DWICZENIE nr 4 Analiza jakościowa kationów II grupy analitycznej oraz mieszaniny kationów II grupy analitycznej

DWICZENIE nr 4 Analiza jakościowa kationów II grupy analitycznej oraz mieszaniny kationów II grupy analitycznej Celem dwiczenia jest badanie warunków strącania kationów grupy II oraz przeprowadzenie analizy systematycznej mieszaniny kationów tej grupy. ZAKRES MATERIAŁU OBOWIĄZUJĄCEGO NA DWICZENIE: 1. Znajomośd warunków strącania osadów kationów grupy II z odczynnikiem grupowym. 2. Umiejętnośd zapisywania równao reakcji chemicznych charakterystycznych dla kationów grupy II i reakcji rozpuszczania trudno rozpuszczalnych osadów powstałych w wyniku w/w reakcji w dobrze rozpuszczalne sole. 3. Znajomośd poszczególnych etapów rozdzielania mieszaniny kationów grupy II wraz ze znajomością równao reakcji chemicznych i efektów zachodzących reakcji. 4. Znajomośd podstawowych obliczeo chemicznych (umiejętnośd obliczania/przeliczania stężeo procentowych i molowych w oparciu o wzory). 5. Zagadnienia z wykładu poprzedzającego dwiczenie. LITERATURA: 1. Minczewski J., Marczenko Z.: Chemia analityczna. T.1. Podstawy teoretyczne i analiza jakościowa. Wyd. 10. PWN, Warszawa 2009 2. Kocjan R.: Chemia analityczna. Analiza jakościowa. Analiza klasyczna; tom 1, Wyd.1 PZWL, Warszawa, 2000. 3. Skrypt do dwiczeo z chemii ogólnej, nieorganicznej i analitycznej, Białystok 2010, pod redakcją E. Skrzydlewskiej. 4. Szmal Z., Lipiec T.: Chemia analityczna z elementami analizy instrumentalnej. Wyd. VII poprawione i unowocześnione PZWL, Warszawa, 1997. 1

I. CZĘŚD WPROWADZAJĄCA Kationy II grupy: IIA: Hg 2+, Pb 2+, Cu 2+, Bi 3+, Cd 2+ Kationy II grupy: IIB: As 3+, As 5+, Sb 3+, Sb 5+, Sn 2+, Sn 4+ Sole kationów tej grupy, z wyjątkiem Cu 2+ są bezbarwne. Odczynnik grupowy H 2 S lub AKT (tioacetamid) w środowisku kwaśnym (HCl) Wytrącanie siarczków kationów grupy II prowadzi się w środowisku słabo kwaśnym. Większe stężenie kwasu może spowodowad niewytrącenie lub też niecałkowite wytrącenie siarczków łatwiej rozpuszczalnych: CdS, SnS. Przy mniejszym natomiast stężeniu kwasu może się wytrącid z trzeciej grupy ZnS. Środowisko kwaśne może byd wywołane tylko kwasem solnym, ponieważ kwas siarkowy wytrąciłby osady siarczanów IV grupy, zaś kwas azotowy utleniłby siarkowodór do wolnej siarki. Jony wodorowe H + powstałe z dysocjacji kwasu solnego cofają dysocjację siarkowodoru, obniżając w ten sposób stężenie jonów siarczkowych w roztworze, jednak stężenie to jest wystarczające do osiągnięcia iloczynu rozpuszczalności siarczków II grupy i wytrącenia osadu. Takie stężenie S 2 nie wystarcza natomiast do osiągnięcia iloczynu rozpuszczalności siarczków III grupy, które w tych warunkach się nie wytrącają. Zamiast siarkowodoru do analizy kationów grup II i III można stosowad roztwór amidu kwasu tiooctowego (tioacetamid) CH 3 CSNH 2 (AKT). Związek ten rozpuszcza się dobrze w wodzie i jest w roztworze trwały; ogrzany natomiast w środowisku kwaśnym lub zasadowym hydrolizuje i rozkłada się z wydzieleniem H 2 S, który w chwili powstawania wytrąca charakterystyczne osady właściwych siarczków. Reakcja hydrolizy przebiega następująco: CH 3 CSNH 2 + 2H 2 O CH 3 COO + NH + 4 + H 2 S CH 3 CSNH 2 wytrąca ze słabo kwaśnych roztworów kationów II grupy następujące siarczki: HgS, PbS, CuS Bi 2 S 3, SnS Sb 2 S 3, Sb 2 S 5 SnS 2, CdS, As 2 S 3, As 2 S 5 osady czarne osady brunatne osady pomaraoczowe osady żółte 2

Siarczki kationów II grupy analitycznej wykazują różny charakter kwasowo-zasadowy, dzięki temu można rozdzielid je na podgrupy A i B. Siarczki kationów podgrupy II A HgS, PbS, CuS, Bi 2 S 3, CdS Siarczki posiadają charakter zasadowy i nie rozpuszczają się w siarczku (NH 4 ) 2 S i wielosiarczku amonu [(NH 4 ) 2 S 2 + oraz w zasadach, rozpuszczają się natomiast w HNO 3, oprócz HgS, który rozpuszcza się w wodzie królewskiej: 3HgS + 12HCl + 4HNO 3 3[HgCl 4 ] 2 + 3S + 4NO + 8H 2 O Siarczki kationów podgrupy II B As 2 S 3, As 2 S 5, Sb 2 S 3, Sb 2 S 5, SnS, SnS 2 Siarczki należące do podgrupy II B są amfoteryczne i rozpuszczają się w wielosiarczku amonu (NH 4 ) 2 S 2 i KOH z utworzeniem siarkosoli. SnS nie rozpuszcza się w (NH 4 ) 2 S i KOH. 3

II. CZĘŚD DOŚWIADCZALNA Grupa IIA: Hg 2+, Pb 2+, Cu 2+, Bi 3+, Cd 2+ RTĘD (Hydrargyrum) Hg najważniejsze właściwości rtęci metalicznej i jej związków na +1 stopniu utlenienia zostały omówione w I grupie analitycznej; kation rtęci (II) Hg 2+ należy do II grupy analitycznej; jego rozpuszczalne sole są bardzo słabo zdysocjowane, dlatego są one nazwane niekiedy pseudosolami Rozpuszczalnośd związków rtęci(ii) (rtęciowych): dobrze rozpuszczalne: octan Hg(CH 3 COO) 2, chlorek HgCl 2, azotan (V) Hg(NO 3 ) 2, siarczan (VI) HgSO 4 umiarkowanie rozpuszczalne: bromek HgBr 2 trudno rozpuszczalne: chromian(vi) HgCrO 4, jodek HgI 2, szczawian HgC 2 O 4, tlenek HgO, siarczek HgS, tiocyjanian (rodanek) Hg(SCN) 2 Przykłady kompleksów: [HgCl 4 ] 2 (bezbarwny) tetrachlorortęcian (II) [HgBr 4 ] 2 (bezbarwny) tetrabromortęcian (II) [HgI 4 ] 2 (bezbarwny) tetrajodortęcian (II) [Hg(SCN) 4 ] 2 (bezbarwny) tetratiocyjanianortęcian (II) (tetrarodanortęcian (II)) Właściwości redoks: sole rtęci (II) łatwo ulegają redukcji do soli rtęci (I) i niemal równie łatwo do rtęci metalicznej *Hg 0 + przez prawie wszystkie metale (łącznie z miedzią) oraz związki Sn (II) i Fe (II); tworzenie się w środowisku jonów chlorkowych trudno rozpuszczalnego Hg 2 Cl 2 sprzyja zatrzymaniu się redukcji na +1 stopniu utlenienia. Właściwości kwasowo-zasadowe: z soli rtęci (II) pod wpływem mocnych zasad tworzy się HgO (a nie wodorotlenek), który ma charakter zasadowy (w odróżnieniu od tlenków pierwiastków należących do tej samej grupy układu okresowego: ZnO i CdO, które mają charakter amfoteryczny). 4

