Ćwiczenie 14. Analiza jakościowa wybranych anionów i soli występujących w preparatach kosmetycznych.

Transkrypt

1 Ćwiczenie 14 Analiza jakościowa wybranych anionów i soli występujących w preparatach kosmetycznych. Literatura Minczewski J., Marczenko Z.: Chemia analityczna. T.1. Podstawy teoretyczne i analiza jakościowa. Wyd. 10. PWN, Warszawa 2009 Kocjan R.: Chemia analityczna. Analiza jakościowa. Analiza klasyczna; tom 1, Wyd.1 PZWL, Warszawa, Skrypt do ćwiczeń z chemii ogólnej, nieorganicznej i analitycznej, Białystok 2010, pod redakcją E. Skrzydlewskiej. Szmal Z., Lipiec T.: Chemia analityczna z elementami analizy instrumentalnej. Wyd. VII poprawione i unowocześnione PZWL, Warszawa, Zakres materiału obowiązującego na ćwiczenie: Znajomość warunków strącania osadów anionów grup I - VII z odczynnikami grupowymi. Umiejętność zapisywania równań reakcji chemicznych charakterystycznych dla anionów grup I VII i reakcji rozpuszczania trudno rozpuszczalnych osadów powstałych w wyniku w/w reakcji w dobrze rozpuszczalne sole. umiejętność uzasadnienia przeprowadzenia identyfikacji nieznanych anionów grup I VII wraz ze znajomością sposobów identyfikacji anionów (próby na obecność utleniaczy, reduktorów, lotnych produktów itd.), równań i efektów reakcji chemicznych. Znajomość podstawowych zagadnień dotyczących identyfikacji soli na podstawie właściwości fizykochemicznych oraz umiejętność przeprowadzenia systematycznej analizy soli z zastosowaniem metody klasycznej analizy jakościowej. Znajomość obliczeń chemicznych (umiejętność obliczania/przeliczania stężeń procentowych i molowych w oparciu o wzory). Zagadnienia z wykładów poprzedzających ćwiczenie. Analiza jakościowa anionów różni się zasadniczo od postępowania przyjętego przy wykrywaniu kationów. Wiele anionów wykrywa się bezpośrednio w próbkach badanego roztworu, gdyż wiele z nich nie przeszkadza sobie wzajemnie w reakcjach. Istniejąca systematyka anionów pozwala tylko na ogólne zorientowanie się, do której z umownych grup należy anion. Klasyfikacja anionów zaproponowana przez Bunsena opiera się na różnej rozpuszczalności ich soli z kationami srebra i baru. Na tej podstawie aniony dzielą się na siedem grup. 1

2 Podział anionów na grupy analityczne wg BUNSENA Grupa Aniony Odczynnik grupowy AgNO 3 Odczynnik grupowy Ba(NO 3 ) 2 lub BaCl 2 I Cl -, Br -, I -, CN -, SCN -, ClO -, 4 [ Fe( CN) 6 ] 3,[ Fe( CN) 6 ], biały lub żółty osad trudno rozpuszczalny w rozc. HNO 3 nie strąca osadu II S 2-, NO - 2, CH 3 COO -, HCOO biały lub czarny osad rozpuszczalny w rozc. HNO 3 (Ag 2 S na gorąco) nie strąca osadu III CO, BO, SO, ( COO), C H O rozpuszczalny w rozc. HNO 3 rozpuszczalny w rozc. HNO 3 C6H5O7 3 IV S O, CrO, Cr O, PO, AsO, AsO barwny osad rozpuszczalny w rozc. HNO 3 biały lub żółty osad rozpuszczalny w rozc. HNO 3 V NO, ClO, ClO, MnO nie strąca osadu nie strąca osadu VI SO, F,[ SiF ] nie strąca osadu osad trudno rozpuszczalny w rozc. HNO 3 VII SiO 3 2 żółty osad rozpuszczalny w HNO 3 rozpuszczalny w HNO 3 2

