ANALIZA KATIONÓW IV i V GRUPY ANALITYCZNEJ:
GRUPA IV:
Do IV grupy analitycznej kationów (siarczkoamonowej) zalicza się jony: Al3+, Cr3+, Fe3+, Fe2+, Co2+, Ni2+, Mn2+, Zn2+,
których siarczki (lub wodorotlenki: chromu (III) i glinu) są nierozpuszczalne w wodzie, natomiast łatwo rozpuszczalne w rozcieńczonych kwasach (w odróżnieniu od siarczków kationów grupy I i III).
Glin, Al:
jest metalem srebrnobiałym
występuje w związkach na +3 stopniu utlenienia
istnieje tylko jeden tlenek - Al2O3, który otrzymuje się podczas prażenia wodorotlenku glinu.
Reakcje jonu Al3+:
Siarczek amonu lub sodu, (NH4)2S lub Na2S
Jony S2- wytrącają z roztworów zawierających jony Al3+ nie siarczek, lecz trudniej rozpuszczalny biały, koloidowy osad wodorotlenku glinu.
2Al3+ + 3S2- + 6H2O → 2Al(OH)3 + 3H2S
Wodorotlenki sodu i potasu, NaOH i KOH
Jony OH- wytrącają z roztworów zawierających jony Al3+ biały, amfoteryczny wodorotlenek glinu Al(OH)3 rozpuszczalny w nadmiarze odczynnika.
Al3+ + 3OH- -> Al(OH)3
w nadmiarze
Al(OH)3 + OH- -> [Al(OH4)]-
Amoniak NH3 · H2O
Amoniak wytrąca galaretowaty osad wodorotlenku glinu Al(OH)3, nieznacznie rozpuszczalny w nadmiarze odczynnika
Al3+ + 3 (NH3 · H2O) -> Al(OH)3 + 3NH4+
Octan sodu CH3COONa
Odczynnik ten nie wytrąca osadu ze stężonych roztworów soli glinu, natomiast z rozcieńczonych obojętnych roztworów po zagotowaniu wytrąca się obfity osad diwodorotlenku octanu glinu.
Al2(SO4)3 + 6 CH3COONa -> 2Al(CH3COO)3 + 3Na2SO4
2Al(CH3COO)3 + 2H2O -> Al(OH)2CH3COO + 2CH3COOH
Wodoroortofosforan (V) disodu Na2HPO4
Odczynnik ten wytrąca z roztworów zawierających jony Al3+ biały galaretowaty osad ortofosforanu (V) glinu
Al3+ + HPO42- -> AlPO4 + H+
Węglany: amonu i metali alkalicznych (NH4)2CO3 i K3CO3
Jony CO32- wytrącają z roztworów zawierających jony Al3+ biały osad Al(OH)3 rozpuszczalny w nadmiarze odczynnika.
3 CO32- + 3H2O -> 3CO3 + 6OH-
2Al3+ + 6OH- -> 2Al(OH)3
2Al3+ + CO32- + 3H2O -> 3CO2 + 2Al(OH)3
Chrom, Cr
jest metalem szarym, błyszczącym
trwały w powietrzu i w wodzie
w związkach występuje na +2, +3, +6 stopniu utlenienia
w jonach chromianowych (VI) i dwuchromianowych (VI) chrom jest na +6 stopniu utlenienia
przejście jednego jonu w drugi zależy od odczynu środowiska
2CrO42- + 2H+ -> Cr2O72- + H2O
żółty pomarańczowy
Cr2O72- + 2OH- -> 2CrO42- + H2O
pomarańczowy żółty
wiele chromianów jest nierozpuszczalnych , a przede wszystkim:
chromian (VI) ołowiu (II) PbCrO4 (żółty)
chromian (VI) baru (II) BaCrO4 (żółty)
chromian srebra (I) Ag2CrO4 (czerwonobrunatny)
chrom na +6 stopniu utlenienia ma wyłącznie właściwości kwasowe
Reakcje jonu Cr3+
Siarczek amonu lub sodu, (NH4)2S lub Na2S
Jony S2- wytrącają z roztworów zawierających jony Cr3+ analogicznie jak Al3+ nie siarczek, lecz szarozielony lub szarofioletowy osad wodorotolenku chromu (III) Cr(OH)3
2Cr3+ + 3S2- + 6H2O -> 2Cr(OH)3 + 3H2S
Wodorotlenki sodu i potasu, NaOH i KOH
Jony OH- wytrącają z roztworów zawierających jony Cr3+ szarofioletowy osad wodorotlenku chromu (III) Cr(OH)3, który jako związek amfoteryczny jest łatwo rozpuszczalny w nadmiarze odczynnika wytrącającego z utworzeniem zielonego roztworu chromianu (III).
