Wykrywanie wybranych anionów. Podział anionów na grupy analityczne

Transkrypt

1 Wykrywanie wybranych anionów Podział anionów na grupy analityczne Aniony w chemii analitycznej dzieli się najczęściej, zgodnie z podziałem Bunsena, na siedem grap. Podział ten wynika z zachowania się anionów w reakcjach z roztworami AgNO 3 i BaCl 2 oraz na roztwarzaniu się wytrąconych osadów w kwasie azotowym(v). W tabeli jest przedstawiony podział anionów na grupy analityczne. Grupa Aniony Odczynnik AgNO 3 Roztwarzanie w HNO 3 Odczynnik BaCl 2 Roztwarzanie w HNO 3 I Cl, Br, I, CN, białe lub żółte osady nie roztwarzające nie dają SCN się osadu II S, CH 3 COO, czarne lub białe roztwarzające się nie dają NO 2 osady osadu III SO 3, CO 3, białe osady roztwarzające się białe osady roztwarzające się C 2 O 4, HPO 3 IV S 2 O 3, CrO 4, barwne osady roztwarzające się białe lub roztwarzające się PO 3 4, AsO 4 żółte osady V NO 3, ClO 3, ClO 4, nie dają osadu nie dają MnO 4 osadu VI F, SO 4 nie dają osadu białe osady nie roztwarzające się VII SiO 3 jasnożółty osad roztwarzający się biały osad roztwarzający się Badania wstępne Systematyczną analizę anionów poprzedzają zwykle badania wstępne; należą do nich: działanie rozcieńczonym i stężonym siarkowym(vi), badanie właściwości utleniającoredukujących. Działanie H 2 SO 4 pozwala wykryć (należy zawsze potwierdzić wynik próby innymi reakcjami) następujące jony: CO 2, SO 2, S 2 O 3, S, CN, NO 2, ClO, CH 3 COO. W tabeli są podane efekty działania siarkowym(vi) na próbki soli. Anion Rozcieńczony H 2 SO 4 Stężony H 2 SO 4 równanie reakcji efekt działania równanie reakcji efekt działania Cl brak Cl + H + HCl HCl + NH 3 NH 4 Cl biały osad (dymy) w obecności NH 3 Br brak Br + H + HBr 2Br + SO 4 + 4H + gazowy HBr o charakterystycznym Br 2 + SO 2 + 2H 2 O zapachu, w roztworze czerwonobrunatne S S + 2H + H 2 S gaz o silnym, nieprzyjemnym zapachu rozkładającego się białka S 2 O 3 S 2 O 3 + 2H + SO 2 ostry zapach, + S + H 2 O mętnienie CH 3 COO CH 3 COO + H + charakterystyczny CH 3 COOH zapach octu NO 3 S + 2H 2 SO 4 S + SO 2 +2H 2 O + SO 4 brak 4 NaNO 3 + 2H 2 SO 4 2Na 2 SO 4 + 2H 2 O + ostry zapach, mętnienie brunatny gaz, żółknięcie

