3. ANALIZA JAKOŚCIOWA ANIONÓW

Jakościowa analiza chemiczna ma na celu określenie jakościowego składu badanej substancji. Polega ona na tym że do badanej próbki dodaje się odpowiedniego odczynnika, pod wpływem którego zachodzi jakaś zauważalna, charakterystyczna reakcja, najczęściej roztwór się zabarwia, wytrąca lub rozpuszcza się osad (często barwny), wydziela się gaz lub powstaje charakterystyczny zapach. Takie reakcje, które pozwalają na wykrycie danego jonu w obecności innych jonów - nazywane są reakcjami charakterystycznymi.

Klasyczną analizę można przeprowadzić jako analizę wybiórczą lub analizę systematyczną. Analiza wybiórcza polega na wykrywaniu poszczególnych jonów z oddzielnych próbek badanego roztworu w dowolnej kolejności, bez oddzielania od siebie grup jonów za pomocą reakcji charakterystycznych. Analiza systematyczna polega na kolejnym oddzielaniu lub stwierdzeniu nieobecności grup jonów za pomocą tzw. odczynników grupowych. W ten sposób dzieli się analizowane jony na grupy, w których łatwiej jest wykryć poszczególne jony. W systematycznym toku analizy każdy jon jest wykrywany dopiero po wykryciu i usunięciu (oddzieleniu) wszystkich jonów przeszkadzających.

3.1. ANALIZA ANIONÓW

Zgodnie z klasyczną systematyką aniony dzielą się na VII grup analitycznych. Podział ten oparty jest na reakcjach z jonami Ag⁺ i Ba²⁺ (stosowane są tu roztwory 0,1 mol/dm³ AgNO₃ i 0,1 mol/dm³ BaCl₂). Biorąc pod uwagę rozpuszczalność soli srebra(I) i baru można zaliczyć dany anion do jednej z siedmiu grup analitycznych co zaprezentowano w tabeli 2.

Tabel 1

Podział anionów na grupy analityczne

Grupa	Aniony	Zachowanie anionów względem odczynników grupowych jakimi są: 0,1 mol/dm^3 roztworyAgNO3 i BaCl2
1	2	3
I	Cl^-, Br^-, J^-, CN^-, SCN^-, [Fe(CN)6]^3-, [Fe(CN) 6]^4-, ClO^-	Jony Ag^+ wytrącają osad nierozpuszczalny w rozcieńczonym HNO3. Jony Ba^2+ osadu nie wytrącają.
II	S^2^-, NO^2-, CH3COO^-	Jony Ag^+ wytrącają osad rozpuszczalny w HNO3. Jony Ba^2+ osadu nie wytrącają.
III	CO3^2-, SO3^2-, BO2^-, C4H4O6^2-, C2O4^2-	Jony Ag^+ wytrącają biały osad rozpuszczalny w HNO3. Jony Ba^2+ wytrącają biały osad rozpusz-czalny w HNO3.
IV	PO4^3-, S2O3^2-, CrO4^2-, Cr2O7^2, AsO3^3-, AsO4^3-	Jony Ag^+ wytrącają barwne osady rozpuszczalne w HNO3. Jony Ba^2+ wytrącają osady rozpuszczalne w HNO3.
V	NO3^-, ClO3^-, ClO4^-, MnO4^-	Jony Ag^+ osadu nie wytrącają. Jony Ba^2+ osadu nie wytrącają.
VI	SO4^2-, F^-, SiF6^2-	Jony Ag^+ nie wytrącają osadu. Jony Ba^2+ wytrącają biały osad.
VII	SiO3^2-	Jony Ag^+ wytrącają biały żółty osad rozpuszczalny w HNO3. Jony Ba^2+ wytrącają biały osad rozpusz-czalny w HNO3. Podczas odparowywania ze stężonym HCl wytrąca się nierozpuszczalny osad.

