Ćwiczenie nr 5
WYBRANE METODY ANALIZY JAKOÅšCIOWEJ.
REAKCJE ANALITYCZNE WYBRANYCH KATIONÓW
METODY ANALIZY JAKOÅšCIOWEJ
Metody analizy jakościowej oparte na reakcjach chemicznych badanych jonów czy cząsteczek
nazywa się metodami chemicznymi. Oprócz, metod chemicznych w analizie jakościowej
wykorzystywane sÄ… metody instrumentalne, oparte na fizykochemicznych i fizycznych
właściwościach atomów, jonów lub cząsteczek. Należą do nich: emisyjna spektrometria atomowa, w
której wykorzystuje się charakterystyczne dla atomów promieniowanie emitowane przez nie po
wzbudzeniu, absorpcyjna spektrometria atomowa - opierająca się na specyficznych właściwościach
absorbowania promieniowania w zależności od składu i struktury związku, i wiele innych.
W praktyce analizy jakościowej stosuje się jednocześnie obie grupy metod: chemiczne i
instrumentalne, co pozwala wykorzystać zalety tych metod.
Analiza systematyczna i analiza wybiórcza
Analiza systematyczna polega na kolejnym oddzielaniu lub stwierdzaniu nieobecności całych
grup jonów za pomocą odczynników grupowych, zgodnie z przyjętym systemem podziału
kationów czy anionów. W ten sposób dzieli się jony na kilka grup, w których nietrudno jest
wykryć poszczególne jony.
W podziale kationów według Freseniusa, wszystkie kationy dzieli się na 5 grup głównych,
przy czym jako odczynniki grupowe stosuje siÄ™ kolejno: chlorki (kwas solny), siarczki w
środowisku kwaśnym, siarczki w środowisku amoniakalnym i węglany w roztworze
amoniakalnym.
Systematyczny tok analizy jest tak pomyślany, żeby każdy jon był wykrywany dopiero po
wykryciu i usunięciu (oddzieleniu) wszystkich jonów przeszkadzających. Tak więc w analizie
systematycznej oprócz, reakcji wykrywania stosuje się reakcje oddzielania jednych jonów od
drugich.
Podczas badania złożonej substancji o nieznanym składzie systematyczny tok analizy jest
zwykle bardziej celowy niż bezpośrednie wykrywanie poszczególnych jonów za pomocą reakcji
wybiórczych. Stosując go uzyskuje się pewność, że żaden z jonów obecnych w analizowanej
mieszaninie nie uszedł uwadze.
Analiza wybiórcza polega na wykrywaniu poszczególnych jonów wprost w częściach
roztworu badanego, bez przeprowadzania wstępnego rozdzielania metodami strąceniowymi,
ekstrakcyjnymi lub innymi. Wynika z tego, że w analizie wybiórczej należy stosować reakcje
specyficzne, które w danych warunkach przeprowadzania reakcji (pH, obecność odpowiednich
środków maskujących jony przeszkadzające, obecność reduktorów lub utleniaczy utrzymujących na
odpowiednim stopniu utlenienia jon wykrywany lub przeszkadzający) reagują tylko z jonem, którego
obecność należy wykryć.
Nie dla wszystkich kationów i anionów istnieją obecnie reakcje charakterystyczne i dlatego
analiza wybiórcza, chociaż stosunkowo szybka i prosta, nie daje jednak możliwości pełnej
analizy. Z analizy wybiórczej chętnie korzysta się w uzupełnieniu analizy systematycznej oraz w
analizie kroplowej.
Jeżeli nie można usunąć wpływu jonów ubocznych na wykrywanie określonych kationów, to
konieczne staje się przeprowadzanie analizy w sposób systematyczny.
Z uwagi na ograniczony czas wykonania analiz podczas zajęć studenci wykorzystywać będą
metodę wybiórczą analizy.
Analiza kroplowa
Metoda ta została opracowana w latach dwudziestych ubiegłego stulecia, niezależnie przez
N. Tananajewa i F. Feigla. W analizie kroplowej poszczególne reakcje przeprowadza się na
płytkach porcelanowych (białych lub czarnych) z wgłębieniami (rys. 1), na szkiełkach
zegarkowych lub na bibule filtracyjnej. Na płytkę lub bibułę cienką pipetką nanosi się kroplę
badanego roztworu i kroplÄ™ roztworu odczynnika, dajÄ…cego charakterystyczne zabarwienie lub
osad.
Podczas przeprowadzania reakcji na bibule wykorzystuje się kapilarno-adsorpcyjne właściwości
papieru. Ciecz wsiąka w bibułę, a tworzący się barwny związek, jest adsorbowany na niewielkiej
części bibuły, w wyniku czego zwiększa się czułość stosowanej reakcji analitycznej.
Metodą analizy kroplowej na bibule można wykrywać jedne jony w obecności drugich, bez
stosowania długich operacji strącania, sączenia, przemywania i rozpuszczania. Osiąga się to dzięki
doborowi odpowiednich odczynników i dzięki specyficznej technice na bibule, na której
poszczególne produkty reakcji rozmieszczają się koncentrycznie obok siebie.
Metodą analizy kroplowej wykrywa się jony żelazocyjankowe i rodankowe, których
obecności obok siebie nie można stwierdzić bez ich rozdzielenia. Jeśli umieści się kroplę
badanego roztworu na bibule nasyconej roztworem ałunu żelazowego, to w środku utworzy się
niebieska plamka trudno rozpuszczalnego błękitu pruskiego, a wokół niej powstanie czerwony
pierścień rodankowego kompleksu żelaza(III). Ciemnoniebieska plama wskazuje na obecność
jonów Fe(CN)64- a czerwony pierścień  na obecność jonów SCN-.
Analiza kroplowa jest szybka i oszczędna z punktu widzenia zużycia badanego roztworu i
odczynników. Metoda daje dobre wyniki w przypadku mało złożonych mieszanin jonów.
