Chemiczna analiza jakościowa związków nieorganicznych

Klasyczna chemiczna analiza jakościowa związków nieorganicznych to przede wszystkim analiza jonów występujących
w roztworze. Do roztworu dodaje się różnych odczynników i obserwuje się zmiany koloru roztworu, wytrącanie osadów, oraz inne charakterystyczne reakcje, które świadczą o obecności pewnych jonów oraz grup jonów.

W skład klasycznej analizy jakościowej wchodzi też barwienie płomienia palnika. Różne jony barwią płomień na różne i zwykle łatwo rozróżnialne kolory.

Ze względu na właściwości jony zostały pogrupowane w grupy. Zwykle najpierw określa się występowanie w roztworze jonów danej grupy, a dopiero po stwierdzeniu że występują przystępuje się do testów na obecność konkretnych jonów.

Podziały na grupy różnią się nieznacznie u różnych autorów. Ponieważ grupy są wydzielone na podstawie zachodzących reakcji, większość rzadziej występujących jonów można z łatwością przyporządkować do którejś z istniejących grup po przeprowadzeniu zaledwie kilku reakcji.

Wykrywanie kationów

Kationy zostały podzielone na 5 grup. Do roztworu dodaje się odpowiedni odczynnik grupowy. Jeśli nastąpiło strącenie osadu, oznacza to że jakieś kationy z danej grupy są obecne w roztworze.

Po wykryciu kationów z danej grupy dalsze reakcje to zwykle alkalizacja roztworu, dodanie amoniaku oraz barwienie płomienia. W pewnych przypadkach użyteczne może być też odbarwianie MnO₄^-.

I grupa kationów

Pierwsza grupa kationów zawiera Ag⁺, Pb²⁺ i Hg₂²⁺.

Chlorki tych kationów są nierozpuszczalne i białe, podczas gdy prawie wszystkie inne chlorki są dobrze rozpuszczalne w wodzie. Odczynnikiem grupowym jest więc kwas solny.

Poszczególne jony można rozróżnić po kolorach różnych ich soli. Np. fosforan srebra jest żółty, podczas gdy fosforany Pb²⁺
i Hg₂²⁺ są białe.

II grupa kationów

Druga grupa to Cd²⁺, Bi³⁺, Cu²⁺, As³⁺, As⁵⁺, Sb³⁺, Sb⁵⁺, Sn²⁺, Sn⁴⁺ oraz Hg²⁺.

Tworzą one siarczki nierozpuszczalne w wodzie i w kwasach. Odczynnikiem grupowym może być dowolne źródło anionów S^2-
w środowisku kwaśnym, przy czym najwygodniejszym jest AKT (CH₃CSNH₂) w środowisku rozcieńczonego HCl.

III grupa kationów

Trzecia grupa to Zn²⁺, Ni²⁺, Co²⁺, Mn²⁺, Fe²⁺, Fe³⁺, Al²⁺ oraz Cr²⁺.

Tworzą one siarczki nierozpuszczalne w wodzie, ale rozpuszczalne w kwasach. Podobnie jak w grupie II, odczynnikiem grupowym może być dowolne źródło anionów S^2- w środowisku obojętnym lub słabo zasadowym. Często stosuje się AKT (CH₃CSNH₂) w środowisku bufora amonowego.

IV grupa kationów

Czwarta grupa to Ca²⁺, Sr²⁺ i Ba²⁺.

Tworzą one nierozpuszczalne w wodzie węglany. Odczynnikiem grupowym jest więc węglan amonu. Ponieważ węglany kationów grup I, II i III są również nierozpuszczalne, należy je najpierw oddzielić.

Bardziej specyficzną reakcją jest strącanie siarczanów.

Siarczany baru i strontu są bardzo słabo rozpuszczalne, a siarczan wapnia słabo choć o rząd wielkości lepiej niż dwa pozostałe. Przewagą tej metody jest dobra rozpuszczalność kationów grup II i III. Wciąż jednak przeszkadzają kationy grupy I, w szczególności Pb²⁺.

