TEMAT II REAKCJE ROZPOZNAWALNE KATIONÓW I ANIONÓW. ANALIZA SOLI. ZWIĄZKI KOMPLEKSOWE.

Transkrypt

1 TEMAT II REAKCJE ROZPOZNAWALNE KATIONÓW I ANIONÓW. ANALIZA SOLI. ZWIĄZKI KOMPLEKSOWE. Projekt Era inżyniera pewna lokata na przyszłość jest współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

2 Wprowadzenie Chemiczna analiza jakościowa polega na zbadaniu obecności poszczególnych kationów i anionów w roztworach wodnych w oparciu o takie właściwości fizyko-chemiczne jak: reaktywność chemiczną, barwę (tworzenie połączeń barwnych), rozpuszczalność związków (wytrącenie bądź roztworzenie osadów), zapach (wydzielenie lotnych składników), ph roztworu, itp.

3 Analiza wodnych roztworów polega na przeprowadzeniu reakcji analitycznych zachodzących między identyfikowanymi składnikami substancji (kationy i aniony), a odczynnikami chemicznymi. W zależności od obserwowanego efektu analitycznego wyróżnia się następujące reakcje: ze strąceniem osadu, z rozpuszczeniem osadu, z wydzieleniem gazu, ze zmianą zabarwienia roztworu danego jonu, ze zmianą zabarwienia dodawanego odczynnika, z utworzeniem barwnego kompleksu, barwienie płomienia przez lotne sole analizowanego jonu.

4 Podział reakcji analitycznych, jak również odczynników wykorzystywanych w analizie jakościowej jest następujący: reakcje z odczynnikiem grupowym reakcje analityczne, na podstawie których dany jon zalicza się do danej grupy analitycznej, reakcje charakterystyczne reakcje analityczne dające określone (charakterystyczne) efekty analityczne, reakcja specyficzna reakcja dająca efekt analityczny tylko dla jednego jonu, reakcje selektywne dają określony efekt analityczny z przynajmniej dwoma jonami, co pozwala na wyodrębnienie pewnej grupy jonów, reakcje maskujące jeden ze skłądników roztworu zostaje związany w mało aktywny związek, dzięki czemu jego obecność w roztworze nie stanowi przeszkody do identyfikacji innego składnika.

5 Przed przystąpieniem do analizy jakościowej często wykonuje się badania wstępne, takie jak: analiza pirochemiczna ogrzewanie próbki w płomieniu palnika, podczas którego może dojść do rozpadu substancji z wytworzeniem produktów o charakterystycznym zapachu (np. NH 3, SO 2, NO 2 ), analiza płomieniowa charakterystyczne zabarwienie płomienia palnika pod którym umieszczono drucik platynowy z badaną substancją lub jej roztwórem (np. Na + - żółty, Ca 2+ - ceglastoczerwony, Li + - jaskrawoczerwony). analiza mikrokrystaliczna pod mikroskopem obserwuje się kryształki soli. analiza kroplowa (kapilarna analogia do chromatografii bibułowej) analiza na podstawie różnic współczynników przesunięcia poszczególnych jonów. analiza instrumentalna analiza jakościowa odbywa się przy pomocy metod optycznych, elektrochemicznych, chromatograficznych i termograwimetrycznych.

6 Kationy Kationy dzieli się na 5 grup analitycznych, przy czym o podziale na grupy decyduje ich zachowanie się wobec odczynników grupowych. Uwaga: różne źródła podają odmienne kolejności grup analitycznych kationów i anionów, zachowując jednak ich skład jonowy.

7 Grupy kationów i odczynniki grupowe Grupa Kationy Odczynnik grupowy Osady Uwagi I Ag +, Hg 2+ 2, 3 M HCl AgCl, PbCl 2, Hg 2 Cl 2 (białe) Chlorki nierozpuszczalne w Pb 2+ H 2 O i rozcieńczonym HCl II Ca 2+, Sr 2+, Ba 2+ 3 M H 2 SO 4 lub 3 M (NH 4 ) 2 CO 3 CaSO 4, SrSO 4, BaSO 4 lub CaCO 3, SrCO 3, BaCO 3 Siarczany (VI) lub węglany nierozpuszczalne w H 2 O i w kwasach IIIA Hg 2+, Bi 3+, Cu 2+, Cd 2+ H 2 S lub CH 3 CSNH 2 w rozc. H 2 SO 4 IIIB As 3+, As 5+, Sn 2+, Sn 4+, Sb 3+, Sb 5+ HgS, CuS (czarne), BiS 3 (ciemnobrunatny), CdS, As 2 S 3, As 2 S 5, SnS 2 (żółte), SnS (brunatny), Sb 2 S 3, Sb 2 S 5 (pomarańczowe) Siarczki nierozpuszczalne w rozcieńczonym HCl i H 2 SO 4 IV Co 2+, Ni 2+, Mn 2+, Zn 2+, Fe 3+, Fe 2+, Al 3+, Cr 3+ CH 3 CSNH 2 wobec NH 3 H 2 O i NH 4 Cl CoS, NiS, Fe 2 S 3, FeS (czarne), MnS (cielisty), ZnS, Al(OH) 3 (białe), Cr(OH) 3 (szarozielony) Siarczki nierozpuszczalne w H 2 O, rozpuszczalne w rozcieńczonych kwasach V Na +, K +, NH 4+, Mg 2+ Brak odczynnika grupowego - Nie wytrącają się z odczynnikami grupowymi grup I-IV