Niektórych pierwiastków nie można jednak wykryć za pomocą analizy kroplowej, nie opracowano
bowiem jeszcze odpowiednio czułych i specyficznych reakcji. Analizę kroplową można zalecić
jako metodę pomocniczą w klasycznej analizie jakościowej i stosować do identyfikacji
poszczególnych jonów w rozdzielonych już frakcjach.
Spektralna emisyjna analiza jakościowa. Barwienie płomienia palnika gazowego
Metoda emisyjnej analizy spektralnej polega na zdolności emitowania przez atomy
pierwiastków charakterystycznego promieniowania po wzbudzeniu ich w odpowiedniej
temperaturze.
Najprostszym przykładem wykorzystania tego zjawiska w analizie jakościowej jest barwienie
płomienia palnika gazowego przez lotne związki niektórych metali. Drucik platynowy (wtopiony w
pręcik szklany) oczyszcza się przez kilkakrotne zanurzanie go w kwasie solnym (1 + 1) i
wyprażanie w nie świecącym płomieniu palnika gazowego (rys. 1). Oczyszczonym drucikiem
dotyka się sproszkowanej próbki i wprowadza drucik do płomienia, najpierw do części mniej
gorącej, potem do najgorętszej (w pobliżu świecącego stożka). Z kolei drucik zanurza się w kwasie
solnym (1 + 1), aby przeprowadzić trudno lotne związki znajdujące się w próbce w lotne chlorki, i
znowu wprowadza się go do nieświecącego płomienia. Próbę wykonuje się kilkakrotnie, uważnie
obserwując pojawiające się w płomieniu zabarwienia. Należy być ostrożnym w wyciąganiu
wniosków. Intensywnie żółte, trwałe zabarwienie płomienia wskazuje na obecność sodu,
zabarwienie fiołkowe (obserwowane przez szkło kobaltowe)  na obecność potasu, .
ceglastoczerwone  wapnia, karminowoczerwone  strontu, zielone  baru. Poza tym
czerwone zabarwienie wskazuje na obecność litu, fioletoworóżowe rubidu lub cezu, zielone 
miedzi lub boru, a niebieskie  ołowiu, cyny, arsenu lu b antymonu.
Nie należy badać w płomieniu, na druciku platynowym, roztworów zawierającyc h metale
ciężkie, ponieważ metale te wtapiają się w platynę. Zamiast drutu platynowego można stosować drut
z innego metalu, nie przechodzÄ…cego w lotne zwiÄ…zki chlorkowe (np. drut niklowo-chromowy).
2
Analityczny podział kationów
W analizie jakościowej kationy dzieli się na grupy analityczne. Podstawą podziału są
najczęściej reakcje strąceniowe, w których poszczególne kationy reagują w określonych warunkach
z wybranymi odczynnikami grupowymi. Klasyczny podział kationów według R. Freseniusa
obejmuje 5 grup analitycznych. Jako odczynniki grupowe stosuje się kolejno: rozcieńczony kwas
solny, siarkowodór w środowisku rozcieńczonego kwasu solnego, jony siarczkowe w środowisku
amoniakalnym i węglan amonowy. Wymienione odczynniki grupowe strącają z badanego
roztworu kationy należące odpowiednio do grup I, II, III, IV. W przesączu, po oddzieleniu
osadu węglanów kationów grupy IV, pozostają jony grupy V, których nie strąca żaden z
wymienionych czterech odczynników grupowych.
I grupa analityczna metali (grupa kwasu solnego) obejmuje kationy, które w środowisku
kwaśnym tworzą z jonami chlorkowymi trudno rozpuszczalne chlorki. Do grupy tej należą
kationy metali:
Ag, HgI, Pb, TlI, Cu, AuI
Chlorek ołowiawy rozpuszcza się częściowo w wodzie. W przesączu, po oddzieleniu chlorku
ołowiawego, zawsze jest wystarczające stężenie jonów Pb2 + , aby pod działaniem siarkowodoru strącił
się znacznie trudniej rozpuszczalny od PbCl2 osad siarczku ołowiawego PbS i dlatego ołów
umieszcza się zarówno w I jak i w II analitycznej grupie kationów.
II grupa analityczna metali (grupa siarkowodoru) obejmuje kationy strÄ…cane przez
siarkowodór z kwaśnego roztworu (ok. 0,3 M HC1, pH d" 0.5). Kwasowość środowiska przy
strącaniu II grupy kationów jest tak dobrana, żeby strącał się, możliwie całkowicie, siarczek
kadmu, lecz aby nie zaczął się jeszcze strącać siarczek cynku. Część tych trudno
rozpuszczalnych siarczków, które nie rozpuszczają się w roztworze siarczku amonu, w roztworach
siarczków metali alkalicznych lub wodorotlenków alkalicznych, tworzy podgrupę IIA:
HgII, Pb, Cu, Bi, Cd, Re, Rh, Pd, Ru, Os
Do podgrupy IIB należą kationy metali, których siarczki mają charakter kwasowy i rozpuszczają
się w roztworach siarczków lub wodorotlenków metali alkalicznych tworząc kompleksy
siarczkowe (siarkosole). SÄ… to pierwiastki:
As, Sb, Sn, Ge, Mo, W, AuI, Ir, Pt
III grupa analityczna metali (grupa siarczku amonowego) obejmuje kationy strÄ…cane przez
jony siarczkowe z roztworu słabo kwaśnego (pH > 1), obojętnego lub słabo alkalicznego
(pH ok. 9) w postaci siarczków lub wodorotlenków.
