Akademia Medyczna im. Karola Marcinkowskiego w Poznaniu

MATERIAŁY DO ĆWICZEŃ Z CHEMII ANALITYCZNEJ
JAKOŚCIOWEJ I ILOŚCIOWEJ
Z ELEMENTAMI CHEMII INSTRUMENTALNEJ
I CHEMII FIZYCZNEJ
DLA STUDENTÓW BIOTECHNOLOGII MEDYCZNEJ

(w trakcie przygotowania)

pod redakcją

prof. nadzw. dr hab. farm. Michała H. Umbreita

Poznań 2005

CZĘŚĆ OGÓLNA

REGULAMIN PRACOWNI CHEMII ANALITYCZNEJ JAKOŚCIOWEJ

1. Każdy student zobowiązany jest przystąpić do kolokwium w dniu wyznaczonym programem ćwiczeń.

2. Każdy student zobowiązany jest nosić w pracowni czysty, biały płaszcz laboratoryjny.

3. Każdy student zobowiązany jest do zachowania czystości swego miejsca pracy oraz poszanowania sprzętu i mienia Zakładu.

4. Na każdych ćwiczeniach wyznacza się dwóch dyżurnych, którzy są zobowiązani do:

a/ dopilnowania studentów w grupie aby zostawili

porządek na swoich miejscach pracy

b/ uporządkowania całej sali po ćwiczeniach

/sprawdzenie zamknięcia kurków od wody i gazu,

c/ dyżurni po zakończeniu ćwiczeń i wypełnieniu

regulaminowych obowiązków zgłaszają się do

dyżurującego asystenta, powiadamiając o

wykonaniu zadania.

5. Podczas ćwiczeń zabrania się na sali głośnych

rozmów oraz nieuzasadnionego opuszczania miejsca pracy.

6. Każdy student winien prowadzić bieżące notatki laboratoryjne z wykonywanych analiz.

7. Każda nieobecność na ćwiczeniach i seminariach musi być usprawiedliwiona.

8. W laboratorium należy pracować zgodnie z przepisami bezpieczeństwa i higieny pracy.

PRZEPISY BHP

1. Studenci są odpowiedzialni za zachowanie czystości sali ćwiczeń.

2. Kwasy i alkalia /szczególnie stężone/ należy zlewać do specjalnie na ten cel przeznaczonych naczyń.

3. Do zlewów nie wolno wrzucać ciał stałych /bibuła, sączki, osady, stłuczone szkło itp./.

4. Prace z substancjami lotnymi i łatwopalnymi należy przeprowadzać bardzo ostrożnie i ściśle wg przepisów wykonywania analiz.

5. W przypadku pożaru w Pracowni należy zastosować odpowiednie środki gaszące: gaśnice a tylko w niektórych przypadkach dopuszczalne jest użycie wody.

6. W przypadku doznanych w czasie pracy obrażeń ciała należy zastosować się do instrukcji „Pierwsza pomoc w nagłych wypadkach”.

7. Wszelkie prace z substancjami wydzielającymi trujące lub żrące pary /cyjanki, brom, stęż. solny, kwas azotowy(V) lub siarkowy(VI) należy wykonać pod wyciągiem.

8. Studentów odrabiających ćwiczenia obowiązuje oszczędność użycia chemikaliów, gazu, elektryczności i wody.

PIERWSZA POMOC W NAGŁYCH WYPADKACH

1. Przy każdym wypadku, nawet najdrobniejszym, należy natychmiast powiadomić asystenta.

2. Po zaistnieniu poważnego wypadku należy natychmiast zawiadomić Pogotowie Ratunkowe tel. 112 lub 999, równocześnie przystępując do udzielenia pierwszej pomocy.

3. Przy oparzeniach termicznych miejsce oparzone pokryć suchym, jałowym opatrunkiem.

4. Przy ranach powstałych od szkła należy usunąć z miejsca zranionego odłamki i założyć suchy, jałowy opatrunek.

5. Przy oparzeniach kwasem, miejsce oparzone jak najszybciej zmyć dużą ilością wody, następnie przemyć 3% roztworem wodorowęglanu(IV) sodu(I).

6. Przy oparzeniach ługiem miejsce oparzone zmyć jak najszybciej dużą ilością wody, a następnie rozcieńczonym 1% roztworem kwasu octowego.

7. Przy oparzeniach oczu kwasem lub ługiem natychmiast przemyć oczy roztworem soli fizjologicznej, w razie braku - dużą ilością wody.

8. W przypadku dostania się do oczu jakiegokolwiek ciała obcego, należy natychmiast przemyć oczy dużą ilością wody.

9. W przypadku oparzenia skóry bromem należy przemyć miejsce oparzone rozpuszczalnikiem organicznym jak etanol, benzyna, a następnie nałożyć opatrunek nasycony gliceryną.

10. Osobę zatrutą gazami trującymi jak np. gaz z sieci miejskiej oraz gazy toksyczne, tj. AsH₃, NO₂, CO, H₂S, SO₂, NH₃, Cl₂, HCl, Br₂ należy wyprowadzić lub wynieść do innego, dobrze wywietrzonego pomieszczenia.

PRZYKŁADOWE OPRACOWANIE PROTOKOŁU ANALIZY

Z CHEMII ANALITYCZNEJ JAKOŚCIOWEJ

1. Analiza pojedyncza kationów lub anionów

ANALIZA NR .....

Rodzaj substancji analizowanej: bezbarwny, przeźroczysty roztwór o odczynie obojętnym
Kation	Reakcje charakterystyczne
Ag^+	AgNO3 + HCl →↓AgCl + HNO3 biały, serowaty ○NH3∙H2O, Na2S2O3, stęż.HCl AgCl + 2NH3∙H2O →○[Ag(NH3)2]Cl + 2H2O [Ag(NH3)2]Cl + 2HNO3 →↓AgCl + 2NH4NO3 2. 2AgNO3+2NaOH →↓Ag2O + 2NaNO3 + H2O brunatny ○ w nadmiarze odczynnika 2AgNO3 + K2CrO4 →↓Ag2CrO4 + 2KNO3 czerwono-brunatny ○ w NH3∙H2O, HNO3 ○ CH3COOH

Wykryto kation: Ag⁺

Nazwa	Rysunek	Zastosowanie
Zlewka		Ogrzewanie i przygotowywanie roztworów, przeprowadzanie reakcji chemicznych w cieczach
Kolba płaskodenna		j.w.
Kolba stożkowa /kolba Erlenmayera/		j.w. oraz szczególnie przydatna w analizie miareczkowej
Kolba miarowa		Przygotowanie roztworów mianowanych
Uchwyt do biuret		Zamocowanie biuret na statywie metalowym

Nazwa	Rysunek	Zastosowanie
Szkiełko zegarkowe		Przykrywanie zlewek, kolb, parownic i in., odważanie substancji stałych nielotnych, odparowywanie b. małych objętości
Probówka		Ogrzewanie małych objętości cieczy, przeprowadzanie reakcji chemicznych, szczególnie dla celów jakościowych
Probówka do analizy półmikro		j.w.
Naczyńko wagowe		Odważanie substancji stałych łatwo lotnych, pochłaniających parę wodną CO2
Wkraplacz		Odmierzanie cieczy kroplami podczas wykonywania analizy

Nazwa	Rysunek	Zastosowanie
Lejek		Sączenie przez sączki z bibuły
Lejek szybkosączący		Sączenie przez sączki z bibuły, wykorzystywany w analizie ilościowej
Tryskawka		Przemywanie osadów na sączkach, spłukiwanie substancji
Parownica porcelanowa		Odparowywanie cieczy, suszenie osadów, słabe prażenie osadów
Łyżeczka i łopatka porcelanowa		Przenoszenie substancji stałych

Nazwa	Rysunek	Zastosowanie
Cylinder Miarowy /menzurka/		Odmierzanie objętości cieczy w sposób przybliżony
Pipeta		Dokładne odmierzanie cieczy w objętości, na jaką pipeta jest wycechowana
Pipeta z podziałką		Dokładne odmierzanie różnych objętości cieczy

Nazwa	Rysunek	Zastosowanie
Trójkąt ceramiczny		Podtrzymywanie tygli porcelanowych podczas prażenia
Trójnóg		Łącznie z siatką ceramiczną lub trójkątem ceramicznym służy do podtrzymywania naczyń lub tygli podczas ogrzewania
Siatka ceramiczna		Stanowi podkładkę, na której ustawia się ogrzewane naczynia
Statyw metalowy		Zestawienie prostej aparatury laborat.
Uchwyt z łącznikiem krzyżowym		j.w.
Łącznik z kółkiem		j.w.

Mycie naczyń laboratoryjnych

Sprzęt laboratoryjny wykorzystywany w pracowni chemicznej powinien być przed użyciem starannie umyty. Brudne naczynia szklane i porcelanowe są często przyczyną błędów w analizie. Znajdujące się bowiem w naczyniach laboratoryjnych nawet niewielkie ilości zanieczyszczeń mogą wpływać na wynik analizy.

