Chemia analityczna Analiza jakościowa anionów i kationów Zakład Chemii Medycznej Pomorskiego Uniwersytetu Medycznego 1
Chemia analityczna Analiza klasyczna związków nieorganicznych analiza jakościowa analiza ilościowa metody wagowe polegają na oznaczeniu zawartości składnika na podstawie masy strąconego osadu. metody miareczkowe polegają na dodawaniu reagenta tak długo, aż całkowicie przereaguje z oznaczaną substancją. Na podstawie ilości dodanego titranta obliczamy stężenie (zawartość) naszej substancji. Analiza instrumentalna - do wykonania tych oznaczeń konieczny przyrząd. zajścia reakcji lub jej końca nie rejestrujemy za pomocą naszych zmysłów, a wykorzystujemy urządzenia zdolne do pomiaru różnych zjawisk fizycznych lub fizykochemicznych. 2
Podstawy analizy jakościowej W zależności od ilości badanej substancji, metody analizy jakościowej dzieli się na: 3
Wielkości charakteryzujące metodę analityczną Czułość obejmuje zakres stężeń, w którym dana metoda może być stosowana. Pojęcie selektywność i specyficzności może odnosić się do odczynników, reakcji i metody analitycznej: selektywność to zdolność do reagowania w określonych warunkach z określoną grupą jonów specyficzność to zdolność do reagowania w określonych warunkach z jednym jonem lub związkiem. Reakcję przeprowadzoną za pomocą odczynnika selektywnego nazywa się reakcją selektywną a za pomocą odczynnika specyficznego reakcją specyficzną. 4
Wielkości charakteryzujące metodę analityczną Granica wykrywalności najmniejsze stężenie lub ilość wykrywanego składnika w badanej próbce, przy którym można go jeszcze wykryć metodą z określonym prawdopodobieństwem Parametrami określającymi liczbowo czułość reakcji są stężenie graniczne i minimum wykrywalne Minimum wykrywalne to najmniejsza ilość substancji (wyrażona najczęściej w μg), którą można wykryć za pomocą danej metody w ustalonych warunkach wykonania reakcji Stężenie graniczne to najmniejsze stężenie substancji w roztworze, przy którym można ją jeszcze wykryć daną metodą. Określa się je stosunkiem masy substancji wykrywanej do masy (objętości) rozpuszczalnika. Rozcieńczenie graniczne odwrotność stężenia granicznego. Jest to stosunek masy rozpuszczalnika do masy substancji wykrywanej. 5
Odczynniki w analizie chemicznej specyficzne w określonych warunkach dają reakcję tylko z danym jonem: pozwalają na wykrycie jonu w obecności innych jonów selektywne dają podobną reakcję z pewną ograniczoną grupą jonów charakterystyczne pozwalają wykryć jon wśród innych jonów grupy analitycznej grupowe wykazują zdolność wytrącania określonej kategorii jonów z roztworu w określonych warunkach; pozwalają na rozdzielenie jonów znajdujących się w roztworze na grupy analityczne maskujące łączą się z jonem ubocznym wiążąc go w dostatecznie trwałe kompleksy wyłączają go od udziału w reakcjach ( znika z roztworu ) lub znacznie zmniejszają jego stężenie 6
Podstawy analizy jakościowej Do badanego roztworu, zawierającego nieznane jony, wprowadza się odczynniki powodujące: wytrącenie osadów rozpuszczenie osadów zmianę barwy roztworu wydzielenie gazu pęcherzyki gazu widoczne w cieczy reakcyjnej wyczuwalny zapach gazu, np. amoniaku, wyczuwalny zapach substancji lotnej, np. kwasu octowego Analiza jakościowa związków nieorganicznych składa się z dwóch oddzielnych działów: analizy kationów analizy anionów. 7
Cechy osadu - barwa 8
Cechy osadu - barwa 9
Cechy osadu - barwa 10