2 CO 3 CO 3 + 2H + CO 2 + H 2 O bezbarwny gaz, powodujący zmętnienie wody wapiennej 4NO 2 + O 2 Badanie właściwości utleniającoredukujących przeprowadza się z użyciem odczynników powodujących utlenienie bądź redukcję anionu. Do takich odczynników należą: KI w środowisku kwasowym (reduktor), na przykład: 2I + 2 NO 2 + 4H + I 2 + 2NO + 2H 2 O; I 2 w KI (utleniacz), na przykład: S + I 2 S + 2I ; KMnO 4 (utleniacz), na przykład: 10 Cl + 2 MnO H + 5 Cl Mn H 2 O Wykrywanie wybranych anionów REAKCJE ANIONU CHLORKOWEGO Anion chlorkowy występuje w kwasie solnym, chlorkach obojętnych i zasadowych (bizmutu, antymonu, cyny). Większość chlorków obojętnych jest rozpuszczalna w wodzie (poza chlorkami I grupy kationów), chlorki zasadowe są słabo rozpuszczalne w wodzie. Tabela podaje reakcje pozwalające zidentyfikować anion chlorkowy. 1 azotan(v) Ag + + Cl AgCl biały osad, 2 stężony kwas patrz poprzednia tabela biały osad (dymy) siarkowy, stężony NH 3 3 KMnO 4 lub 2Cl + MnO 2 + 4H + gazowy chlor o MnO 2, H 2 SO 4, Cl 2 + Mn H 2 O charakterystycznym zapachu, barwiący papierek papierek jodoskrobiowy jodoskrobiowy na niebiesko: Cl 2 + 2I I 2 + 2Cl REAKCJE JONU BROMKOWEGO Anion bramkowy występuje w kwasie bromowodorowym i bromkach. Bromki są przeważnie rozpuszczalne w wodzie, z wyjątkiem soli kationów I grupy analitycznej i Cu(I). Związki bromu wykazują duże podobieństwo do związków chloru, są tylko od nich silniejszymi reduktorami łatwiej się utleniają. Reakcje charakterystyczne jonu bromkowego są podane w tabeli.

3 1 azotan(v) Ag + + Br AgBr żółtawy osad, jak AgCl 2 stężony kwas patrz poprzednia tabela biały osad (dymy) siarkowy, stężony NH 3 3 KMnO 4, 10 Br + 2MnO H + zanik fioletowej H 2 SO 4, 5Br 2 + 2Mn H 2 O barwy, czerwony roztwór o charakterystycznym 4 woda chlorowa Cl 2aq, chloroform 2Br + Cl 2 Br 2 + 2Cl REAKCJE JONU SIARCZKOWEGO zapachu żółte do czerwonobrunatnego warstwy chloroformowej Jony siarczkowe występują w niewielkiej ilości w roztworze kwasu siarkowodorowego i w siarczkach. Siarczki należą do związków trudno rozpuszczalnych, poza solami litowców i berylowców. Te ostatnie są silnie zhydrolizowane w roztworach wodnych wskutek reakcji: S + H 2 O HS + OH Anion siarczkowy ma silne właściwości redukujące, utlenia się dość łatwo do wolnej siarki. Reakcje charakterystyczne jonu siarczkowego są podane w tabeli. 1 azotan(v) 2Ag + + S Ag 2 S czarny osad, w gorącym rozcieńczonym HNO 3 3Ag 2 S + 2NO 3 +8H + 6Ag + 3S + 2NO +4H 2 O 2 H + (kwasy rozcieńczone nieutleniające) S + 2H + H 2 S 3 KMnO 4, H 2 SO 4, 5S + MnO H + 5S + 2Mn H 2 O 4 Na 2 [Fe(CN) 5 NO] nitroprusydek sodu S + [Fe(CN) 5 NO] [Fe(CN) 5 NOS] 4 REAKCJE JONU OCTANOWEGO gaz o charakterystycznym zapachu odbarwienie i zmętnienie czerwonofioletowe Jon octanowy występuje w niewielkim stężeniu w kwasie octowym i w octanach. Kwas octowy jest słabym organicznym, o charakterystycznym zapachu, w niewielkim stopniu zdysocjowanym. Jego sole octany są dobrze rozpuszczalne w wodzie, z wyjątkiem octanu i rtęci(i). W wodzie ulegają hydrolizie zgodnie z równaniem reakcji: CH 3 COO + H 2 O CH 3 COOH + OH