3 NAZWY ANIONÓW I GRUPA ANIONÓW IV GRUPA ANIONÓW Cl Br jon chlorkowy jon bromkowy 2 S 2 O 3 CrO 4 2 jon tiosiarczanowy jon chromianowy (VI) I jon jodkowy Cr O jon dichromianowy (VI) CN jon cyjankowy PO 4 3 jon fosforanowy (V) SCN jon tiocyjanowy AsO 3 3 jon arsenianowy (III) 4 [ Fe( CN) 6 ] 3 [ Fe( CN) 6 ] ClO jon heksacyjanożelazianowy(ii) jon heksacyjanożelazianowy(iii) jon chloranowy (I) AsO 4 3 jon arsenianowy (V) II GRUPA ANIONÓW V GRUPA ANIONÓW S 2 jon siarczkowy NO 3 jon azotanowy (V) NO 2 jon azotanowy (III) ClO 3 jon chloranowy (V) HCOO jon mrówczanowy MnO 4 jon manganianowy (VII) CH3COO jon octanowy ClO 4 jon chloranowy (VII) III GRUPA ANIONÓW VI GRUPA ANIONÓW CO 3 2 jon węglanowy SO 4 2 jon siarczanowy (VI) BO 3 3 jon boranowy F jon fluorkowy 2 SO 3 2 ( COO) 2 jon siarczanowy (IV) jon szczawianowy C H O jon winianowy C H O jon cytrynianowy 2 [ SiF 6 ] jon heksafluorokrzemianowy(iv) 3

4 IDENTYFIKACJA ANIONÓW Cześć praktyczna: Należy przeprowadzić reakcje charakterystyczne dla poszczególnych anionów zawartych w Tabeli 1. W tym celu każdą reakcję należy przeprowadzić w oddzielnej probówce, poprzez wlanie kilku kropli badanego anionu i dodanie w przybliżeniu równoważną objętość odpowiedniego odczynnika. Należy zwrócić uwagę na barwę wytrącającego się osadu lub inne objawy zachodzenia reakcji np. zapach, wydzielające się pęcherzyki gazu. 4

5 Reakcje charakterystyczne jonu chlorkowego Cl [0,5M NaCl] Odczynnik Równania reakcji Efekt reakcji AgNO 3 0,1M Ag + + Cl AgCl AgCl + 2S O [Ag(S 2 O 3 ) 2 ] 3 + Cl biały, serowaty osad, który pod wpływem światła widzialnego ulega rozkładowi do metalicznego srebra dając szarofioletowe Na 2 S 2 O 3 0,5M zabarwienie; osad AgCl, nie rozpuszcza się w tiosiarczanie KMnO 4 0,1M + H 2 SO 4 2M papierek jodoskrobiowy H 2 SO 4 stęż. MnO 10Cl H + Cl 2 + 2KI 2KCl + I 2 2Cl + 2H + 2HCl* HCl + NH 3 NH 4 Cl 5Cl 2 +2Mn H 2 O odbarwienie roztworu KMnO 4 w środowisku kwaśnym, na gorąco; natomiast w środowisku słabo zasadowym lub słabo kwaśnym KMnO 4 ulega redukcji do MnO 2; wydzielający się chlor można zidentyfikować po charakterystycznym duszącym zapachu lub fioletowym zabarwieniu papierka jodoskrobiowego po podgrzaniu uwalnia się gazowy HCl, który po dodaniu kropli amoniaku tworzy białe dymy chlorku amonu Pb(CH 3 COO) 2 0,25M Pb Cl PbCl 2 rozpuszczalny w gorącej wodzie i kwasie solnym HCl 2M PbCl 2 + 2H + + 2Cl H 2 PbCl 4 *wykonanie: na szkiełku zegarkowym umieszczamy dwie krople badanej substancji i dodajemy 5 kropel stęż. H 2 SO 4 ; jednocześnie nad szkiełkiem trzymamy bagietkę zwilżoną stęż. NH 3 ; powstanie białych dymów świadczy o obecności jonów Cl Zastosowanie jonu chlorkowego w kosmetologii Jon chlorkowy jest składnikiem soli kwasu chlorowodorowego. W kosmetologii mają zastosowanie: chlorek tlenek bizmutu(iii) używany jest do nadania perłowego połysku sztyftom oraz szminkom do ust oraz wchodzi w skład preparatów przeciw piegom chlorek cynku jako środek ściągający, antyseptyczny i dezodorujący chlorek glinu w dezodorantach i antyhydrotykach 5