Tę stosunkowo liczną grupę metali można podzielić na 2 podgrupy. Do podgrupy IIIA
należą kationy strącane w postaci siarczków:
Zn, Ni, Co, Mn, Fe, VIV, UIV, In, Ga
Podgrupę IIIB stanowią kationy strącane w postaci wodorotlenków:
Al, Cr, Ti, Zr, Hf, Th, La i lantanowce, Sc, Y, Nb. Ta, Be
IV grupa analityczna metali (grupa węglanu amonowego) obejmuje kationy stącane przez
węglan amonowy z roztworu obojętnego lub słabo alkalicznego (zawierającego amoniak i chlorek
amonowy) w postaci trudno rozpuszczalnych węglanów. Do grupy tej należą metale:
Ca, Sr, Ba, Ra
3
V grupa analityczna metali obejmuje metale, których kationy pozostają w roztworze po
kolejnym oddzieleniu odczynnikami grupowymi kationów metali grup I - IV. Należą tu
następujące metale:
Mg, K, Na, Li, R b, Cs
Do V grupy metali jest również zaliczany kation amonowy NH+, którego właściwości
analityczne są zbliżone do właściwości kationu potasu.
Czcionką grubą wyróżniono metale objęte najczęściej studenckim kursem analizy jakościowej.
Podane schematy rozdzielania kationów obejmują tylk o te metale.
REAKCJE ANALITYCZNE WYBRANYCH KATIONÓW
1. Srebro Ag
masa at. 107,87 u*, gÄ™stość 10,50 g/cm3, t.t. 962°C, t.w. 2212°C
Srebro jest metalem białym, błyszczącym i kowalnym; jest twardsze od złoto, lecz miększe od
miedzi. Srebro jest doskonałym przewodnikiem elektryczności lepszym od miedzi. W temperaturze
pokojowej srebro jest trwaÅ‚e na powietrzni ogrzane do temp. ok. 200 °C utlenia siÄ™, pokrywajÄ…c siÄ™
czarną warstewką tlenku Ag20. Przy niewielkiej zawartości siarkowodoru w powietrzu srebro już na
zimno pokrywa siÄ™ czarnÄ… warstewkÄ… siarczku Ag2S.
W szeregu napięciowym metali srebro znajduje się między rtęcią i miedzią, Potencjał normalny
Ag+/Ag E° = 0,80 V. Srebro jest wiÄ™c metalem szlachetnym nie wypiera wodoru z kwasów i nie
rozpuszcza się w rozcieńczonym kwasie siarkowym. Metal rozpuszcza się w kwasach utleniających,
jak stęż. kwas azotowy lub gorący siarkowy.
Większość soli srebra jest trudno rozpuszczalna w wodzie. Dość dobrze rozpuszczalny jest siarczan
srebra Ag2S04, dobrze rozpuszczajÄ… siÄ™ azotan AgNO3 i nadchloran AgClO4,
Wykrywanie srebra
Rodanki (KSCN, NH4SCN) wydzielają z roztworów soli srebra biały osad rodanku AgSCN,
rozpuszczalny w nadmiarze odczynnika:
Osad AgSCN nie rozpuszcza się w rozcieńczonym kwasie azotowym, rozpuszcza się natomiast
w amoniaku:
Tiosiarczany (Na2S203) dodawane powoli do roztworu zawierajÄ…cego jony srebra wydzielajÄ…
biały osad tiosiarczanu srebra:
Osad brunatnieje i czernieje w wyniku tworzenia siÄ™ siarczku srebra:
Nadmiar odczynnika rozpuszcza osad tiosiarczanu srebra w wyniku tworzenia się trwałego
kompleksu tiosiarczanowego:
Podczas ogrzewania zakwaszonego roztworu tiosiarczanowego kompleksu srebra następuje jego
rozkład z wydzieleniem czarnego osadu siarczku Ag2S.
4
Wykonanie oznaczenia.
Do badanego roztworu dodawać powoli, po jednej kropli roztwór tiosiarczanu
sodowego Na2S2O3 obserwujÄ…c efekt reakcji, do powstania brunatnego a potem
czarnego osadu. Następnie dodać nadmiar odczynnika do rozpuszczenia się osadu.
Roztwór zakwasić kilkoma kroplami 1m HCl i ogrzewać w płomieniu palnika.
Wydzielający się czarny osad może świadczyć o obecności kationu Ag+ należącego do
I grupy analitycznej kationów.
2. Miedz
Cu
masa at. 63,54 u, gęstość 8,96 g/cm3, t.t. 1083 C, t.w. 2567 C
Miedz
ma barwę różowoczerwonawą, jest kowalna i ciągliwa. Pod względem przewodnictwa
elektrycznego zajmuje drugie miejsce po srebrze. W obecności wilgoci i dwutlenku węgla miedz

pokrywa się zieloną warstewką hydroksywęglanów (patyną). Prażona na powietrzu miedz

pokrywa się dwiema warstewkami: czerwoną Cu2O i zewnętrzną, czarną CuO.
W szeregu napięciowym metali miedz
zajmuje miejsce między srebrem i bizmutem; jej
potencjał normalny Cu2+/Cu wynosi 0,52 V. Miedz
jest więc metalem półszlachetnym i nie
rozpuszcza siÄ™ w kwasach nieutleniajÄ…cych.
Miedz
rozpuszcza siÄ™ Å‚atwo w kwasie azotowym (l + 1):
3Cu + 2NO3 + 8H+ 3Cu2+ + 2NOę! + 4H2O a także w gorącym
stęż. kwasie siarkowym:
Cu + 2H2SO4 Cu2+ + SO4 2-+ SO2Ä™!+ 2H2O
Uwodnione jony miedziowe majÄ… barwÄ™ niebieskÄ….
Miedz
rozpuszcza się też przy współudziale tlenu z powietrza w roztworach amoniaku i
cyjanku potasowego, tworzÄ…c odpowiednie kompleksy.
Wykrywanie miedzi
Miedz
należy do metali, które można wykrywać za pomocą wielu charakterystycznych reakcji
strÄ…ceniowych i barwnych.