4 W tabeli są podane reakcje charakterystyczne jonu octanowego. 1 azotan(v) 2Ag + + CH 3 COO biały osad ze w gorącej wodzie CH 3 COOAg stężonych 2 H 2 SO 4 CH 3 COO + H + CH 3 COOH 3 chlorek żelaza (III) 4 etanol w obecności H 2 SO 4 Fe CH 3 COO (CH 3 COO) 3 Fe; (CH 3 COO) 3 Fe + 2H 2 O Fe(OH) 2 CH 3 COO + 2CH 3 COOH S + [Fe(CN) 5 NO] [Fe(CN) 5 NOS] 4 REAKCJE JONU WĘGLANOWEGO roztworów, ogrzany roztwór wydziela charakterystyczny zapach octu czerwonobrunatne, po rozcieńczeniu i zagotowaniu przechodzące w brunatny osad przyjemny owocowy zapach po ogrzaniu Anion węglanowy występuje w niewielkim stężeniu w rozcieńczonych roztworach kwasu węglowego oraz w rozpuszczalnych w wodzie węglanach. Kwas węglowy jest bardzo nietrwały, rozkłada się z wydzieleniem CO 2. Węglany są trudno rozpuszczalne w wodzie, poza węglanami litowców i amonu. W roztworach wodnych wykazują odczyn zasadowy wskutek hydrolizy zachodzącej zgodnie z równaniami reakcji: CO 3 + H 2 O HCO 3 + OH HCO 3 + H 2 O H 2 CO 3 + OH Węglany dobrze się rozpuszczają w kwasach. W tabeli są podane reakcje charakterystyczne jonu CO 3. 1 azotan(v) 2Ag + + CO 3 biały osad, ze w rozcieńczonym HNO 3, Ag 2 CO 3 stężonych NH 3aq, CH 3 COOH roztworów żółty, po ogrzaniu czerniejący AgCO 3 Ag 2 O + CO 2 2 kwasy CO 3 + 2H + H 2 CO 3 gaz powodujący CO 2 + H 2 O mętnienie wody wapiennej lub barytowej CO 2 + Ca(OH) 2 CaCO 3 + H 2 O 3 chlorek baru Ba 2+ + CO 3 BaCO 3 biały osad w rozcieńczonych kwasach REAKCJE JONU TIOSIARCZANOWEGO(VI) Anion tiosiarczanowy występuje jako jon w roztworach soli. Kwas tiosiarczanowy nie jest znany w stanie wolnym, rozkłada się natychmiast na siarkę i ditlenek siarki(iv). Sole

5 tiosiarczanowe(vi) są trwałe i mają właściwości redukujące. Właściwości te wynikają z obecności w jonie S 2 O 3 siarki na II stopniu utlenienia. Jon S 2 O 3 utlenia się do jonu SO 4 (pod działaniem silnych utleniaczy) i do jonu S 4 O 6 (w wyniku działania słabszych utleniaczy). Większość tiosiarczanów jest dobrze rozpuszczalna w wodzie, z wyjątkiem: soli baru, miedzi(ii), ołowiu(ii), (I). Reakcje charakterystyczne jonu tiosiarczanowego( VI) są podane w tabeli. 1 azotan(v) 2Ag + + S 2 O 3 biały osad, w nadmiarze S 2 O 3 Ag 2 S 2 O 3 żółknący i stopniowo czerniejący Ag 2 S 2 O 3 + H 2 O Ag 2 O + H 2 SO 4 2 kwasy S 2 O 3 + 2H + H 2 S 2 O 3 wydzielanie gazu SO 2 + H 2 O + S powodującego mętnienie wody wapiennej lub barytowej SO 2 + Ca(OH) 2 CaSO 4 +H 2 O 3 chlorek baru Ba 2+ + S 2 O 3 BaS 2 O 3 biały osad w gorącej wodzie i 4 jony żelaza (III) Fe S 2 O 3 Fe(S 2 O 3 ) 2 + Fe 3+ 2Fe 2+ + S 4 O 6 REAKCJE JONU FOSFORANOWEGO(V) nietrwałe fioletowe rozcieńczonych kwasach Anion fosforanowy(v) wchodzi w skład kwasu ortofosforowego(v) oraz ortofosforanów(v). Kwas fosforowy(v) jest średniej mocy, dysocjującym trójstopniowo. Najwyższą wartość ma stała pierwszego stopnia dysocjacji, dlatego w roztworze tego kwasu przeważają jony H 2 PO 4. Fosforany(V) są trudno rozpuszczalne w wodzie, z wyjątkiem soli litowców i wodorofosforanów berylowców, które ulegają hydrolizie. Odczyn wodny roztworów soli jest różny i zależy od rodzaju jonu fosforanowego. Jednometaliczne fosforany(v) litowców wykazują odczyn słabo kwasowy, dwumetaliczne słabo zasadowy, a trójmetaliczne mocno zasadowy. Reakcje charakterystyczne jonu fosforanowego(v) są podane w tabeli. Lp. Odczynnik Równanie reakcji Efekt działania Rozpuszczalność osadu 1 azotan(v) 3Ag + + PO 3 4 Ag 3 PO 4 żółty osad w rozc. HNO 3, NH 3aq, CH 3 COOH 2 chlorek baru HPO 4 + Ba 2+ biały osad w rozcieńczonych kwasach 3 molibdenian(vi) amonu, HNO 3 4 mieszanina magnezowa: MgCl 2 + NH 3aq + NH 4 Cl BaHPO 4 Na 2 HPO (NH 4 ) 2 MoO HNO 3 21NH 4 NO 3 + 2NaNO H 2 O + (NH 4 ) 3 PMo 3 O 10 ) 4 PO Mg 2+ + NH 4 + MgNH 4 PO 4 jasnożółty osad w nadmiarze PO 4 3, NH 3aq, OH biały osad w kwasach

