ANALIZA JAKOŚCIOWA KATIONÓW
Zakres materiału: znajomość podziału kationów na grupy analityczne wg Treadwella, reakcji charakterystycznych odczynników grupowych, reakcje charakterystyczne kationów
(z odczynnikami specyficznymi i selektywnymi)
Cel ćwiczeń: poznanie sposobu wykrywania podstawowych kationów, ich reakcji
z odczynnikami grupowymi i specyficznymi (reakcje charakterystyczne)
Wykonanie ćwiczenia:
Należy przeprowadzić reakcje charakterystyczne z odczynnikami grupowymi dla kationów zestawionych w Tabeli 1, w tym celu:
wybrać po jednym, dowolnym kationie z każdej grupy analitycznej i dodawać do niego odczynniki kolejnych grup (w oddzielnych probówkach), pamiętając
o zachowaniu środowiska reakcji
wyniki reakcji (obserwacje z przeprowadzonych doświadczeń) odnotować w Tabeli 2 (wytrącony osad znak „+”, brak osadu znak „−„)
w zeszycie laboratoryjnym napisać równania reakcji charakterystycznych (cząsteczkowo i jonowo) poszczególnych kationów z odczynnikami grupowymi
UWAGA! Do wykrywania jonów używa się możliwie małych ilości ( ok. 1ml) badanego roztworu kationu oraz niewielkich ilości odczynników (2-3 krople)
Tabela 1. Podział kationów na grupy analityczne wg Treadwella
Grupa |
Odczynnik grupowy |
Kationy |
Skład osadu |
Uwagi |
I |
HCl(rozc.) |
Ag+ Pb2+ |
AgCl PbCl2 |
chlorki
nierozp. w H2O |
II |
H2S lub CH3CSNH2 (AKT) |
Cu2+ Sn4+ |
CuS SnS2 |
siarczki |
III |
(NH4)2S lub CH3CSNH2 (AKT) w środowisku buforu amonowego (NH4Cl +NH4OH) |
Fe3+ Cr3+ Co2+ Mn2+ Al3+ Zn2+ |
Fe2S3 Cr(OH)3 CoS MnS Al(OH)3 ZnS |
siarczki lub wodortlenki nierozp. w H2O |
IV |
(NH4)2CO3 w środowisku buforu amonowego (NH4Cl +NH4OH) |
Ba2+ Sr2+ Ca2+ |
BaCO3 SrCO3 CaCO3 |
węglany nierozp. w H2O rozp. w rozc. kwasach |
V |
Brak |
NH4+ Mg2+ |
Brak |
sole rozp. w H2O |
Sprawdzanie działania odczynników grupowych cd.:
zmieszać po jednym, dowolnie wybranym, kationie z każdej grupy
do przygotowanej mieszaniny kationów dodawać kolejno odczynniki grupowe według schematu przedstawionego na rysunku 1 (każdy wytrącony osad należy odsączyć, sprawdzić całkowitość wytrącenia osadu i dodać kolejny odczynnik grupowy do przesączu)
Tabela 2. Wyniki reakcji charakterystycznych odczynników grupowych z kationami
Grupa analityczna |
Odczynnik grupowy |
||||
|
HCl(rozc.) |
H2S lub AKT (śr. kwaśne) |
(NH4)2S lub AKT (śr. buforu) |
(NH4)2CO3 |
|
I |
Ag+ |
|
|
|
|
|
Pb2+ |
|
|
|
|
II |
Cu2+ |
|
|
|
|
|
Sn4+ |
|
|
|
|
III |
Fe3+ |
|
|
|
|
|
Cr3+ |
|
|
|
|
|
Co2+ |
|
|
|
|
|
Mn2+ |
|
|
|
|
|
Al3+ |
|
|
|
|
|
Zn2+ |
|
|
|
|
IV |
Ba2+ |
|
|
|
|
|
Sr2+ |
|
|
|
|
|
Ca2+ |
|
|
|
|
V |
NH4+ |
|
|
|
|
|
Mg2+ |
|
|
|
|
Rysunek 1. Schemat rozdziału mieszaniny kationów na grupy
Uwagi do schematu:
(1) Obserwacje i testy wstępne, które mogą zasugerować obecność lub brak pewnych kationów (wnioski należy potwierdzić w toku dalszej analizy):
kolor i odczyn roztworu, występowanie ewentualnego zmętnienia lub osadu, test barwienia płomienia
