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 sÄ…:
HCl (grupa I),
H2S w obecności HCl (grupa II),
H2S w obecności NH3 . H2O i NH4Cl (grupa III),
NH4CO3 w obecności NH3 . H2O i NH4Cl ( grupa IV),
jeżeli w toku systematycznej analizy nie powstaje osad z
podanymi odczynnikami grupowymi, to kation należy do
grupy V.
Nr Odczynnik Kationy należące Skład i barwa Rozpuszczalność
osadu
grupy grupowy do danej grupy osadu
tworzonego
z odczynnikiem
grupowym
Osady
I HCl Ag+ AgCl biały
nierozpuszczalne w
Pb2+ PbCl2 biały
H2O i w
Hg2 2+ Hg2Cl2biały
rozcieńczonych
HCl i HNO3
Osady
II H2S Cu2+ CuS czarny
nierozpuszczalne w
w obecności Hg2+ HgS czarny
H2O i w rozcieńczonym
HCl
As3+ As2S3 żółty
HNO3 (na zimno)
Osady
III H2S Al3+ Al(OH)3biały
nierozpuszczalne w
w obecności Zn2+ ZnS biały
H2O, rozpuszczalne w
NH3 . H2O i Fe2+ FeS czarny
rozcieńczonych
NH4Cl
Fe3+ Fe2S3 czarny
kwasach
Mn2+ MnS cielisty
Co2+ CoS czarny
Nr Odczynnik Kationy należące Skład i barwa Rozpuszczalność
osadu
grupy grupowy do danej grupy osadu
tworzonego
z odczynnikiem
grupowym
Osady
IV (NH4)2CO3 Ba2+ BaCO3 biały
nierozpuszczalne w
w obecności Ca2+ CaCO3 biały
H2O, rozpuszczalne w
NH3 . H2O i
rozcieńczonych
NH4Cl
kwasach
VBrak Mg2+ Nie wytracajÄ…
odczynnika osadów
K+
grupowego za pomocÄ…
NH4+
poprzednio
wymienionych
odczynników
Ponieważ H2S 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 H2S
(odczynnik grupowy grupy II),
a ogrzewany w obecności NH4OH wytwarza
rozpuszczalnÄ… i zdysocjowanÄ… w roztworze
wodnym sól (NH4)2S  odczynnik grupowy
grupy III.
Wzór AKT i jego przemian podczas ogrzewania (bez
bilansowania reakcji)
H2S
CH3COO NH4
S
H2O/HCl
CH3C
NH2
AKT
NH4 S2
2 CH3COO NH4
NH4OH
NH4Cl
Zastosowanie w przypadku kationów grupy III dodatku NH3·H2O
( podawanego też dla ułatwienia zrozumienia działania tego
odczynnika jako NH4OH) 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 NH4Cl na etapie stosowania odczynników grupowych grupy
III i IV ma na celu zapobieżenie wydzieleniu się razem z kationami III
lub IV grupy kationu Mg2+ , który w obecnoÅ›ci NH3·H2O tworzy
nierozpuszczalny Mg(OH)2. Wodorotlenek magnezu jest rozpuszczalny
w NH4Cl.
MgCl2 + 2 NH3·H2O Mg(OH)2 “! + 2 NH4Cl
Mg(OH)2 “! + 2 NH4Cl MgCl2 + 2 NH3 ·H2O
Zapis jonowy tych reakcji:
Mg2+ + 2 NH3·H2O Mg(OH)2 “! + 2NH4+
Mg(OH)2 “! + 2NH4+ Mg2+ + 2 NH3 ·H2O
Odczynniki specyficzne
Po przypisaniu kationu do odpowiedniej grupy na podstawie reakcji z
odczynnikiem grupowym wykonuje siÄ™ 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 Barwa płomienia
kationu
niebieskozielona lub zielona
Cu2+
jasnozielona lub żółtozielona
Ba2+
ceglastoczerwona
Ca2+
różowa lub różowofioletowa
K+
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,
NH3 ·H2O
K4[Fe (CN)6], heksacyjnanożelazian (II) potasu
K2Cr2O7, chromian (VI) potasu
(NH4)2C2O4,szczawian amonu
KI, jodek potasu
H2SO4, kwas siarkowy (VI)
HClO4, kwas chlorowy (VII)
AgNO3,azotan (V) srebra
odczynik Nesslera K2 [HgI4] 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.