6 Reakcje charakterystyczne jonu jodkowego I Odczynnik Równania reakcji Efekt reakcji AgNO 3 0,1M Ag + + I AgI Na 2 S 2 O 3 0,5M AgI [Ag(S 2 O 3 ) 2 ] 3 + I S O [0,2M KI] żółty, serowaty osad jodku srebra (I), zieleniejący pod wpływem światła; osad AgI rozpuszcza się w nadmiarze tiosiarczanu; nie rozpuszcza się w rozcieńczonym kwasie azotowym (V) i amoniaku Pb(CH 3 COO) 2 0,25M Pb I PbI 2 żółty osad jodku ołowiu (II), rozpuszcza się w gorącej wodzie lub po dodaniu kilku kropel rozcieńczonego kwasu octowego i ogrzaniu; po ostudzeniu wytrąca się ponownie osad w postaci błyszczących złocistych kryształków KMnO 4 0,1M + H 2 SO 4 2M +chloroform H 2 SO 4 stęż. 2I 2 + SO 4 2MnO4 + 10I + 16H + 2Mn I 2 + 8H 2 O reakcja zachodzi na zimno w środowisku kwaśnym; wydzielony jod zabarwia warstwę chloroformową na kolor różowofioletowy + 4H + I 2 + SO 2 + 2H 2 O wydzielony jod zabarwia roztwór na kolor żółtobrunatny; przy ogrzaniu wydziela się w postaci fioletowych par; duże stężenie jodków może prowadzić do wydzielenia szarego, stałego jodu Zastosowanie jonu jodkowego w kosmetologii wzmacnia skórę i paznokci jako mikroelement e, niezbędny w zapobieganiu cellulitu, wspomaga lipazę stosowany jest do redukowania blizn w zabiegach jonoforezy wykorzystywany do dezynfekcji narzędzi w gabinetach kosmetycznych [w połączeniu z alkoholami] 6

7 Reakcje charakterystyczne jonu siarczkowego (II) S 2 [ 0,1M Na 2 S] Odczynnik Równania reakcji Efekt reakcji AgNO 3 0,1M 2Ag + + S 2 Ag 2 S czarny osad siarczku srebra (I); HNO 3 2M 3Ag 2 S + 2NO 3 + 8H + 6Ag + + 3S 0 + 2NO + 4H 2 O rozpuszczalny na gorąco w rozcieńczonym HNO 3 z wytrąceniem koloidalnej siarki H 2 SO 4 2M S 2 + 2H + H 2 S kwasy rozkładają siarczki z wydzieleniem Pb (CH 3 COO) 2 0,2M Pb 2+ + H 2 S PbS + 2H + siarkowodoru, który można poznać po charakterystycznym zapachu lub po zaciemnieniu 2MnO 4 bibuły nasączonej octanem ołowiu (II) + 5S H + 5 S Mn H 2 O roztwór manganianu (VII) odbarwia się na zimno z wydzieleniem wolnej siarki KMnO 4 0,1M + H 2 SO 4 1M H 2 SO 4 1M S 2 + 2H + H 2 S kwasy rozkładają siarczki z wydzieleniem siarkowodoru, który można poznać po charakterystycznym zapachu Pb(CH 3 COO) 2 0,2M Pb 2+ + S 2 PbS czarny osad siarczku ołowiu (II) Zastosowanie jonu siarczkowego w kosmetologii Siarczki sodu i potasu są odpowiedzialne za przeciwbakteryjne działanie preparatów kosmetycznych zawierających aktywną siarkę. Siarczki stosowane są jako: depilatory chemiczne, składniki preparatów do pielęgnacji włosów, składniki kremów do cery trądzikowej i łojotokowej, składniki mydeł, składniki szamponów i płynów do kąpieli. 7