Cechy osadu - barwa barwa osadu: biały (bezbarwny) kolorowy błękit Turnbulla błękit pruski trwała zmieniająca się pod wpływem światła 11 http://www.e-chemia.nazwa.pl/efektowna/?page_id=57
Cechy osadu struktura osadu bezpostaciowy, np. Pb(OH) 2 krystaliczny, np. PbJ galaretowaty, np. Cu(OH) 2 ciężki, gruboziarnisty, łatwo sedymentujący lekki, tworzący względnie trwałą zawiesinę 12
Forma długa układu okresowego - pierwiastki zostały podzielone na grupy zgodnie z: budową elektronową właściwościami chemicznymi H He Li Be B C N O F Ne Na Mg Al Si P S Cl Ar K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe gazy szlachetne nie wchodzące w reakcje chemiczne. Cs Ba La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn Fr Ra Ac Rf Db Sg Bh niemetale najbardziej elektroujemny - fluor. elektroujemność niemetali maleje od fluoru w lewo (w kierunku boru) i w dół (w kierunku astatu). pierwiastki niemetaliczne (prócz gazów szlachetnych) tworzą aniony proste: Cl -, Br -, S 2- lub złożone:clo 3-, SO 4 2-, PO 4 3-13
Forma długa układu okresowego - pierwiastki zostały podzielone na grupy zgodnie z: budową elektronową właściwościami chemicznymi H He Li Be B C N O F Ne Na Mg Al Si P S Cl Ar K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe gazy szlachetne nie wchodzące w reakcje chemiczne. Cs Ba La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn Fr Ra Ac Rf Db Sg Bh metale - najliczniejsza grupa pierwiastków najbardziej elektrododatni jest frans. właściwości elektrododatnie maleją na prawo i w górę od fransu metale tworzą kationy proste: Na +, Cu 2+, lub kationy złożone:vo 2+, UO 2 2+, TaO 2+ 14
Forma długa układu okresowego - pierwiastki zostały podzielone na grupy zgodnie z: budową elektronową właściwościami chemicznymi H He Li Be B C N O F Ne Na Mg Al Si P S Cl Ar K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe gazy szlachetne nie wchodzące w reakcje chemiczne. Cs Ba La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn Fr Ra Ac Rf Db Sg Bh pierwiastki amfoteryczne - na pograniczu między metalami i niemetalami wykazują właściwości chemiczne metali i niemetali tworzą w roztworach, zależnie od warunków, kationy lub aniony, np. As 3+, AsO 3-3. 15
Metale dzielimy na trzy grupy: metale grupy A, do której należą: litowce, berylowce glin kationy metali grupy A mają zewnętrzną warstwę 8-elektronową (konfiguracja gazów szlachetnych). A Przejściowe B H He Li Be B C N O F Ne Na Mg Al Si P S Cl Ar K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe Cs Ba La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn Fr Ra Ac Rf Db Sg Bh metale grupy B położone między pierwiastkami Cu - Ge- Po - Au kationy metali grupy B mają 18-elektronowa warstwę zewnętrzną, podpowłoki d tych kationów są zapełnione elektronami. metale przejściowe, które znajdują się w tablicy między metalami grupy A i grupy B. metale przejściowe mają niezapełnioną elektronową podpowłokę d. (lantanowce i aktynowce mają także niezapełnioną podpowłokę f) Odmienne rozmieszczenie elektronów w tych trzech grupach metali powoduje, że różnią się one właściwościami chemicznymi, w tym zdolnością tworzenia związków kompleksowych. 16