Tiosiarczany (Na2S2O3) tworzą z jonami miedziowymi osad tiosiarczanu miedziawego, który
podczas ogrzewania zawiesiny przekształca się w czarny osad siarczku miedziawego:
2Cu2 + + 3S2O32- Cu2S2O3“!+ S4O62-
Cu2S2O3“!+ H2O Cu2S“!+ 2H+ + SO42-
Żelazocyjanki (np. K4[Fe(CN)6]) strącają z obojętnych lub zakwaszonych kwasem octowym
roztworów czerwonobrunatny osad żelazocyjanku miedziowego:
2Cu2+ + Fe(CN)64-Cu2 [Fe(CN)6]“!
Osad, który jest nierozpuszczalny w rozcieńczonych mocnych kwasach nieorganicznych,
rozpuszcza się w amoniaku, tworząc niebieski roztwór. Reakcja z żelazocyjankami jest czuła. Przy
małym stężeniu jonów miedzi powstaje brunatna zawiesina. Jony żelazowe, mogące
przeszkadzać reakcji z miedzią, maskuje się chlorkami lub winianami (solą Seignette'a).
Wykonanie oznaczenia.
Do badanego roztworu dodać kilka kropel roztworu K4[Fe(CN)6] obserwując efekt
reakcji. Pojawienie się czerwonobrunatnego osadu może świadczyć o obecności
w roztworze kationów Cu2+.
5
Rodanki (np. KSCN, NH4SCN) strącają czarny rodanek miedziowy, który powoli (po
dodaniu siarczynu szybko) przekształca się w biały, trudno rozpuszczalny) rodanek miedziawy:
2Cu(SCN)2“! + SO32- + H2O 2CuSCN + SO42-+ 2HSCN
Rodanek miedziawy rozpuszcza się w nadmiarze jonów rodankowych przechodząc w bezbarwny
rodankowy kompleks miedzi(I):
CuSCN“! + SCN- Cu(SCN)2
Rodanek miedziowy rozpuszcza się w nadmiarze rodanków tworząc brunatny kompleks
miedzi(II):
Cu(SCN)2“! + 2SCN- Cu(SCN)42-
Brunatny kompleks powoli przekształca się w bezbarwny kompleks Cu(SCN)2
(roztwór rozjaśnia się).
Sole miedzi przeprowadzone w lotne chlorki, przez zanurzenie drucika platynowego w kwasie
solnym (1+1) powodują zabarwienie płomienia palnika na kolor zielony.
Wykonanie oznaczenia.
Drucik platynowy zatopiony w pręciku szklanym zanurzyć w kwasie solnym (1+1)
wprowadzić do płomienia palnika i wyprażyć w nieświecącym płomieniu. Postępować
w ten sposób kilkukrotnie, do chwili gdy płomień nie będzie się barwił. Następnie
drucik zanurzyć w roztworze badanym i ponownie wprowadzić do płomienia,
obserwując jego zabarwienie. Występujące zielone zabarwienie może świadczyć o
obecności kationu Cu2+ należącego do grupy analitycznej IIA.
3. Mangan Mn
masa at. 54,94 u, gÄ™stość 7,43 g/cm3, t.t. 1245°C, t.w. 1962°C
Mangan jest metalem barwy szarej, dość twardym i kruchym, mniej szlachetnym od żelaza. A
atwo
utlenia się w wilgotnym powietrzu. Mangan tworzy szereg tlenków: zielonkawoszary MnO i brunatne
Mn203, Mn304 i MnO2.
W szeregu napięciowym metali mangan zajmuje miejsce między cynkiem i glinem; potencjał
normalny układu Mn2+/Mn wynosi  1,1, V. Mangan rozpuszcza się w rozcieńczonych mocnych
kwasach nieorganicznych:
i w kwasie octowym z wydzieleniem wodoru:
W kwaśnych roztworach wodnych trwałe są jony manganawe Mn2+ o bladoróżowej barwie.
W roztworach alkalicznych tlen z powietrza Å‚atwo utlenia mangan(II) do Mn(III) lub Mn(IV).
Wodorotlenek manganawy Mn(OH)2 strÄ…ca siÄ™ dopiero przy pH 8,5. Nie wykazuje on prawie
wcale właściwości kwasowych. Mangan(II) tworzy niezbyt trwałe kompleksy z amoniakiem, z
EDTA, z cytrynianami, szczawianami i cyjankami.
ZwiÄ…zki mnnganu(III) sÄ… tr wa Å‚e przede wszystkim w kompleksach (np. cyjankowych Mn(CN)63-
fluorkowych). Mangan(IV) występuje w tlenku MnO2, który ma właściwości kwasowe.
Wodorotlenek Mn(OH)2 i siarczek MnS w środowisku alkalicznym przechodzą, przy dostępie
powietrza, w Mn02. Dwutlenek MnO2 jest silnym utleniaczem (podobnie jak PbO2).
ZwiÄ…zki manganu(II) stapiane z topnikami alkalicznymi (np. z sodÄ…) przechodzÄ… w jony
manganianowe MnO42-, barwiące roztwór na zielono. Po rozpuszczeniu stopu i zakwaszeniu
zielonego roztworu manganiany [Mn(VI)] przechodzÄ…, w wyniku reakcji dysproporcjonowania, w
Mn02 i czerwonofioletowe jony nadmanganianowe MnO4-.
6
Jony nadmanganianowe MnO4 mają duże znaczenie w analizie chemicznej jako silny i dogodny
do stosowania utleniacz. Mangan(II) można utleniać do Mn(VII) za pomocą NaBiO3, KIO4, PbO2,
(NH4)2S2O8 (w obecności jonów Ag+). Mangan(VII) redukują do Mn(II) w środowisku kwaśnym:
H2S, H2O2, Fe(II), szczawiany, chlorki, jodki, alkohole.