Reakcje charakterystyczne jonu Hg 2+ [0,1M HgCl 2 ] Odczynnik Równania reakcji Efekt reakcji AKT* (odczynnik grupowy) +HCl woda królewska** NaOH HNO 3 Hg 2+ + H 2 S HgS + 2H + 3HgS + 12Cl + 2NO 3 + 8H + 3[HgCl 4 ] 2 + 2NO + 3S + 4H 2 O Hg 2+ + 2OH HgO + H 2 O HgO + 2H + Hg 2+ + H 2 O NH 3 aq. 2Hg 2+ + NO 3 + 4NH 3 H 2 O [OHg 2 NH 2 ]NO 3 + 3NH 4 + 3H 2 O czarny osad siarczku rtęci (II) (jeden z najtrudniej rozpuszczalnych osadów); nierozpuszczalny w HNO 3, rozcieoczonych H 2 SO 4 i HCl; rozpuszcza się w wodzie królewskiej z wydzieleniem siarki (żółty, koloidalny osad) żółtopomaraoczowy osad tlenku rtęci (II), nierozpuszczalny w nadmiarze zasady; łatwo rozpuszczalny w rozcieoczonych kwasach przy działaniu NH 3 H 2 O na roztwór Hg(NO 3 ) 2 powstaje osad azotanu (V) amidortęci (II) NH 3 aq. Hg 2+ + 2Cl + 2(NH 3 H 2 O) HgNH 2 Cl + NH 4 + + Cl + 2H 2 O osad chlorku aminotlenortęci (II) KI 0,1M SnCl 2 0,5M Hg 2+ + 2I HgI 2 HgI 2 + 2I [HgI 4 ] 2 2Hg 2+ + Sn 2+ + 8Cl Hg 2 Cl 2 + [SnCl 6 ] 2 Hg 2 Cl 2 + Sn 2+ + 4Cl 2Hg + [SnCl 6 ] 2 pomaraoczowoczerwony osad jodku rtęci (II) rozpuszczalny w nadmiarze jonów jodkowych z utworzeniem tetrajodortęcianu (II); *tetrajodortęcian (II) potasu wchodzi w skład odczynnika Nesslera stosowanego do wykrywania jonu amonowego] osad kalomelu (Hg 2 Cl 2 ) powstający na skutek redukcji rtęci (II) przy dalszym dodawaniu SnCl 2 przechodzi w szary na skutek redukcji do rtęci metalicznej Na 2 CO 3 1M 3Hg 2+ + 3CO 2 3 (HgO) 2 HgCO 3 + 2CO 2. (HgO) 2 HgCO 3 3HgO + CO 2 K 4 [Fe(CN) 6 ] 1% 2Hg 2+ + [Fe(CN) 6 ] 4 Hg 2 [Fe(CN) 6 ] osad heksacyjanożelazianu(ii)rtęci(ii) * odczynnik używa się tylko pod wyciągiem ** woda królewska: stęż. HCl + stęż. HNO 3 (3v:1v) OŁÓW (Plumbum) Pb czerwonobrunatny osad mieszaniny węglanu i tlenku rtęci (II), który podczas gotowania rozkłada się z wydzieleniem żółtego osadu tlenku rtęci (II) Najważniejsze właściwości ołowiu metalicznego i jego związków na +2 stopniu utlenienia zostały omówione w I grupie analitycznej; kation Pb 2+ należy również do II grupy analitycznej z uwagi na to, że PbCl 2 jest najlepiej rozpuszczalnym z chlorków kationów I grupy i strąca się z nimi jedynie wtedy, gdy strącanie prowadzi się na zimno niewielkim nadmiarem HCl; gdy strącanie przeprowadza się na gorąco powstający PbCl 2 jest dobrze rozpuszczalny i przechodzi do II grupy analitycznej. 5

Reakcje charakterystyczne jonu Pb 2+ [0,1M Pb(NO 3 ) 2 ] Odczynnik Równania reakcji Efekt reakcji HCl (odczynnik grupowy) Pb 2+ + 2Cl osad chlorku ołowiu (II), rozpuszczalny w gorącej wodzie, po PbCl 2 oziębieniu wytrąca się w postaci igieł; nie rozpuszcza się w amoniaku NaOH PbCl 2 + 4OH [Pb(OH) 4 ] 2 + 2Cl rozpuszcza się w rozcieoczonych zasadach NaOH Pb 2+ + 2OH Pb(OH) 2 osad amfoterycznego wodorotlenku ołowiu (II), Pb(OH) 2 + 2OH [Pb(OH) 4 ] 2 rozpuszczalny w niewielkim nadmiarze zasady HNO 3 [Pb(OH) 4 ] 2 + 2H + Pb(OH) 2 + 2H 2 O powstający w wyniku działania zasady hydroksokompleks pod wpływem kwasu azotowego przechodzi ponownie w wodorotlenek ołowiu (II) Pb(OH) 2 + 2H + Pb 2+ + 2H 2 O rozpuszczalny w kwasie azotowym NH 3 aq. 6Pb(NO 3 ) 2 + 10NH 3 H 2 O 5PbO Pb(NO 3 ) 2 H 2 O + 10NH 4 NO 3 +4H 2 O osad zasadowych soli nierozpuszczalny w nadmiarze amoniaku H 2 SO 4 Pb 2+ 2 + SO 4 PbSO4 osad siarczanu (VI) ołowiu (II); rozpuszczalny w stężonym, CH 3 COONH 4 30% PbSO 4 + 2CH 3 COO Pb(CH 3 COO) 2 + SO 4 2 kwasie siarkowym (VI), rozpuszczalny w stężonym roztworze octanu amonu i winianu amonu (odróżnienie od innych trudno rozpuszczalnych siarczanów: BaSO 4, SrSO 4 ); NaOH PbSO 4 + 4OH [Pb(OH) 4 ] 2 2 siarczan ołowiu (II) rozpuszcza się w mocnych zasadach tworząc + SO 4 tetrahydroksoołowian (II) (NH 4 ) 2 S lub AKT+ HCl Pb 2+ + S 2 PbS czarny osad siarczku ołowiu (II) HNO 3 3PbS + 8H + + 2NO 3 3Pb 2+ + 2NO + 3S + 4H 2 O rozpuszczalny w kwasie azotowym (V) KI 0,1M Pb 2+ + 2I PbI 2 żółty osad jodku ołowiu (II), rozpuszczalny w gorącej wodzie K 2 CrO 4 lub K 2 Cr 2 O 7 1M PbI 2 + 2I [PbI 4 ] 2 rozpuszczalny w dużym nadmiarze KI Pb 2+ + CrO 4 2 PbCrO4 2Pb 2+ + Cr O 2 7 2 + H2 O 2PbCrO 4 + 2H żółty osad chromianu (VI) ołowiu (II), rozpuszczalny w kwasie azotowym (V) NaOH PbCrO 4 + 4OH [Pb(OH) 4 ] 2 + CrO 4 2 rozpuszczalny mocnych zasadach z utworzeniem tetrahydroksoołowianu (II) Na 2 CO 3 1M Pb 2+ + CO 3 2 PbCO3 osad węglanu ołowiu (II) PbCO 3 + H 2 O Pb(OH) 2 + CO 2 PbCO 3 + Pb(OH) 2 PbCO 3 Pb(OH) 2 Pb 2 (OH) 2 CO 3 ulega częściowej hydrolizie powstający Pb(OH) 2 reaguje dalej z PbCO 3 dając węglan dihydroksoołowiu (II) Pb 2 (OH) 2 CO 3 6