Mycie naczyń w przypadku widocznego na ścianach osadu polega na mechanicznym usuwaniu zanieczyszczeń. Przylegające do ścian naczynia cząstki najłatwiej usuwa się specjalnymi szczoteczkami. Do mycia naczyń laboratoryjnych w pracowni najczęściej wykorzystuje się roztwory detergentów. Jeżeli stosowanie sposobu zmydlania nie daje oczekiwanych rezultatów, należy do mycia zastosować środki silnie utleniające.

KOLOKWIA - zagadnienia

1. Analiza kationów Ag⁺, Hg²⁺, As³⁺, Mn²⁺, Fe^2+/3+, Ca²⁺, Mg²⁺, Na⁺, K⁺, NH₄⁺ i anionów Cl^-, Br^-, I^-, CO₃^2-, PO₄^3-, NO₃^-, MnO₄^-, SO₄^2-.

2. Analiza wagowa, alkacymetria i redoksymetria

a/ podstawy teoretyczne analizy wagowej; oznaczenie żelaza w postaci Fe₂O₃,

b/ podstawy teoretyczne analizy miareczkowej,

c/ podstawy teoretyczne analizy alkacymetrycznej oraz nastawianie miana roztworu HCl na KHCO₃ i oznaczenie zawartości NaOH w analizie,

d/ podstawy teoretyczne analizy redoksymetrycznej oraz oznaczenie zawartości H₂C₂O₄.

3. W czasie wykonywania ćwiczeń z chemii instrumentalnej sprawdzanie wiadomości odbywać się będzie w formie kontroli bieżącej.

Zajęcia w/w obejmować będą następujące zagadnienia:

1/ Spektrometria w nadfiolecie (UV)

2/ Spektrofotometria w podczerweieni (IR)

3/ Chromatografia

1. chromatografia cienkowarstwowa

2. chromatografia gazowa

4/ Statystyka chemiczna

5/ Równowagi fazowe.

ANALIZA KATIONÓW

Systematyczna analiza kationów opiera się na wytrącaniu osadów zawierających kationy zaliczane do jednej z grup analitycznych.

Do wytrącania kationów w postaci trudno rozpuszczalnych soli służą tzw. odczynniki grupowe.

W analizie jakościowej wykrywa się najczęściej 24 kationy, zaliczane do 5 grup analitycznych (tabela X).

Ze względu na niewielką liczbę godzin przewidzianych w programie na wykonanie analiz kationów, studenci kierunku Biotechnologii Medycznej zostaną zapoznani z wykrywaniem wg toku analizy tylko wybranych jonów (w tab. nr X zaznaczono te kationy pogrubioną czcionką).

Tabela X.

Podział kationów na grupy analityczne wg Freseniusa

Grupa	Odczynnik grupowy	Jony wykrywane	Skład osadu
I	3M HCl	Ag^+, Pb^2+, Hg2^2+	AgCl,PbCl2, Hg2Cl2
II	H2S (AKT) środowisko kwaśne (HCl)	Hg^2+, Pb^2+, Bi^3+, Cu^2+, Cd^2+, Sn^2+, Sn^4+, As^3+, As^5+, Sb^3+, Sb^5+	HgS, PbS, Bi2S3, CuS, CdS, SnS, SnS2, As2S3, As2S5, Sb2S3, Sb2S5
III	H2S (AKT) NH3∙H2O i NH4Cl	Al^3+, Cr^3+, Fe^2+, Fe^3+,Ni^2+,Co^2+, Mn^2+, Zn^2+	Al./OH/3, Cr/OH/3, Fe2S3, FeS, NiS, CoS, MnS, ZnS
IV	/NH4/2CO3 wobec NH3∙H2O i NH4Cl	Ca^2+, Sr^2+, Ba^2+	CaCO3, SrCO3, BaCO3
V	Brak	Mg^2+, Na^+, K^+, NH4^+	Brak

SREBRO - ARGENTUM - Ag ^2.8.18.18.1

Z = 47 Masa molowa. = 107,87 g/mol

11 grupa (I podgrupa) układu okresowego;

stopień utlenienia +1, +2

Srebro należy do metali ciężkich, w szeregu napięciowym znajduje się za wodorem i dlatego nie wypiera go z kwasów. Reakcję srebra z kwasami utleniającymi przedstawić można w następujący sposób:

Ag + kwas → sól + tlenek + H₂O

utleniający srebra obojętny

Ag + 2HNO₃ → AgNO₃ + ↑NO₂ + H₂O

Srebro i jego związki mają w lecznictwie zastosowanie jako środki o właściwościach ściągających, żrących i antyseptycznych. Mechanizm działania soli srebra na ustrój polega na tym, że uwolniony jon srebra wytrąca białko, tworząc osad białczanu srebra. Sole srebra podane do wewnątrz wywołują zatrucie organizmu.

Wykrywanie jonów srebra - Ag⁺

1. Odczynnik grupowy - kwas solny HCl oraz rozpuszczalne sole zawierające jony Cl^- wytrącają z obojętnych i kwaśnych roztworów osad AgCl

AgNO₃ + HCl → ↓AgCl + HNO₃^∗

Ag⁺ + Cl^- → ↓AgCl

↓AgCl - chlorek srebra, biały, serowaty, fiołkowieje na świetle; nie rozpuszcza się

w HNO₃;

jest rozpuszczalny w NH₃∙H₂O, KCN, Na₂S₂O₃ i stęż. HCl

a/ NH₃∙H₂O

↓AgCl + 2NH₃∙H₂O → [Ag(NH₃)₂]Cl + 2H₂O

powstaje roztwór - chlorek diamosrebra(I) sól kompleksowa, z której pod wpływem rozcieńczonego HNO₃ wydziela się ponownie biały osad AgCl

[Ag(NH₃)₂]Cl + 2HNO₃ → ↓AgCl + 2NH₄NO₃

b/ KCN

↓AgCl + 2KCN → K[Ag/CN/₂] + KCl

dicyjanosrebrzan(I) potasu

c/ Na₂S₂O₃

↓AgCl + 2Na₂S₂O₃ → Na₃[Ag/S₂O₃/₂] + NaCl

ditiosiarczanosrebrzan (I)

trisodu

d/ stężony HCl

↓AgCl + HCl → H[AgCl₂]

kwas chlorosrebrowy

2. Bromek lub jodek potasu: KBr, KJ wytrąca osady

AgNO₃ + KBr → ↓AgBr + KNO₃

AgNO₃ + KJ → ↓AgJ + KNO₃

↓AgBr - bromek srebra, jasnożółty; rozpuszczalny w NH₃∙H₂O

↓AgJ - jodek srebra, żółty; nierozpuszczalny nawet w stężonym NH₃∙H₂O

3. Wodorotlenek sodu NaOH wytrąca osad

2AgNO₃ + 2NaOH → ↓Ag₂O + 2NaNO₃ + H₂O

↓Ag₂O - tlenek srebra, czarno-brunatny; nie rozpuszcza się w nadmiarze odczynnika

.

4. Amoniak NH₃∙H₂O wytrąca osad nietrwały, początkowo biały, brunatniejący, który rozpuszcza się w nadmiarze odczynnika z utworzeniem jonu kompleksowego.

AgNO₃ + NH₃∙H₂O → ↓AgOH + NH₄NO₃

↓2AgOH → ↓Ag₂O + H₂O

↓Ag₂O + 4NH₃∙H₂O → 2[Ag/NH₃/₂]OH + 3H₂O

wodorotlenek

diaamoosrebra (I)

5. Chromian(VI) potasu K₂CrO₄ lub dichromian(VI) potasu K₂Cr₂O₇ wytrąca osad

2AgNO₃ + K₂Cr₂O₇ → ↓Ag₂Cr₂O₇ + 2KNO₃

↓Ag₂CrO₄ - chromian(VI)srebra(I), brunatno-czerwony; rozpuszcza się w NH₃∙H₂O i HNO₃,

nie rozpuszcza się w rozcieńczonym CH₃COOH

↓Ag₂Cr₂O₇ - dichromian(VI) srebra(I) czerwono-brunatny, rozpuszczalność analogiczna

jak Ag₂CrO₄

6. Siarkowodór H₂S (AKT)wytrąca z roztworów kwaśnych, obojętnych i amoniakalnych osad

2AgNO₃ + H₂S → ↓Ag₂S + 2HNO₃

↓Ag₂S - siarczek srebra(I) czarny, nie rozpuszcza się w NH₃∙H₂O, rozcieńczonym HNO₃,

rozpuszcza się w stężonym, gorącym HNO_3.

RTĘĆ - HYDRARGYRUM - Hg ^{2.8.18.32.10.2}

Z = 80 Masa molowa. = 200,6 g/mol

12 grupa (II podgrupa) układu okresowego;

Stopień utlenienia +1, +2

Rtęć należy do metali ciężkich, w szeregu napięciowym znajduje się za wodorem. Metal ten nie rozpuszcza się w kwasie solnym oraz rozcieńczonym kwasie siarkowym. Ogrzewany w gorącym, stężonym kwasie siarkowym lub azotowym tworzy odpowiednie sole:

3Hg + 8HNO₃ → 3Hg/NO₃/₂ + ↑2NO + 4H₂O

Pary rtęci są trujące.

W lecznictwie wykorzystuje się metaliczną rtęć oraz jej sole. Związki rtęci są truciznami protoplazmy i wskutek tego dobrymi środkami dezynfekcyjnymi. Rtęć z innymi metalami tworzy stopy zwane amalgamatami, stosowanymi min. w dentystyce.

