Wykład 3

część 1

Analiza kationów

Systematyczna analiza kationów

Systematyczna analiza kationów pozwala podzielić
znane kationy na pięć grup analitycznych za pomocą
odczynników grupowych dających osady z
odpowiednimi grupami kationów.
Odczynnikami grupowymi są:

„

HCl (grupa I),

„

H

2

S w obecności HCl (grupa II),

„

H

2

S w obecności NH

3

.

H

2

O i NH

4

Cl (grupa III),

„

NH

4

CO

3

w obecności NH

3

.

H

2

O i NH

4

Cl ( grupa IV),

„

jeżeli w toku systematycznej analizy nie powstaje osad z

podanymi odczynnikami grupowymi, to kation należy do

grupy V.

Nr
grupy

Odczynnik
grupowy

Kationy należące
do danej grupy

Skład i barwa
osadu
tworzonego
z odczynnikiem
grupowym

Rozpuszczalność
osadu

I

HCl

Ag

+

Pb

2+

Hg

2

2+

AgCl biały
PbCl

2

biały

Hg

2

Cl

2

biały

Osady
nierozpuszczalne w
H

2

O i w

rozcieńczonych
HCl i HNO

3

II

H

2

S

w obecności
HCl

Cu

2+

Hg

2+

As

3+

CuS czarny
HgS czarny
As

2

S

3

żółty

Osady
nierozpuszczalne w
H

2

O i w rozcieńczonym

HNO

3

(na zimno)

III

H

2

S

w obecności
NH

3

.

H

2

O i

NH

4

Cl

Al

3+

Zn

2+

Fe

2+

Fe

3+

Mn

2+

Co

2+

Al(OH)

3

biały

ZnS biały
FeS czarny
Fe

2

S

3

czarny

MnS cielisty
CoS czarny

Osady
nierozpuszczalne w
H

2

O, rozpuszczalne w

rozcieńczonych
kwasach

Nr
grupy

Odczynnik
grupowy

Kationy należące
do danej grupy

Skład i barwa
osadu
tworzonego
z odczynnikiem
grupowym

Rozpuszczalność
osadu

IV

(NH

4

)

2

CO

3

w obecności
NH

3

.

H

2

O i

NH

4

Cl

Ba

2+

Ca

2+

BaCO

3

biały

CaCO

3

biały

Osady
nierozpuszczalne w
H

2

O, rozpuszczalne w

rozcieńczonych
kwasach

V

Brak
odczynnika
grupowego

Mg

2+

K

+

NH

4

+

Nie wytracają
osadów
za pomocą
poprzednio
wymienionych
odczynników

Ponieważ H

2

S stosowany w jako odczynnik

grupowy dla grupy II i III jest uciążliwy

zapachowo i trudny do przechowywania, stosuje

się trwały roztwór amidu kwasu tiooctowego

(AKT).

Amid kwasu tiooctowego (AKT)
po ogrzaniu w obecności HCl wytwarza H

2

S

(odczynnik grupowy grupy II),
a ogrzewany w obecności NH

4

OH wytwarza

rozpuszczalną i zdysocjowaną w roztworze

wodnym sól (NH

4

)

2

S – odczynnik grupowy

grupy III.

Wzór AKT i jego przemian podczas ogrzewania (bez
bilansowania reakcji)

CH

3

C

NH

2

S

H

2

O/HCl

H

2

S

CH

3

COO

NH

4

NH

4

OH

NH

4

Cl

NH

4

2

S

2

CH

3

COO

NH

4

AKT

Zastosowanie w przypadku kationów grupy III dodatku NH

3

·H

2

O

( podawanego też dla ułatwienia zrozumienia działania tego

odczynnika jako NH

4

OH) jest niezbędne w celu zmniejszenia

kwasowości środowiska (sole kationów tej grupy, są solami

hydrolizującymi z odczynem kwaśnym), co ma ograniczyć

rozpuszczanie osadów powstających w reakcji tych kationów z

odczynnikiem grupowym.

Dodatek NH

4

Cl na etapie stosowania odczynników grupowych grupy

III i IV ma na celu zapobieżenie wydzieleniu się razem z kationami III

lub IV grupy kationu Mg

2+

, który w obecności NH

3

·H

2

O tworzy

nierozpuszczalny Mg(OH)

2

. Wodorotlenek magnezu jest rozpuszczalny

w NH

4

Cl.