żółtoczerwony metal, dośd twardy i ciągliwy, najlepszy przewodnik ciepła MIEDŹ (Cuprum) Cu Reakcje metalicznej miedzi Odczynnik Efekt działania odczynnika Równanie reakcji kwas solny nie roztwarza miedzi kwas azotowy (V) (rozcieoczony) roztwarza miedź 3Cu + 8HNO 3 3Cu(NO 3 ) 2 + 2NO + 4H 2 O kwas azotowy (V) (stężony) roztwarza miedź Cu + 4HNO 3 Cu(NO 3 ) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O kwas siarkowy (VI) (rozcieoczony) nie roztwarza miedzi kwas siarkowy (VI) (stężony) roztwarza miedź Cu + 2H 2 SO 4 CuSO 4 + SO 2 + 2H 2 O woda królewska (stęż. HCl + stęż. HNO 3 ; 3v:1v) roztwarza miedź 3Cu + 6HCl + 2HNO 3 3CuCl 2 + 2NO + 4H 2 O Związki miedzi stopieo utlenienia: +1 i +2; liczba koordynacyjna w związkach kompleksowych Cu (I): 2 i 4 oraz Cu (II): 4 Roztwory wodne miedzi (II) mają barwę bladoniebieską; jon Cu + nie występuje w roztworze, istnieje tylko w postaci kompleksów lub w związkach trudno rozpuszczalnych. Rozpuszczalnośd związków miedzi (II): dobrze rozpuszczalne: octan Cu(CH 3 COO) 2, chlorek CuCl 2, azotan (V) Cu(NO 3 ) 2, siarczan (VI) CuSO 4, bromek CuBr 2 trudno rozpuszczalne: węglan CuCO 3, chromian (VI) CuCrO 4, heksacyjanożelazian (II) Cu 2 [Fe(CN) 6 +, heksacyjanożelazian (III) Cu 3 [Fe(CN) 6 ] 2, wodorotlenek Cu(OH) 2, szczawian CuC 2 O 4, tlenek CuO, ortofosforan (V) Cu 3 (PO 4 ) 2, siarczek CuS Przykłady kompleksów: [Cu(NH 3 ) 4 ] 2+ (granatowy) jon tertaaminamiedzi (II) [CuCl 4 ] 2 (żółtozielony) tetrachloromiedzian (II) Właściwości redoks: jon Cu 2+ jest utleniaczem słabszym od Ag + i Hg 2+ lecz mocniejszym od Bi 3+, Pb 2+ i Cd 2+ ; jest on redukowany do metalu przez wiele metali o niższym potencjale standardowym (Al, Fe, Zn, Cd); jon Cu 2+ można utleniad do nierozpuszczalnych lub kompleksowych nietrwałych związków Cu (III) tylko bardzo mocnymi utleniaczami; jon Cu + w roztworach wodnych ulega szybkiej reakcji dysproporcjonowania: 2Cu + Cu + Cu 2+ 7

Właściwości kwasowo-zasadowe: wodorotlenek miedzi jest trudno rozpuszczalny w wodzie i ma charakter słabo zasadowy, dlatego rozpuszczalne sole miedzi w roztworach wodnych hydrolizują tworząc sole zasadowe i mają odczyn kwaśny (0,1M CuSO 4 ma ph = 4,4); w środowisku bardziej zasadowym tworzy się Cu(OH) 2, który praktycznie nie rozpuszcza się w nadmiarze NaOH. Reakcje charakterystyczne jonu Cu 2+ [0, CuSO 4 ] Odczynnik Równania reakcji Efekt reakcji AKT* (odczynnik grupowy) +HCl Cu 2+ + H 2 S CuS + 2H + HNO 3 3CuS + 2NO 3 + 8H + 3S + 3Cu 2+ + 2NO + 4H 2 O rozpuszcza się na gorąco w HNO 3 NaOH Cu 2+ + 2OH Cu(OH) 2 HCl Cu(OH) 2 + 2H + Cu 2+ + 2H 2 O NH 3 aq. CuO + H 2 O 2Cu 2+ + SO 4 2 + 2(NH 3 H 2 O) Cu 2 (OH) 2 SO 4 + 2NH + 4 Cu 2 (OH) 2 SO 4 +8(NH 3 H 2 O) 2[Cu(NH 3 ) 4 ] 2+ +2OH +SO 4 2 + 8H 2 O KI 0,1M 2Cu 2+ + 4I 2CuI 2 Cu 2 I 2 + I 2 K 4 [Fe(CN) 6 ] 1% 2Cu 2+ + [Fe(CN) 6 ] 4 Cu 2 [Fe(CN) 6 ] Na 2 CO 3 1M pręcik platynowy** Cu 2+ + CO 2 3 CuCO 3 CuCO 3 + H 2 O Cu(OH) 2 + CO 2 CuCO 3 + Cu(OH) 2 CuCO 3 Cu(OH) 2 Cu 2 (OH) 2 CO 3 brunatnoczarny osad siarczku miedzi (II); niebieski osad wodorotlenku miedzi (II), podczas gotowania przechodzący w czarny osad CuO osad wodorotlenku jest rozpuszczalny w kwasie solnym i amoniaku oraz częściowo 6M NaOH jasnoniebieski osad hydroksosoli, rozpuszczalny w nadmiarze amoniaku z powstaniem jonu kompleksowego aminamiedzi (II) (roztwór niebieskofioletowy) czarny nietrwały osad CuI 2 (widoczny tylko w stężonym roztworze) rozkłada się na osad Cu 2 I 2 i wolny jod (zabarwiający roztwór na kolor brunatny) czerwonobrunatny osad heksacyjanożelazianu (II) miedzi (II), nierozpuszczalny w rozcieoczonych kwasach mineralnych; rozpuszczalny w amoniaku (niebieski roztwór); reakcja bardzo czuła w roztworach rozcieoczonych powstaje czerwonawe zabarwienie niebieskozielony osad węglanu dihydroksomiedzi (II) Cu 2 (OH) 2 CO 3, rozpuszczalny w kwasach i amoniaku barwienie płomienia palnika na zielono * odczynnik używa się tylko pod wyciągiem ** przed wykonaniem próby pręcik platynowy należy oczyścid przez kilkakrotne zanurzenie w stężonym HCl i następnie wyżarzenie w płomieniu palnika; czysty drucik należy zanurzyd w roztworze badanej próbki i obserwowad barwę płomienia w czasie jej spalania; po przeprowadzonej próbie pręcik platynowy należy ponownie oczyścid poprzez wygrzanie w płomieniu palnika. 8

BIZMUT (Bismuthum) Bi metal ciężki, srebrzysty o różowym odcieniu, nieco ciągliwy, kruchy, słaby przewodnik prądu Reakcje metalicznego bizmutu Odczynnik Efekt działania odczynnika Równanie reakcji kwas solny nie roztwarza kwas solny (na powietrzu) roztwarza bizmut powoli 4Bi + 12HCl + 3O 2 4BiCl 3 + 6H 2 O kwas siarkowy (VI) (zimny, rozcieoczony) nie roztwarza kwas siarkowy (VI) (gorący, stężony) roztwarza bizmut 2Bi + 6H 2 SO 4 Bi 2 (SO 4 ) 3 + 3SO 2 + 6H 2 O kwas azotowy (V) (rozcieoczony) roztwarza bizmut Bi + 4HNO 3 Bi(NO 3 ) 3 + NO + 2H 2 O kwas azotowy (V) (stężony) roztwarza bizmut Bi + 6HNO 3 Bi(NO 3 ) 3 + 3NO 2 + 3H 2 O woda królewska (stęż. HCl + stęż.hno 3 ;3v:1v) roztwarza bizmut Bi + 3HCl + HNO 3 BiCl 3 + NO + 2H 2 O Związki bizmutu stopieo utlenienia: +3 (rzadko +5); liczba koordynacyjna w związkach kompleksowych: 4 w roztworze występuje w formie jonów Bi 3+ i BiO + (bizmutylowych), oba jony są bezbarwne Rozpuszczalnośd związków bizmutu: rozpuszczalne: chlorek BiCl 3, bromek BiBr 3, azotan (V) Bi(NO 3 ) 3, siarczan (VI) Bi 2 (SO 4 ) 3 trudno rozpuszczalne: ortofosforan (V) BiPO 4, wodorotlenek Bi(OH) 3, siarczek Bi 2 S 3, jodek BiI 3, chlorek tlenek bizmutu (III) (chlorek bizmutylu) BiOCl, jodek tlenek bizmutu (III) (jodek bizmutylu) BiOI, azotan tlenek bizmutu (III) (azotan bizmutylu) BiONO 3 Przykłady kompleksów: [BiCl 4 ] (bezbarwny) tetrachlorobizmutan (III) [BiI 4 ] (pomaraoczowy) tetrajodobizmutan (III) bizmut (III) nie tworzy kompleksów z amoniakiem (odróżnienie od Ag +, Cu 2+, Cd 2+ ); ważne są jego kompleksy winianowe i cytrynianowe Właściwości redoks: jon Bi 3+ jest słabym utleniaczem (słabszym od Hg 2+, Cu 2+, Ag +, lecz silniejszym od Pb 2+ i Cd 2+ ); nie jest on redukowany przez SnCl 2 w środowisku kwaśnym (odróżnienie od Hg 2+ ), ale w środowisku alkalicznym Bi(OH) 3 ulega szybkiej redukcji do metalu przez Na 2 [Sn(OH) 4 + (odróżnienie od Pb 2+, Cu 2+ i Cd 2+ ); związki bizmutu (III) można utleniad w środowisku zasadowym do nierozpuszczalnego NaBiO 3 stosując bardzo silne utleniacze (Na 2 O 2, H 2 O 2, chloran (I); Bi (V) w środowisku kwaśnym jest jednym z najsilniejszych utleniaczy. 9