Wykrywanie jonów rtęci(II) - Hg²⁺

1. Odczynnik grupowy - siarkowodór H₂S (AKT) w środowisku zakwaszonym HCl wytrąca

osad HgS

3HgCl₃ + 2H₂S → ↓HgCl₂∙2HgS + 4HCl

biały chlorosiarczek

rtęci(II)

↓HgCl₂∙2HgS + H₂S → ↓3HgS + 2HCl

czarny siarczek

rtęci(II)

↓HgS - nie rozpuszcza się w rozcieńczonych kwasach na

zimno i na gorąco; rozpuszcza się w wodzie królewskiej /aqua regia - mieszanina stężonego HCl i stężonego HNO₃ w stosunku 3:1/

3HCl + HNO₃ → ↑CL₂ + ↑NOCl + 2H₂O

chlorek

nitrozylu

Woda królewska działa chlorująco na HgS

↓3HgS + 2HNO₃ + 6HCl → 3HgCl₂ + ↓3S + ↑2NO + 4H₂O

Uwaga! Ze względu na trujące właściwości chloru i tlenku azotu rozpuszczanie należy wykonywać pod wyciągiem.

2. Amoniak NH₃∙H₂O wytrąca osad

HgCl₂ + 2NH₃∙H₂O → ↓HgNH₂Cl + NH₄Cl + H₂O

Chlorek amidortęci(II)

W przypadku soli Hg/NO₃/₂ powstaje

3. Jodek potasu KJ wytrąca osad

HgCl₂ + 2KJ → ↓HgJ₂ + 2KCl

↓HgJ₂ - jodek rtęciowy, czerwony, rozpuszcza się w nadmiarze KJ

↓HgJ₂ + 2KJ → K₂[HgJ₄]

tetrajodortęcian(II) potasu

Roztwór K₂[HgJ₄] zalkalizowany KOH znany jest pod nazwą odczynnika Nesslera

/do wykrywania jonu amonowego/.

4. Chlorek cyny(II) SnCl₂ redukuje sole rtęci(II) najpierw do soli rtęci(I) a następnie do metalicznej rtęci

2HgCl₂ + SnCl₂ → ↓Hg₂Cl₂ + SnCl₄

chlorek rtęci(I)

/kalomel/

↓Hg₂Cl₂ + SnCl₂ → ↓2Hg^o + SnCl₄

rtęć metaliczna - czarna

ARSEN - ARSENIUM - As ^2.8.18.5

Z = 33 Masa molowa. = 74,92 g/mol

15 grupa (V grupa) układu okresowego;

Stopień utlenienia -3, +3, +5

Arsen właściwościami fizycznymi zbliżony jest do metali, natomiast chemicznymi do niemetali.

Arsen oraz jego związki wykazują charakter amfoteryczny tj; rozpuszczają się w kwasach i zasadach.

Arsen działa w małych dawkach pobudzająco na aktywność krwiotwórczą szpiku kostnego, wpływa hamująco na ogólną przemianę materii, co zaznacza się przyrostem masy ciała. Z ustroju wydalany jest przez nerki; może ulegać kumulacji. Odkłada się w tkankach oraz włosach, paznokciach, kościach - pobudza ich wzrost.

Wykrywanie jonów arsenu(III) - As³⁺

1. Odczynnik grupowy - siarkowodór H₂S (AKT) w roztworze kwaśnym wytrąca As₂S₃

2AsCl₃ + 3H₂S → ↓As ₂S₃ + 6HCl

↓As₂S₃ - siarczek arsenu(III), żółty; rozpuszcza się w /NH₄/₂S; NaOH i KOH, /NH₄/₂CO₃, HNO₃ stęż.

a/ ↓As₂S₃ + 3/NH₄/₂S → 2/NH₄/₃AsS₃

tioarsenian(III) amonu

b/ ↓As₂S₃ + 6KOH → K₃AsS₃ + K₃AsO₃ + 3H₂O

tioarsenian(III) arsenian(III)

potasu potasu

c/ ↓As₂S₃ + 3/NH₄/₂CO₃ → /NH₄/₃AsS₃ + /NH₄/₃AsO₃ + ↑3CO₂

d/ ↓3As₂S₃ + 28HNO₃ + 4H₂O → 6H₃AsO₄ + 9H₂SO₄ + ↑28NO

Obliczenie współczynników reakcji rozpuszczania As₂S₃ w HNO₃ /stęż./ przedstawia się następująco:

2As⁺³ - 2x2ē = 4ē → 2As⁺⁵

utlenianie

3 S^-2 - 3x8ē = 24ē → 3 S⁺⁶

suma 28ē

	28		3
		84
N^+5+ 3ē → N^2+ redukcja	3		28

2. Wodorotlenek sodu - NaOH wytrąca osad, który następnie rozpuszcza się w nadmiarze odczynnika (amfoteryczność As/OH/₃ )

AsCl₃ + 3NaOH → ↓As/OH/₃ + 3NaCl

↓As/OH/₃ + NaOH → Na[As/OH/₄]
NaAsO₂

arsenian(III) sodu

3. Azotan srebra(I) - AgNO₃ wytrąca osad żółty, rozpuszczalny w HNO₃ i w NH₃∙H₂O

AsCl₃ + 4AgNO₃
↓AgAsO₂ + ↓3AgCl + 4HNO₃ + H₂O

4. Nadtlenek wodoru - H₂O₂ - utlenia związki As³⁺ do As⁵⁺

Anion arsenianu(V) /As⁺⁵/ wykrywa się za pomocą:

• mieszaniny magnezjowej, która wytrąca biały osad MgNH₄AsO₄

• molibdenianu(VI)amonu (NH₄)₂MoO₄, który w środowisku kwaśnym wytrąca żółty osad (NH₄)₃[As(Mo₃O₁₀)₄]

4. Próba Gutzeita - polega na redukcji związków arsenu /As³⁺ oraz As⁵⁺/ do gazowego arsenowodoru, który tworzy z AgNO₃ początkowo zabarwienie żółte, przechodzące w czarne, na skutek redukcji do metalicznego srebra:

6AgNO₃ + AsH₃ → ↓Ag₃As∙3AgNO₃ + 3HNO₃

Ag₃As∙3AgNO₃ + 3H₂O → H₃AsO₃ + 3HNO₃ + ↓6Ag^o

Wykonanie:

Do probówki zawierającej analizowany roztwór dodaje się metalicznego cynku /Zn/

i rozc. H₂SO₄. Wylot probówki zakrywa się zwitkiem waty lub podziurkowaną bibułą,

na której umieszcza się parę kryształków AgNO₃, względnie zwilża 50% roztworem

AgNO₃. Obecność As w próbie powoduje powstanie żółtej a następnie czarnej barwy

AgNO₃.

MANGAN - MANGANUM - Mn ^2.8.13.2

Z = 25 Masa molowa. = 54,93 g/mol

7 grupa(VII podgrupa) układu okresowego;

Stopień utlenienia +2, +3, +4, +6, +7

Mangan rozpuszcza się w gorącej wodzie, w kwasach /nawet octowym/ i zasadach. Największe znaczenie mają związki manganu na +2 i +7 stopniu utlenienia. Wszystkie związki manganu są barwne: sole manganu(II) /Mn⁺²/ bezwodne są białe, w roztworze bladoróżowe, sole manganu /Mn⁺³/ - manganiany(III) są czerwone, manganiany(VI) /Mn⁺⁶/ bezwodne są fioletowe, w roztworze zielone, natomiast związki Mn⁺⁷ - manganiany(VII) ( do niedawna nazywane „nadmanganiany”) zarówno w stanie stałym jak i w roztworze są ciemnofioletowe.

Właściwości chemiczne związków manganu zależą od stopnia utlenienia i są: Mn⁺² - zasadowe, Mn⁺³ - słabo zasadowe, Mn⁺⁴ - amfoteryczne, Mn⁺⁶ i Mn⁺⁷- charakter kwasowy.

Mangan jest jednym z najbardziej rozpowszechnionych /poza żelazem/ pierwiastkiem w tkankach i cieczach ustroju. Jest to pierwiastek nieodzowny dla normalnego rozwoju organizmu, wpływa katalizująco na aktywność katalazy. Niedobór manganu powoduje zahamowanie wzrostu, nieprawidłową mineralizację kości, niedorozwój narządów płciowych. Zapotrzebowanie dzienne manganu wynosi 4-5 mg.

Wykrywanie jonów manganu(II) - Mn²⁺

1. Odczynnik grupowy H₂S (AKT) wytrąca wobec mieszaniny buforowej, złożonej z NH₃∙H₂O i NH₄Cl osad MnS

MnCl₂ + /NH₄/₂S → ↓MnS + 2NH₄Cl

MnS - siarczek manganu(II), cielisty, rozpuszczalny w kwasach mineralnych oraz

CH₃COOH

2. Wodorotlenek sodu - NaOH wytrąca osad

MnCl₂ + 2NaOH → ↓Mn/OH/₂ + 2NaCl

Mn/OH/₂ - wodorotlenek manganu(II); rozpuszczalny w kwasach oraz solach amonowych; nierozpuszczalny w nadmiarze NaOH

3. Utlenianie soli manganu(II) do jonu manganianu(VII)

2Mn/NO₃/₂ + 5NaBiO₃ + 16HNO₃ → 2HMnO₄ + 5Bi/NO₃/₃ + 5NaNO₃ + 7H₂O

/in subst./

Powstające w reakcji jony manganianowe(VII) zabarwiają roztwór na fiołkowo. Reakcji przeszkadzają inne reduktory, natomiast nie przeszkadzają duże ilości jonów Mn²⁺ jak również nieduża ilość chlorków.

