady węglanów

Ca

2+

(aq) + CO

3

2−

(aq) →

→

→

→ CaCO

3

(s)

Ba

2+

(aq) + CO

3

2−

(aq) →

→

→

→ BaCO

3

(s)

Sr

2+

(aq) + CO

3

2−

(aq) →

→

→

→ SrCO

3

(s)

Wszystkie produkty to białe osady

Roztwór po

wytrąceniu III

grupy kationów

BaCO

3

, CaCO

3

, SrCO

3

Grupa V

(NH

4

)

2

CO

3

ogrzewanie 60

o

bufor amonowy

BaSO

4

biały osad.

HCl,

H

2

SO

4

CaC

2

O

4

biały osad

(NH

4

)

2

C

2

O

4

BaCrO

4

ż

ółty osad

CH

3

COOH, ogrzewanie,

K

2

CrO

4

Sr

2+

, Ca

2+

(aq)

Ca

2+

(aq)

SrSO

4

biały osad

(NH

4

)

2

SO

4

Analiza Grupy IV

Rozdzielenie Ba

2+

od Sr

2+

i Ca

2+

• Jony baru(II) oddzielamy od jonów

wapnia poprzez rozpuszczenie
osadu w 6M kwasie octowym
(dlaczego?) i dodaniu
chromianu(VI) potasu

2CrO

4

2−

+ 2H

+

→

→

→

→ Cr

2

O

7

2−

+ H

2

O

Ba

2+

+ CrO

4

2−

→

→

→

→ BaCrO

4

↓

żółty osad

Roztwór po

wytrąceniu III

grupy kationów

BaCO

3

, CaCO

3

, SrCO

3

Grupa V

(NH

4

)

2

CO

3

ogrzewanie 60

o

bufor amonowy

BaSO

4

biały osad.

HCl,

H

2

SO

4

CaC

2

O

4

biały osad

(NH

4

)

2

C

2

O

4

BaCrO

4

ż

ółty osad

CH

3

COOH, ogrzewanie,

K

2

CrO

4

Sr

2+

, Ca

2+

(aq)

Ca

2+

(aq)

SrSO

4

biały osad

(NH

4

)

2

SO

4

Analiza Grupy IV

Potwierdzenie obecności jonów

Ba

2+

• Osad chromianu(VI) baru

rozpuszcza się w 2M HCl i dodaje
do roztworu rozcieńczony kwas
siarkowy(VI)

• Można wykonać analizę

płomieniową

Ba

2+

+ H

2

SO

4

→

→

→

→ BaSO

4

↓ + 2H

+

biały osad

sole baru barwią płomień na kolor

zielonkawy

Roztwór po

wytrąceniu III

grupy kationów

BaCO

3

, CaCO

3

, SrCO

3

Grupa V

(NH

4

)

2

CO

3

ogrzewanie 60

o

bufor amonowy

BaSO

4

biały osad.

HCl,

H

2

SO

4

CaC

2

O

4

biały osad

(NH

4

)

2

C

2

O

4

BaCrO

4

ż

ółty osad

CH

3

COOH, ogrzewanie,

K

2

CrO

4

Sr

2+

, Ca

2+

(aq)

Ca

2+

(aq)

SrSO

4

biały osad

(NH

4

)

2

SO

4

Roztwór po

wytrąceniu III

grupy kationów

BaCO

3

, CaCO

3

, SrCO

3

Grupa V

(NH

4

)

2

CO

3

ogrzewanie 60

o

bufor amonowy

BaSO

4

biały osad.