8 Reakcje charakterystyczne jonu boranowego (III) BO 2 [0,25M Na 2 B 4 O 7 ] Odczynnik Równania reakcji Efekt reakcji AgNO 3 0,1M HNO 3 2M 2 B 4 O 7 + 3H 2 O 2 2 Ag B 4 O 7 BO 2 BO AgBO 2 + 2H 3 BO 3 + 2Ag + + 3H 2 O 2AgBO 2 + 2H 3 BO 3 2AgBO 2 + 3H 2 O Ag 2 O + 2H 3 BO 3 metaboranu srebra (I), który hydrolizuje po ogrzaniu z powstaniem brunatnego osadu Ag 2 O; osad AgBO 2 rozpuszcza się w kwasie azotowym (V) i amoniaku BaCl 2 1M 2 B 4 O 7 + 3H 2 O Ba BO2 BO Ba(BO 2 ) 2 + 2H 3 BO 3 metaboranu baru, rozpuszczalny w rozcieńczonych kwasach nieorganicznych, kwasie octowym i w chlorku amonu; w środowisku zasadowym osad ponownie się wytrąca Zastosowanie jonu boranowego w kosmetologii Jon boranowy wykorzystywany jest jako substancja konserwująca, służy do zmiękczania wody przy produkcji szamponów, odkaża, udelikatnia skórę, służy do złuszczania skóry i usuwania piegów, jest składnikiem soli kąpielowych, mydeł i pudrów do cery tłustej, jest składnikiem preparatów do pielęgnacji stóp, emulsji i środkach do trwałej ondulacji. 8

9 Reakcje charakterystyczne jonu węglanowego (IV) CO 3 2 [ 0,25M Na 2 CO 3 ] Odczynnik Równania reakcji Efekt reakcji AgNO 3 0,1M 2Ag CO 3 Ag 2 CO 3 Ag 2 O + CO 2 węglanu srebra (I) rozkładający się przy ogrzaniu do brunatnego tlenku srebra (I); HNO 3 2M Ag 2 O + 2H + 2Ag + + H 2 O jeżeli roztwór jonów CO 2 3 jest stężony to od razu wytrąca się HNO 3 2M Ag 2 CO 3 + 2H + 2Ag + + CO 2 + H 2 O żółty osad Ag 2 O, który następnie brunatnieje; zarówno Ag 2 CO 3 jak i Ag 2 O są łatwo rozpuszczalne w rozcieńczonym HNO 3, amoniaku i w kwasie octowym BaCl 2 HCl 1M 2M Ba 2+ + CO 3 2 BaCO 3 BaCO 3 + 2H + Ba 2+ + CO 2 + H 2 O węglanu baru, rozpuszczalny w rozcieńczonych kwasach mineralnych (za wyjątkiem kwasu siarkowego) H 2 SO 4 2M CO H + H 2 CO 3 H 2 O + CO 2 kwasy mocniejsze od kwasu węglowego rozkładają węglany z wydzieleniem CO 2 (widoczne pęcherzyki gazu), Zastosowanie jonu weglanowego w kosmetologii Węglany w kosmetyce mają zastosowanie jako: antyseptyki i środki ściągające, środki czyszczące i polerujące w pastach do zębów, składniki materiałów kryjących w preparatach maskujących, emulgatory do wyrobu kremów i mleczek, składniki do produkcji szarych mydeł potasowych, białych mydeł sodowych, składniki soli do kąpieli. 9

10 Reakcje charakterystyczne dla jonu fosforanowego (V) PO 4 3 [0,15M Na 2 HPO 4 ] Odczynnik Równania reakcji Efekt reakcji AgNO 3 0,1M 3Ag HPO 4 Ag 3 PO 4 + H + żółty osad fosforanu (V) srebra (I) rozpuszczalny w rozcieńczonym kwasie azotowym (V), octowym i amoniaku HNO 3 2M BaCl 2 lub Ba(NO 3 ) 2 1M NH 3. H 2 O 2M Ag 3 PO 4 + 2H + H2PO4 + 3Ag + HPO Ba 2+ BaHPO NH 3 H 2 O PO 4 + NH 4 + H 2 O HPO 4 2 2PO Ba 2+ Ba 3 (PO 4 ) 2 biały bezpostaciowy osad fosforanu (V) baru; wobec NH 3. H 2 O biały bezpostaciowy osad fosforanu (V) baru Pb(CH 3 COO) 2 0,25M 2PO Pb 2+ Pb 3 (PO 4 ) 2 powstaje fosforanu (V) ołowiu (II) Zastosowanie jonu fosforanowego w kosmetologii Fosforany w kosmetyce mają zastosowanie jako: składniki środków czyszczących w pastach do zębów, składniki płukanek do włosów, soli do kąpieli, 10

