Chemia analityczna pytanie 2) jakie odczynniki i w jakich warunkach umożliwiają rozdzielenie kationów na poszczególne grupy analityczne?

Klasyczny podział kationów wg Freseniusa obejmuje 5 grup które są oddzielane kolejno w toku systematycznej analizy jakościowej.Kationy gr1 strąca się w postaci trudno rozpuszczalnych chlorków, grupu 2i3 w postaci siarczków, grupa4 w postaci węglanów. Kationy gr 5 pozostają w przesączu po oddzieleniu pozostałych grup. Systematyczny bieg analizy polega na kolejnym oddzielaniu lub stwierdzaniu nieobecności całych grup jonów za pomocą odczynników grupowych.

GRUPA 1(grupa kwasu solnego)

Kationy Ag^2+,Hg₂ ^2+, Pb^2+,Tl⁺

Obejmuje kationy, które w środowisku kwaśnym tworzą z jonami chlorkowymi trudno rozpuszczalne chlorki.

Warunki:

- Strącanie wykonuje się na zimno ze względu na znaczną rozpuszczalność chlorków ołowiu i talu które nie wytrąciłyby się z gorącego roztworu.

- zachowanie odpowiedniego stężenia kwasu solnego (2-3molowy)

Zbyt duże stężenie HCl-u może spowodować częściowe rozpuszczenie powstałego osadu chlorków.

Zbyt mało kwaśne środowisko może powodować wytrącanie się osadów oksosoli antymonu SbClO lub bizmutu BiClO, które rozpuszczają się w niedużym nadmiarze kwasu.

Przesączu pozostają kationy grup 2-5.

GRUPA2

Kationy Hg2+,Pb2+,Bi3+,Cu2+,Cd2+,Sb2+5+,Sn2+4+

Do wytrącania siarczków grupy 2 i 3 stosuje się amid kwasu tioctowego CH3CSNH2 ( tioacetamid, AKT), a raczej jego roztwór wodny o stężeniu 0,5mol/l. Odczynnik ten rozkładając się w roztworze badanym w warunkach reakcji wytwarza siarkowodór.

Rozdzielenie kationów 2 i 3 grupy opiera się na różnicy iloczynów rozpuszczalności siarczków metali obu grup. Siarczki kationów gr 3 są łatwiej rozpuszczalne( mają znacznie większe iloczyny rozpuszczalności) niż trudniej rozpuszczalne siarczki kationów gr2. Czynnikiem decydującym o procesie strącania siarczków jest stężenie jonów S 2- pochodzące z dysocjacji siarkowodoru. Przy strącaniu siarczków gr2 stężenie jonów S2- musi być mniejsze niż przy strącaniu siarczków 3gr. Stężenie jonów S2- można zmieniać regulując kwasowość roztworu z którego strąca się siarczki metali.

Warunki:

-Wytrącanie siarczków kationów gr 2 należy prowadzić w środowisku słabo kwaśnym(pH roztworu ~`0,5). Aby zwiększyć kwasowość roztworu używa się roztwór HCl (2 mol/l) , aby zmniejszyć kwasowość roztwór NH3(1:1).

-Po ustaleniu odpowiedniej kwasowości roztworu dodaje się tioacetamid i ogrzewa się roztwór do 90 oC. Wytrącają się siarczki wszystkich kationów z gr.2 oprócz siarczków arsenu.

-Po oddzieleniu wydzielonych siarczków do roztworu dodaje się stężonego HCl, tak aby pH obniżyło się do ~ 0,3, dodaje się ponownie AKT i ogrzewa - wytrącają się siarczki arsenu.

W przesączu pozostają kationy grup 3-5.

Do rozdzielenia siarczków gr 2 na podgrupy 2 A i 2B wykorzystuje się fakt że siarczki podgrupy 2B mają charakter amfoteryczny( o przeważającym charakterze kwasowym) i rozpuszczają się w zasadach w przeciwieństwie do siarczków podgrupy 2A (o charakterze zasadowym) Rozdział ten prowadzi się za pomocą KOH z dodatkiem H2O2.

GRUPA3

Kationy: Fe2+3+,Co2+,Ni2+,Mn2+,Zn2+,Al3+,Cr3+.

Kationy strącane są przez jony siarczkowe z roztworu słabo alkalicznego w postaci siarczków lub wodorotlenków.

Odczynnikiem grupowym powodującym wytrącanie siarczków (lub wodorotlenków) grupy 3 jest siarczek amonu lub tioacetamid w środowisku buforu amonowego.

Stosuje się podział na podgrupy

3A: Fe2+3+,Co2+,Ni2+,Mn2+,Zn2+(kationy strącają się w postaci siarczków)

3B:Al3+,Cr3+ (strącają się w postaci wodorotlenków dlatego bo siarczki glinu i chromu mogą powstawać tylko w warunkach bezwodnych i w wysokiej temp)

Warunki:

-Podczas strącania siarczków gr3 stężenie jonów S2- wytwarzanych przez odczynnik grupowy musi być znacznie większe niż podczas wytrącania siarczków gr2. Odpowiednie do wytrącania siarczków 3 gr stężenie jonów S2- uzyskuje się w środowisku słabo zasadowym. Takie środowisko zapewnia roztwór amoniaku z dodatkiem NH4Cl (buforu amonowego).

-Po dodaniu AKT roztwór ogrzewa się. Wytrącają się osady siarczków i wodorotlenków.

W roztworze pozostają kationy grupy 4i5.

GRUPA4(grupa węglanu amonu)

Kationy: Ca2+,Sr2+,Ba2+

Obejmuje kationy strącane przez węglan amonu z roztworu obojętnego lub słabo alkalicznego (zawierającego roztwór amoniaku i chlorek amonu) w postaci białych trudno rozpuszczalnych osadów - węglanów.

Warunki:

-Przed strącaniem węglanów należy usunąć z roztworu lotne sole amonowe (dodaje się HCl, a całość podgrzewa się, aby nie tworzyły się wodorowęglany)

-dodaje się roztworu amoniaku aby zobojętnić roztwór i roztwór 20% (NH4)2CO3. Ciecz z osadem ogrzewa się do 60oC w łaźni wodnej.

GRUPA5

Kationy: NH4+,Mg2+,K+,Na+

Chlorki, siarczki i węglany kationów gr 5 rozpuszczalne są w wodzie. Grupa 5 nie posiada odczynnika grupowego. Kationy gr5 można wykrywać w oddzielnych probówkach stosując odpowiednie odczynniki.

Na początku bada się obecność NH4+ wykorzystując odczynnik Nesslera ( roztwór alkalizuje się NaOH lub KOH)

---