Wykrywanie manganu
Jony wodorotlenowe, wytrącają biały wodorotlenek manganawy który brunatnieje pod wpływem
powietrza, utleniajÄ…c siÄ™ do uwodnionego tlenku manganowego.(IV):
Wykonanie oznaczenia.
Do kilku kropel badanego roztworu dodawać kroplami roztwór zasady np. KOH, NaOH,
NH3 aq. Wytrącanie się białego osadu, po pewnym czasie zmieniającego barwę na brą-
zową może świadczyć o obecności kationu Mn2+ należącego do grupy analitycznej IIA.
Reakcje utleniania Mn(II) do Mn04-. Powstaje charakterystyczne czerwonofioletowe
zabarwienie.
Nadjodan potasowy KJ04 lub nadsiarczan amonowy (NH4)2S2O8 (w obecności niewielkiej ilości
jonów Ag+) w środowisku rozcieńczonego kwasu azotowego i siarkowego utleniają jony Mn2+ na
gorÄ…co:
Wykonanie oznaczenia.
Do probówki dodać 0,5 cm3 nadsiarczanu amonu (NH4)2S2O8, następnie dodać 2 cm3
1m H2S04, 2 - 3 krople roztworu AgNO3 i ostrożnie ogrzewać w płomieniu palnika.
Do ogrzanego roztworu wprowadzić za pomocą bagietki 1-2 krople badanego roztworu
i ponownie ogrzewać. Malinowofioletowe zabarwienie roztworu świadczy o obecności
jonów Mn2+ z grupy analitycznej IIA.
Reakcje utleniania jonów Mn2+
W środowisku alkalicznym, pod wpływem utleniaczy (np. H2O2), jon Mn2+ utlenia
siÄ™ do jonu Mn4+- powstaje brunatny osad MnO(OH)2:
Wykonanie oznaczenia.
Do kilku kropel badanego roztworu dodać kilka kropel 1m roztworu NaOH.
Wytrącający się biały osad, potraktować kilkoma kroplami H2O2. Powstający brunatny
osad świadczy o obecności jonów Mn2+.
7
4. Żelazo Fe
masa at. 55,85 u, gÄ™stość 7,86 g/cm3, t.t. 1536°C, t.w. 2750°C
Żelazo jest metalem kowalnym, o zabarwieniu srebrzystobiałym. Chemicznie czyste żelazo jest
odporne na działanie wilgoci i tlenu z powietrza. Żelazo techniczne, o zabarwieniu czarnoszarym,
zawierające liczne domieszki (węgiel, krzem, fosfor, siarkę, mangan i in.), utlenia się na powietrzu
(rdzewieje) pokrywając się brunatnym, uwodnionym tlenkiem żelazowym Fe203aq.
W szeregu napięciowym metali żelazo znajduje się między kobaltem i cynkiem; potencjał
normalny układu Fe2+/Fe wynosi  0,44 V. Metal łatwo rozpuszcza się w rozcieńczonym kwasie
solnym lub siarkowym, przy czym wydziela się wodór:
Stężony kwas siarkowy na gorąco oraz kwas azotowy (1 + 1) rozpuszczają żelazo utleniając je do
Fe(III):
W stężonym kwasie azotowym żelazo praktycznie nie rozpuszcza się  staje się pasywne
(podobnie jak glin). Pasywność (tj. zahamowanie procesu rozpuszczania się) powodują
nierozpuszczalne tlenki, które tworzą się na powierzchni żelaza.
Żelazo wypiera metale szlachetniejsze, np. miedz
, srebro, z roztworów ich soli:
W przypadku sublimatu HgCl2 reakcja redukcji żelazem kończy się na redukcji do rtęci(I), ze względu
na tworzenie siÄ™ trudno rozpuszczalnego kalomelu Hg2Cl2:
Reakcję tę wykorzystuje się w analizie do oddzielania metalicznego żelaza od jego tlenków.
W roztworach trwałe są jony żelazowe. Jony żelazawe na powietrzu utleniają sic powoli do
żelazowych. Mniejsze wartości pH zwiększają trwałość roztworów soli żelazawych.
Jony Fe2+ są bladozielonkawe, jony Fe3+  bezbarwne lub jasnobrunatne. Roztwory żelaza(III) w
kwasach o właściwościach kompleksujących (H2S04, HCl) są żółte lub pomarańczowe.
Do ważniejszych rozpuszczalnych soli żelaza(III) należą: ałun FeMe(S04)212H20 (Me = NH4, K,
Na), siarczan Fe2(S04)3aq, azotan Fe(N03)3aq. Z soli żelaza(II) można wymienić: siarczan FeS04aq i
sól Mohra (siarczan żelazawo-amonowy) Fe(NH4)2(S04)2-6H20.
Żelazo(II) tworzy kompleksy: z cyjankami Fe(CN)63- (żelazocyjanki lub sześciocyjanożelaziny),
ze szczawianami, z 1,10-fenantrolinÄ…, z amoniakiem, z EDTA.
Żelazo(III) tworzy więcej kompleksów niż żelazo(II). Z ważniejszych można wymienić: kompleks
cyjankowy Fe(CN)63- (żelazicyjanki lub sześciocyjanożelaziany), kompleksy chlorkowe, fluorkowe,
rodankowe, siarczanowe, fosforanowe, szczawianowe, salicylanowe, z EDTA, z kwasami
hydroksykarboksylowymi. Kompleksy octanowe żelaza(III) rozkładają się na gorąco i przechodzą w
trudno rozpuszczalny hydroksyoctan.
Wykrywanie żelaza
4.1. Wykrywanie kationu Fe2+
Jony wodorotlenowe bez dostępu powietrza wytrącają biały osad wodorotlenku żelazawego,
który pod wpływem tlenu z powietrza zielenieje.
Osad Fe(OH)2 pod wpływem tlenu z powietrza utlenia się do brunatnego wodorotlenku
żelazowego:
Obydwa wodorotlenki rozpuszczajÄ… siÄ™ w kwasach, lecz nie rozpuszczajÄ… siÄ™ w nadmiarze
wodorotlenku alkalicznego.