Wykonanie:

Do analizy dodaje się kilka kropli stęż. HNO₃ i ogrzewa do wrzenia. W osobnej probówce ogrzewa się wodną zawiesinę NaBiO₃ poczym zawartość obu probówek łączy się.

ŻELAZO - FERRUM - Fe ^2.8.14.2

Z = 26 Masa molowa. = 55,85 g/mol

8 grupa (VIII grupa) układu okresowego /triada żelazowców/;

Stopień utlenienia +2, +3

Żelazo należy do metali ciężkich, w szeregu napięciowym znajduje się przed wodorem, oznacza to, że z kwasów wypiera wodór. Jony żelaza na +2 stopniu utleniania wykazują właściwości redukujące, natomiast jony Fe³⁺ mogą działać utleniająco.

Sole żelaza(II) mają barwę zieloną a żelaza(III) brunatną lub żółtą.

Związki żelaza spełniają ważną rolę w organizmie. Dla procesów biochemicznych szczególne znaczenie mają jego kompleksy metaloorganiczne z porfirynami, proteinami i in. Do tej grupy związków należą: hemoglobina /Fe⁺²/, katalaza /Fe⁺³/. Niedobór żelaza może wywoływać schorzenie zwane niedokrwistością /anemia/. Sole żelaza są resorbowane z przewodu pokarmowego, przy czym sole żelaza trójwartościowego nie ulegają resorpcji. Sole żelaza dwuwartościowego resorbują się w ilości 20-25%. Wchłanianie zależy od ilości kwasu solnego w żołądku i poziomu witaminy C w ustroju.

Wykrywanie jonów żelaza - Fe ^2+/3+

1. Odczynnik grupowy H₂S( AKT) w środowisku zasadowym wytrąca osady FeS i Fe₂S₃

FeSO₄ + /NH₄/₂S → ↓FeS + /NH₄/₂SO₄

czarny

2FeCl₃ + 3/NH₄/₂S → ↓Fe₂S₃ + 6NH₄Cl

czarny

↓FeS i ↓Fe₂S₃ - rozpuszcza się w kwasach

2. Wodorotlenek sodu - NaOH wytrąca osady

FeSO₄ + 2NaOH → ↓Fe/OH/₂ + Na₂SO₄

wodorotlenek żelaza(II),

brunatnozielony

FeCl₃ + 3NaOH → ↓Fe/OH/₃ + 3NaCl

wodorotlenek żelaza(III)

czerwonobrunatny

↓Fe/OH/₂ na powietrzu łatwo utlenia się do ↓Fe/OH/₃

Oba wodorotlenki nie rozpuszczają się w nadmiarze odczynnika; są łatwo rozpuszczalne w kwasach.

3. Tiocyjanian amonu (rodanek amonu lub potasu) NH₄SCN, KSCN

Fe²⁺ - nie wytrąca się osad i barwa roztworu nie zmienia się

Fe³⁺ - reaguje z utworzeniem krwistoczerwonego roztworu, barwa nie znika po zakwaszeniu

HCl /odróżnienie od octanów/

FeCl₃ + 3KSCN → Fe/SCN/₃ + 3KCl

Tritiocyjanian żelaza(III)

4. Cyjanek potasu - KCN wytrąca osady

FeSO₄ + 2KCN → ↓Fe/CN/₂ + K₂SO₄

cyjanek żelaza(II) żółto-brunatny

rozpuszczalny w KCN

↓Fe/CN/₂ + 4KCN → K₄[Fe/CN/₆]

heksacyjanożelazian(II) potasu

żółty roztwór

FeCl₃ + 3KCN → ↓Fe/CN/₃ + 3KCl

cyjanek żelaza(III)

rozpuszczalny w KCN

↓Fe/CN/₃ + 3KCN → K₃[Fe/CN/₆]

heksacyjanożelazian(III) potasu,

żółto-zielony roztwór

5. Heksacyjanożelazian(II) potasu - K₄[Fe/CN/₆]

2Fe²⁺ + [Fe/CN/₆]^4- → Fe₂[Fe/CN/₆]

heksacyjanożelazian(II) żelaza(II)

osad na powietrzu niebieszczeje, ponieważ tworzy się tzw. błękit pruski Fe₄[Fe/CN/₆]₃

4Fe³⁺ 3[Fe/CN/₆]^4- → Fe₄[Fe/CN/₆]₃

heksacyjanożelazian(II) żelaza(III)

/błękit pruski/

nierozpuszczalny w rozc. HCl;

rozpuszczalny w stęż. HCl

WAPŃ - CALCIUM - Ca ^2.8.8.2

Z = 20 Masa molowa = 40,08g/mol

2 grupa (II grupa) układu okresowego

stopień utlenienia +2

Wapń jest pierwiastkiem lekkim, rozkładającym w normalnych warunkach wodę z wydzieleniem wodoru.

Jony wapnia są niezbędne dla normalnej czynności serca jak i konieczne dla zachowania prawidłowej aktywności układu mięśniowo-nerwowego. Wapń jest składnikiem kości, zębów i jak również błon komórkowych, wpływając na ich przepuszczalność i utrzymanie integralności. Mając możność odkładania się w tkankach znekrotyzowanych wapń hamuje patologiczną przepuszczalność naczyń włosowatych i ułatwia leczenie niektórych procesów zapalnych. Jony Ca²⁺ wprowadzone do jelit wpływają hamująco na ich

perystaltykę. Nadmiar w ustroju jonów wapnia wpływa na wydalanie jonów sodowych /wzrost diurezy/. Duże znaczenie ma zawartość wapnia we krwi gdzie występuje głównie

w osoczu. Jony wapnia są też nieodzowne dla przemiany protrombiny w trembinę w procesie krzepnięcia krwi.

Wykrywanie jonów wapnia - Ca²⁺

1. Odczynnik grupowy - węglan amonowy /NH₄/₂CO₃ w środowisku zasadowym wytrąca osad CaCO₃

CaCl₂ + /NH₄/₂CO₃ → ↓CaCO₃ + 2NH₄Cl

węglan wapnia,

biały, bezpostaciowy,

po ogrzaniu krystaliczny

↓CaCO₃ - rozpuszcza się w HCl, HNO₃, CH₃COOH

2. Chromian(VI) potasu (K₂CrO₄) i dichromian(VI) potasu (K₂Cr₂O₇) - nie wytrąca osadu

3. Kwas szczawiowy /COOH/₂ - wytrąca osad z roztworów alkalicznych lub po zbuforowaniu CH₃COONa

CaCl₂ + /COOH/₂ → ↓CaC₂O₄ + 2HCl

↓CaC₂O₄ szczawian wapnia, biały, rozpuszcza się w kwasach mineralnych;

nie rozpuszcza się w CH₃COOH, nawet po ogrzaniu.

4. Zabarwienie płomienia

Lotne sole wapniowe /chlorki/ barwią płomień na kolor ceglasto-czerwony.

MAGNEZ - MAGNESIUM - Mg ^2.8.2

Z = 12 Masa molowa. = 35,453 g/mol

2 grupa (II grupa) układu okresowego

stopień utlenienia +2

Magnez jest metalem srebrzystobiałym. Na powietrzu w obecności wilgoci pokrywa się warstwą tlenku magnezu. Z wodą w temperaturze pokojowej reaguje bardzo słabo, natomiast z parą wodną w temperaturze 100^oC reaguje bardzo energicznie.

Mg + H₂O → ↓MgO + ↑H₂

Sole magnezu rozpuszczalne w wodzie: chlorek, bromek, jodek, azotan (V), octan.

Sole magnezu nierozpuszczalne w wodzie: Mg/OH/₂, MgCO₃, MgNH₄PO₄∙6H₂O, MgNH₄AsO₄∙6H₂O

Magnez jest niezbędny w prawidłowym przebiegu procesów metabolicznych dostarczających energii, jak również w syntezie białek oraz fosforylacji beztlenowej. Największe ilości magnezu znajdują się w szkielecie i mięśniu sercowym jak również w wątrobie. Bez uzupełniania niedoboru magnezu niemożliwe staje się m.in. wyrównanie komórkowego niedoboru potasu, co jest jednym z ważniejszych czynników proarytmicznych.