W tabeli zaznaczono te aniony które identyfikuje się na ćwiczeniach laboratoryjnych

REAKCJE CHARAKTERYSTYCZNE WYBRANYCH ANIONÓW

3.1.1. Reakcje jonu chlorkowego Cl^-

1. Azotan(V) srebra(I) AgNO₃. Jony Ag⁺ wytrącają z roztworów zawierających jony Cl^- biały, serowaty osad chlorku srebra (I) AgCl

↓

Osad ten na świetle przybiera barwę szarofioletową na skutek powstawania metalicznego srebra. Osad chlorku srebra(I) rozpuszcza się:

1. w stężonym HCl

2. w NH₄OH

Po dodaniu kwasu azotowego wytrąca się ponownie osad:

3. w Na₂S₂O₃

2. Manganian(VII) potasu KMnO₄. Jony MnO₄^- w środowisku kwaśnym odbarwiają się, utleniając jony Cl^- do wolnego chloru, który można poznać po charakterystycznym zapachu. Reakcja zachodzi na gorąco:

3.1.2. Reakcje jonu siarczkowego S^2-

1. Azotan(V) srebra(I) AgNO₃. Jony Ag⁺ wytrącają z roztworów zawierających jony S^2- czarny osad Ag₂S. Osad ten rozpuszcza się w rozcieńczonym HNO₃ na gorąco:

2. Kwasy nieutleniające. H₂SO₄ lub HCl (roztwory rozcieńczon) rozkładają siarczki wydzielając gazowy siarkowodór H₂S:

H₂S wykrywamy po charakterystycznym zapachu, a także po czernieniu bibuły zwilżonej roztworem octanu ołowiu(II), umieszczonej u wylotu probówki, z której wydziela się H₂S:

3.1.3. Reakcje jonu octanowego CH₃COO^-

1. Azotan(V) srebra(I) AgNO₃. Jony Ag⁺ wytrącają (ze stężonych roztworów zawierających jony CH₃COO^-) biały osad octanu srebra (I), CH₃COOAg, dobrze rozpuszczalny w gorącej wodzie:

↓

2. Rozcieńczony kwas siarkowy H₂SO₄ wypiera z octanów wolny kwas octowy CH₃COOH, który przy ogrzaniu możemy wykryć po charakterystycznym zapachu

3.Chlorek żelaza(III) FeCl₃. Żelazo (III) w roztworach obojętnych, zawierających jony CH₃COO^- daje czerwonobrunatne zabarwienie związane z powstawaniem octanu żelaza(III) Fe(CH₃COO)₃. Po zagotowaniu wytrąca się brunatny osad hydroksooctanu żelaza(III) Fe(OH)₂CH₃COO:

3.1.4. Reakcje jonu węglanowego CO₃^2-

1. Azotan(V) srebra(I) AgNO₃. Jony Ag⁺ wytrącają z roztworów zawierających jony CO₃^2- biały osad węglanu srebra(I) Ag₂CO₃, rozkładający się po ogrzaniu na CO₂ i brunatny tlenek srebra (I) Ag₂O:

2. Chlorek baru BaCl₂. Odczynnik ten wytrąca z roztworów zawierających jony CO₃^2- biały osad węglanu baru BaCO₃, rozpuszczalny w rozcieńczonych kwasach mineralnych (oprócz H₂SO₄) i w kwasie octowym.

↓

3. Kwasy nieutleniające rozkładają węglany z burzliwym wydzieleniem CO₂:

3.1..5. Reakcje jonu fosforanowego PO₄^3-

1. Azotan(V) srebra(I) AgNO₃. Jony Ag⁺ wytrącają z obojętnych roztworów zawierających jony PO₄^3- żółty osad fosforanu(V) srebra(I) Ag₃PO₄, łatwo rozpuszczalny w rozcieńczonym HNO₃, CH₃COOH i NH₄OH

2. Chlorek baru BaCl₂. Odczynnik ten wytrąca z roztworów zawierających jony PO₄^3- biały osad wodorofosforanu (V) baru BaHPO₄,

↓

3. Mieszanina magnezowa (roztwór zawierający MgCl₂ + NH₄OH + NH₄Cl) wytrąca z roztworów zawierających jony PO₄^3- biały krystaliczny osad fosforanu magnezu i amonu MgNH₄PO₄, rozpuszczalny w kwasach:

↓

4. Molibdenian amonowy (NH₄)₂MoO₄ w nadmiarze stężonego HNO₃ wytrąca na zimno z roztworów zawierających jony PO₄^3- jasnożółty osad tetrakis[trimolibdeniano(VII)] fosforanu(V) triamonu (NH₄)₃[P(Mo₃O₁₀)₄]

3.1.6. Reakcje jonu chromianowego (VI) CrO₄^2-

1. Azotan(V) srebra(I) AgNO₃. Jony Ag⁺ wytrącają z obojętnych roztworów zawierających jony CrO₄^2- brunatnoczerwony osad chromianu(VI) srebra(I) Ag₂CrO₄:

↓

2. Chlorek baru BaCl₂. Odczynnik ten wytrąca z obojętnych roztworów zawierających jony CrO₄^2- żółty osad chromianu(VI) baru BaCrO₄, rozpuszczalny w rozcieńczonym HNO₃ i HCl, a nierozpuszczalny w CH₃COOH

↓

3. Jony Pb²⁺ np. Pb(NO₃)₂, (CH₃COO)₂Pb wytrącają z roztworów zawierających jony CrO₄^2- żółty osad chromianu (VI) ołowiu (II) PbCrO₄:

4. Reduktory np. siarczany (IV) w środowisku kwaśnym redukują jony CrO₄^2--do jonów Cr³⁺:

Reakcji redukcji chromianów towarzyszy zmiana zabarwienia z żółtego na zielone.

Wykonanie:

Do 1 cm³ badanego roztworu dodać kilka kropli kwasu (H₂SO₄, HCl), a następnie roztworu siarczanu(IV) sodu Na₂SO₃. Zmiana barwy z żółtej na zieloną świadczy o obecności anionów chromianowych.

3.1.7. Reakcje jonu azotanowego(V) NO₃^-

1. Reakcja obrączkowa, nasycony roztwór siarczanu(VI) żelaza(II) FeSO₄ w obecności stężonego H₂SO₄ daje z jonami azotanowymi brunatne zabarwienie, na skutek utworzenia jonu Fe(NO)²⁺ rozkładającego się przy ogrzewaniu:

Wykonanie:

Do badanego roztworu dodać niewielką ilość stężonego H₂SO₄, a następnie probówkę z roztworem silnie ochłodzić pod bieżącą wodą. Do zimnego roztworu dodawać po ściance probówki niewielką ilość roztworu FeSO₄. W miejscu zetknięcia się obu cieczy powstaje brunatna obrączka kompleksu Fe(NO)SO₄.

3.1.8. Reakcje jonu siarczanowego SO₄^2-

1. Chlorek baru BaCl₂. Odczynnik ten wytrąca z roztworów zawierających jony SO₄^2- biały, krystaliczny osad praktycznie nierozpuszczalnego w kwasach mineralnych siarczanu(VI) baru BaSO₄

↓

2. Jony Pb²⁺. Jony te wytrącają z roztworów zawierających jony SO₄^2- biały, krystaliczny osad siarczanu(VI) ołowiu PbSO₄:

↓

Osad rozpuszcza się w winianie i octanie amonowym.

3.1.9. Reakcje jonu krzemianowego SiO₃^2-

1. Azotan(V) srebra(I) AgNO₃. Jony Ag⁺ wytrącają z roztworów zawierających jony SiO₃^2- jasnożółty osad krzemianu srebra(I) Ag₂SiO₃, rozpuszczalny w rozcieńczonych kwasach i rozcieńczonym NH₄OH

↓

Roztwór otrzymany przez rozpuszczenie Ag₂SiO₃ w kwasie szybko mętnieje na skutek wytrącania kwasów krzemowych.

2. Chlorek baru BaCl₂. Odczynnik ten wytrąca z roztworów zawierających jony SiO₃^2- biały osad krzemianu baru BaSiO₃, rozpuszczalny w HNO₃:

↓

3. Rozcieńczone kwasy: HCl, HNO₃, H₂SO₄. Kwasy te wytrącają z roztworów krzemianów (zwłaszcza przy podgrzaniu) galaretowaty osad mieszaniny kwasów krzemowych:

↓

4. Sole amonowe wytrącają z roztworów krzemianów (również przy podgrzaniu) galaretowaty osad H₂SiO₃:

Jony NH₄⁺ na skutek wiązania jonów OH^- naruszają równowagę reakcji hydrolizy krzemianów, co przesuwa położenie równowagi reakcji w kierunku tworzenia się kwasów krzemowych.

Wykonanie ćwiczenia

W otrzymanych do analizy próbkach należy zidentyfikować znajdujące się tam aniony.

Identyfikacje należy prowadzić w probówkach, używając 1-2 cm³ badanego roztworu i dodając taką samą objętość roztworu odczynnika. Przystępując do analizy należy zwrócić uwagą na barwę roztworu otrzymanego do analizy, ponieważ niektóre kationy i aniony wykazują w roztworach wodnych charakterystyczne zabarwienie.

W celu sprawdzenia poprawności identyfikowanych jonów wykonuje się tzw. ślepe próby, polegające na użyciu zamiast badanego roztworu roztworów zawierających odpowiednie jony.

7

---