Cr3+ + 3OH- -> Cr(OH)3 szarofioletowy
Cr(OH)3 + OH- -> Cr(OH)4 zielony
Amoniak NH3 · H2O
Roztwór amoniaku wytrąca z roztworów zawierających jony Cr3+ szarozielony galaretowaty osad Cr(OH)3
Cr3+ + 3(NH3· H2O) -> Cr(OH)3 + 3NH4+
Octan sodu CH3COONa
Odczynnik ten nie daje z jonami Cr3+ osadu.
Wodoroortofosforan (V) disodu Na2HPO4
Odczynnik ten wytrąca z roztworów zawierających jony Cr3+ zielonkawy osad fosforanu (V) chromu (III) CrPO4
Cr3+ + HPO42- -> CrPO4 + H+
Chloran potasu KClO3
Roztwór chloranu (V) potasu w roztworze stężonego HNO3 utlenia Cr3+ do dwuchromianu (VI) potasu K2Cr2O7 o zabarwieniu pomarańczowym
ClO3- + 2 Cr3+ + 4H2O -> Cl- + Cr2O72- + 8H+
Nadtlenek wodoru H2O2
W roztworze zasadowym jon Cr3+ ulega utlenianiu do CrO42-. Jeżeli Cr(OH4)- utlenimy wodą utlenioną H2O2 w środowisku zasadowym, otrzymujemy żółty roztwór chromianu (VI)
2Cr(OH)4- + 3H2O2 + 2OH- <-> 2CrO42- + 8H2O
Żelazo, Fe
jest metalem srebrzystobiałym
w swoich związkach jest na +2 do +6 stopniu utlenienia
znane są 4 tlenki żelaza: FeO, Fe2O3, Fe3O4, FeO3
wodorotlenki żelaza Fe(OH)2 i Fe(OH)3 nie są amfoteryczne
sole żelaza (II) mają zabarwienie zielonkawe wskutek uwodnienia bezbarwnego jonu Fe2+
(bezwodne - białe lub żółte)
octan, chlorek, bromek, jodek, azotan (V), tiocyjanian i siarczan (VI) żelaza (II) są w wodzie łatwo rozpuszczalne
szczawian, wodorotlenek, siarczek, węglan i fosforan (V) rozpuszcza się w wodzie bardzo słabo
roztwór soli żelaza (II) utlenia się na powietrzu
jon Fe2+ jest mocnym reduktorem (utlenia się do jonu żelaza (III) Fe3+) i odwrotnie - jon Fe3+ jest słabym utleniaczem
zielonkawy roztwór soli żelaza (II) przechodzi w żółty - soli żelaza (III)
Reakcje jonu Fe2+
Siarkowodór H2S
Z zakwaszonych roztworów soli żelaza (II) siarkowodór nie wytrąca osadów ze względu na duży iloczyn rozpuszczalności FeS
Siarczek amonu lub sodu, (NH4)2S lub Na2S
Jony S2- wytrącają z roztworów zawierających jony Fe2+ czarny osad siarczku żelaza (II).