Najłatwiej rozróżnić je metodą barwienia płomienia palnika, o ile w roztworze nie występują kationy grupy V:

• Ca²⁺ barwi płomień na ceglasto-czerwony

• Sr²⁺ barwi płomień na karminowo-czerwony

• Ba²⁺ barwi płomień na żółto-zielony

V grupa kationów

W skład tej grupy wchodzą Mg²⁺, Li⁺, Na⁺, K⁺ oraz NH4⁺, przy czym właściwości Mg²⁺ odbiegają trochę od właściwości innych kationów tej grupy.

Kationy tej grupy nie tworzą prawie żadnych trudno rozpuszczalnych związków, grupa ta nie ma więc żadnego odczynnika grupowego.

NH₄⁺ w środowisku zasadowym wydziela charakterystyczny zapach amoniaku. Mg²⁺ w środowisku zasadowym tworzy galaretowaty wodorotlenek magnezu.

Pozostałe jony trudno rozróżnić metodami chemicznymi i zwykle stosuje się w tym celu barwienie płomienia palnika:

• Li⁺ barwi płomień na intensywny wiśniowo-czerwony

• Na⁺ barwi płomień na intensywny żółty

• K⁺ barwi płomień na słaby różowo-fioletowy. Można wykorzystać też wytrącanie z ClO₄^-, z którym K⁺
  w przeciwieństwie do Li⁺ ani Na⁺ tworzy z tym anionem biały osad.

Wykrywanie anionów

Aniony zostały podzielone na 7 grup. Nie ma tu niestety prostych odczynników grupowych.

Grupy zostały wydzielone w zależności od osadów powstających w reakcjach z kationami z IV grupy kationów (przede wszystkim Ba²⁺) oraz Ag⁺.

Testy na konkretne kationy to zakwaszanie roztworu oraz odbarwianie MnO₄^-.

I grupa anionów

Pierwsza grupa anionów to Cl^-, Br^-, I^-, S^2-, CN^-, SCN^- oraz Fe(CN)₆^4-.

Aniony I grupy tworzą z Ag⁺ białe osady nierozpuszczalne w rozcieńczonym kwasie azotowym.

Nie tworzą one osadu z Ba²⁺.

W środowisku kwaśnym z roztworów zawierających CN^- oraz S^2- wydziela się gaz o charakterystycznym zapachu. Jest to odpowiednio HCN o zapachu migdałów oraz H²S o zapachu zgniłych jaj.

Uwaga: kwas cyjanowodorowy jest silną trucizną, należy więc zachować dużą ostrożność przy doświadczeniach z nim

Fe³⁺ zabarwia roztwór zawierający SCN^- na kolor krwistoczerwony.

II grupa anionów

Druga grupa anionów to NO₂^- i CH₃COO^-.

Podobnie jak aniony grupy I tworzą one białe osady z Ag⁺, nie tworzą natomiast osadów z Ba²⁺. Można je jedna odróżnić po tym, że osady z Ag⁺ rozpuszczają się w rozcieńczonym kwasie azotowym.

CH₃COO^- w środowisku kwaśnym wydziela charakterystyczny zapach octu i nie odbarwia MnO₄^-.

NO₂^- natomiast odbarwia MnO₄^- (utleniając się do NO₃^-) i wydziela w środowisku kwaśnym tlenki azotu.

III grupa anionów

Trzecia grupa anionów to SO₃^2-, CO₃^2-, C₂O₄^2- oraz BO₂^-.

Podobnie jak aniony II grupy tworzą z Ag⁺ osady nierozpuszczalne w rozcieńczonym kwasie azotowym.

W przeciwieństwie do nich tworzą białe osady z Ba²⁺.

W środowisku kwaśnym CO₃^2- bardzo intensywnie rozkłada się z wydzieleniem dwutlenku węgla, który zmętnia wodę wapienną. Wydzielający się gaz nie ma zapachu. Ze względu na dużą intensywność rozkładu tworzą się bąbelki i może dojść nawet do powstania piany.

SO₃^2- również rozkładają się w środowisku kwaśnym z wydzieleniem dwutlenku siarki, jednak zachodzi to znacznie wolniej. Dwutlenek siarki ma ostry, duszący zapach. SO₃^2- odbarwia MnO₄^- utleniając się do SO₄^2-.