Wykrywanie jonów magnezu - Mg²⁺

1. Wodorotlenek sodu lub potasu NaOH lub KOH wytrąca z roztworów galaretowaty osad

MgCl₂ + 2NaOH → ↓Mg/OH/₂ + 2NaCl

wodorotlenek magnezu,

biały

2. Amoniak NH₃∙H₂O wytrąca z obojętnych roztworów galaretowaty osad

MgCl₂ + 2NH₃∙H₂O → ↓Mg/OH/₂ + 2NH₄Cl

wodorotlenek magnezu,

biały

3. Szczawian amonu /NH₄/₂CO₃ ze stężonych roztworów wytrąca osad

MgCl₂ + /NH₄/₂C₂O₄ + 2H₂O → ↓MgC₂O₄∙2H₂O + 2NH₄Cl

szczawian magnezu,

biały

4. Magnezon

z roztworów zalkalizowanych NaOH lub KOH wytrąca niebieski osad

Wykonanie:

Do roztworu dodaje się kilka kropli odczynnika i alkalizuje się roztworem NaOH. Fioletowo-czerwony roztwór barwi się w obecności Mg²⁺ na niebiesko, a w obecności dużej ilości jonów Mg²⁺ powstaje niebieski osad.

SÓD - NATRIUM - Na ^2.8.1

Z = 11 Masa molowa. = 22,99 g/mol

1 grupa (I grupa) układu okresowego

Stopień utlenienia +1

Sód jest pierwiastkiem lekkim, rozkładającym w normalnych warunkach wodę. Na powietrzu ulega natychmiastowemu procesowi utleniania.

Na ogół wszystkie sole sodu są rozpuszczalne w wodzie, za wyjątkiem np. heksafluorokrzemianu(IV)sodu i soli NaCH₃COO∙Mg/CH₃COO/₂∙3UO₂/CH₃COO/₂∙9H₂O

Jony sodu są głównym kationem w cieczy pozakomórkowej. Wobec dużej ich zdolności wiązania wody, jony sodu są podstawowym czynnikiem regulacji osmotycznej płynów ustroju. Jony sodu oddziaływują również na enzymy (/aktywują adenilopirofosfatazę a hamują aktywność transfosforylazy).

Jony sodu łącznie z resztą kwasu węglowego stanowią tak zwaną rezerwę alkaliczną ustroju i wpływają na utrzymanie jego równowagi kwasowo-zasadowej.

Wykrywanie jonów sodu - Na⁺

1. Oktaoctan magnezu i tris(ditlenkuuranu(VI))- wytrąca osad

NaCl + nMg/UO₂/₃CH₃COO/₈

NaCH₃COO∙Mg/CH₃COO/₂∙3UO₂/CH₃COO/₂∙9H₂O

POTAS - KALIUM - K ^2.8.8.1

Z = 19 Masa molowa. 39,096 g/mol

1 grupa (I grupa) układu okresowego

stopień utlenienia +1

Potas jest metalem lekkim, bardzo aktywnie rozkładającym wodę w normalnych warunkach. Na powietrzu ulega bardzo szybko procesowi utleniania.

Prawie wszystkie sole potasu są dobrze rozpuszczalne w wodzie, wyjątek stanowią połączenia jonu K⁺ z następującymi anionami: wodorowinianem, heksaazotano(III)kobaltanem(II), heksachloroplatynianem(IV) i chloranem(VII) . Jony potasu są w ustroju przede wszystkim składnikiem plazmy i głównym kationem nieorganicznym komórek. Wykazują bardzo dużą aktywność w regulowaniu ciśnienia osmotycznego płynów ustrojowych, gdyż wpływają na zwiększenie przepuszczalności ścian komórkowych. Aktywuje również transfosforylazę ATP - kwas pirogronowy oraz adenilopirofosfatazę i fosfotransacetylazę. Jony potasu w ustroju są antagonistami jonów sodu i wapnia. Są konieczne do normalnej pracy serca i produkcji w ustroju tłuszczów i białek oraz ich pochodnych.

Wykrywanie jonów potasu - K⁺

1. Wodorowinian sodu NaHC₄H₄O₆ wytrąca z roztworów obojętnych lub kwaśnych osad

KCl + NaHC₄H₄O₆ → ↓KHC₄H₄O₆ + NaCl

wodorowinian potasu,

biały

2. Kwas heksachloroplatynowy(IV) H₂PtCl₆ wytrąca z roztworów stężonych osad

2KCl + H₂PtCl₆ → ↓K₂[PtCl₆] + 2HCl

heksachloroplatynian(IV) potasu,

krystaliczny, żółty

3. Kwas nadchlorowy(VII) - HClO₄ wytrąca osad

KCl + HClO₄ → ↓KClO₄ + HCl

chloran(VII) potasu,

biały

4. Zabarwienie płomienia

Lotne sole potasowe barwią płomień na kolor fiołkowy /widoczny przez szkło kobaltowe - filtr światła/.

AMON - AMONIUM - NH₄⁺

Masa molowa = 18,04 g/mol

Jony NH₄⁺ są kationem kompleksowym, powstającym w wyniku reakcji protonu z amoniakiem.

NH₃ + H⁺ → [ NH₄]⁺

Jony amonowe tworzą słabą zasadę NH₃∙H₂O. Wodne roztwory soli amonowych ulegają hydrolizie.

Niektóre sole jak np.: NH₄Cl i /NH₄/₂CO₃ stosuje się do przygotowywania leków wykrztuśnych oraz wywołujących kwasicę ustroju. Jony te w organizmie przekształcają się w amoniak i następnie w mocznik.

Wykrywanie jonów amonu - NH₄⁺

1. Wodorotlenek sodu - NaOH oraz inne zasady rozkładają sole amonu z wydzieleniem amoniaku. Reakcja przebiega najlepiej na gorąco

NH₄Cl + NaOH → ↑NH₃ + H₂O + NaCl

Sprawdzanie obecności NH₃

1. Charakterystyczny zapach NH₃

2. Umieścić wilgotny papierek lakmusowy u wylotu probówki. Zmiana barwy na kolor niebieski świadczy o obecności NH₃

3. Umieścić wilgotny papierek rtęciawy ( bibuła nasycona azotanem(V) rtęci(II) ) u wylotu probówki. Wystąpienie czarnej barwy na bibule /Hg^o/ świadczy o obecności NH₃

2. Odczynnik Nesslera - K₂[HgJ₄] z obojętnych lub alkalicznych roztworów wytraca osad

barwa osadu zależna jest od stężenia jonów NH₄⁺ i zmienia się od żółtej do czerwonbrunatnej.

Pytania kontrolne

1. Podaj podział kationów na grupy analityczne wg Freseniusa.

2. Porównaj roztwarzanie w kwasie solnym oraz w rozcieńczonym kwasie azotowym(V) następujących metali: Ag, Cu, Ca i Na.

3. Dlaczego do wytrącania osadu AgCl nie wolno stosować stężonego HCl ?

4. Napisz reakcje zachodzące podczas rozpuszczania AgCl w KCN i Na₂S₂O₃.

5. Jakimi odczynnikami należy podziałać na HgCl₂ w celu otrzymania odczynnika Nesslera?

6. Jak przebiega reakcja rozpuszczania HgS w wodzie królewskiej?

7. Wymień odczynniki w których rozpuszcza się siarczek arsenu(III) i (V).

8. Uzasadnij amfoteryczny charakter tlenku arsenu(III) /arszeniku/.

9. Omów sposób wykonania próby Gutzeita.

10. Napisz reakcję utleniania jonów manganu(II) do jonów manganianowych(VII).

11. W postaci jakich jonów może występować mangan?

12. Jakimi reakcjami można odróżnić jony Fe²⁺ od Fe³⁺?

13. Wymień kationy, które można wykryć za pomocą zabarwienia płomienia.

14. Napisz wzór strukturalny szczawianu wapnia.

15. Dlaczego należy usunąć z analizy jony NH₄⁺ przed przystąpieniem do wykrywania kationów?

16. Jak odróżnisz jony potasu od jonów sodu ?

17. Omów tok analizy rozdzielczej dla poznanych kationów.

ANALIZA ANIONÓW

Systematyczna analiza jakościowa anionów wg Bunsena obejmuje 7 grup analitycznych /tab. X/. Podział ten oparty jest na reakcjach anionów z jonami Ag⁺ i Pb^2+, stosowanymi w postaci rozpuszczalnych soli.

Studentów I roku kierunku Biotechnologii Medycznej obowiązuje znajomość następujących anionów: Cl^-, Br^-, I^-, CO₃^2-, PO₄^3-, NO₃^-, MnO₄^-.