8
Wykonanie oznaczenia.
Do kilku kropel badanego roztworu należy dodawać kroplami roztwór zasady
np. NaOH, KOH, NH3aq. Wytrącenie się zielonkawego osadu może świadczyć
o obecności jonów Fe2+. Po dodaniu kwasu np. HCl, H2SO4, CH3COOH osad
ponownie siÄ™ rozpuszcza .
Żelazicyjanki (sześciocyjanożelaziany) (np.K3[Fe(CN)6]) tworzą z jonami żelazawymi
ciemnoniebieski trudno rozpuszczalny związek nazywany błękitem Turnbulla
Wykonanie oznaczenia.
Do kilku kropel badanego roztworu dodawać kroplami roztwór K3[Fe(CN)6].
Wytrącanie się ciemnoniebieskiego osadu błękitu Turbulla świadczy o obecności jonów
Fe2+. Odczynnika nie należy stosować w nadmiarze, gdyż jego żółte zabarwienie zmienia
barwę osadu na odcień zielony.
4.2. Wykrywanie kationu Fe3+
Jony wodorotlenowe powodują wytrącenie kłaczkowatego brunatny osad wodorotlenku
żelazowego, który rozpuszcza się w kwasach.
Osad jest nierozpuszczalny w nadmiarze odczynnika i w amoniaku. Wodorotlenek żelazowy
rozpuszcza się w roztworach kwasów.
Wykonanie oznaczenia.
Do kilku kropel badanego roztworu dodawać kroplami roztwór zasady: NaOH, KOH,
NH3aq. Wytrącenie się brunatnoczerwonego osadu może świadczyć o obecności jonów
Fe3+. Po dodaniu kwasu np. HCl, HNO3, H2SO4, osad ponownie rozpuszcza siÄ™.
Rodanki (np. KSCN, NH4SCN) (20 %-owy roztwór) reagują z jonami żelazowymi (<0,1 mg)
w środowisku niezbyt kwaśnym (0,05-0,2 M kwas solny, siarkowy, azotowy i nadchlorowy), tworząc
czerwono zabarwione kompleksy rodankowe.
Fe3+ + nSCN- = Fe(SCN)n3-n
Wykonanie oznaczenia.
Do kilku kropel badanego roztworu dodać 2-3 krople roztworu HCl do uzyskania pH=l
(sprawdzić papierkiem uniwersalnym). Następnie dodać kilka kropel roztworu KSCN.
Krwistoczerwone, intensywne zabarwienie świadczy o obecności kationów Fe3+
należących do grupy analitycznej IIIA.
Tworzenie błękitu pruskiego. Żelazocyjanki (np. K4[Fe(CN)6]) tworzą z jonami żelazowymi
ciemnoniebieski bezpostaciowy osad żelazocyjanku żelazowego. Przy małym stężeniu jonów Fe3+ w
badanym roztworze barwny związek tworzy trwałą zawiesinę:
9
Związek ten jest odporny na działanie rozcieńczonych mocnych kwasów nieorganicznych, rozkładają
go natomiast alkalia, przy czym wydziela się wodorotlenek żelazowy:
Wykonanie oznaczenia.
Do kilku kropel badanego roztworu dodawać kroplami roztwór żelazocyjanku potasowego
K4[Fe(CN)6]. Wytrącenie się ciemnoniebieskiego osadu błękitu pruskiego świadczy
o obecności kationów Fe3+.
5. Glin Al
masa at. 26,98 n, gęstość 2,70pg/cm\ t.t. 660C, t.w. 2467 C
Glin jest białym, błyszczącym metalem. Na powietrzu traci połysk i pokrywa się cienką warstewką
ochronnÄ… tlenku A1203, zapobiegajÄ…cÄ… dalszemu utlenianiu.
Potencjał normalny układu A13+/A1 wynosi  1,67 V; w szeregu napięciowym glin zajmuje
miejsce między cynkiem i magnezem. Glin łatwo rozpuszcza się w rozcieńczonym kwasie solnym lub
siarkowym, przy czym wydziela się wodór:
Rozpuszczanie bardzo czystego glinu ułatwia obecność śladowych ilości jonów miedzi lub rtęci.
Ani rozcieńczony, ani stężony kwas azotowy na zimno nie rozpuszcza glinu, ponieważ na
powierzchni metalu tworzy siÄ™ pasywna warstewka tlenkowa.
Glin rozpuszcza się w roztworach wodorotlenków alkalicznych, przy czym tworzą się jony
glinianowe:
Wodorotlenek glinu Al(OH)3 ma właściwości amfoteryczne: rozpuszcza się zarówno w kwasach
jak i w alkaliach.
Z rozpuszczalnych w wodzie soli glinu można wymienić: chlorek AlCl3aq, azotan Al(N03)3aq,
siarczan Al2(S04)3aq i ałuny o wzorze ogólnym AlMe(S04)2-12H20, przy czym Me = Na, K, NH4 i
inne.
Wykrywanie glinu
Octan sodowy nie strąca osadu z zimnego roztworu soli glinu, gdyż tworzy się octanowy
kompleks glinu. Podczas ogrzewania roztworu kompleks ten ulega rozkładowi i strąca się
galaretowaty osad hydroksyoctanu glinowego:
Podczas ogrzewania alkalicznego roztworu glinianu z solami amonowymi (np. NH4CI), w wyniku
zmniejszenia siÄ™ pH roztworu, strÄ…ca siÄ™ osad wodorotlenku wskutek reakcji:
Jony wodorotlenowe wytrącają biały, galaretowaty osad wodorotlenku glinowego, który
pod wpływem nadmiaru zasady ulega rozpuszczeniu:
Wodorotlenek glinowy rozpuszcza się także w kwasach:
10
Wykonanie oznaczenia.