IV grupa anionów

Czwarta grupa to PO₄^3-, AsO₄^3-, AsO₃^3-, S₂O₃^2- oraz CrO₄^2-.

Podobnie jak aniony III grupy tworzą one osady z Ag⁺ oraz Ba²⁺.

Ich osady z Ba²⁺ są białe (z wyjątkiem CrO₄^2-, który daje osad żółty) i rozpuszczalne w rozcieńczonym kwasie azotowym.

Ich osady z Ag⁺ są barwne.

V grupa anionów

Piąta grupę stanowią NO₃^- oraz MnO₄^-.

Nie tworzą one prawie żadnych osadów. Przede wszystkim nie tworzą one osadów z Ag⁺ ani Ba²⁺.

MnO₄^- można poznać po intensywnym fioletowym zabarwieniu, które znika po dodaniu reduktora.

NO₃^- można wykryć za pomocą próby obrączkowej.

VI grupa anionów

Szóstą grupę tworzą SO₄^2- oraz F^-.

Tworzą one osady z Ba²⁺, nie tworzą natomiast osadów z Ag⁺.

SO₄^2- w przeciwieństwie do F^- tworzy osad z Pb²⁺.

VII grupa anionów

Siódmą grupę anionów stanowi jedynie SiO₃^2-.

W środowisku kwaśnym tworzy on charakterystyczny żel krzemionkowy, o galaretowatej konsystencji, przez co łatwo go rozpoznać.

Tworzy też osady z Ag⁺ i Ba²⁺.

SiO₃^2- nie odbarwia MnO₄^-.

Zarys chemicznej analizy ilościowej związków nieorganicznych

Metody tradycyjne

miareczkowanie

Metoda polega na porcjowaniu titranta czyli odczynnika o ściśle znanym stężeniu (dokładność 10 ^-4 mol/dm³) do odmierzonej objętości roztworu substancji o nieznanym stężeniu. Równanie reakcji pomiędzy substancjami chemicznymi jest ściśle określone i pozwala na obliczenie nieznanego stężenia substancji. Punkt końcowy reakcji tak zwany punkt równoważnikowy identyfikuje się odpowiednimi metodami - np. wskaźnikami pH w alkacymetrii.

analiza spaleniowa

Po spaleniu próbki należy zważyć lub zmierzyć objętość produktów reakcji i na podstawie stechiometrii reakcji spalania
i wzorów produktów reakcji można ustalić wzór elementarny spalanej substancji. Aby odtworzyć wzór rzeczywisty należy porównać wzór elementarny z wyznaczoną inną metodą masą molową.

Metody spektroskopowe: NMR, IR, spektroskopia mas

spektroskopia mas

Służy do pomiaru mas atomowych cząsteczek i fragmentów na, które rozpada się cząsteczka podczas bombardowania wiązką elektronów. Wiązka jest przyśpieszana i analizowana (odchyleniu w polu ulegają molekuły o różnym stosunku masy do ładunku).

NMR- Magnetyczne Rezonans Jądrowy

U podstaw tej metody leży absorpcja promieniowania elektromagnetycznego o częstotliwości ultrakrótkich fal radiowych (20 - 1000 MHz) przez jądra niektórych pierwiastków umieszczonych w silnym polu magnetycznym. Częstotliwość absorbowanego promieniowania zależy od „otoczenia chemicznego” czyli z jakimi atomami i grupami funkcyjnymi jest połączony. Piki wykazują charakterystyczne rozszczepienie na tyle linii ile wynosi liczba sąsiadujących atomów wodoru + 1. Sumaryczne pole pod pikami jest proporcjonalne do ilości danych atomów wodoru w poszczególnych grupach.

IR - Spektrometria w podczerwieni (odcisk palca)

Istotą spektrometrii w podczerwieni jest badanie absorpcji promieniowania podczerwonego przez cząsteczki związków chemicznych. Częściej korzysta się z odwrotności długości fali czyli liczb falowych, wyrażanych w cm³. Dostarcza informacji na temat grup funkcyjnych w związku chemicznym. Opracowano tabele, na podstawie których można ustalić jakie grupy wchodzą
w skład związku.