Fe2+ + S2- -> FeS
Wodorotlenki sodu i potasu, NaOH i KOH
Jony OH- wytrącają z roztworów zawierających jony Fe2+ biały lub brudnozielonkawy osad wodorotlenku żelaza (II)
Fe2+ + 2OH- -> Fe(OH)2
Amoniak NH3 · H2O
Roztwór amoniaku wytrąca z roztworów zawierających jony Fe2+ biały lub brudnozielonkawy osad Fe(OH)2
Fe2+ + 2OH- -> Fe(OH)2
Heksacyjanożelazian (III) potasu (żelazicyjanek potasu), K3[Fe(CN)6]
Jony Fe(CN)63- wytrącają z roztworów zawierających jony Fe2+ w środowisku kwaśnym lub obojętnym ciemnobłękitny osad heksacyjanożelazianu (III) żelaza (II) Fe3[Fe(CN)6]2 tzw. błękit Turnbulla
3 Fe2+ + Fe(CN)63- -> Fe3[Fe(CN)6]2
Heksacyjanożelazian (II) potasu (żelazocyjanek potasu), K4[Fe(CN)6]
Jony Fe(CN)64- wytrącają z roztworów zawierających jony Fe2+ w atmosferze pozbawionej tlenu biały osad heksacyjanożelazianu (II) żelaza (II)
2 Fe2+ + Fe(CN)64- -> Fe2[Fe(CN)6]
Reakcje jonu Fe3+
zabarwienie soli żelaza (III) jest żółte lub brunatne, ałunów zaś fioletowe
tiocyjanian, azotan (V), chlorek, bromek i szczawian są w wodzie rozpuszczalne
fosforan (V), siarczek, siarczan (VI) i wodorotlenek są słabo rozpuszczalne
roztwory soli żelaza (III) wykazują odczyn kwaśny
Siarkowodór H2S
W kwaśnym środowisku redukuje sole żelaza (III) do żelaza (II)
2Fe3+ + H2S - > 2Fe2+ + SO + 2H+
Siarczek amonu lub sodu, (NH4)2S lub Na2S
Jony S2- wytrącają z zasadowych roztworów zawierających jony Fe3+ czarny osad siarczku żelaza (III)
2 Fe3+ + 3S2- -> Fe2S3
Wodorotlenki sodu i potasu, NaOH i KOH
Jony OH- wytrącają z roztworów zawierających jony Fe3+ czerwonobrunatny osad wodorotlenku żelaza (III)
Fe3+ + 3OH- -> Fe(OH)3
Amoniak NH3 · H2O
Roztwór amoniaku wytrąca z roztworów zawierających jony Fe3+ czerwonobrunatny galaretowaty osad wodorotlenku żelaza (III)
Fe3+ + NH3 · H2O -> Fe(OH)3 + 3NH4+
Heksacyjanożelazian (III) potasu (żelazicyjanek potasu), K3[Fe(CN)6]
Jony [Fe(CN)6]3- nie wytrącają osadu z roztworów zawierających jony Fe3+ w odróżnieniu od jonów Fe2+ lecz zabarwiają roztwór na ciemnobrunatny wskutek powstawania rozpuszczalnej soli - heksacyjanożelazianu (III) żelaza (III) Fe[Fe(CN)6]
Heksacyjanożelazian (II) potasu (żelazocyjanek potasu), K4[Fe(CN)6]
Jony [Fe(CN)6]4- wytrącają z roztworów zawierających jony Fe3+ w środowisku obojętnym lub kwaśnym ciemnoniebieski osad heksacyjanożelazianu (II) żelaza (III) tzw. błękit pruski - Fe4[Fe(CN)6]3
4Fe3+ + 3[Fe(CN)6]4- -> Fe4[Fe(CN)6]3
Tiocyjanian (rodanek) potasu lub amonu KSCN lub NH4SCN
Jony SCN- w słabo zakwaszonym roztworze soli żelaza (III) powodują zabarwienie krwistoczerwone.
Reakcja jest odwracalna.
Fe3+ + 3SCN- <-> Fe(SCN)3
Octan sodu CH3COONa
Z jonami żelaza (III) daje octan żelaza (III) (CH3COO)3Fe o zabarwieniu czerwonobrunatnym
Fe3+ + 3CH3COO- -> (CH3COO)3Fe
Wodoroortofosforan (V) sodu Na2HPO4
Odczynnik ten wytrąca z roztworów zawierających jony Fe3+ żółtawobiały osad fosforanu (V) żelaza (III) FePO4
Fe3+ + HPO42- -> FePO4 + H+
Kwas salicylowy i sulfosalicylowy
Dają w kwaśnym środowisku zabarwienie czerwonofioletowe
Nikiel, Ni
metal błyszczący, srebrnobiały