11 Reakcje charakterystyczne jonu siarczanowego (VI) SO 4 2 [0,25M Na 2 SO 4 ] Odczynnik Równania reakcji Efekt reakcji AgNO 3 0,1M 2Ag + + SO 4 2 Ag 2 SO 4 nie wytrąca się z rozcieńczonych roztworów siarczanów (VI); z roztworów bardziej stężonych wydziela się biały, krystaliczny osad siarczanu (VI) srebra (I) Ag 2 SO 4 BaCl 2 1M Ba 2+ + Pb(CH 3 COO) 2 0,25M Pb SO 2 4 SO BaSO 4 PbSO 4 biały krystaliczny osad siarczanu (VI) baru nierozpuszczalny w rozcieńczonym kwasie azotowym i solnym nierozpuszczalny w rozcieńczonych kwasach, natomiast rozpuszczalny w winianie i octanie amonu oraz w mocnych zasadach Zastosowanie jonu siarczanowego w kosmetologii Siarczany w kosmetologii mają zastosowanie jako: podstawa pudrów i substancja zmętniająca, składniki do wód do twarzy, preparatów po goleniu, deodorantów, składniki preparatów po opalaniu, składniki soli do kąpieli, składniki preparatów przeciwpotowych do ciała i stóp. 11

12 Tabela 1. Reakcje anionów Odczynnik grupa I grupa II Grupa III grupa IV grupa V grupa VI Cl - I - S 2- BO 2 - CO PO 4 SO 4 AgCl AgI Ag 2 S AgBO 2 Ag 2 CO 3 Ag 3 PO 4 Brak osadu AgNO 3 0,1M nierozp. w HNO 3 żółty osad nierozp. w HNO 3 czarny osad rozp. w HNO 3 rozp. w HNO 3 rozp. w HNO 3 żółty osad rozp. w HNO 3 Brak osadu Brak osadu Brak osadu Ba(BO 2 ) 2 BaCO 3 BaHPO 4 BaSO 4 BaCl 2 1M rozp. w HCl rozp. w HCl rozp. w HNO 3 H 2 SO 4 st. gazowy HCl po podgrzaniu I 2 źółtobrunatny roztwór H 2 SO 4 1M gazowy H 2 S gazowy CO 2 Pb(CH 3 COO) 2 0,25M PbCl 2 rozp. w gorącej wodzie PbI 2 żółty osad PbS czarny osad rozp. w HNO 3 na gorąco Pb(BO 2 ) 2 rozp. w HNO 3 PbCO 3 Pb 3 (PO 4 ) 2 rozp. w HNO 3 i NaOH PbSO 4 12