test obecności kationów Fe3+ i NH4+ (bardzo ważny, ponieważ podczas rozdzielania kationów na grupy wprowadzamy do roztworu sole amonowe, a kation Fe3+ może ulegać redukcji)
Do analizy pobierać ok. 3ml roztworu
Podczas pracy dodawać jak najmniejsze objętości roztworów, aby nie rozcieńczać nadmiernie zadania, konieczne jest jednakże (przy rozdzielaniu kolejnych grup) sprawdzenie, czy kationy danej grupy zostały całkowicie wytrącone
Nie należy stosować dużego nadmiaru HCl, gdyż może powstawać anion PbCl42−
Wytrącenie siarczków II grupy za pomocą wody siarkowodorowej lub AKT należy prowadzić w roztworze słabo kwaśnym: 0,2-0,3-molowym (zazwyczaj po oddzieleniu I grupy przesącz ma taki odczyn, ale należy sprawdzić) - zapobiega to wytrąceniu siarczków grupy II (wraz ze wzrostem stężenia H+ w roztworze znacznie zmniejsza się stężenie jonów S2−, tak że nie przekroczony jest iloczyn rozpuszczalności siarczków III grupy)
Probówkę z roztworem umieszczamy (ok. 15 min) w łaźni wodnej w temperaturze ok. 60-70°C - przyspiesza to hydrolizę AKT i zmniejsza możliwość tworzenia roztworów koloidalnych, następnie oziębiamy
Duża wartość iloczynu rozpuszczalności PbCl2 powoduje, że pozostałe w roztworze kationy Pb2+ wytrącają się w postaci PbS razem z siarczkami II grupy
Wytrącanie siarczków lub wodorotlenków III grupy należy prowadzić w roztworze słabo alkalicznym, gdyż są one rozpuszczalne w rozcieńczonych kwasach (przesącz po rozdzieleniu osadu II grupy ma odczyn kwaśny, dlatego dodajemy roztworów NH4OH i NH4Cl - buforu amonowego - aby uzyskać pH = 8,5-9,0); przy wyższych wartościach pH może wytrącać się Mg(OH)2 - kation z V grupy
Dodatek NH4Cl nie tylko obniża stężenie jonów OH−, co zapobiega wytrącaniu Mg(OH)2 i rozpuszczeniu amfoterycznych Al(OH)3 i Cr(OH)3, ale także zapobiega powstawaniu roztworów koloidalnych
Wytrącanie węglanów IV grupy należy prowadzić w roztworze słabo alkalicznym, gdyż są one rozpuszczalne w rozcieńczonych kwasach - dodajemy roztworów NH4OH i NH4Cl - buforu amonowego - aby uzyskać pH = 8,5-9,0; przy wyższych wartościach pH może wytrącać się Mg(OH)2 - kation z V grupy
Dodatek NH4OH cofa hydrolizę odczynnika grupy IV, co zwiększa stężenie jonów CO32−, a obniża stężenie jonów HCO3−
Jeżeli uzyskane w trakcie analizy roztwory są zbyt rozcieńczone, należy je zatężyć (odparować wodę)
Reakcje charakterystyczne pozwalające na identyfikację wskazanych w Tabeli 1 kationów:
z roztworem NaOH i jego nadmiarem
z roztworem NH3 H2O i jego nadmiarem
z dwoma wybranymi odczynnikami pozwalającymi na jak najlepsze odróżnienie danego kationu od innych (książka)
Zadania:
Identyfikacja 4 pojedynczych kationów
Identyfikacja kationów (od 2 do 4) w mieszaninie
Literatura:
Z. Szmal, T. Lipiec, „Chemia analityczna z elemenatmi analizy instrumentalnej”
B. Jankiewicz, I. Ludomisrka, A. Korczyński, „Analiza jakościowa”
J. Minczewski, Z. Marczenko, „Analiza chemiczna”, tom 1
Materiały dostarczone przez prowadzącego zajęcia
Własne sprawozdania z wcześniejszych zajęć laboratoryjnych