Analiza jakościowa kationów W analizie jakościowej kationy dzielimy na grupy analityczne. Podstawą podziału są najczęściej reakcje strąceniowe, w których kationy reagują w określonych warunkach z wybranymi odczynnikami grupowymi. Klasyczny podział według C.R. Freseniusa obejmuje 5 grup Odczynniki grupowe stosuje się kolejno: rozcieńczony kwas solny siarkowodór w środowisku rozcieńczonego kwasu solnego jony siarczkowe w środowisku amoniakalnym węglan amonowy. Wymienione odczynniki strącają z badanego roztworu kationy należące odpowiednio do grup I, II, III i IV. W przesączu, po oddzieleniu osadu węglanów kationów grupy IV, pozostają kationy grupy V, których nie strąca żaden z czterech odczynników grupowych. 17
roztwór zawierający nieznane jony + HCl osad: kationy I grupy roztwór: kationy grup: II, III, IV, V +H 2 S, H + +S x-, NH 4 OH roztwór: kationy grup: III, IV, V osad: kationy grupy II roztwór: kationy grup: IV, V osad: kationy grupy III +(NH 4 ) 2 CO 3 osad: kationy grupy IV roztwór: kationy grupy V osad: kationy - 18 związki zawierające kationy grup
I grupa analityczna - grupa kwasu solnego odczynnik grupowy kwas solny (jony chlorkowe w środowisku słabo kwaśnym) H He kationy, których chlorki są trudno rozpuszczalne w wodzie i słabych kwasach Ag, Hg I, Pb, Tl I, Cu I, Au II Li Be B C N O F Ne Na Mg Al Si P S Cl Ar K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe Cs Ba La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn Fr Ra Ac Rf Db Sg Bh Uwaga! ołów umieszcza się zarówno w I, jak i II grupie. chlorek ołowiu(ii) rozpuszcza się częściowo w wodzie. w przesączu osadu kationów I grupy, jest wystarczające stężenie jonów Pb 2+, by pod działaniem siarkowodoru wytrącił się znacznie trudniej rozpuszczalny od PbCl 2 osad siarczku ołowiu(ii) PbS 19
II grupa analityczna - grupa siarkowodoru kationy chlorki są rozpuszczalne w wodzie siarczki nie rozpuszczają się w kwasach kationy strącone przez siarkowodór z kwaśnego roztworu (ok. 0,3 N HCl, ph<=0,5) H He Li Be B C N O F Ne Na Mg Al Si P S Cl Ar K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe Cs Ba La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn Fr Ra Ac Rf Db Sg Bh 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. 20
II grupa analityczna - grupa siarkowodoru podgrupa IIA: Hg II, Pb, Cu, Bi, Cd, Re, Rh, Pd, Ru, Os. trudnorozpuszczale siarczki nie rozpuszczają się w: (poli)siarczku amonu, roztworach siarczków metali alkalicznych lub wodorotlenków alkalicznych H He Li Be B C N O F Ne Na Mg Al Si P S Cl Ar K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe Cs Ba La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn Fr Ra Ac Rf Db Sg Bh podgrupa IIB: As, Sb, Sn, Ge, Mo, W, Au III, Ir, Pt. siarczki mają charakter kwasowy rozpuszczają się w roztworach siarczków lub wodorotlenków metali alkalicznych tworząc kompleksy siarczkowe (siarkosole) 21
III grupa analityczna - grupa siarczku amonu kationy: chlorki rozpuszczają się w wodzie siarczki: rozpuszczają się w rozcieńczonych kwasach nie rozpuszczają się w wodzie lub hydrolizują do wodorotlenków H He Li Be B C N O F Ne Na Mg Al Si P S Cl Ar K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe Cs Ba La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn Fr Ra Ac Rf Db Sg Bh kationy strącane przez jony siarczkowe z roztworów: słabo kwaśnego, obojętnego lub słabo alkalicznego (ph ok.9) w postaci siarczków lub wodorotlenków. 22
III grupa analityczna - grupa siarczku amonu grupa IIIA - kationy strącane w postaci siarczków: Zn, Ni, Co, Mn, Fe, Al, V IV, U IV, In, Ga. H He Li Be B C N O F Ne Na Mg Al Si P S Cl Ar K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe Cs Ba La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn Fr Ra Ac Rf Db Sg Bh grupa IIIB - kationy strącane w postaci wodorotlenków: Al, Cr, Ti, Zr, Hf, Th, La i lantanowce, Sc, Y, Nb, Ta, Be. 23