Tabela X. Podział anionów na grupy wg Bunsena

Grupa	Odczynnik grupowy	Jony wykrywane
I	AgNO3 - ↓Ø HNO3 BaCl2 - osadu nie wytrąca	Cl^-, Br^-, I^-, CN^-, SCN^-, [Fe(CN)6]^4-, [Fe(CN)6]^3-
II	AgNO3 - ↓O HNO3 BaCl2 - osadu nie wytrąca	S^2-, CH3COO^-, NO2^-
III	AgNO3 - ↓O HNO3 BaCl2 - ↓O HNO3	SO3^2-, CO3^2-, C2O4^2-, C4H4O6^2-, BO2^-
IV	AgNO3 - ↓barwne O HNO3 BaCl2 - ↓barwne OHNO3	S2O3^2-, CrO4^2-, Cr2O7^2-, AsO4^3-, AsO3^3-, PO4^3-
V	AgNO3 - osadu nie wytrąca BaCl2 - osadu nie wytrąca	NO3^-, ClO3^-, MnO4^-
VI	AgNO3 - osadu nie wytrąca BaCl2 - ↓Ø HNO3	SO4^2-, F^-
VII	AgNO3 - ↓ żółty O HNO3 BaCl2 - ↓ biały O HNO3	SiO3^2-

CHLOR - CHLORUM - Cl ^2.8.7

Z = 17 Masa molowa = 35,453 g/mol

…17 (VII) grupa układu okresowego

stopień utlenienia: -1, +1, +3, +5, +7

Jony chlorkowe są anionami kwasu chlorowodorowego /solnego/ i jego soli, zwanych chlorkami. Kwas solny jest roztworem wodnym gazowego chlorowodoru; należy do mocnych kwasów. Chlorki są przeważnie solami dobrze rozpuszczalnymi w wodzie; do trudno rozpuszczalnych należą: AgCl, Hg₂Cl₂, PbCl₂ i Cu₂Cl₂. Chlorki występują w organizmie ludzkim obok jonów sodu, potasu, wapnia i magnezu. Jony chlorkowe są ważnym składnikiem plazmy krwi oraz płynów ustrojowych. Kwas solny wchodzi w skład soku żołądkowego, tworząc kwaśne środowisko dla aktywowania enzymów trawiennych. Chlor i jego związki uwalniające w roztworach wodnych gazowy pierwiastek, wykorzystuje się jako środki odkażające. Chlor gazowy, będący silnym środkiem utleniającym, działa odkażająco już w stężeniach 2∙10^-4 mol/dm³. Chlor stosowany jest do odkażania wody.

Do dezynfekcji pomieszczeń stosuje się często sole kwasu chlorowego(I): chloran(I) sodu(I), NaOCl oraz chloran(I) wapnia(II), CaOCl₂, tzw. wapno chlorowane.

Wykrywanie jonów chlorkowych - Cl^-

1. AgNO₃ + Cl^- → ↓AgCl + NO₃^-

↓AgCl - chlorek srebra(I)

Uwaga! Charakterystyka osadu została podana przy wykrywaniu jonów Ag⁺ .

2. Pb/NO₃/₂ + 2Cl^- → ↓PbCl₂ + 2NO₃^-

↓PbCl₂ - chlorek ołowiu(II), biały

rozpuszczalny w gorącej wodzie, po oziębieniu krystalizuje w postaci igieł

3. Hg₂/NO₃/₂ + 2Cl^- → ↓Hg₂Cl₂ + 2NO₃^-

↓Hg₂Cl₂ - chlorek rtęci(I), biały

czernieje pod wpływem NH₃∙H₂O

4. KMnO₄

Roztwór KMnO₄ utlenia chlorki w środowisku kwaśnym na gorąco, do wolnego chloru, ulegając podczas reakcji odbarwieniu

10NaCl + 2KMnO₄ + 8H₂SO₄ → ↑5Cl₂ + 2MnSO₄ + 5Na₂SO₄ + K₂SO₄ + 8H₂O

Wolny chlor identyfikuje się po charakterystycznym zapachu oraz po fioletowieniu papierka jodoskrobiowego (bibuła nasycona KI i skrobią).

BROM - BROMUM - Br ^2.8.18.7

Z = 35 Masa molowa = 79,909 g/mol

…17 (VII) grupa układu okresowego

Stopień utlenienia: -1, +1, +3, +5, +7

Jony bromkowe są anionami kwasu bromowodorowego i jego soli zwanych bromkami. Kwas bromowodorowy jest wodnym roztworem gazowego bromowodoru. Do nierozpuszczalnych soli tego kwasu należą: AgBr, Hg₂Br₂, PbBr₂ i Cu₂Br₂. Bromki są silniejszymi reduktorami od chlorków.

Jony bromkowe działają depresyjnie na czynności ośrodkowego układu nerwowego. Po podaniu większych dawek bromków metali alkalicznych następuje osłabienie i zwolnienie procesów myślowych, zanik pamięci i ogólne zmęczenie psychiczne. Jony bromkowe nie wywierają działania nasennego lecz tylko ułatwiają zasypianie.

Związki bromu stosuje się jako środki uspokajające w przypadku niektórych schorzeń nerwowych.

Wykrywanie jonów bromkowych - Br^-

1. AgNO₃ + Br^- → ↓AgBr + NO₃^-

↓AgBr - bromek srebra(I), jasnożółty, serowaty, zieleniejący na świetle

rozpuszczalny w stęż. NH₃∙H₂O, Na₂S₂O₃

nierozpuszczalny w kwasach

2. Pb/NO₃/₂ + Br^- → ↓PbBr₂ + 2NO₃^-

↓PbBr₂ - bromek ołowiu(II), biały

rozpuszczalny w gorącej wodzie

3. Właściwości redukujące jonów Br^—

1. Cl₂ aq. w obecności rozpuszczalnika organicznego np. CHCl₃, CCl₄

NaBr + Cl₂^o → 2NaCl + ↑Br₂^o

Reakcja ta polega na wypieraniu bromu z roztworu jego soli przez silniejszy utleniacz jakim jest chlor.

Wykonanie:

Do badanego roztworu w probówce dodać CHCl₃ lub CCl₄ a następnie kroplami - stale mieszając wodę chlorową. Rozpuszczalnik organiczny zabarwi się na kolor brunatno-czerwony. Nadmiar wody chlorowej utlenia wydzielony brom do bezbarwnego kwasu bromowego.

↑Br₂^o + 5Cl₂^o + 6H₂O → 2HBrO₃ + 10HCl

2. K₂Cr₂O₇ /stały/ w obecności stęż. H₂SO₄

K₂Cr₂O₇ + 6HBr + 4H₂SO₄ → ↑3Br₂^o + Cr₂(SO₄)₃ + K₂SO₄ + 7H₂O

Wydzielający się brom utlenia bezbarwny odczynnik Schiffa do fiołkowej fuksyny.

Wykonanie:

Do probówki zawierającej suchą pozostałość po odparowaniu badanego roztworu dodać stałego K₂Cr₂O₇ oraz kilka kropli stęż. H₂SO₄. Wylot probówki nakryć bibułą zwilżoną odczynnikiem Schiffa. Całość ostrożnie ogrzać.

Pojawienie się fiołkowej barwy bibuły nad wylotem probówki świadczy o obecności jonów Br-.

IOD - IODUM - I ^2.8.18.7

Z = 53 Masa molowa = 126,904 g/mol

17 (VII) grupa układu okresowego

Stopień utlenienia: -1, +1, +3, +5, +7

Jony jodkowe są anionami mocnego kwasu jodowodorowego i jego soli zwanych jodkami. Jodki mają silniejsze właściwości redukujące od bromków. Do trudno rozpuszczalnych soli jodkowych należą: AgI, Hg₂I₂, HgI₂, PbI₂, Cu₂I₂ i BiI₃.

Jod jest antyseptykiem a jego działanie oparte jest na wyzwalaniu tlenu /in statu nascendi/ w reakcji z wodą

I₂^o + H₂O → HI + HIO

HIO → HI + ↑O^o

W organizmie ludzkim jod występuje w ilościach od 20-25 mg: połowa tej ilości w tarczycy. Brak jodu w tym organie powoduje powstawanie wola. Schorzenie to leczy się podawaniem jodków.

Jodki powodują także zwiększenie przenikliwości naczyń włosowatych, a tym samym ułatwiają wchłanianie uszkodzonych tkanek - zastosowanie w leczeniu gruźlicy kostnej i kiły. Oprócz tych właściwości jodki i jodany obniżają lepkość, a tym samym zmniejszają ciśnienie krwi. W nadciśnieniu, szczególnie połączonym z miażdżycą stosuje się: jodek sodu(I) i potasu(I) oraz jodan(V) sodu(I).

Jodki podaje się zwykle doustnie, jodany - podskórnie.

Wykrywanie jonów jodkowych - I^-

1. AgNO₃ + I^- → ↓AgI + NO₃^-

↓AgI - jodek srebra(I), żółty, serowaty

rozpuszczalny w Na₂S₂O₃, KCN

nierozpuszczalny w roz. NH₃∙H₂O, HNO₃

2. Pb(NO₃)₂ + 2I^- → ↓PbI₂ + 2NO₃^-

↓PbI₂ - jodek ołowiu(II), jasnożółty

rozpuszczalny w gorącej wodzie, KI

PbI₂ + KI → K[PbI₃]

trijodoołowian(II) potasu(I)

3. HgCl₂ + 2I^- → ↓HgI₂ + 2Cl^-

↓HgI₂ - jodek rtęci(II), żółty, przechodzący w jasno-czerwony, rozpuszczalny w KI

HgI₂ + 2KI → K₂[HgI₄]

tetrajodortęcian(II) potasu(I)

4. Właściwości redukujące jonów I^-

1. Cl₂aq. lub Br₂aq. w obecności CHCl₃, CCl₄

2I^- + Cl₂^o → I₂^o + 2Cl^-

Wykonanie:

Próbę wykonać analogicznie jak przy wykrywaniu jonów Br^-. Warstwa organiczna zabarwia się na kolor fioletowy od wydzielonego jodu.