13 ANALIZA I IDENTYFIKACJA SOLI Identyfikację soli wykonuje się na podstawie: 1. obserwacji wstępnych preparatu 2. badania rozpuszczalności w wodzie w temperaturze pokojowej i podwyższonej 3. badania rozpuszczalności (roztwarzania) w roztworach kwasów i zasad 4. określenia odczynu roztworu wodnego (zawiesiny) badanej substancji 5. reakcji charakterystycznych dla poszczególnych jonów 1. Obserwacje wstępne Przed przystąpieniem do analizy soli należy zbadać właściwości fizyczne badanej substancji: stan skupienia (ciało stałe, roztwór, zawiesina) barwa zapach barwienie płomienia palnika Jeśli substancja jest barwna, do wstępnej orientacji co do rodzaju substancji można posłużyć się tabelą 2. Zabarwienie próbki Tabela 2. Zabarwienie nieorganicznych związków chemicznych kationów grup analitycznych I V. Czarna Brunatna Niebieska Zielona Żółta Czerwona Różowa Ag 2 S, HgS, PbS, Cu 2 S, CuS, FeS, Fe 2 S 3, CoS, NiS, Hg 2 S. Bi 2 S 3, SnS, CuCrO 4, CuBr uwodnione sole miedzi i bezwodne sole kobaltu uwodnione sole Fe(II), Cu 2 (OH) 2 CO 3, CuCl 2, Cu(AsO 2 ) 2, sole niklu i chromu, Cr 2 O 3 większość chromianów, CdS, SnS 2, As 2 S 3, As 2 S 5, niektóre sole Fe(III), AgI, AgBr, PbI 2, Ag 3 PO 4, Ag 3 AsO 3, FePO 4, cyjanożelaziany(ii), cyjanożelaziany(iii) HgS, Sb 2 S 3, As 2 S 3, Hgl 2, bezwodny FeCl 3, CoCl 3, uwodniony CoCl 2, Ag 2 Cr 2 O 7 [Fe(CN) 6 ] sole manganu, uwodnione sole kobaltu Fioletowa niektóre sole chromu Cr (III), KMnO 4 Pomarańczowa Sb 2 S 5, CdS, dichromiany 13

14 Zabarwienie płomienia palnika zabarwienie żółte Na + zabarwienie ceglastoczerwone Ca 2+ zabarwienie zielone Ba 2+, Cu 2+ zabarwienie jasnoniebieskie Sn 2+, Sn 4+ zabarwienie fioletowe K + 2. Badanie rozpuszczalności substancji w wodzie w temperaturze pokojowej i podwyższonej Wykonanie Szczyptę substancji umieścić w probówce. Dodać około 3 ml wody i silnie wytrząsać przez kilkadziesiąt sekund. Należy zwrócić uwagę, czy substancja rozpuściła się całkowicie, częściowo lub nie uległa rozpuszczeniu. Jeśli badana substancja rozpuszcza się w wodzie częściowo lub nie zaobserwowano jej rozpuszczenia, probówkę należy podgrzać w płomieniu palnika i ponownie ocenić jej rozpuszczalność (tab. 3). Tabela 3. Rozpuszczalność soli i wodorotlenków w wodzie 14

15 3. Badanie rozpuszczalności (roztwarzania) w roztworach kwasów i zasad Obserwacje wynikające z rozpuszczania (roztwarzania) badanej substancji w roztworach rozcieńczonego i stężonego kwasu siarkowego (VI) oraz w roztworze wodorotlenku sodu prowadzą do wniosków przydatnych w procesie identyfikacji związków (tab. 4). Tabela 4. Obserwacje i wnioski wynikające z reakcji badanej substancji z roztworem 2M H 2 SO 4, stężonym H 2 SO 4 (18 M H 2 SO 4 ) i i 2M NaOH. Wykonanie Szczyptę substancji umieścić w 3 probówkach, a następnie dodać kolejno: 2 mol/l H 2 SO 4, 18 M H 2 SO 4 i 2mol/l roztwór NaOH. Ocenić, czy substancja ulega rozpuszczeniu oraz czy podczas dodawania roztworu kwasu wydziela się gaz. 15

16 4. Określanie odczynu roztworu wodnego (zawiesiny) badanej substancji Wykonanie Szczyptę substancji umieścić w 3 probówkach, a następnie do każdej z nich dodać około 3 ml wody i silnie wymieszać. Następnie do otrzymanych roztworów lub zawiesin należy wprowadzić kolejno: do pierwszej po 2 krople oranżu metylowego, do drugiej fenoloftaleiny, a w trzeciej probówce zbadać odczyn z użyciem uniwersalnego papierka wskaźnikowego. 5. Reakcje charakterystyczne dla poszczególnych jonów. Po analizie wstępnej należy dokonać identyfikacji jonów wchodzących w skład soli na podstawie analizy systematycznej kationów na podstawie tabeli 2 i 2a (instrukcja do ćwiczenia 1), oraz anionów na podstawie tabeli 1. 16