Właściwości kwasowo-zasadowe: proste jony Bi 3+ występują tylko w silnie kwaśnych roztworach wodnych (ph=0), w środowisku słabo kwaśnym hydrolizują do jonów bizmutylowych (Bi 3+ + H 2 O BiO + + 2H + ) a przy ph>7 powstaje trudno rozpuszczalny Bi(OH) 3 który ma charakter zasadowy; z powodu hydrolizy sole bizmutu (III) (chlorek, bromek, azotan, siarczan) rozpuszczalne w wodzie dają mętne roztwory, zmętnienie to usuwa się przez dodatek do roztworu odpowiedniego kwasu, który cofa hydrolizę Reakcje charakterystyczne jonu Bi 3+ [0,5M Bi(NO 3 ) 3 ] Odczynnik Równania reakcji Efekt reakcji AKT* (odczynnik grupowy) +HCl 2Bi 3+ + 3S 2 Bi 2 S 3 HNO 3 Bi 2 S 3 + 2NO3 + 8H + NaOH Na 2 [Sn(OH) 4 ]** 2Bi 3+ + 2NO + 3S + 4H 2 O Bi 3+ + 3OH Bi(OH) 3 2Bi(OH) 3 + 3[Sn(OH) 4 ] 2 2Bi + 3[Sn(OH) 6 ] 2 czarno-brunatny siarczek bizmutu (III) rozpuszczalny w gorącym kwasie azotowym (V) z wydzieleniem siarki (żółty osad), stężonym kwasie solnym; nierozpuszczalny w KOH osad wodorotlenku bizmutu nierozpuszczalny w nadmiarze zasady, rozpuszczalny w cynianie z wydzielanie czarnego osadu metalicznego bizmutu NH 3 aq. Bi 3+ + 3OH Bi(OH) 3 osad wodorotlenku bizmutu nierozpuszczalny w nadmiarze zasady KI 0,1M NaCl +H 2 O HCl 1M Bi 3+ + 3I BiI 3 BiI 3 + H 2 O BiOI + 2HI BiI 3 + I [BiI 4 ] [BiI 4 ] + H 2 O BiOI + 2H + + 3I BiOI + 3I +2H + [BiI 4 ] + H 2 O Bi 3+ + H 2 O + Cl BiOCl + 2H + BiOCl + 2H + + 2Cl BiCl 3 + H 2 O brunatnoczarny osad jodku bizmutu (III)rozpuszczalny: w wodzie na gorąco - pomaraoczowy osad jodku tlenku bizmutu (III) w nadmiarze jodku z powstaniem tetrajodobizmutanu ciemnopomaraoczowe zabarwienie roztworu; tetrajodobizmutan rozcieoczony wodą hydrolizuje z powstaniem pomaraoczowego osadu jodku tlenku bizmutu (III), który rozpuszcza się w nadmiarze jodku z utworzeniem pomaraoczowego roztworu osad chlorku tlenku bizmutu (III), nierozpuszczalny w zasadach (odróżnienie od soli Sb i Sn); rozpuszcza się w rozcieoczonych kwasach nieorganicznych K 4 [Fe(CN) 6 ] 1% 4Bi 3+ + 3[Fe(CN) 6 ] 4 Bi 4 [Fe(CN) 6 ] 3 jasnozielony osad heksacyjanożelazianu(ii)bizmutu(iii) * odczynnik używa się tylko pod wyciągiem ** przygotowanie roztworu Na 2 [Sn(OH) 4 ]: 1 ml 0,5M SnCl 2 + kroplami NaOH do rozpuszczenia powstającego osadu (sprawdzid odczyn papierkiem wskaźnikowym powinien byd zasadowy) 10

srebrzysty metal, twardszy od cynku, kowalny, dobry przewodnik prądu KADM (Cadmium) Cd Reakcje metalicznego kadmu Odczynnik Efekt działania odczynnika Równanie reakcji kwas solny (gorący, rozcieoczony) roztwarza kadm powoli Cd + 2HCl CdCl 2 + H 2 kwas siarkowy (VI) (gorący, rozcieoczony) roztwarza kadm powoli Cd + H 2 SO 4 CdSO 4 + H 2 kwas azotowy (V) (rozcieoczony) roztwarza kadm szybko 3Cd + 8HNO 3 3Cd(NO 3 ) 2 + 2NO + 4H 2 O zasada sodowa (roztwór stężony) nie roztwarza Związki kadmu stopieo utlenienia: +2; liczba koordynacyjna w związkach kompleksowych: 4 w roztworach wodnych występuje w formie bezbarwnego jonu Cd 2+ Rozpuszczalnośd związków kadmu: dobrze rozpuszczalne: octan Cd(CH 3 COO) 2, chlorek CdCl 2, jodek CdI 2, azotan (V) Cd(NO 3 ) 2, siarczan (VI) CdSO 4, tiosiarczan CdS 2 O 3 trudno rozpuszczalne: węglan CdCO 3, chromian (VI) CdCrO 4, heksacyjanożelazian (II) Cd 2 [Fe(CN) 6 ] wodorotlenek Cd(OH) 2, szczawian CdC 2 O 4, tlenek CdO, ortofosforan (V) Cd 3 (PO 4 ) 2, siarczek CdS Przykłady kompleksów: [Cd(NH 3 ) 4 ] 2+ (bezbarwny) kation(jon) tetraaminakadmu (II) [CdCl 4 ] 2 (bezbarwny) tetrachlorokadmian (II) [CdI 4 ] 2 (bezbarwny) tetrajodokadmian (II) jodek kadmu (II) tworzy tzw. autokompleksy CdI 2 + CdI 2 Cd[CdI 4 + (podobnie, chod w mniejszym stopniu reaguje CdCl 2 ) Właściwości redoks: jon Cd 2+ jest najsłabszym utleniaczem z kationów grupy IIA 11