Do badanego roztworu dodajemy parÄ™ kropel wodorotlenku (np. NaOH, KOH).
Wytrącanie się galaretowatego osadu Al(OH)3 świadczy o obecności kationu Al3+ z grupy
analitycznej III B. Osad ulega rozpuszczeniu pod wpływem nadmiaru zasady lub pod
wpływem działania kwasu.
Aluminon (sól amonowa kwasu aurynotrikarboksylowego) o wzorze sumarycznym
C22H11O9(NH4)3 (0,1 %-owy roztwór o barwie pomarańczowej) tworzy z jonami glinu (< 0,1 mg)
w środowisku octanu amonowego trudno rozpuszczalny, różowoczerwony kompleks. Obecność gumy
arabskiej utrwala zawiesinÄ™.
Wykonanie oznaczenia.
Do 1 cm3 badanego roztworu należy dodać 3 krople aluminonu, 2-3 krople 1 m
roztworu CH3COOH i 2-3 krople NH4aq. Powstanie czerwonych lub różowych
kłaczków osadu świadczy o obecności jonów Al3+. W reakcji przeszkadza obecność
jonów Fe3+ i Cu2+.
6. Wapń Ca
masa at. 40,08 u, gÄ™stość 1,55 g/cm\ t.t. 838°C, t.w. 1484CC
Wapń jest metalem srebrzystobiałym, kowalnym. Na powietrzu pokrywa się kurą warstewką
tlenku. Wapń tworzy tlenek CaO i nadtlenek Ca02. Tlenek otrzymuje się podczas bezpośredniego
utleniania wapnia lub podczas wyprażania węglanu, szczawianu i niektórych innych soli wapnia.
Tlenek CaO łączy się z wodą przechodząc w wodorotlenek Ca(OH)2; wydzielają się przy tym duże
ilości ciepła. Roztwór wodorotlenku wapnia w wodzie (woda wapienna) jest mocną zasadą, lecz
rozpuszczalność wodorotlenku w wodzie jest niewielka (1,26 g CaO/1 w temp. 20o C.
Potencjał normalny Ca2+/Ca wynosi  2,87 V. Metaliczny wapń rozpuszcza się w wodzie z
wydzieleniem wodoru:
Ca + 2H2O Ca(OH)2 + H2 Ä™!
W rozcieńczonym kwasie solnym i w kwasie octowym wapń rozpuszcza się burzliwie
z wydzielaniem gazowego wodoru:
Ca + 2H+ Ca2+ + H2Ä™!
Wykrywanie wapnia
Woda gipsowa (nasycony roztwór siarczanu wapnia) dodana do obojętnego roztworu soli
wapnia nie tworzy osadu (odróżnienie od strontu i baru).
Żelazocyjanki (np. K4[Fe(CN)6]) wydzielają z roztworu soli wapnia, zawierającego chlorek
amonu i amoniak, biały osad żelazocyjanku wapniowo-amonowego:
Osad ten nie rozpuszcza siÄ™ w kwasie octowym.
Jony węglanowe z roztworów obojętnych lub zasadowych wytrącają biały osad węglanu
wapniowego, rozpuszczalny w kwasach:
Podczas rozpuszczania węglanu wapniowego w kwasach wydzielający się dwutlenek węgla
powoduje charakterystyczne perlenie siÄ™ roztworu:
11
Barwienie płomienia. Roztwory soli wapnia (chlorek, azotan) wprowadzony na druciku
platynowym do nieświecącego płomienia palnika gazowego barwi go na kolor ceglastoczerwony.
Wykonanie oznaczenia.
Drucik platynowy zanurzyć do roztworu HC1 (stęż. 1+1), a następnie wprowadzić do
płomienia palnika. Drucik nie powinien zabarwiać płomienia. Jeżeli płomień barwi się
należy drucik ponownie zanurzyć w kwasie i wyżarzać w płomieniu do całkowitego
zaniku barwy. Następnie oczyszczony drucik zanurzyć w badanym roztworze,
wprowadzić do płomienia palnika i obserwować czy płomień zabarwił się.
Wystąpienie ceglastoczerwonego zabarwienia płomienia świadczy o obecności
kationów Ca2+ należących do IV grupy analitycznej kationów. Po wykonaniu
oznaczenia drucik ponownie oczyścić i odłożyć na miejsce.
7. Magnez Mg
masa at. 24,31 u, gÄ™stość 1,74 g/cm3, t.t. 650 C, t.w. 1090°C
Magnez jest metalem srebrzystobialym, kowalnym po ogrzaniu. Na powietrzu traci połysk
i pokrywa się białą warstewką tlenku MgO.
Potencjał normalny układu Mg2+/Mg wynosi  2,36 V. Magnez rozkłada wodę powoli, na gorąco.
Bardzo łatwo rozpuszcza się w rozcieńczonym kwasie solnym lub siarkowym:
Mg + 2H+ Mg2+ +H2Ä™!
Jony magnezu Mg2+ są bezbarwne. Wodorotlenki alkaliczne strącają z roztworów soli magnezu
wodorotlenek Mg(OH)2, który nie przejawia wcale właściwości amfoterycznych [odróżnienie od
Be(OH)2].
Wodorotlenek magnezu trudniej rozpuszcza się w wodzie niż wodorotlenek wapnia i jest słabszą
zasadą od tego ostatniego. Wodorotlenek magnezu wydziela się przy pH 9,6, dlatego obecność w
roztworze większych ilości soli amonowych, obniżających pH, uniemożliwia jego strącenie. Sole
magnezu, takie jak węglan, szczawian, boran, przechodzą w trudniej rozpuszczalny wodorotlenek, gdy
tylko zostaje osiągnięte pH co najmniej 9,6. Fosforan i oksynian magnezowy są trudniej
rozpuszczalne niż Mg(OH)2 i dlatego w środowisku alkalicznym można strącać magnez w postaci
tych soli.
