Analiza nieorganiczna jakościowa

Służy określeniu składu próbki.

Analiza elementalna: jakie pierwiastki są zawarte w próbce. Często tą samą nazwą określa się też ilościowe wyznaczanie zawartości poszczególnych pierwiastków.

Analiza klasyczna: skład próbki wyznaczamy drogą chemiczną.

Analiza fizykochemiczna - najczęściej korzystamy z me­tod instrumentalnych, np.:

spektroskopia atomowa (absorpcyjna i emisyjna)

spektroskopia molekularna (UV-VIS, IR i in.)

metody elektrochemiczne (np. polarografia)

Klasyczna analiza nieorganiczna jakościowa. Pojęcia podstawowe

Granica wykrywalności: najmniejsza ilość jonów (w mo­lach, gramach itp.), jaką można wykryć w próbce.

Czułość (odczynnika, reakcji analitycznej): określona jest przez dwie wielkości:

minimum wykrywalne - najmniejsza ilość jonów w próbce, jaką można jeszcze wy­kryć. Zwykle (w me­todach półmikro) od 50 do 0.001 g;

stężenie graniczne - stosunek (zwykle wagowy) jonu wykrywanego do próbki, przy którym można jeszcze ten jon wykryć. Jest ono zwykle < 1 : 1 000, sięga niekiedy 1 : 50 000 000.

Odczynnik specyficzny: taki, który w określonych warunkach daje reakcję z jednym tylko jonem (reakcję specyficzną). Pozwala to wykryć ten jon wśród innych bez rozdziału.

Odczynnik grupowy: wytrąca pewną kategorię jonów, co pozwala oddzielić je od pozostałych.

Odczynnik charakterystyczny danego jonu: pozwala wykryć dany jon wśród innych, należących do tej samej grupy analitycznej.

Klasyczna analiza nieorganiczna jakościowa. Podział kationów na grupy analityczne

Systematyczna analiza jakościowa kationów opiera się na ich podziale na grupy analityczne. Każda z nich posiada odpowiedni odczynik grupowy.

Istnieje kilka schematów rozdziału kationów. Poniższy nazywamy siarczkowym.

Grupa	Odczynnik grupowy	Jony wykrywane	Skład osadu
I	2-3 M HCl	Ag+, Hg22+, Pb2+	chlorki
II	H2S lub tioacetamid* w 0.3 M HCl	Pb2+ (część), Hg2+, Bi3+, Cu2+, Cd2+, Sn2+, Sn4+, As(III), As(V), Sb(III), Sb(V)	siarczki; siarkosole; tlenosole
III	H2S lub tio­acetamid* w buforze amo­nia­kal­nym	Ni2+, Co2+, Fe2+, Fe3+, Mn2+, Zn2+, Al3+, Cr3+	siarczki: Ni, Co, Fe, Mn, Zn; wodorotlen­ki: Al, Cr
IV	(NH4)2CO3 w bu­forze amo­nia­kal­nym	Ba2+, Sr2+, Ca2+	węglany
V	nie ma	Li+, Na+, K+, NH4+	nie ma osadu

* tioacetamid - amid kwasu tiooctowego, CH3C(NH2)S; ko­lo­rem czerwonym wyróżniono podgrupę IIA (siarczki nierozpuszczalne w KOH w obecności H2O2).

Klasyczna analiza nieorganiczna jakościowa Analiza kationów III grupy analitycznej. Metoda siarczkowa

1. Sprawdzamy obecność jonów NH₄⁺.

2. Dodajemy NH₃^.H₂O do stężenia 0.1 M, NH₄Cl do stężenia 1 M i (NH₄)₂S. Ogrzewamy przez ok. 10 minut. Podwyższona temperatura

a/ przeprowadza CoS_ i NiS_ w trudnorozpuszczalne formy ;

b/ sprzyja powstawaniu osadów łatwych do sączenia i wirowania.