Funkcje biologiczne pierwiastków

Wodór

• bierze udział w procesie utleniania biologicznego, reguluje procesów biochemicznych.

Azot

• wchodzi w skład białek kwasów nukleinowych, niektórych tłuszczów, pochodnych węglowodorów, tłuszczów.

Sód

• pobudza organizm, reguluje gospodarkę wodną, odpowiada za utrzymanie równowagi płynów ustrojowych, wpływa na równowagę kwasowo-zasadową

Magnez

• składnik zębów i kości, bierze udział w przewodnictwie nerwowym i skurczach mięśni

• budowa kości i zębów

• stabilizuje nadpobudliwość systemu nerwowego i mięśniowego

Potas

• odpowiedzialny za ciśnienie osmotyczne, odgrywa dużą rolę w przewodnictwie nerwowym, reguluje gospodarkę wodną, odpowiada za utrzymanie równowagi płynów ustrojowych, wpływa na równowagę kwasowo-zasadową

• przy niedoborze występuje trzepotanie przedsionków, serca zatrzymuje się w rozkurczu

• reguluje gospodarka wodną organizmu, przeciwdziała odwodnieniu komórek zatrzymuje ją w ich wnętrzu

• umożliwia funkcjonowanie komórek nerwowych i mięśniowych współdziała z
  jako jego antygen

• aktywizuje białkową i węglowodorową przemianę materii

Wapń

• składnik kości i zębów, bierze udział w skurczach mięśni i krzepliwości krwi

• powoduje ucieczkę wody z komórek do przestrzeni międzykomórkowej, przy nadmiarze serce zatrzymuje się w skurczu

• niezbędny w funkcjonowaniu komórek nerwowych i mięśniowych (bez
  mięśnie nie będą się kurczyć)

• jest aktywatorem wielu reakcji podczas procesu przemiany materii

Fosfor

• składnik kości i zębów, tkanki mózgowej, kwasów nukleinowych

• umożliwia proces pozyskiwania i przetwarzania energii(ATP)

Siarka

• składnik białek

Chlor

• odpowiada za ciśnienie osmotyczne, reguluje gospodarkę wodną, odpowiada za utrzymanie równowagi płynów ustrojowych, wpływa na równowagę kwasowo-zasadową. Podchloryn sodowy używany jest w stomatologii jako środek bakteriobójczy.

Chrom

• niedobór zwiększa ryzyko cukrzycy i powoduje podniesienie poziomu cholesterolu we krwi

Mangan

• aktywator i składnik wielu enzymów

Żelazo

• składnik hemoglobiny i mioglobiny oraz enzymów oddechowych

• bierze udział w transporcie tlenu we krwi(ok. 70% żelaza w organizmie znajduje się w hemoglobinie), poprawne nazwanie: krew natleniona lub utlenowana ponieważ pojęcie utleniona, to
  , nie pełni funkcji biologicznych.

Kobalt

• składnik witaminy B12

Miedź

• składnik wielu enzymów, w tym enzymu niezbędnego do syntezy melaniny

• bierze udział w reakcjach rozkładu oraz w usuwaniu produktów przemiany materii

• niezbędny przy budowie tkanek łącznych

• wspomaga transport żelaza, u mięczaków w hemoglobinie zamiast żelaza, krew jest wtedy niebieska

Cynk

• składnik ogromnej ilości enzymów

• bierze udział w białkowej i węglowodorowej przemianie materii

• stabilizuje błony komórkowe

• wspiera magazynowanie insuliny

Molibden

• składnik enzymów

Fluor

• składnik zębów i kości, przeciwdziała próchnicy, nadaje zębom trwałość

• zwiększa wytrzymałość kości i zębów podnosi twardość zębiny, hamuje rozwój bakterii w jamie ustnej

• poprawi przyswajalność żelaza chroniąc przed anemią

Selen

• składnik enzymów

Jod

• składnik hormonów tarczycy

• konieczny do produkcji i aktywacji tyroksyny, która jest forma wstępną hormonów tarczycy, przy niedoborze choroba: kretynizm (niedorozwój umysłowy)

Iwona K®ól - nauczyciel chemii VIII LO

„Notatki ucznia”

4

---