HCl,

H

2

SO

4

CaC

2

O

4

biały osad

(NH

4

)

2

C

2

O

4

BaCrO

4

ż

ółty osad

CH

3

COOH, ogrzewanie,

K

2

CrO

4

Sr

2+

, Ca

2+

(aq)

Ca

2+

(aq)

SrSO

4

biały osad

(NH

4

)

2

SO

4

Analiza Grupy IV

Oddzielenie jonów Sr

2+

od Ca

2+

• Celem sprawdzenia czy obecne są

jony Sr

2+

do małej części roztworu

dodaje się wody gipsowej. Białe
zmętnienie świadczy o obecności
jonów strontu(II)

• Gdy stwierdziliśmy obecność jonów

Sr

2+

do całości roztworu dodajemy

siarczanu amonu i ogrzewamy kilka
minut.

Sr

2+

+CaSO

4

· H

2

O →

→

→

→ SrSO

4

↓ + Ca

2+

+ H

2

O

białe zmętnienie

Sr

2+

+(NH

4

)

2

SO

4

→

→

→

→ SrSO

4

↓ + 2NH

4

+

biały osad

Roztwór po

wytrąceniu III

grupy kationów

BaCO

3

, CaCO

3

, SrCO

3

Grupa V

(NH

4

)

2

CO

3

ogrzewanie 60

o

bufor amonowy

BaSO

4

biały osad.

HCl,

H

2

SO

4

CaC

2

O

4

biały osad

(NH

4

)

2

C

2

O

4

BaCrO

4

ż

ółty osad

CH

3

COOH, ogrzewanie,

K

2

CrO

4

Sr

2+

, Ca

2+

(aq)

Ca

2+

(aq)

SrSO

4

biały osad

(NH

4

)

2

SO

4

Analiza Grupy IV

Potwierdzenie obecności jonów

Ca

2+

• Do przesączu pozostałego po

oddzieleniu siarczanu(VI) strontu
dodaje się szczawianu amonu i
ogrzewa. Jony wapnia dają biały
osad szczawianu wapnia

• Po oddzieleniu osadu rozpuszczamy

go w HCl i badamy w płomieniu

Ca

2+

+ C

2

O

4

2−

→

→

→

→ CaC

2

O

4

↓

biały osad

sole wapnia barwią płomień na kolor

ceglastoczerwony

Roztwór po

wytrąceniu III

grupy kationów

BaCO

3

, CaCO

3

Grupa V

(NH

4

)

2

CO

3

ogrzewanie 60

o

bufor amonowy

BaSO

4

biały osad.

HCl,

H

2

SO

4

CaC

2

O

4

biały osad

(NH

4

)

2

C

2

O

4

BaCrO

4

ż

ółty osad

CH

3

COOH, ogrzewanie,

K

2

CrO

4

Ca

2+

(aq)

Analiza Grupy IV - schemat uproszczony

Analiza Grupy V

Potwierdzenie obecności jonów

Mg

2+

• Po oddzieleniu grupy IV roztwór

odparowujemy (usunięcie soli
amonowych) a nastepnie dodajemy
wodorofosforan amonu i amoniak

Mg

2+

+ (NH

4

)

2

HPO

4

+ NH

3

(nadmiar) + 6H

2

O

→

→

→

→ MgNH

4

PO

4

· 6H

2

O

↓ + NH

4

+

+ H

+

biały osad (ortofosforan amonowo magnezowy)

Grupa V

KClO

4

biały osad

MgNH

4

PO

4

biały osad

Na

+

(aq)

ż

ółta barwa

płomienia

st..HClO

4

(NH

4

)

2

HPO

4

Analiza Grupy V

Potwierdzenie obecności jonów

K

+

• Po oddzieleniu grupy IV roztwór

odparowujemy (usunięcie soli
amonowych), a nastepnie dodajemy
stężony kwas chlorowy(VII)

• W płomieniu jony potasu dają kolor

fiołkowy

K

+

+ HClO

4

→

→

→

→ KClO

4

↓ + H

+

biały osad

(nierozpuszczalny w wodzie)

Grupa V

KClO

4

biały osad

MgNH

4

PO

4

biały osad

Na

+

(aq)

ż

ółta barwa

płomienia

st..HClO

4

(NH

4

)

2

HPO

4