IV grupa analityczna grupa węglanu amonowego kationy: siarczki i chlorki są dobrze rozpuszczalne w wodzie węglany nie są rozpuszczalne wodnych roztworach chlorku amonu H He kationy strącane przez węglan amonowy z roztworu obojętnego lub słabo alkaliczego (zawierającego amoniak i chlorek amonowy) Li Be B C N O F Ne Na Mg Al Si P S Cl Ar K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe Cs Ba La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn Fr Ra Ac Rf Db Sg Bh w postaci trudno rozpuszczalnych węglanów. Do grupy tej należą: Ca, Sr, Ba, Ra 24
V grupa analityczna H He Li Be B C N O F Ne Na Mg Al Si P S Cl Ar K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe Cs Ba Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn Fr Ra Lr Rf Db Sg Bh metale, których kationy pozostają w roztworze po kolejnym oddzieleniu odczynnikami grupowymi kationów metali grup I-IV. do grupy należą: Mg, K, Na, Li, Rb, Cs. do V grupy metali zaliczamy jest również kation amonowy NH 4+ - właściwości analityczne są zbliżone do właściwości kationu potasu. 25
Tioacetamid Tioacetamid rozkłada się w roztworach wodnych z wytworzeniem jonów siarczkowych. substancja krystaliczna, dobrze rozpuszczalna w wodzie. Obojętne roztwory są trwałe w temperaturze pokojowej. Ogrzanie roztworów powoduje szybki rozkład. Tioacetamid przechodzi w formę tioenolową hydrolizuje Powstaje acetamid i siarkowodór W środowisku kwaśnym hydroliza zachodzi w temperaturze pokojowej. Obniżenie ph roztworu i podwyższenie temperatury przyspieszają rozkład. 26
Grupowe reakcje kationów reakcje z chlorkami Ag + do badanego roztworu, zakwaszonego HNO 3, dodaje się małymi porcjami kwas solny (1 2N) Ag + + Cl - AgCl osad AgCl: biały, serowaty, nierozpuszczalny w HNO 3, fioletowiejący na powietrzu (fotochemiczna reakcja rozpadu na srebro i chlor) łatwo rozpuszczalny w amoniaku rozpuszczalny w tiosiarczanach: lekko rozpuszczalny w: stężonych roztworach HCl rozpuszczalnych chlorków (np. NaCl) AgCl + 2NH 3 [Ag(NH 3 ) 2 ] + + Cl - AgCl + 2S 2 O 3 2- Ag(S 2 O 3 ) 2 3- + Cl - AgCl + Cl - [AgCl 2 ] - 27
Grupowe reakcje kationów reakcje z chlorkami do badanego roztworu, zakwaszonego HNO 3, dodaje się małymi porcjami kwas solny (1 2N) Hg 2 2+ Hg 2 2+ + 2 Cl - Hg 2 Cl 2 osad Hg 2 Cl 2 - kalomel: biały, nierozpuszczalny w rozcieńczonych kwasach rozpuszczalny w gorącym, stężonym HNO 3 i wodzie królewskiej utlenia się do sublimatu HgCl 2 Hg 2 Cl 2 + 2H 2 SO 4 +2Cl - 2HgCl 2 + SO 2 + SO 4 2- + 2H 2 O łatwo rozpuszczalny w amoniaku Hg 2 Cl 2 + 2NH 3 Hg + NH 4 + + Cl - + Cl-Hg-NH 2 metaliczna rtęć biały osad amidochlorku rtęci 28
Grupowe reakcje kationów reakcje z chlorkami do badanego roztworu, zakwaszonego HNO 3, dodaje się małymi porcjami kwas solny (1 2N) Pb 2+ Pb 2+ + 2 Cl - PbCl 2 osad PbCl 2 : biały, wytrąca się na zimno, z niezbyt rozcieńczonych roztworów rozpuszczalny w gorącej wodzie w stężonym HCl i stężonych rozwtorwach chlorków alkalicznych rozpuszcza się tworząc kompleks chlorkowy PbCl 2 + 2Cl - [PbCl 4 ] 2- rozpadający się po rozcieńczeniu rozpuszczalny w mocnych zasadach (np. NaOH) PbCl 2 + 4OH - [Pb(OH) 4 ] 2- + 2Cl - 29