Wykrywanie magnezu
8-Hydroksychinolina (2 %-owy roztwór w 2 m kwasie octowym) dodana do roztworu soli
magnezu (< 5 mg) wydziela, po zalkalizowaniu amoniakiem i ogrzaniu roztworu, żółty osad
oksynianu magnezowego. Jony metali grup analitycznych I-IV powinny być przedtem oddzielone.
Czerń eriochromowa T (0,05 %-owy roztwór w metanolu, przechowywany nie dłużej niż
tydzień) dodana do roztworu soli magnezu (<0,1 mg), zbuforowanego ok. pH 9,6, zawierającego nieco
cyjanków, tworzy fiołkowy kompleks magnezowy. Metale grup I-IV powinny być w zasadzie
oddzielone. Dodatek cyjanków maskuje niewielkie ilości takich metali, jak Cu, Nu Co, Zn.
Zabarwienie roztworu samego odczynnika w warunkach reakcji jest niebieskie.
Jony wodorotlenowe wytrącają z roztworów soli magnezowych biały, bezpostaciowy osad
wodorotlenku magnezowego, Å‚atwo rozpuszczalny w kwasach:
Mg2++ 2 0H- Mg(OH)2 “!
Mg(OH)2 + 2 H- Mg2+ + 2 H20
12
Magnezon w środowisku zasadowym posiada zabarwienie czerwone, natomiast zaadsorbowany
na powierzchni wodorotlenku magnezowego zmienia kolor na niebieski.
Wykonanie oznaczenia.
2 -3 krople badanego roztworu umieścić we wgłębieniu płytki porcelanowej, dodać
2 krople roztworu magnezonu i zalkalizować 1 m NaOH. Wystąpienie niebieskiego
zabarwienia świadczy o obecności kationów Mg2+ należących do V grupy
analitycznej kationów.
8. Potas K
masa at. 39,10 u, gÄ™stość 0,86 g/cm3, t.t. 63,7°C, t.w. 760°C
Potas jest srebrzystobiałym metalem, tak miękkim, że można go kroić nożem. Na powierzchni
pokrywa siÄ™ warstewkÄ… nadtlenku K2O2.
Potencjał normalny układu K+/K wynosi  2,9 V. Metal jest silnym reduktorem. Rozkłada
burzliwie wodę wydzielając wodór, który sam zapala się na powietrzu:
2 K + 2 H20 2 K+ + 2 OH- + H2Ä™!
Potas rozpuszcza się też w alkoholu etylowym, tworząc etylan potasowy:
+
2 K + 2 C2H5OH 2 C2H5O- 2 K + H Ä™!
2
Ogrzewany wobec nadmiaru tlenu potas spala się tworząc żółty nadtlenek KO2. W obecności
wody nadtlenek rozpada siÄ™, tworzy siÄ™ wodorotlenek potasowy i wydziela siÄ™ tlen.
Wodorotlenek potasowy jest mocną zasadą, nieco mocniejszą niż wodorotlenek sodowy.
Większość soli potasu dobrze rozpuszcza się w wodzie.
Wykrywanie potasu
Z odczynnikami grupowymi jony potasowe nie tworzą związków trudno rozpuszczalnych ani też
rozpuszczalnych kompleksów.
Barwienie płomienia. Lotne sole potasu (np. chlorek, azotan) wprowadzone na druciku platynowym
do nieświecącego płomienia barwią go na kolor fiołkowy. W obecności sodu intensywne żółte
zabarwienie płomienia maskuje fioletowe zabarwienie pochodzące od potasu. W tym przypadku
obserwuje się płomień palnika przez szkło niebieskofioletowe (szkło kobaltowe lub płaskie naczynie
szklane z niebieskim roztworem indyga).
Wykonanie oznaczenia.
Oznaczenie należy wykonać analogicznie jak w przypadku wykrywania soli miedzi
i wapnia. Zabarwienie płomienia palnika na kolor fiołkowy świadczy o obecności
kationu K+ należącego do V grupy analitycznej kationów.
9. Sód Na
masa at. 22,99 u, gÄ™stość 0,97 g/cm3, t.t. 97,8°C, t.w. 883°C
Sód jest miękkim, srebrzystobiałym metalem, o właściwościach fizycznych i chemicznych
podobnych do właściwości potasu.
Potencjał normalny układu Na+/Na wynosi  2,7 V. Sód rozpuszcza się burzliwie w wodzie 
tworzy się wodorotlenek sodowy i wydziela się wodór:
Wodorotlenek sodowy jest mocną zasadą, jednak nieco słabszą niż wodorotlenek potasowy. Sód
rozpuszcza się również w alkoholu metylowym i alkoholu etylowym tworząc alkoholany.
13
Jony sodowe Na+ są bezbarwne. Sole sodowe dobrze rozpuszczają się w wodzie. Małą
rozpuszczalnością odznaczają się: antymonian sodowy i octan uranylowo-cynkowo-sodowy oraz
uranylowo-magnezowo-sodowy. Sód przejawia bardzo słabe zdolności do tworzenia kompleksów
(np. z EDTA, z polifosforanami).
Wykrywanie sodu
Jony sodowe nie reagujÄ… z odczynnikami grupowymi.
Barwienie płomienia. Lotne sole sodowe (np. chlorek, azotan) wprowadzone na druciku
platynowym do nieświecącego płomienia palnika gazowego barwią go na kolor żółty. Próba na
barwienie płomienia przez sód jest znacznie bardziej czułą niż w przypadku innych metali V i IV
grupy analitycznej.
Wykonanie oznaczenia.
Oznaczenie należy wykonać analogicznie jak w przypadku wykrywania soli
potasowych. Zabarwienie płomienia palnika na intensywnie żółty kolor świadczy
o obecności kationu Na+ należącego do V grupy analitycznej kationów.
14