Nadmiar wody chlorowej utlenia I₂^o do kwasu jodowego

I₂^o + 5Cl₂^o + 6H₂O → 2HIO₃ + 10HCl

2. K₂Cr₂O₇ /stały/ w obecności stęż. H₂SO₄

K₂Cr₂O₇ + 6HI + 4H₂SO₄ → 3I₂^o + Cr₂(SO₄)₃ + K₂SO₄ + 7H₂O

Wydzielony jod zabarwia roztwór skrobi na kolor fioletowy.

WĘGIEL - CARBO - C ^2.4

Z = 6 Masa molowa = 12,011 g/mol

14 (IV) grupa układu okresowego

Stopień utlenienia: od -4 do +4

Jony węglanowe(IV) są anionami słabego, diprotonowego kwasu węglowego(IV) i jego soli, zwanych węglanami(IV). Kwas węglowy(IV) jest nietrwały, łatwo rozpada się na CO₂ i H₂O. Jako kwas diprotonowy tworzy sole obojętne i wodorosole. Wodorowęglany i węglany obojętne metali alkalicznych są rozpuszczalne w wodzie. Węglany berylowców i metali ciężkich są z reguły nierozpuszczalne.

Węglany występujące w organizmie ludzkim wchodzą w skład układów buforowych H₂CO₃/NaHCO₃, których zadaniem jest utrzymanie stałego pH krwi.

Niektóre sole węglanowe są stosowane jako leki np. (NH₄)₂CO₃ - działa wykrztuśnie. Węglany mogą być wykorzystywane również jako leki zobojętniające kwas solny w żołądku np. wodorowęglan(IV) sodu(I) NaHCO₃, CaCO₃ strącony, węglan(IV) magnezu(II) MgCO₃.

Wykrywanie jonów węglanowych(IV) - CO₃^2-

1. 2AgNO₃ + CO₃^2- → ↓Ag₂CO₃ + 2NO₃^-

↓Ag₂CO₃ - węglan(IV) srebra(I), biały

rozpuszczalny w HNO₃, NH₃∙H₂O

Po ogrzaniu wydziela się brunatny Ag₂O

Ag₂CO₃ → Ag₂O + ↑2CO₂

↓Ag₂O - tlenek srebra(I), brunatny

nierozpuszczalny w nadmiarze odczynnika

2. BaCl₂ + CO₃^2- → ↓BaCO₃ + 2Cl^-

↓BaCO₃ - węglan(IV) baru(II), biały

rozpuszczalny w HNO₃

3. Kwasy /HCl, H₂SO₄/ rozkładają węglany z wydzieleniem CO₂ powodując tzw. perlenie roztworu.

2HCl + CO₃^2- → H₂CO₃ + 2Cl^-

H₂CO₃ → H₂O + ↑CO₂

Wydzielający się CO₂ powoduje zmętnienie wody wapiennej /roztwór Ca(OH)₂/ lub wody barytowej /roztwór Ba(OH)₂/ na skutek wytrącania osadów

↑CO₂ + Ca(OH)₂ → ↓CaCO₃ + H₂O

FOSFOR - PHOSPHOROS - P ^2.8.5

Z = 15 Masa molowa = 30,979 g/mol

15 (V) grupa układu okresowego

Stopień utlenienia: -3 , +3, +4, +5

Jony fosforanowe(V) są anionami triprotonowego kwasu ortofosforowego(V). H₃PO₄ jako kwas triprotonowy tworzy sole obojętne i wodorosole. Najłatwiej zachodzi dysocjacja pierwszego etapu; kwas ortofosforowy(V) w roztworach wodnych zachowuje się jak kwas średniej mocy. Sole rozpuszczalne w wodzie: ortofosforany(V) potasowców oraz diwodorofosforany(V) wapniowców. Pozostałe fosforany(V) są nierozpuszczalne w wodzie.

Fosfor jest składnikiem organizmów żywych, zwierzęcych i roślinnych. Wchodzi w skład białka i kości. W kościach występuje fosforan(V) wapnia(II). Szczególnie bogata w fosfor jest tkanka mózgowa oraz nerwowa.

Wykrywanie jonów fosforanowych(V) - PO₄^3-

1. 3AgNO₃ + HPO₄^2- → ↓Ag₃PO₄ + H⁺ + 3NO₃^-

HPO₄^2- + H⁺ → H₂PO₄^-

↓Ag₃PO₄ - żółty osad, rozpuszczalny w roz. HNO₃, CH₃COOH, NH₃∙H₂O

2. Ba/NO₃/₂ + HPO₄^2- → ↓BaHPO₄ + 2NO₃^-

↓BaHPO₄ - biały osad, rozpuszczalny w roz. HNO₃, HCl, CH₃COOH.

4. Mieszanina magnezowa (MgCl₂+ NH₃∙H₂O + NH₄Cl) wytrąca z roztworów

krystaliczny osad

PO₄^3- + Mg²⁺ + NH₄⁺ → ↓MgNH₄PO₄

ortofosforan(V) amonowomagnezu(II) - biały

AZOT - NITROGENIUM - N^2.5

Z = 7 Masa molowa = 14,006 g/mol

15 (V) grupa układu okresowego

Stopień utlenienia: -3, +1, +2, +3, +4, +5

Jony azotanowe(V) są anionami mocnego kwasu azotowego(V) i jego soli. Kwas azotowy(V) i azotany(V) są silnymi utleniaczami. Wszystkie azotany(V), z wyjątkiem niektórych tlenosoli np. BiONO₃ /azotan(V) bizmutylu/ są dobrze rozpuszczalne w wodzie.

Niektóre azotany(V) znalazły zastosowanie w lecznictwie np. nitrogliceryna - bezpośrednio rozszerza naczynia krwionośne i jest wykorzystywana w leczeniu choroby wieńcowej.

Wykrywanie jonów azotanowych(V) - NO₃^-

1. AgNO₃ oraz BaCl₂ nie wytrącają osadów z roztworów zawierających jony azotanowe(V)

2. Właściwości utleniające azotanów - reakcja obrączkowa

2HNO₂ + 6FeSO₄ + 3H₂SO₄ → ↑2NO + 3Fe₂(SO₄)₃ + 4H₂O

Powstający tlenek azotu(II) łączy się z nadmiarem FeSO₄

↑NO + FeSO₄ → Fe(NO)SO₄

brunatny

siarczan nitrozylożelaza(II)

Wykonanie

Przygotować nasycony roztwór soli żelaza(II) przez rozpuszczenie stałego FeSO₄ w niewielkiej ilości wody. Ok. 0,5 cm³ tak przygotowanego roztworu przenieść do probówki i ostrożnie nawarstwić po ściance stęż. H₂SO₄ do uzyskania dwóch warstw. Następnie pipetką na granicę warstw wkroplić badany roztwór.

Powstanie brunatnej obrączki świadczy o obecności jonów NO₃^-.

Reakcja obrączkowa zachodzi również z jonami NO₂^-. Do wykonania próby należy jednak użyć kwasu siarkowego o stęż. 1 mol/dm³.

MANGAN - MANGANIUM - Mn^2.8.13.2

Z = 25 Masa molowa = 54,930 g/mol

7 grupa układu okresowego, (VII podgrupa)

Stopień utlenienia:+2, +3, +4, +6, +7

Jony manganianowe(VII) są anionami mocnego kwasu manganowego(VII), który nie występuje w stanie wolnym; znane są natomiast jego sole trwałe, dobrze rozpuszczalne w wodzie - manganiany(VII). Wodne roztwory manganianów(VII) mają barwę fioletową. Najbardziej znaną solą kwasu manganowego(VII) jest manganian(VII) potasu(I), KMnO₄ stosowany często jako środek odkażający. KMnO₄ działa utleniająco w środowisku kwaśnym, obojętnym i zasadowym w stężeniach 1:1000 do 1:5000. Zewnętrznie stosowane są roztwory od 0,05 do 0,2%. W niższych stężeniach może być używany do płukania żołądka przy zatruciach cyjankami, fosforem lub alkaloidami.

Wykrywanie jonów manganianowych(VII) - MnO₄^-

1. AgNO₃ oraz BaCl₂ nie wytrącają osadów z roztworów zawierających jony MnO₄^-

2. Stężony HCl

2KMnO₄ + 16HCl → 2KCl + 2MnCl₂ + ↑5Cl₂^o + 8H₂O

Wykonanie

Badany roztwór odparować w probówce do sucha i ochłodzić. Następnie dodać 1-2 krople stężonego HCl. Wydziela się żółto-zielony gaz (Cl₂)o nieprzyjemnym zapachu.

3. Właściwości utleniające jonów MnO₄^-

Aniony: Cl^-, Br^-, I^-, SCN^-, [Fe/(CN)₆]^4-, NO₂^-, S^2-, SO₃^2-, C₂O₄^2-, C₄H₄O₆^2-, S₂O₃^2- oraz

kationy: Hg₂²⁺, Sn²⁺, Fe²⁺ a także H₂O₂

redukują w środowisku kwaśnym (1mol/dm³ H₂SO₄) jony MnO₄^- do Mn²⁺, powodując odbarwienie roztworu, np.