Właściwości kwasowo-zasadowe: Cd(OH) 2, który strąca się z roztworów rozpuszczalnych soli kadmowych pod wpływem roztworu NaOH łatwo rozpuszcza się w kwasach, lecz nie ulega rozpuszczeniu w roztworach zasad, co wskazuje wyraźnie na zasadowy jego charakter; w roztworach wodnych rozpuszczalne sole kadmowe ulegają hydrolizie i mają odczyn słabo kwasowy Reakcje charakterystyczne jonu Cd 2+ [0,1M CdSO 4 ] Odczynnik Równania reakcji Efekt reakcji AKT* (odczynnik grupowy) +HCl HNO 3 NaOH NH 3 aq. stęż. Cd 2+ + H 2 S CdS + 2H + 3CdS + 2NO 3 + 8H + 3Cd 2+ + 2NO + 4H 2 O + 3S Cd 2+ + 2OH Cd(OH) 2 Cd(OH) 2 + 4(NH 3 H 2 O) [Cd(NH 3 ) 4 ] 2+ + 2OH + 4H 2 O [Cd(NH 3 ) 4 ] 2+ + 4CN [Cd(CN) 4 ] 2 + 4NH 3 ** [Cd(CN) 4 ] 2 + S 2 CdS + 4CN ** NH 3 aq. 4M Cd 2+ + 2(NH 3 H 2 O) Cd(OH) 2 + 2NH 4 Cd(OH) 2 + 4(NH 3 H 2 O) [Cd(NH 3 ) 4 ] 2+ + 2OH + 4H 2 O K 4 [Fe(CN) 6 ] 1% 2Cd 2+ + [Fe(CN) 6 ] 4 Cd 2 [Fe(CN) 6 ] * odczynnik używa się tylko pod wyciągiem ** z powodu toksycznośd cyjanków reakcje nie są wykonywane w laboratorium jasnożółty osad siarczku kadmu (II), rozpuszczalny w gorącym rozcieoczonym kwasie azotowym (V), w stężonych roztworach chlorków, bromków i jodków metali alkalicznych; nierozpuszczalny w rozcieoczonych kwasach mineralnych na zimno, siarczku amonu, w zasadach; bezpostaciowy osad nierozpuszczalny w nadmiarze zasady; rozpuszczalny w amoniaku z utworzeniem jonu kompleksowego tetraaminakadmu (II); pod wpływem jonów cyjankowych przechodzący w kompleks tetracyjanokadmu (II), który reaguje z jonami siarczkowymi z powstaniem jasnożółtego osadu siarczku kadmu osad wodorotlenku kadmu (II), rozpuszczalny w nadmiarze amoniaku z powstaniem jonu kompleksowego tetraaminakadmu (II) *odróżnienie od Pb(OH) 2 i Bi(OH) 3 ] osad heksacyjanożelazianu (II) kadmu (II) rozpuszczalny w rozcieoczonych kwasach mineralnych i amoniaku 12

Grupa IIB: As 3+, As 5+, Sb 3+, Sb 5+, Sn 2+, Sn 4+ ANTYMON (Stibium ) Sb błyszczący, jasnosrebrzysty metal, twardy i kruchy; na powietrzu powoli się utlenia i pokrywa szarą warstwą tlenków Reakcje metalicznego antymonu Odczynnik Efekt działania odczynnika Równanie reakcji kwas solny (rozcieoczony) nie roztwarza antymonu kwas siarkowy (VI) (rozcieoczony) nie roztwarza antymonu kwas siarkowy (VI) (gorący, stężony) roztwarza antymon 2Sb + 6H 2 SO 4 Sb 2 (SO 4 ) 3 + 3SO 2 + 6H 2 O kwas azotowy (V) (stężony) utlenia Sb do Sb 5+ 3Sb + 5HNO 3 + 2H 2 O 3H 3 SbO 4 + 5NO kwas azotowy (V) (rozcieoczony +winian sodu) woda królewska (stęż. HCl + stęż. HNO 3 ; 3v:1v) (nadmiar) roztwarza antymon z utworzeniem kompleksu antymonylo-winianowego (emetyku) roztwarza antymon 2Sb + 3HNO 3 Sb 2 O 3 + 2NO + H 2 O Sb 2 O 3 + 2NaC 4 H 5 O 6 2Na[SbO(C 4 H 4 O 6 ] + H 2 O 3Sb + 18HCl + 5HNO 3 3H[SbCl 6 ] + 5NO +10 H 2 O Związki antymonu stopieo utlenienia: +3, +4, +5; liczba koordynacyjna w związkach kompleksowych: 6 w roztworach wodnych w środowisku kwaśnym występuje w formie bezbarwnych jonów Sb 3+, które hydrolizują już przy ph 1; Antymon na +5 stopniu utlenienia może istnied w roztworze tylko w postaci kompleksów. Rozpuszczalnośd związków antymonu: dobrze rozpuszczalne: chlorek SbCl 3 (w roztworze HCl) trudno rozpuszczalne: wodorotlenek antymonu (III) Sb(OH) 3, kwas metaantymonowy (V) HSbO 3 i ortoantymonowy (V) H 3 SbO 4, tlenki Sb 2 O 3, Sb 2 O 4, Sb 2 O 5, siarczki Sb 2 S 3, Sb 2 S 5 Przykłady kompleksów: [Sb(OH) 4 ] (bezbarwny) tetrahydroksoantymonian (III) [SbCl 6 ] 3 (bezbarwny) heksachloroantymonian (III) [SbCl 6 ] (bezbarwny) heksachloroantymonian (V) [SbS 3 ] 3 (bezbarwny) tritioantymonian (III) [SbS 4 ] 3 (bezbarwny) tetratioantymonian(v) 13

Właściwości redoks: antymon należy do metali półszlachetnych; związki antymonu (III) są słabymi reduktorami zwłaszcza w środowisku kwaśnym obojętnym i zasadowym; w środowisku kwaśnym zachodzi reakcja odwrotna; związki Sb (III) i Sb (V) są redukowane do antymonu metalicznego przez cynę lub żelazo Właściwości kwasowo-zasadowe: nierozpuszczalne w wodzie Sb 2 O 3 i Sb 2 O 5 mają charakter amfoteryczny, podobnie Sb(OH) 3 3HCl SbCl 3 + 3H 2 O Sb(OH) 3 Na[Sb(OH) 4 ] związki antymonu (V) mają charakter bardziej kwaśny; proste związki antymonu (III) i (V) ulegają bardzo łatwo hydrolizie do hydroksosoli i innych form trudno rozpuszczalnych i dlatego ich roztwory muszą byd mocno zakwaszone w celu zapobiegnięcia hydrolizie NaOH Reakcje charakterystyczne jonu Sb 3+ [0,1M SbCl 3 ] Odczynnik Równania reakcji Efekt reakcji AKT*(odczynnik grupowy) +HCl 2Sb 3+ + 3H 2 S Sb 2 S 3 + 6 H + HCl stęż. Sb 2 S 3 + 6H + 2Sb 3+ + 3H 2 S w stężonym HCl i wydziela się siarkowodór HNO 3 stęż. 3Sb 2 S 3 + 10H + + 10NO 3 6HSbO 3 + 9S + 10NO +2H 2 O pomaraoczowy osad siarczku antymonu (III); osad rozpuszcza się: w stężonym HNO 3 pomaraoczowy osad przechodzi w kwas metaantymonowy (V) (NH 4 ) 2 S* Sb 2 S 3 + 3S 2 2SbS 3 3 w roztworze siarczku amonu (NH 4 ) 2 S; powstaje żółty roztwór (NH 4 ) 2 S 2 * Sb 2 S 3 + 3S 2 2 2SbS 4 3 + S 0 NaOH Sb 2 S 3 + 2OH SbS 2 + SbOS + H 2 O HCl SbS 2 + SbOS + 2H + Sb 2 S 3 + H 2 O tioantymonianu (III w wielosiarczku amonowym (NH 4 ) 2 S 2 ; powstaje roztwór tioantymonianu (V) i wydziela się siarka w roztworze NaOH powstają roztwory bezbarwne zawierające siarkosole po zakwaszeniu HCl ponownie strąca się pomaraoczowy osad siarczku antymonu (III) H 2 O Sb 3+ + Cl + H 2 O SbOCl + 2H + (III) z wytrąceniem białego osadu tlenku chlorku antymonu (III) woda powoduje hydrolizę niezbyt kwaśnych roztworów soli antymonu NaOH Sb 3+ + 3OH Sb(OH) 3 AKT* H 2 C 2 O 4 nasycony Sb(OH) 3 + OH [Sb(OH) 4 ] 2Sb 3+ + 3H 2 S Sb 2 S 3 + 6H + * odczynnik używa się tylko pod wyciągiem rozpuszczalnego w kwasach mineralnych i w kwasie winowym osad wodorotlenku antymonu (III) o właściwościach amfoterycznych rozpuszcza się w wodorotlenkach - roztwór bezbarwny pomaraoczowy osad, dodatek kwasu szczawiowego nie zabezpiecza przed strącaniem Sb 2 S 3 (odróżnienie od Sn (IV)) 14