Grupowe reakcje kationów reakcje z siarczkami w środowisku kwaśnym Metale tworzące trudno rozpuszczalne siarczki dzielimy na dwie grupy: nie rozpuszczają się w roztworach rozcieńczonych kwasów siarczki powstają w kwaśnym środowisku I i II grupa wg Freseniusa mają mniejsze iloczyny rozpuszczalności ze wzrostem iloczynów rozpuszczalności wzrasta ph roztworów, z których można je strącić nie wytrącają się w środowisku rozcieńczonych kwasów mineralnych siarczki powstają pod działaniem siarczku amonu lub tioacetamidu na obojętne roztwory 30
Grupowe reakcje kationów reakcje z jonem siarczkowym w środowisku kwaśnym Ag + Ag + + S - Ag 2 S osad Ag 2 S czarny, nie rozpuszczalny w: rozcieńczonych kwasach mineralnych amoniaku roztworze tiosiarczanu rozpuszczalny w 2N HNO 3 z wydzieleniem siarki 3Ag 2 S + 2NO 3 - + 8H + 6Ag + + 2NO + 3S +4H 2 O 31
Grupowe reakcje kationów reakcje z jonem siarczkowym w środowisku kwaśnym Pb 2+ strącany ze słabo kwaśnych roztworów powstaje 1. żółty dichlorek siarczku ołowiu Pb 2 SCl 2 2. czarny siarczek PbS rozpuszczalny w gorącym5% HCl w trakcie rozpuszczania w HNO 3 może przejść w biały osad PbSO 4 3 PbS +8NO 3 - +8H + 3PbSO 4 + 8NO + 4H 2 O 32
Grupowe reakcje kationów reakcje z jonem siarczkowym w środowisku kwaśnym Cu 2+ reakcja w kwaśnym środowisku czarny osad: 3Cu 2+ + 3S 2- CuS + Cu 2 S + S nierozpuszczalny w kwasach mineralnych roztworze siarczku alkalicznego rozpuszczalny w gorącym HNO 3 roztworze wielosiarczku amonowego 33
Grupowe reakcje kationów reakcje z jonem siarczkowym w środowisku amoniakalnym wytrącanie z roztworu obojętnego kationów wszystkich metali z wyjątkiem metali alkalicznych i ziem alkalicznych. odczynniki strącające: roztwór tioaceamidu siarczku amonu (NH 4 ) 2 S. gazowy siarkowodór, ph badanego roztworu ok.9,0 (amoniak) obecność EDTA zapobiega strącaniu siarczków: żelaza, niklu, kobaltu i cynku. wykrywalność metali grupy III za pomocą reakcji strącania siarczków jest większa w przypadku kationów tworzących barwne osady siarczków. 34
Grupowe reakcje kationów reakcje z jonem siarczkowym w środowisku amoniakalnym Fe 2+ osad FeS rozpuszcza się w kwasie octowym czarny FeS w rozcieńczonych roztworach tworzy koloidalne roztwory o barwie zielonej wilgotny FeS brunatnieje na powietrzu przechodząc w wodorotlenek żelaza(iii) 4FeS + 3O 2 +6H 2 O 4Fe(OH) 3 +4S Fe 3+ osad Fe 2 S 3 rozpuszcza się w kwasie octowym czarny hydrolizuje w wodzie przechodząc w brunatny wodorotlenek żelaza (III), trudniej rozpuszczalny niż Fe 2 S 3 Fe 2 S 3 + 6H 2 O 2Fe(OH) 3 + 3H 2 S 35
Grupowe reakcje kationów reakcje z wodorotlenkami alkalicznymi Wodorotlenki alkaliczne (NaOH, KOH) wytrącają z roztworu większość metali w formie bezpostaciowych osadów. 1. 0,2N wodorotlenek sodu 2. 2,0N wodorotlenek sodu czułość reakcji zależy od ph środowiska Fe(OH) 3 ph 2-3 Cu(OH) 2 ph 5,0 Mg(OH) 2 ph 9,7 reakcje nie są bardzo czułe, szczególnie, gdy strącają się wodorotlenki bezbarwne. jeśli badany roztwór zawiera jony amonowe, to po dodaniu NaOH wydziela się amoniak, który może tworzyć z niektórymi metalami (Zn 2+, Cu 2+, Co 2+, Ni 2+ ) rozpuszczalne amminokompleksy. 36
Grupowe reakcje kationów reakcje z wodorotlenkami alkalicznymi Fe 2+ Fe 2+ + 2NaOH Fe(OH) 2 + 2Na + wodorotlenek żelaza(ii), brunatnozielony rozpuszczalny w kwasach Fe 3+ Fe 3+ + 3NaOH Fe(OH) 3 + 3Na + wodorotlenek żelaza(iii), kłaczkowaty, czerwonobrunatny rozpuszczalny w kwasach Cu 2+ Cu 2+ + 2NaOH Cu(OH) 2 + 2Na + wodorotlenek miedzi(ii), niebieski, włóknisty Co 2+ CoCl 2 + NaOH Co(OH)Cl + NaCl chlorek hydroksy kobaltu(ii), niebieski; z nadmiarem NaOH przechodzi w brudno różowy wodorotlenek Co(OH) 2 37