2KMnO₄ + 14KCl + 8H₂SO₄ → 2MnCl₂ + ↑5Cl₂^o + 8K₂SO₄ + 8H₂O

Mn⁺⁷ + 5ē → Mn⁺² x 2

2Cl^- - 2ē → Cl₂ x 5

Pytania kontrolne

1. Podaj podział anionów na grupy analityczne wg Bunsena

2. Czym różni się analiza anionów od analizy kationów? Jaką rolę spełniają w tym przypadku odczynniki grupowe?

3. Uszereguj jony Cl^-, Br^- i I^- wg wzrastających zdolności redukujących

4. Podaj wzory i nazwy wszystkich możliwych związków kompleksowych powstających podczas rozpuszczania AgCl

5. Napisz jak reagują jony Br^- ze stałym K₂Cr₂O₇ w środowisku kwaśnym

6. Które aniony odbarwiają roztwór jodu?

7. Napisz reakcję rozpuszczania jodku rtęci(II) w nadmiarze jodku potasu(I). Podaj barwę i nazwę powstającego związku

8. Które aniony wydzielają jod z roztworu jodków w środowisku kwaśnym?

9. Podaj barwy i wykaż różnicę rozpuszczalności następujących związków AgCl, AgBr i AgI

10. Jakie znaczenie w organizmie posiadają jony jodkowe?

11. Dlaczego zmętnienie roztworu, powstające podczas przepuszczania CO₂ przez wodę barytową znika po pewnym czasie?

12. Jakie aniony tworzą z roztworem AgNO₃ osad czerniejący po ogrzaniu?

13. Wymień ważniejsze reakcje służące do wykrywania jonów NO₃^-.

14. Napisz reakcję odbarwiania manganianu(VII) potasu(I) jonami jodkowymi.

15. Dlaczego aniony NO₃^- i MnO₄^- nie tworzą osadów z AgNO₃ i BaCl₂?

16. Dlaczego próbkę badaną na aniony, w której sprawdzamy obecność utleniaczy nie należy zakwaszać kwasem azotowym(V)?

17. Napisz wzory i podaj nazwy kwasów od których pochodzą poznane aniony.

Wykrywanie soli

Identyfikacja pojedynczej soli polega na wykryciu kationu i anionu, wchodzących w jej skład. Analizę rozpoczyna się od określenia barwy, zapachu oraz zachowania się soli podczas ogrzewania.

Do wstępnych badań należy także próba barwienia płomienia palnika gazowego przez badaną sól, wprowadzoną do płomienia na druciku platynowym. Pierwiastki alkaliczne i ziem alkalicznych barwią płomień na charakterystyczny kolor co ułatwia ich późniejszą identyfikację.

Ponieważ analizę soli przeprowadza się przede wszystkim na drodze mokrej, należy rozpuścić przygotowaną do badania sól. W tym celu dobiera się odpowiedni rozpuszczalnik. Na wstępie należy sprawdzić rozpuszczalność w wodzie. Jeżeli substancja nie rozpuszcza się w wodzie (albo rozpuszcza się częściowo) bada się kolejno działanie rozcieńczonych a następnie stężonych kwasów HCl, HNO₃ oraz mieszaniny - wody królewskiej.

Przeprowadzając trudno rozpuszczalną sól do roztworu dodaje się nadmiaru odczynnika rozpuszczającego i ewentualnie ogrzewa. Jeżeli sól rozpuszcza się zarówno w HCl oraz w HNO₃ korzystniej jest stosować kwas azotowy, ponieważ azotany są mniej lotne od chlorków. Po rozpuszczeniu soli w kwasach usuwa się nadmiar użytego kwasu przez odparowanie roztworu do małej objętości. Roztwór po odparowaniu kwasu rozcieńcza się wodą destylowaną.

Sole nierozpuszczalne w wodzie i kwasach /np.BaSO₄/ najczęściej stapia się z nadmiarem sody. Otrzymuje się wówczas związki nierozpuszczalne w wodzie lecz rozpuszczalne w rozcieńczonych kwasach.

Studentów I roku kierunku Biotechnologii Medycznej obowiązuje wykonanie analizy soli rozpuszczalnej w wodzie.

W skład analizowanej soli mogą wchodzić tylko kationy:

Ag⁺, Hg²⁺, As³⁺, Fe³⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, Na⁺, K⁺, NH₄⁺ oraz aniony: Cl^-, Br^-, J^-, CO₃^2-, PO₄^3-, NO₃^-, MnO₄^-.

Opracowując sposób analizy soli uwzględniono wyłącznie związki rozpuszczalne w wodzie i zawierające wymienione jony.

Do probówki zawierającej niewielką ilość soli /ok. 0,5 g/ dodaje się 15 cm³ wody destylowanej, wytrząsa i w razie potrzeby ogrzewa. Uzyskane zabarwienie roztworu może pochodzić od soli: manganu, żelaza i chromu. Następnie należy zbadać papierkiem uniwersalnym odczyn roztworu. Uzyskany odczyn zasadowy wskazuje na obecność soli pochodzącej od mocnej zasady, kwaśny - od mocnego kwasu, obojętny - od mocnej zasady i mocnego kwasu lub słabej zasady i słabego kwasu.

Biorąc pod uwagę wnioski wynikające z prób wstępnych, przeprowadza się w otrzymanym roztworze analizę anionów i kationów.

Analiza anionów:

1. Reakcja grupowa z KMnO₄ - wykrywanie reduktorów

Ok. 1 cm³ roztworu badanej soli zakwasza się kilkoma kroplami rozc. H₂SO₄ i dodaje małymi porcjami rozcieńczony roztwór KMnO₄. Jeżeli na zimno nie następuje odbarwienie, roztwór ogrzewa się do wrzenia. Odbarwienie roztworu KMnO₄ jest spowodowane obecnością jonów Cl^-, Br^- lub I^- /jeżeli zabarwienie manganianu(VII) potasu(I) utrzymuje się - jony te są nieobecne/.

2. Reakcja grupowa z roztworem KI - wykrywanie utleniaczy

Ok. 1 cm³ otrzymanego roztworu soli zakwasza się roz. HCl, dodaje 1-2 cm³ roztworu KJ i ok. 0,5 cm³ roztworu skrobi.

Otrzymane niebieskie zabarwienie roztworu świadczy o obecności anionów MnO₄^- lub NO₃^-.

3. Reakcja grupowa z roztworem AgNO₃

Analizowany roztwór zakwasza się roz. HNO₃ i dodaje nadmiaru AgNO₃.

Wytrącenie osadu świadczy o obecności niżej wymienionych jonów:

Cl^- - AgCl; biały

Br^- - AgBr; jasno-żółty

I^- - AgI; żółty

4. Próba na wydzielanie gazów

Do oddzielnej porcji roztworu /lub krystalicznej soli/ dodaje się kwasu solnego o stężeniu 3 mol/dm³ i lekko wstrząsa zawartość probówki. Wydzielanie się pęcherzyków gazu /CO₂/ wskazuje na obecność anionu CO₃^2-.

Wyniki powyższych prób pozwalają na sformułowanie wniosków odnośnie występowania niektórych anionów w roztworze. Po stwierdzeniu nieobecności niektórych anionów, przystępuje się do wykrywania pozostałych, wykonując reakcje charakterystyczne, podane przy identyfikacji poszczególnych jonów.

Analiza kationów:

Po przeprowadzeniu analizy anionów znana jest rozpuszczalność soli i anion wchodzący w jej skład.

Przystępując do analizy kationów należy zapoznać się z tablicą rozpuszczalności soli i wyciągnąć odpowiednie wnioski odnośnie obecności kationu. Np. jeżeli sól rozpuszcza się w wodzie i zawiera anion SO₄^2-, to próby na obecność jonów Ba²⁺ i Ca²⁺ są zbyteczne. Kationy te nie mogą być obecne, ponieważ tworzą z anionem siarczanowym trudno rozpuszczalne w wodzie związki.

Obecność anionu chlorowca Cl^-, Br^- lub I^- w soli łatwo rozpuszczalnej w wodzie wyklucza obecność kationu Ag⁺.

Analizę kationów prowadzi się w sposób systematyczny, ustalając grupę do której kation należy. W tym celu na wstępie wykrywa się kation NH₄⁺. Następnie przeprowadza się reakcje z odczynnikami grupowymi, co umożliwia ustalenie przynależności kationu do określonej grupy. Korzystając z reakcji specyficznych wykrywa się kation wchodzący w skład soli.

Rozpuszczalność wybranych soli w wodzie.

Chlorki, bromki, jodki:

Są rozpuszczalne z wyjątkiem AgCl, AgBr i AgI.

Węglany(IV):

Są na ogół trudno rozpuszczalne. Wyjątek stanowią węglany metali alkalicznych oraz amonu. Wszystkie węglany rozpuszczają się w gorącym, roz. HCl lub HNO₃.

Siarczany:

Są na ogół dobrze rozpuszczalne. Wyjątek stanowią siarczany BaSO₄, Pb SO₄. Ag₂SO₄ i CaSO₄ są również solami słabo rozpuszczalnymi w wodzie.

Azotany(V)

Są dobrze rozpuszczalne w wodzie.

^∗ Uwaga!

Wyjaśnienia stosowanych skrótów

↓ - osad

○ - osad rozpuszczalny

ø - osad nierozpuszczalny

1

36

jodgl

---