CYNA (Stannum) Sn miękki srebrzysto metal, dający się łatwo walcowad; na powietrzu cyna traci połysk pokrywając się cienką warstewką tlenku Reakcje metalicznej cyny Odczynnik Efekt działania odczynnika Równanie reakcji kwas solny (zimny, rozcieoczony) roztwarza cynę powoli Sn + 2HCl SnCl 2 + H 2 kwas solny (gorący stężony) roztwarza cynę szybko Sn + 2HCl SnCl 2 + H 2 kwas siarkowy (VI) (rozcieoczony) roztwarza cynę powoli Sn + H 2 SO 4 SnSO 4 + H 2 kwas siarkowy (VI) (gorący stężony) roztwarza cynę szybko Sn + 4H 2 SO 4 Sn(SO 4 ) 2 + 2SO 2 + 4H 2 O kwas azotowy (V) (rozcieoczony, stężony) roztwarza cynę tworząc nierozpuszczalny H 2 SnO 3 Sn + 4HNO 3 H 2 SnO 3 + 4NO 2 + H 2 O woda królewska (stęż. HCl + stęż. HNO 3 ; 3v:1v) roztwarza cynę 3Sn + 12HCl + 4HNO 3 3SnCl * 4 + 4NO + 8H 2 O zasada sodowa (gorący roztwór) roztwarza cynę Sn + 2OH + 4H 2 O [Sn(OH) 6 ] 2 + 2H 2 * przy nadmiarze HCl tworzy się H 2 [SnCl 6 ] Związki cyny stopieo utlenienia: +2 i +4; liczba koordynacyjna w związkach kompleksowych: Sn 2+ 3 i 4; Sn 4+ 6 w roztworach wodnych w środowisku kwaśnym, występuje w formie bezbarwnych jonów Sn 2+, które hydrolizują już przy ph=1,7; bezbarwny Sn 4+ jest trwały (w środowiskach niekompleksujących) przy ph<0,5; przy wyższych ph strąca się Sn(OH) 4, który rozpuszcza się w roztworach wodorotlenków alkalicznych z utworzeniem bezbarwnego [Sn(OH) 6 ] 2 Rozpuszczalnośd związków cyny (II) dobrze rozpuszczalne: chlorek SnCl 2, siarczan (VI) SnSO 4 trudno rozpuszczalne: chromian SnCrO 4, heksacyjanożelazian (II) Sn 2 [Fe(CN) 6 +, heksacyjanożelazian (III) Sn 3 [Fe(CN) 6 ] 2, wodorotlenek Sn(OH) 2, szczawian SnC 2 O 4, tlenek SnO, siarczek SnS Rozpuszczalnośd związków cyny (IV) dobrze rozpuszczalne: octan Sn(CH 3 COO) 4, chlorek SnCl 4, jodek SnI 4, siarczan (VI) Sn(SO 4 ) 2 trudno rozpuszczalne: heksacyjanożelazian (II) Sn[Fe(CN) 6 ], tlenek SnO 2, siarczek SnS 2 15

Przykłady kompleksów: [Sn(OH) 4 ] 2 (bezbarwny) tetrahydroksocynian (II) [Sn(OH) 6 ] 2 (bezbarwny) heksahydroksocynian (IV) [SnCl 4 ] 2 (bezbarwny) tetrachlorocynian (II) [SnCl 6 ] 2 (bezbarwny) heksachlorocynian (IV) Właściwości redoks: cyna należy do metali nieszlachetnych; związki cyny (II) (nietrwałe w powietrzu) są mocnymi reduktorami, a SnCl 2 stosowany jest często w laboratorium do identyfikacji innych kationów (Hg 2+, Hg 2 2, Bi 3+, As 3+ ); związki cyny (IV) mają bardzo słabe właściwości utleniające Właściwości kwasowo-zasadowe: nierozpuszczalne w wodzie wodorotlenki: Sn(OH) 2 i Sn(OH) 4 mają charakter amfoteryczny: SnCl 2 +2H 2 O HCl 2 Sn(OH) 2 2NaOH Na 2 [Sn(OH) 4 ] SnCl 4 +4H 2 O Sn(OH) 4 2NaOH Na 2 [Sn(OH) 6 ] związki Sn (IV) mają charakter bardziej kwasowy; proste związki Sn (II) i Sn (IV) ulegają łatwo hydrolizie do wodorotlenków i innych trudno rozpuszczalnych hydroksosoli i dlatego ich roztwory muszą byd mocno zakwaszone w celu zapobiegnięcia hydrolizie 4HCl Reakcje charakterystyczne jonu Sn 2+ [0,5M SnCl 2 ] Odczynnik Równania reakcji Efekt reakcji AKT* (odczynnik grupowy) Sn 2+ + H 2 S SnS + 2H + +HCl czarnobrunatny osad siarczku cyny (II); nie rozpuszcza się w zasadzie sodowej i potasowej, siarczku amonu i amoniaku, w przeciwieostwie do siarczków antymonu oraz SnS 2 HCl stęż. SnS + 2H + Sn 2+ + H 2 S rozpuszczalny w stężonym kwasie solnym z wydzieleniem H 2 S (NH 4 ) 2 S 2 * SnS + S 2 2 SnS 3 2 w wielosiarczku amonu powstaje tritiocynian (IV) amonu HCl SnS 3 2 + 2H + SnS 2 + H 2 S po zakwaszeniu kwasem solnym przechodzi w żółty SnS 2 NaOH Sn 2+ + 2OH Sn(OH) 2 wodorotlenki, amoniak i węglan sodu powodują wytrącanie białego osadu wodorotlenku cyny (II) o właściwościach amfoterycznych NaOH Sn(OH) 2 + 2OH [Sn(OH) 4 ] 2 osad rozpuszcza się w wodorotlenkach HCl Sn(OH) 2 + 2H + Sn 2+ + 2 H 2 O osad rozpuszcza się w kwasach HgCl 2 0,1M Sn 2+ + 2Hg 2+ + 8Cl Hg 2 Cl 2 + [SnCl 6 ] 2 osad kalomelu * odczynnik używa się tylko pod wyciągiem Sn 2+ + Hg 2 Cl 2 + 4Cl [SnCl 6 ] 2 + 2Hg 0 powoli szarzeje i przechodzi w czarny osad metalicznej rtęci 16

Reakcje charakterystyczne jonu Sn 4+ [0,5M SnCl 4 ] Odczynnik Równania reakcji Efekt reakcji AKT*(odczynnik grupowy) HCl [SnCl 6 ] 2 + 2H 2 S SnS 2 + 4H + + 6Cl Sn4+ występuje przeważnie w postaci jonu kompleksowego *SnCl 6 ] 2 lub [Sn(OH) 6 ] 2 pod wpływem siarkowodoru wytrąca się w postaci żółtego osadu siarczku cyny (IV) (NH 4 ) 2 S* SnS 2 + S 2 [SnS 3 ] 2 osad rozpuszcza się w siarczku i wielosiarczku amonu HCl [SnS 3 ] 2 + 2H + SnS 2 + H 2 S HNO 3 stęż. SnS 2 + 4H + + 4NO3 H 2 SnO 3 + 2S + 4NO 2 + H 2 O po zakwaszeniu roztworu zawierającego tiocyniany (IV) ponownie strąca się żółty osad SnS 2 i wydziela się siarkowodór żółty osad rozpuszcza się w stężonym HNO 3 z powstawaniem białego osadu mieszaniny H 2 SnO 3 i koloidalnej siarki, przy czym wydziela się brunatny gaz ditlenku azotu HCl stęż. SnS 2 + 4H + + 6Cl 2H 2 S + [SnCl 6 ] 2 rozpuszcza się w stężonym HCl z wydzieleniem H 2 S NaOH 3SnS 2 + 6OH [Sn(OH) 6 ] 2 + 2[SnS 3 ] 2 rozpuszcza się w NaOH NaOH [SnCl 6 ] 2 + 4OH roztwory zasad, amoniak i węglan sodu powodują wytrącanie białego Sn(OH) 4 + 6Cl galaretowatego osadu wodorotlenku cyny (IV) o właściwościach amfoterycznych NaOH Sn(OH) 4 + 2OH [Sn(OH) 6 ] 2 osad rozpuszcza się w wodorotlenkach HCl Sn(OH) 4 + 4H + + 6Cl [SnCl 6 ] 2 + 4H 2 O osad rozpuszcza się w kwasach barwienie płomienia powstawanie palnego SnH 4 ** jasnobłękitne zabarwienie płomienia palnika * odczynnik używa się tylko pod wyciągiem ** wykonanie: do badanej próby w zlewce dodaje się stężony HCl i miesza cienką probówką wypełnioną zimną wodą.; mokrą probówkę wprowadza się do redukującej części nie świecącego płomienia palnika; powierzchnia probówki w zetknięciu z płomieniem świeci jasnoniebiesko, co dowodzi obecności cyny. 17