6 REAKCJE JONU AZOTANOWEGO(V) Anion azotanowy występuje w mocnym, trwałym kwasie azotowym(v) i w azotanach(v). Jon azotanowy(v) jest utleniaczem. Azotany(V) są dobrze rozpuszczalne w wodzie, z wyjątkiem niektórych hydroksosoli (hydroksosoli bizmutu i antymonu). Reakcje charakterystyczne jonu azotanowego(v) są podane w tabeli. 1 stęż. kwas 4NO 3 + 2H 2 SO 4 brunatny gaz, siarkowy(vi) 2SO 4 +2H 2 O + 4NO 2 + żółknięcie O 2 2 siarczan(vi) żelaza(ii), stęż. kwas siarkowy 3 Cu, Zn, Al (stop Dewara), NaOH 4 magnez metaliczny w środowisku kwasowym 3Fe 2+ + NO 3 + 4H + 3Fe 3+ + NO + 2H 2 O Fe 2+ + NO Fe(NO) 2+ 3NO 3 + 8Al + 18H 2 O + 5OH 3NH 3 + 8Al(OH) 4 Mg + NO 3 + 2H + Mg 2+ + NO 2 + H 2 O 2NO 2 + 2I + 4H + I 2 + 2NO + 2H 2 O REAKCJE JONU MANGANOWEGO(VII) brunatna obrączka gaz o charakterystycznym zapachu, barwiący papierek uniwersalny na niebiesko żółknięcie, a następnie brązowienie po dodaniu KI Anion manganowy(vii) jest jonem kwasu manganowego(vii), który nie występuje w stanie wolnym i soli manganianów(vii). Sole są dobrze rozpuszczalne w wodzie i barwią roztwór na kolor fioletowy, dlatego są łatwe do identyfikacji. Reakcje jonu manganowego(vii) są podane w tabeli. 1 stęż. kwas solny 2MnO H Cl odbarwianie 2Mn H 2 O +, gaz o 5Cl 2 charakterystycznym 2 wodorotlenek potasu 3 woda utleniona w środowisku H 2 SO 4 4MnO 4 + 4OH 4MnO 4 + 2H 2 O + O 2 3MnO 4 + 2H 2 O 2MnO 4 + MnO 2 + 4OH 2MnO 4 + 5H 2 O 2 + 6H + 2Mn H 2 O + 5O 2 4 reduktory, H + 2MnO 4 + 5H 2 S + 6H + 2Mn S + 8H 2 O REAKCJE JONU SIARCZANOWEGO(VI) zapachu zmiana barwy na zieloną, po rozcieńczeniu i zakwaszeniu powraca barwa fioletowa gaz podtrzymujący palenie, odbarwienie odbarwienie Anion siarczanowy(vi) jest jonem bardzo mocnego, trwałego, kwasu siarkowego(vi) i jego soli siarczanów(vi). Kwas dysocjuje dwustopniowo, dlatego w jego roztworze znajdują się