8 Reakcje analityczne kationów I grupy I sposób Kation Odczynnik Produkt Efekt analityczny Ag+ srebra (I) 3 M HCl AgCl Biały osad rozpuszczalny w NH 3 H 2 O, po dodaniu HNO 3 wytrąca się ponownie AgCl KI AgI Jasnożółty osad K 2 CrO 4 Ag 2 CrO 4 Osad brunatny NaOH Ag 2 O Brunatny osad, nierozp. w nadm. NH 3 H 2 O Ag 2 O Brunatny osad, rozp. w nadm. ditizon, ph<7 (HNO 3 ) ditizon, ph>7 (alk) Żółte zabarwienie warstwy ditizonu Fioletowe zabarwienie warstwy ditizonu Pb 2+ ołowiu (II) Hg 2 2+ rtęci (I) 3 M HCl PbCl 2 Biały osad, rozpuszczalny w gorącej H 2 O KI PbI 2 Żółty osad K 2 CrO 4 PbCrO 4 Żółty osad NaOH Pb(OH) 2 Biały osad, rozp. w nadm. NH 3 H 2 O Pb(OH) 2 Biały osad, nierozp. w nadm. Ditizon, ph<7 (NaOH) Pomarańczowe zabarwienie warstwy ditizonu 3 M HCl Hg 2 Cl 2 Biały osad (czernieje od NH 3 H 2 O) KI Hg 2 I 2 Żółtozielony osad K 2 CrO 4 Hg 2 CrO 4 Brunatny osad NaOH Hg 2 O Czarny osad NH 3 H 2 O Hg Czarny osad

9 Reakcje analityczne kationów I grupy II sposób Zadać badaną próbkę kwasem chlorowodorowym HCl. Jeżeli osad się strąca kation należy do I grupy analitycznej. Odlać płyn z nad osadu. Wlać do osadu ½ wys. próbówki wody dest. i ogrzać. Osad rozpuszcza się. Pb 2+ KI osad żółty Osad nie rozpuszcza się. Możliwe jony: Ag + oraz Hg 2 2+ Odlać płyn z nad osadu. Osad zalać wodą amoniakalną NH 3 H 2 O Osad rozpuszcza się. Ag + Wykonać reakcje sprawdzające KI jasnożółty osad Osad nie rozpuszcza się, czernieje. Hg 2 2+ KI biały osad (czernieje od NH 3 H 2 O) K 2 CrO 4 osad żółty, rozp. w rozc. HNO 3 K 2 CrO 4 osad brunatny K 2 CrO 4 osad brunatny NaOH osad biały, rozp. w nadm. odczynnika NH 3 H 2 O biały osad, nierozp. w nadm. Ditizon, ph<7 (NaOH) - pomarańczowe zabarwienie warstwy ditizonu NaOH brunatny osad, nierozp. w nadm. NH 3 H 2 O brunatny osad, rozp. w nadm. ditizon, ph<7 (HNO 3 ) - żółte zabarwienie warstwy ditizonu ditizon, ph>7 (alk) - fioletowe zabarwienie warstwy ditizonu NaOH - czarny osad NH 3 H 2 O czarny osad

10 Zadanie złożone I gr. analitycznej 3 M HCl Roztwór badany H 2 O, temp O1: AgCl, PbCl 2, Hg 2 Cl 2 (biały osad) R1: kat. gr. II-IV stęż. NH 3 H 2 O O2: AgCl, Hg 2 Cl 2 R2: Pb 2+ r. sprawdzające: 1) KI 2) K 2 CrO 4 HNO3 O3: Hg (czarny osad) R3: [Ag(NH 3 ) 2 ] + O4: AgCl R4: NH 4 +

11 Reakcje analityczne kationów II grupy Jeżeli pod wpływem odczynnika grupowego grupy I osad nie wytrącił się, to do nowej próbki badanego roztworu dodać kwasu siarkowego (VI) H 2 SO 4. Wytrącenie się białego osadu wskazuje na obecność kationu II grupy analitycznej. Nową próbkę zadać K 2 CrO 4 Strąca się żółty osad, nierozpuszczalny w 6 M CH 3 COOH Strąca się żółty osad, rozpuszczalny w 6 M CH 3 COOH Osad nie wytrąca się Ba 2+ Sr 2+ Ca 2+ Reakcje sprawdzające (NH 4 ) 2 C 2 O 4 biały osad, rozp. w 6 M CH 3 COOH (na zimno) Rodizonian sodu czerwonobrunatne zabarwienie, po dodaniu HCl czerwonoróżowe Analiza płomieniowa żółtozielone zabarwienie płomienia (NH 4 ) 2 C 2 O 4 - biały osad, rozp. w 6 M CH 3 COOH (na gorąco) Rodizonian sodu brunatnoczerwone zabarwienie, po dodaniu HCl znika Analiza płomieniowa karminowoczerwone zabarwienie płomienia (NH 4 ) 2 C 2 O 4 - biały osad, nierozp. w 6 M CH 3 COOH Rodizonian sodu nie reaguje Analiza płomieniowa cieglastoczerwone zabarwienie płomienia