Analiza mieszaniny PORÓWNANIE kationów PRODUKTÓW II grupy analitycznej REAKCJI (Hg 2+ KATIONÓW, Pb 2+, Cu 2+, BiGRUPY 3+, Cd 2+, Sb II A 3+, Sn 2+, Sn 4+ ) Odczynnik Hg 2+ Pb 2+ Cu 2+ Bi 3+ Cd 2+ AKT (H 2 S) NaOH NaOH (nadmiar) NH 3 aq. NH 3 aq. (nadmiar) H 2 SO 4 KI KI (nadmiar) SnCl 2 (nadmiar) K 4 [Fe(CN) 6 ] HgS czarny HgO żółty HgO żółty Hg(NH 2 )Cl [OHg 2 NH 2 ]NO 3 Hg(NH 2 )Cl [OHg 2 NH 2 ]NO 3 HgI 2 pomaraoczowoczerwony [HgI 4 ] 2 bezbarwny Hg 2 Cl 2 + Hg szary Hg 2 [Fe(CN) 6 ] PbS czarny Pb(OH) 2 Na 2 [Pb(OH) 4 ] bezbarwny 5PbO Pb(NO 3 ) 2 H 2 O 5PbO Pb(NO 3 ) 2 H 2 O PbSO 4 PbI 2 żółty [PbI 4 ] 2 żółty CuS czarny Cu(OH) 2 niebieski Cu(OH) 2 niebieski Cu 2 (OH) 2 SO 4 jasnoniebieski [Cu(NH 3 ) 4 ] 2+ ciemnoniebieski Bi 2 S 3 brązowo-czarny Bi(OH) 3 Bi(OH) 3 Bi(OH) 3 Bi(OH) 3 CdS żółty Cd(OH) 2 Cd(OH) 2 Cd(OH) 2 [Cd(NH 3 ) 4 ] 2+ bezbarwny Cu 2 I 2 + I 2 osad + brązowy r-r Cu 2 I 2 + I 2 osad + brązowy r-r BiI 3 brunatny [BiI 4 ] pomaraoczowy Cu 2 [Fe(CN) 6 ] czerwonobrunatny Bi 4 [Fe(CN) 6 ] 3 jasnozielony Cd 2 [Fe(CN) 6 ] 18

Do ok. 1,5 ml próby pierwotnej zakwaszonej kwasem solnym dodad ok. 1,5 ml AKT (tioacetamid) i ogrzewad przez 15 min (nie krócej!!!) w bloku grzewczym. Po stwierdzeniu całkowitego wytrącania kationów grupy II A i B powstały osad 1 odsączyd. Roztwór zawiera kationy grup III-V Osad 1: HgS, PbS, CuS, Bi 2 S 3, CdS, Sb 2 S 3, SnS, SnS 2 i S. Osad 1 przemyd kilkoma kroplami ogrzanego do wrzenia roztworu zawierającego NH 4 Cl i AKT. Do osadu dodad ok. 2 ml 1M KOH* i 10 kropel 3% H 2 O 2, wymieszad, ogrzewad 3 minuty. Oddzielid osad (osad 2) od roztworu. Osad 2-krotnie przemyd 6 kroplami wody a wodę z przemycia dołączyd do roztworu (przesącz 2). Osad 2 - zawiera podgrupę IIA: HgS, PbS, CuS, Bi 2 S 3, CdS. Do osadu dodad ok. 3 ml HNO 3 i ogrzewad ok. 2 min., następnie oddzielid osad 3 od roztworu (przesącz 3) Osad 3: HgS (brunatny) lub HgS Hg(NO 3 ) 2 () + S Przemyd 6 kroplami wody, dodad 2ml wody królewskiej. Ogrzad do rozpuszczenia się osadu. Odparowad w parowniczce prawie do sucha, dolad kilka kropel wody, oddzielid od wydzielonej siarki, odsączyd i dodad kilka kropel 0,5M SnCl 2. Powstanie białego, szarzejącego się osadu Hg + Hg 2 Cl 2 wskazuje na obecnośd Przesącz 2: Zawiera kationy podgrupy II B Analiza kationów grupy IIA Przesącz 3 zawierający jony Pb 2+, Cu 2+, Bi 3+, Cd 2+ w postaci azotanów zadad 1ml st. H 2 SO 4, gotowad do pojawienia się ch dymów SO 2, oziębid do temperatury pokojowej, ostrożnie rozcieoczyd 4 ml wody i odsączyd. Otrzymuje się osad 4 i przesącz 4 Osad 4 zawierający PbSO 4 przemyd 3ml gorącej wody, roztworzyd w mieszaninie 2 ml stęż. CH 3 COOH i 30% CH 3 COONH 4. Do otrzymanego roztworu dodad kilka kropli 1M roztworu K 2 CrO 4. Żółty osad PbCrO 4 świadczy o obecności Pb 2+ Przesącz 4 zawierający jony Cu 2+, Bi 3+, Cd 2+ w postaci siarczanów (VI) zobojętnid stężonym NH 3 aq., po czym dodad 1 ml nadmiaru tego odczynnika i odsączyd otrzymaną mieszaninę. Otrzymuje się osad 5 i przesącz 5 Osad 5 zawierający Bi(OH) 3 przemyd 2 ml NH 3 aq. i podzielid na dwie części: 1 Osad 5 zadad H 2 SO 4 do rozpuszczenia i dodad 1 ml 0,1M KI. Powstający ciemnobrązowy osad BiI 3 świadczy o obecności Bi 3+ 2 Osad 5 zadad świeżo przygotowanym roztworem Na 2 [Sn(OH) 4 +**. Powstający szybko czerniejący osad Bi świadczy o obecności Bi 3+ Przesącz 5 zawierający jony [Cu(NH 3 ) 4 ] 2+ i [Cd(NH 3 ) 4 ] 2+ (granatowe zabarwienie świadczy o obecności jonu Cu 2+ ) podzielid na dwie części. 1 Przesącz 5 zobojętnid CH 3 COOH, po czym dodad 1ml roztworu 1% K 4 [Fe(CN) 6 ]. Powstający wiśniowobrązowy osad Cu 2 [Fe(CN) 6 ] świadczy o obecności Cu 2+ 2 Przesącz 5 Jeżeli jest niebieski, zawiera [Cu(NH 3 ) 4 ] 2+ i ew. [Cd(NH 3 ) 4 ] 2+. Dodad kilka kropli AKT, ogrzad. Przesączyd osad i do osadu CuS i CdS dodad 6M HCl. Odsączyd i pozostały osad CuS odrzucid. Przesącz 6 zawiera [CdCl 4 ] 2 Dodad stężony NH 3 aq. do odczynu lekko zasadowego i kilka kropli AKT, ogrzewad. Żółtopomaraoczowy osad CdS świadczy o obecności jonu Cd 2+ Hg 2+ * rozdzielanie za pomocą KOH grupy II na podgrupy A i B polega na tworzeniu się rozpuszczalnych siarkosoli antymonu i cyny (IV); nie stosujemy do rozdzielania NaOH, ze względu na możliwośd wytrącania trudno rozpuszczalnego Na[Sb(OH) 6 ] ; dodatek H 2 O 2 jest konieczny dla utlenienia Sn 2+ do Sn 4+, gdyż SnS nie rozpuszcza się całkowicie w KOH ** przygotowanie roztworu Na 2 [Sn(OH) 4 ]: 1 ml 0,5M SnCl 2 + nadmiar NaOH do rozpuszczenia powstającego osadu (sprawdzid, czy odczyn jest zasadowy) 19