uwodnione sole niklu (II) w roztworze są zabarwione na zielono, natomiast sole bezwodne są żółte
może występować na +2, +3 stopniu utlenienia
Reakcje jonu Ni2+
Siarkowodór H2S
Z roztworów obojętnych lub zasadowych zawierających jony Ni2+ siarkowodór wytrąca czarny osad siarczku niklu (II) NiS
NiS2+ + H2S <-> NiS + 2H+
Siarczek amonu lub sodu, (NH4)2S lub Na2S
Roztwór siarczku amonu lub sodu z obojętnego lub zasadowego roztworu wytrąca czarny osad siarczku niklu (II) NiS
Wodorotlenki sodu i potasu, NaOH i KOH
Jony OH- wytrącają z roztworów zawierających jony Ni2+ zielony osad Ni(OH)2
Ni2+ + 2OH- -> Ni(OH)2
Amoniak NH3 · H2O
Z obojętnych roztworów wytrąca zielony osad hydroksysoli rozpuszczalny w nadmiarze amoniaku z utworzeniem szarofioletowego kompleksowego jonu heksaaminaniklu (II) [Ni(NH3)6]2+
Ni2+ + Cl- + NH3 · H2O -> NiCl(OH) + NH4+
NiCl(OH) + 6(NH3 · H2O) <-> [Ni(NH3)6]2+ + OH- + Cl- + 6H2O
Wodoroortofosforan (V) sodu Na2HPO4
Odczynnik ten wytrąca z roztworów zawierających jony Ni2+ jasnozielony osad ortofosforanu (V) niklu (II) Ni3(PO4)2
3 Ni2+ + 2HPO42- <-> Ni3(PO4)2 + 2H+
Kobalt, Co
może występować na +2, +3 stopniu utlenienia
uwodnione sole kobaltu (II) i ich rozcieńczone roztwory mają zabarwienie łososioworóżowe
stężone roztwory i sole bezwodne są niebieskie
Reakcje jonu Co2+
Siarczek amonu lub sodu, (NH4)2S lub Na2S
Jony S2- wytrącają z obojętnych lub zasadowych roztworów zawierających jony Co2+ czarny osad siarczku kobaltu (II) CoS
Co2+ + S2- -> CoS
Siarkowodór H2S
Z roztworów obojętnych zbuforowanych octanem sodu lub z roztworów zasadowych wytrąca czarny osad
Co2+ + H2S <-> CoS + 2H+
Wodorotlenki sodu i potasu, NaOH i KOH
Jony OH- wytrącają z roztworów zawierających jony Co2+ niebieski osad hydroksysoli, która po ogrzaniu przechodzi w czerwonoróżowy wodorotlenek kobaltu
Co2+ + OH- + NO3- -> CoNO3(OH)
CoNO3(OH) + OH- -> Co(OH)2 + NO3-
Amoniak NH3 · H2O
W nieobecności soli amonu wytrąca niebieski osad hydroksysoli, np. CoNO3(OH)
Co2+ + 2 NO3- + NH3 · H2O -> CoNO3(OH) + NH4 + NO3-
Tiosiarczan (VI) sodu Na2S2O3
Kryształek odczynnika zwilżony jedną kroplą badanego roztworu zawierającego jony Co2+ tworzy błękitne zabarwienie
Tiocyjanian (rodanek) potasu lub amonu KSCN lub NH4SCN
Jony SCN- w roztworach zawierających jony Co2+ w środowisku obojętnym lub słabo zakwaszonym zabarwiają roztwór na kolor niebieski na skutek powstawania jonu tetracyjanokobaltynowego (II)
Co2+ + 4SCN- -> [Co(SCN)4]2-
Wodoroortofosforan (V) sodu Na2HPO4
Odczynnik ten wytrąca z roztworów zawierających jony Co2+ różowofioletowy osad ortofosforanu (V) kobaltu (II)
3 Co2+ + 2HPO42- <-> Co3(PO4)2 + 2H+
Mangan, Mn
tworzy szereg soli o różnych stopniach utlenienia (+2, +3, +4, +6, +7)
sole manganu (II) bezwodne są białe a uwodnione lub w roztworze są różowe
sole manganu (III) są czerwone
manganiany (VI) bezwodne są fioletowe a w roztworach wodnych (MnO4-) są ciemnofioletowe
Siarczek amonu lub sodu, (NH4)2S lub Na2S
Jony S2- wytrącają z roztworów zawierających jony Mn2+ cielisty osad siarczku manganu (II) MnS
Mn2+ + S2- -> MnS
Wodorotlenki sodu i potasu, NaOH i KOH