MgCl

2

+ 2 NH

3

·H

2

O Mg(OH)

2

↓ + 2 NH

4

Cl

Mg(OH)

2

↓ + 2 NH

4

Cl

MgCl

2

+ 2 NH

3

·H

2

O

Zapis jonowy tych reakcji:
Mg

2+

+ 2 NH

3

·H

2

O Mg(OH)

2

↓ + 2NH

4

+

Mg(OH)

2

↓ + 2NH

4

+

Mg

2+

+ 2 NH

3

·H

2

O

Odczynniki specyficzne

Po przypisaniu kationu do odpowiedniej grupy na podstawie reakcji z

odczynnikiem grupowym wykonuje się reakcje charakterystyczne z

wykorzystaniem tzw. odczynników specyficznych pozwalających

zidentyfikować poszczególne kationy w ramach danej grupy.

W identyfikacji kationów, poza reakcjami chemicznymi można

wykorzystać także próby płomieniowe, polegające na pojawieniu

się zabarwienia płomienia palnika podczas ogrzewania w płomieniu

palnika badanej substancji (stałej lub kropli roztworu) umieszczonej

na druciku platynowym).

Zabarwienie płomienia w obecności wybranych kationów podano
poniżej:

Symbol
kationu

Barwa płomienia

Cu

2+

niebieskozielona lub zielona

Ba

2+

jasnozielona lub żółtozielona

Ca

2+

ceglastoczerwona

K

+

różowa lub różowofioletowa

Uwaga:

Próby płomieniowe, stanowią jedynie dodatkowe potwierdzenie
obecności danego kationu wykrytego na drodze odpowiedniej reakcji
charakterystycznej.
Nie należy opierać identyfikacji kationu jedynie na wykonaniu próby
płomieniowej. Wynik tej próby może okazać się zawodny w
przypadku braku doświadczenia osoby wykonującej analizę, (dotyczy
to zwłaszcza wykonywania analizy roztworu o niskim stężeniu
wykrywanego kationu, kiedy zaobserwowanie barwy płomienia może
być trudne, lub przypadku niedokładnego oczyszczenia drucika
platynowego).

Odczynniki specyficzne

Odczynnikami specyficznymi stosowanymi w analizie kationów są:
NaOH,
NH

3

·H

2

O

K

4

[Fe (CN)

6

], heksacyjnanożelazian (II) potasu

K

2

Cr

2

O

7

, chromian (VI) potasu

(NH

4

)

2

C

2

O

4

,szczawian amonu

KI, jodek potasu

H

2

SO

4

, kwas siarkowy (VI)

HClO

4

, kwas chlorowy (VII)

AgNO

3

,azotan (V) srebra

odczynik Nesslera K

2

[HgI

4

] zasadowy roztwór tetrajodortęcianu (II)

potasu

Podczas ćwiczeń nie będziemy wykonywali systematycznej analizy
kationów z uwagi na wskazania zdrowotne i środowiskowe.
Ograniczymy się do poznania reakcji wybranych kationów
(zaznaczonych na schemacie kolorem czerwonym) oraz zastosujemy
uproszczony sposób analizy kationów (opisany w podręczniku
„Ćwiczenia laboratoryjne z chemii nieorganicznej i analitycznej” rozdział 3.1

str.36-43) .

Podstawą analizy będzie wykorzystanie efektów reakcji wybranych
kationów z roztworem NaOH.
W przypadku braku możliwości rozróżnienia poszczególnych kationów
między sobą tylko w oparciu o reakcję z roztworem NaOH (kationy te
mogą dawać jednakowe efekty wizualne w reakcji z tym odczynnikiem)
wykorzystamy reakcje specyficzne, pozwalające na odróżnienie tych
kationów od siebie.
Szczegółowy sposób postępowania podczas analizy kationów
(oraz wykonania zadania kontrolnego) zostanie przedstawiony na
ćwiczeniach.

Materiał dotyczący uproszczonej analizy kationów będzie obowiązywał na

kolokwium.

Osoby zainteresowane klasyczną analizą kationów, mogą bliżej
zapoznać się ze sposobem prowadzenia takiej analizy korzystając
z materiału zawartego w podręczniku

„

Ćwiczenia laboratoryjne z chemii nieorganicznej

i analitycznej” rozdział 3.1 str.44-47) .

Materiał dotyczący pełnej klasycznej analizy kationów jest materiałem

dodatkowym dla zainteresowanych i nie będzie przedmiotem pytan
na kolokwium.