12 Reakcje analityczne kationów III grupy

13 Reakcje analityczne kationów III grupy

14 Reakcje analityczne kationów IV grupy

15 Reakcje analityczne kationów IV grupy

16 Reakcje analityczne kationów V grupy

17 Grupy analityczne anionów Grupa Aniony Reakcje z odczynnikami grupowymi Rozpuszczalność osadu w HNO3 I Cl -, Br -, I -, ClO -, CN -, SCN -, [Fe(CN) 6 ] 4-, [Fe(CN) 6 ] 3- Ag + : strąca osad Ba 2+ : nie strąca osadu Nie II S 2-, CH 3 COO -, NO - 2 Ag + : strąca osad Ba 2+ : nie strąca osadu III SO 2-3, CO 2-3, C 2 O 2-4, BO - 2 Ag + : strąca biały osad Ba 2+ : strąca biały osad Tak Tak Tak IV S 2 O 3 2-, CrO 4 2-, Cr 2 O 7 2-, AsO 3 3-, AsO 4 3-, PO 4 3- Ag + : strąca barwny osad Ba 2+ : strąca osadu Tak Tak V NO 3-, MnO 4-, ClO 3-, ClO - 4 Ag + : nie strąca osadu Ba 2+ : nie strąca osadu VI SO 2-4, F -, SiF 2-6 Ag + : strąca osad Ba 2+ : strąca osadu VII SiO 2-3 Ag + : strąca żółty osad Ba 2+ : strąca biały osadu - - nie Tak Tak

18 Reakcje analityczne anionów

19 Reakcje analityczne anionów

20 WYBRANE ZASADY NAZEWNICTWA PROSTYCH KOMPLEKSÓW Budowa wzoru związku koordynacyjnego odbywa się na podstawie zasady: [AtomCentralny_LigandyNaładowane_LigandyObojętne] ładunek - W każdej z grup (ligandy naładowane i nienaładowane) wzory (symbole) są uporządkowane alfabetycznie ze względu na na symbol pierwiastka koordynującego do atomu centralnego, czyli np. (NH 3 )(H 2 O), N jest przed O. - Wzory ligandów (składających się z więcej niż jednego rodzaju atomów) obejmowane są nawiasami okrągłymi, czyli np. Cl 2 (C 2 O 4 ) 2 Przykład: [Cr(NH 3 )(H 2 O) 4 ] 3+

21 WYBRANE ZASADY NAZEWNICTWA PROSTYCH KOMPLEKSÓW Budowa nazwy związku koordynacyjnego Wielokrotność_NazwaLigandu... AtomCentralny(stopień utlenienia atomu centralnego) - Nazwy ligandów szereguje się alfabetycznie bez podziału na grupy - naładowane i obojętne razem (bez uwzględnienia przedrostków zwielokrotniających). Do nazwy atomu centralnego dodaje się końcówkę -an, jeśli ładunek jest ujemny. - Po nazwie atomu centralnego (+an), czyli przed nawiasem ( nie ma spacji. W nawiasie, na końcu nazwy zamiast stopnia utlenienia (podawanego cyframi rzymskimi) można umieścić znak ładunku całego jonu oraz ładunek (podawany cyframi arabskimi) - Wielokrotność o dla ligandów prostych: mono, di, tri, tetra, penta, heksa... o dla ligandów złożonych: bis, tris, tetrakis, pentakis... Przykład: tetraakwadiaminachrom(iii), tetraakwadiaminachrom(3+) heksacyjanożelazian(ii), heksacyjanożelazian(4 )

22 Przykłady nazewnictwa związków kompleksowych [Co(H 2 O) 6 ](NO 3 ) 2 [CoCl(NH 3 ) 4 (H 2 O)] 2+ [CoCl(NH 3 ) 5 ]Cl 2 K 3 [Fe(SCN) 6 ] [Cr(OH)(H 2 O)5] 2+ [CrCl 2 (H 2 O) 4 ]Cl azotan(v) heksaakwakobaltu(ii) kation akwatetraaminachlorokobaltu(iii) chlorek pentaaminachlorokobaltu(iii) heksatiocyjanianożelazian(iii) potasu kation pentaakwahydroksochromu(iii) chlorek tetraakwadichlorochromu(iii)