Jony OH- wytrącają z roztworów zawierających jony Mn2+ biały osad wodorotlenku manganu (II) - Mn(OH)2
Mn2+ + 2OH- -> Mn(OH)2
Amoniak NH3 · H2O
Wytrąca biały osad wodorotlenku manganu (II)
Mn2+ + 2 (NH3 · H2O) -> Mn(OH)2 + 2NH4+
Wodoroortofosforan (V) sodu Na2HPO4
Odczynnik ten wytrąca z roztworów zawierających jony Mn2+ biały osad fosforanu (V) manganu (II)
3 Mn2+ + 2HPO42- <-> Mn3(PO4)2 + 2H+
Cynk, Zn
sole cynku są najczęściej bezbarwne
Siarkowodór H2S
Z roztworów zawierających jony Zn2+, w obecności kwasu octowego, wytrąca biały osad siarczku cynku ZnS
Zn2+ + H2S <-> ZnS + 2H+
Siarczek amonu lub sodu, (NH4)2S lub Na2S
Jony S2- wytrącają z obojętnych roztworów zawierających jony Zn2+ biały osad siarczku cynku (II) ZnS
Zn2+ + S2- -> ZnS
Wodorotlenki sodu i potasu, NaOH i KOH
Jony OH- wytrącają z roztworów zawierających jony Zn2+ biały osad amfoterycznego wodorotlenku cynku (II) - rozpuszczalnego z utworzeniem jonu cynkanowego - [Zn(OH)4]2-
Zn2+ + 2OH- -> Zn(OH)2
Amoniak NH3 · H2O
Wytrąca biały osad wodorotlenku cynku (II)
Wodoroortofosforan (V) sodu Na2HPO4
Odczynnik ten wytrąca z roztworów zawierających jony Zn2+ biały osad fosforanu (V) cynku (II) Zn3(PO4)2
3 Zn2+ + 2HPO42- <-> Zn3(PO4)2 + 2H+
Heksacyjanożelazian (II) potasu (żelazocyjanek potasu), K4[Fe(CN)6]
Jony [Fe(CN)6]4- wytrącają z roztworów zawierających jony Zn2+ biały osad heksacyjanożelazainu (II) cynku (II)
2 Zn2+ +
Tetratiocyjanianortęcian (II) amonu lub potasu, (NH4)2[Hg(SCN)4] lub K2[Hg(SCN)4]
Jony [Hg(SCN)4]2- wytrącają z roztworów zawierających jony Zn2+ biały osad tetratiocyjananortęcianu (II) cynku (II) Zn[Hg(SCN)4]
Zn2+ + [Hg(SCN)4]2- -> Zn[Hg(SCN)4]
GRUPA V
Do V grupy kationów zalicza się jony: Mg2+, K+, Na+, NH4+
W analizie systematycznej grupy V postępujemy w ten sposób, ze najpierw wykrywamy jony NH4+, następnie jon Mg2+ i po oddzieleniu tych 2 kationów wykonujemy reakcje charakterystyczne na jony K+ i Na+
Magnez, Mg
Wodorotlenki sodu i potasu, NaOH i KOH
Jony OH- wytrącają z roztworów zawierających jony Mg2+ biały galaretowaty osad wodorotlenku magnezu Mg(OH)2
Mg2+ + 2OH- -> Mg(OH)2
Amoniak NH3 · H2O
Z obojętnych roztworów nie zawierających jonów NH4+ wytrąca biały galaretowaty osad Mg(OH)2
Węglany sodu lub potasu Na2CO3 lub K2CO3
Węglany metali alkalicznych wytrącają z obojętnych roztworów zawierających jony Mg2+ biały osad hydroksysoli
Wodoroortofosforan (V) sodu Na2HPO4
Odczynnik ten wytrąca z obojętnych roztworów zawierających jony Mg2+ biały kłaczkowaty osad wodoroortofosforanu (V) magnezu MgHPO4
Szczawian amonu (NH4)2C2O4
Jony C2O42- nie wytrącają osadu z rozcieńczonych roztworów soli Mg2+,
ze stężonych roztworów soli Mg2+ wytrąca się biały osad szczawianu magnezu MgC2O4 · 2H2O
Magnezon (p-nitrobenzenoazorezorcyna)
Magnezon z jonami Mg2+ wytrąca niebieskawy osad.
Roztwór należy alkalizować NaOH lub KOH.
Potas, K
Kwas winowy H2C4H4O6 i wodorowinian sodu NaHC4H4O6
Odczynniki te wytrącają z obojętnych lub słabo kwaśnych roztworów zawierających jony K+ biały krystaliczny osad wodorowinianu potasu - KHC4H4O6
K+ + HC4 H4O6- -> KHC4H4O6
Sód, Na
Wodór może się zapalić a płomień ma barwę żółtą od par sodu.
4