NH₄⁺ + S^2- + H₂O ⇔ NH₃^.H₂O + HS^- (1)

W celu przesunięcia równowagi reakcji w lewo dodajemy NH₃^.H₂O. Ale

NH₃^.H₂O ⇔ NH₄⁺ + OH^- (2)

Co może spowodować przekroczenie IR_Mg(OH)2=10^-10.7

Dlatego potrzebny jest NH₄Cl:

NH₄Cl ⇒ NH₄⁺ + Cl^- (3)

który przesuwa równowagę reakcji w lewo.

Dodany NH₄Cl, jako elektrolit, przeszkadza w pow­sta­wa­niu koloidalnych wodorotlenków Al(OH)₃ i Cr(OH)₃, a także koloidalnych siarczków pozostałych kationów grupy III.

Dodatkowo dodatek NH₄Cl obniża pH roztworu tak dalece, że ewentualne wytrącenie węglanów grupy IV staje się niemożliwe. Wiemy bowiem, że NH₄^.H₂O chłonie CO₂:

2NH₃^.H₂O + CO₂ ⇒ (NH₄)₂CO₃ + H₂O

Produkt ten dysocjuje (całkowicie):

(NH₄)₂CO₃ ⇒ 2NH₄⁺ + CO₃^2-

Mogłyby więc wytrącić się (częściowo) BaCO₃, CaCO₃ i SrCO₃.

Klasyczna analiza nieorganiczna jakościowa Analiza kationów III grupy analitycznej. Metoda amoniakalna

1. Sprawdzamy obecność jonów NH₄⁺.

2. K₃[Fe(CN)₆] wykrywamy za pomocą jonów Fe²⁺: utleniamy go najpierw HNO₃:

3Fe³⁺ + NO₃^- ⇒ 3Fe³⁺ + NO + 2H₂O

3. Roztwór ogrzewamy do wrzenia.

4. Dodajemy NH₃^.H₂O i NH₄Cl (pH≈8). W tych warunkach wytrąci się Al(OH)₃ i Cr(OH)₃, ale nie zostanie przekroczony IR_Mn(OH)2=10^-12.7. Jony Mn²⁺ pozostaną w roztworze.

Klasyczna analiza nieorganiczna jakościowa Analiza kationów IV i V grupy analitycznej

Próbka może zawierać osad (np. CaSO₄): sprawdzić jego rozpuszczalność dodając rozc. HCl.

Jeśli się rozpuszcza: brak siarczanów Ba i Sr.

Jeśli nie: wytrącić całkowicie siarczany za pomocą (NH₄)₂SO₄. Wcześniej sprawdzić obecność NH₄⁺.

Jeśli roztwór jest klarowny: sprawdzić obecność NH₄⁺ (KOH lub NaOH, K₂[HgI₄] - odczynnik Nesslera, Hg₂(NO₃)₂).

Dlaczego do oddzielenia kationów IV grupy używamy (NH₄­)₂CO₃? Użycie innej soli wprowadziłoby kationy takie, jak K⁺ czy Na⁺, uniemożliwiając ich wykrycie w dalszej analizie.

Dlaczego temperatura powinna wynosić 60^o? Wodny roztwór (NH₄)₂CO₃ zawiera nieco karbaminianu amonu NH₂COONH₄ i NH₄HCO₃, które w tej temperaturze ulegają rozkładowi:

NH₂COONH₄ + H₂O ⇒ (NH₄)₂CO₃

Temperatura >60^o może rozłożyć lotny (NH₄)₂CO₃ i do ulatniania się NH₃ z buforu.

Jeśli analizę grupy IV prowadzimy po oddzieleniu grupy III, należy usunąć nadmiar soli amonowych. Dodajemy HCl i odparowujemy roztwór do sucha, do odpędzenia lotnych soli amonowych.

Sole amonowe ulegają hydrolizie:

NH₄⁺ + 2H₂O ⇔ NH₃^.H₂O + H₃O⁺

zakwaszając roztwór. Może to prowadzić do utworzenia jonów HCO₃^2-. Nie wytrącą się wtedy węglany IV grupy analitycznej.

Ponadto, odparowując zakwaszony roztwór po oddzieleniu III grupy usuwamy H₂S, który pod wpływem tlenu a powietrza może się utlenić do SO₄^2- i wytrącić siarczany Ba i Sr.

© J. Gliński, w. 3, p. 3

---