7 jony: SO 4 i HSO 4. Stężony kwas jest silnym utleniaczem, rozcieńczony nie posiada tej właściwości. Większość siarczanów(vi) i wodorosiarczanów(vi) jest dobrze rozpuszczalna w wodzie. Do trudno rozpuszczalnych należą: siarczany(vi) czwartej grupy analitycznej, siarczan(vi) ołowiu(ii) i siarczan(vi) rtęci(i). W tabeli są podane reakcje charakterystyczne jonu siarczanowego(vi). Lp. Odczynnik Równanie reakcji Efekt działania 1 azotan(v) 2Ag + + SO 4 ze stężonych Ag 2 SO 4 roztworów biały osad 2 chlorek baru Ba 2+ + SO 4 biały osad 3 chlorek baru w mieszaninie z manganianem(vii) potasu i szczawiowym BaSO 4 jak wyżej, w sieci krystalicznej BaSO 4 wbudowany jest izomorficznykmno 4 fioletowy osad, nie odbarwia się pod wpływem reduktorów Rozpuszczalność osadu po rozcieńczeniu, w H 2 O w niewielkim stopniu w stężonych kwasach jak wyżej 4 jony ołowiu(ii) Pb 2+ + SO 4 PbSO 4 biały osad w octanie amonu, stężonym H 2 SO 4, stężonych zasadach REAKCJE JONU KRZEMIANOWEGO Anion krzemianowy jest jonem bardzo słabego kwasu metakrzemowego i jego soli metakrzemia7nów. Kwas metakrzemowy występuje w postaci koloidalnej i po zakwaszeniu wydziela się z w postaci osadu o różnym składzie, zależnym od warunków strącania, jest zapisywany w postaci nsio 2 mh 2 O. Nie wyodrębniono czystych kwasów krzemowych. Krzemiany są trudno rozpuszczalne, jedynie metakrzemiany litowców rozpuszczają się w wodzie ulegając hydrolizie. Roztwory takie mają charakter silnie zasadowy i są nazywane szkłem wodnym. Reakcje pozwalające zidentyfikować jon krzemianowy są zebrane w tabeli. 1 azotan(v) 2Ag + + SiO 3 jasnożółty osad w kwasach i NH 3aq AgSiO 3 2 chlorek baru Ba 2+ + SiO 3 biały osad w HNO 3 BaSiO 3 3 rozcieńczone SiO 3 + 2H + galaretowaty kwasy i sole H 2 SiO 3 osad, prażony ze amonowe SiO stężonym HCl 3 + 2H 2 O przechodzi w żel 4 molibdenian amony, HNO 3 H 2 SiO 3 + 2OH MoO 4 + 2H + H 2 MoO 4 3H 2 MoO 4 H 2 Mo 3 O H 2 O 4H 2 Mo 3 O 10 + SiO 3 + 2H + H 4 [Si(Mo 3 O 10 ) 4 ] + 3H 2 O żółte

8 Odczynniki organiczne stosowane w analizie anionów Lp. Nazwa Anion Efekt działania 1 aminy aromatyczne NO 2 czerwony osad, barwnik diazowy 2 antypiryna NO 2 zielone 3 difenyloamina NO 3, NO 2, CrO 4, MnO 4, niebieskie ClO 3 4 rodizonian baru SO 4 odbarwienie czerwonego osadu