Ana
liza
jak
ośc
iow
a
kati
onó
w
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