SCHEMAT ROZDZIELANIA MIESZANINY KATIONÓW II GRUPY ANALITYCZNEJ 20

Uwagi do rozdzielenia mieszaniny kationów IIA grupy analitycznej 1) W przypadku analizy mieszaniny kationów wyłącznie grupy IIA można strącanie ich siarczków przeprowadzid roztworem AKT (po uprzednim zakwaszeniu próbki HCl). 2) Bardzo pomocne w toku analizy kationów grupy IIA są wstępne próby identyfikacji niektórych z nich: a) identyfikację jonu Hg 2+ można przeprowadzid dwoma metodami: kroplę badanej próbki nanieśd na oczyszczoną powierzchnię blaszki miedzianej. Utworzona srebrzysta warstewka świadczy o obecności jonu Hg 2+ w próbce. Zachodzi następująca reakcja: Hg 2+ + Cu Hg + Cu 2+ do 0,5 ml próbki dodad 2ml 0,5M roztworu SnCl 2. Wydzielający się szary osad Hg 2 Cl 2 + Hg świadczy o obecności jonu Hg 2+ w próbce. Pozostałe kationy II A grupy nie przeszkadzają tym reakcjom. b) identyfikację jonu Pb 2+ przeprowadza się w następujący sposób: do 1 ml próby pierwotnej dodad 2 ml 1M H 2 SO 4, zagotowad do wrzenia. Pojawiający się osad PbSO 4 świadczy o obecności kationu Pb 2+. Pozostałe kationy grupy II A nie dają trudno rozpuszczalnych osadów w tych warunkach. Stwierdzenie nieobecności jonu Hg 2+ w próbie wstępnej pozwala w przypadku kationów wyłącznie grupy II A rozpocząd analizę od przesączu 2, który zawiera wszystkie pozostałe kationy tej grupy. W przypadku niewykrycia jonu Pb 2+ można w toku analizy pominąd etap dodawania stęż. H 2 SO 4 i do przesączu 2 dodawad od razu stężony NH 3 aq. 3) W przypadku powstania osadu w próbie na całkowite strącenie siarczków grupy II A, próbkę należy rozcieoczyd wodą i dodad AKT. Otrzymane osady siarczków połączyd. 4) Użycie zbyt stężonego kwasu azotowego (V) do rozpuszczania siarczków grupy II może spowodowad częściowe utlenienie PbS do nierozpuszczalnego PbSO 4. 21

PORÓWNANIE PRODUKTÓW REAKCJI SIARCZKÓW KATIONÓW GRUPY IIB Odczynnik Sb 2 S 3 Sb 2 S 5 SnS SnS 2 AKT lub (NH 4 ) 2 S SbS 3 3 SbS 4 3 SnS SnS 3 2 (NH 4 ) 2 S 2 SbS 4 3 S 0 SbS 4 3 SnS 3 2 SnS 3 2 NaOH SbS 2 SbOS 3 SbS 4 [Sb(OH) 4 ] SbO 3 S 3- SnS SnS 3 2 Sn(OH) 6 2 NH 3 aq. Sb 2 S 3 Sb 2 S 5 SnS SnS 2 (NH 4 ) 2 CO 3 Sb 2 S 3 Sb 2 S 5 SnS SnS 2 stęż. HCl Sb 3+ Sb 3+ S 0 Sn 2+ [SnCl 6 ] 2 stęż. HNO 3 HSbO 3 H 3 SbO 4 H 2 SnO 3 H 2 SnO 3 22

PORÓWNANIE FORM WYSTĘPOWANIA KATIONÓW GRUPY IIB W ZALEŻNOŚCI OD ŚRODOWISKA Odczynnik/ środowisko HCl + H 2 S aq Sb 3+ Sb 5+ Sn 2+ Sn 4+ Sb 2 S 3 Sb 2 S 5 SnS SnS 2 pomaraoczowy pomaraoczowy brązowy żółty HCl [SbCl 6 ] 3 [SbCl 6 ] Sn 2+ [SnCl 6 ] 2 NaOH (nadmiar) [Sb(OH) 4 ] Sb 2 O 5. H 2 O [Sn(OH) 4 ] 2 [Sn(OH) 6 ] 2 NH 3aq Sb(OH) 3 Sb 2 O 5. H 2 O Sn(OH) 2 H 2 SnO 3 NH 3 aq. Sb(OH) 3 Sb 2 O 5. H 2 O Sn(OH) 2 H 2 SnO 3 (nadmiar) H 2 O ph 7 (duże rozcieoczenie) SbOCl Sb 2 O. 3 H 2 O SbO 2 Cl H 3 SbO 4 Sn 2 OCl 2 H 2 SnO 3 23

Analiza mieszaniny kationów grupy II B ( Sb 3+, Sn 4+ ) Roztwór (przesącz 2) po oddzieleniu podgrupy A może zawierad jony: SbOS, SbS 2, [Sn(OH) 6 ] 2, SnS 3 2, OH. Roztwór zakwasid HCl wobec papierka lakmusowego, dodad 5-10 kropel AKT, ogrzewad przez kilka minut i oddzielid osad 1B. Osad 1B zawierający Sb 2 S 3, SnS 2 przemyd 2 razy 3 ml gorącej wody z dodatkiem kilku kropli HNO 3, a następnie rozpuścid na gorąco w 2 ml stężonego HCl i podgrzewad jeszcze przez 2 minuty. Roztwór rozcieoczyd 2 ml wody, odsączyd. Otrzymuje się osad 2B i przesącz 2B. Przesącz 2B podzielid na dwie części. 1 Przesącz 2B zawierający Sb 3+ i Sn 4+ zadad 3 ml nasyconego H 2 C 2 O 4 *, ogrzad do wrzenia i dodad AKT. Pomaraoczowy osad Sb 2 S 3 świadczy o obecności Sb 3+ 2 Przesącz 2B. Wykonad reakcje charakterystyczne na obecnośd Sn 4+, np. barwienie płomienia palnika na jasnoniebiesko, wskutek powstawania palnego SnH 4. Do badanej próby w zlewce dodaje się st. HCl i miesza cienką probówką wypełnioną zimną wodą. Mokrą probówkę wprowadza się do redukującej części płomienia palnika. Powierzchnia probówki w zetknięciu z płomieniem świeci jasnoniebiesko, co świadczy o obecności Sn 4+ Osad 2B zawierający siarkę S odrzucid * W obecności nadmiaru jonów C 2 O 4 2 powstaje trwały jon kompleksowy *Sn(C 2 O 4 ) 4 (H 2 O) 2 ] 4 wskutek czego SnS 2 nie wytrąca się (w odróżnieniu od Sb 3+ ). 24

SCHEMAT ROZDZIELANIA MIESZANINY KATIONÓW GRUPY IIB Uwagi do rozdzielania mieszaniny kationów grupy IIB 1. Po rozpuszczeniu siarczków antymonu i cyny w kwasie solnym przez gotowanie całkowicie usunąd z roztworu wydzielający się siarkowodór, który mógłby ponownie strącid siarczki tych pierwiastków po rozcieoczeniu próbki wodą. 2. Dodatek H 2 C 2 O 4 do przesączu 2B ma na celu przeprowadzenie cyny (IV) w kompleks [Sn(C 2 O 4 ) 4 (H 2 O) 2 ] 4, z którego AKT (H 2 S aq ) nie strąca SnS 2 [maskowanie cyny (IV)]. 25