Grupowe reakcje kationów reakcje z wodorotlenkami alkalicznymi Mg 2+ Mg 2+ + 2NaOH Mg(OH) 2 + 2Na + wodorotlenek magnezu biały osad nie rozpuszcza się w nadmiarze wodorotlenku alaklicznego i w amoniaku. Osad rozpuszcza się w nadmiarze soli amonowych (obnizają ph roztworu poniżej poniżej zakresu strącania się wodorotlenku magnezu) Ca 2+ Ca 2+ + 2NaOH Ca(OH) 2 + 2Na + wodorotlenek wapnia biały osad wytracający się ze stężonych roztworów Pb 2+ Pb 2+ + 2NaOH Pb(OH) 2 + 2Na + wodorotlenek ołowiu(ii) biały osad rozpuszczalny w rozcieńczonych kwasach i nadmiarze ługu z wytworzeniem jonu ołowinowego Pb(OH) 2 + 2OH - [Pb(OH) 4 ] 2- Pb(OH) 2 nie rozpuszcza się w amoniaku 38
Grupowe reakcje kationów reakcje z węglanem amonu tworzy on z większością kationów osady węglanów i zasadowych węglanów grup analitycznych I-IV. W środowisku węglanu amonowego nie strąca się magnez (zbyt niskie ph roztworu). 1. zobojętnienie słabo kwaśnego roztworu rozcieńczonym amoniakiem 2. dodanie węglanu amonu 1. roztwór jony: Mg 2+, Na +, K +, Cs +, (Li + ) 2. osad węglany pozostałych metali węglan litu ma ograniczona rozpuszczalność jest obecny w obu fazach 39
Grupowe reakcje kationów reakcje z węglanem amonu Cu 2+ Cu 2 (OH) 2 CO 3 2CuO + CO 2 + H 2 O niebieskozielony wodorowęglan podczas ogrzewania czernieje Fe 2+ FeCO 3 + 1,5O 2 + 3H 2 O 2Fe(OH) 3 + 2CO 3 2- biały osad utlenia się do czerwonobrunatnego wodorotlenku Fe 3+ Fe(OH)CO 3 + 2Fe(OH) 3 brunatny osad będący mieszaniną wodorotlenku i zasadowych węglanów 40
Grupowe reakcje kationów V grupa analityczna Kationy V grupy nie posiadają wspólnych reakcji charakterystycznych! Zdolność barwienia płomienia: K barwa fiołkowa Na + - barwa żółta Li barwa czerwona kation amonowy NH + 4 - reakcja z odczynnikiem Nesslera K 2 [HgI 4 ] - powstaje pomarańczowo-brunatny osad Hg NH + 4 + K 2 [HgI 4 ] [O NH 2 ]I +7I - +3H 2 O Hg 41
Analiza w płomieniu 1. wyprażamy drucik platynowy w płomieniu 3. nabieramy na oczko drucika badaną substancję 2. zanurzamy w stężonym HCl 4. umieszczamy drucik w płomieniu kolejność czynności dla cieczy: 2 1 3 4 42
Analiza w płomieniu https://www.youtube.com/watch?v=d8hputrnsyc 43
Analityczny podział anionów H He Li Be B C N O F Ne Na Mg Al Si P S Cl Ar K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe Cs Ba La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn Fr Ra Ac Rf Db Sg Bh Fluor F - F - Chlor Cl ClO -, ClO 2-, ClO 3-, ClO 4- Brom Br Br -, BrO 3- Jod I I -, IO 3-, IO 4 - Siarka S S 2-, SO 3 2-, SO 4 2-, S 2 O 3 2-, S 2 O 8 2- Azot N NO 2-, NO 3 - Fosfor P PO 3 3-, PO 4 3- Węgiel C węglany CO 3 2-, cyjanki CN -, rodanki SCN - żelazocyjanki [Fe(CN) 6 ] 4 - i żelazicyjanki [Fe(CN) 6 ] 3 - aniony kwasów organicznych CH 3 COO - (octany), C 2 O 4 2- (szczawiany) 44
Analityczny podział anionów w analizie nie jest konieczne systematyczne rozdzielanie anionów na grupy reakcje wstępne wydzielanie gazów, reakcje strąceniowe, reakcje redoks identyfikacja na podstawie reakcji charakterytycznych 45
Analityczny podział anionów Podział wg Bunsena oparty jest na reakcjach anionów z jonami Ag + i Ba 2+, oraz sprawdzeniu rozpuszczalności osadów w stężonym HNO 3 Grupa Odczynnik grupowy Jony wykrywane I AgNO 3 - osad nie rozp. w HNO 3 BaCl 2 brak osadu II AgNO 3 - osad rozp. w HNO 3 BaCl 2 - brak osadu III AgNO 3 - osad rozp. w HNO 3 BaCl 2 - osad rozp. w HNO 3 IV AgNO 3 - barwne osad rozp. w HNO 3 BaCl 2 - barwne osad rozp. w HNO 3 V VI AgNO 3 brak osadu BaCl 2 brak osadu AgNO 3 brak osadu BaCl 2 - nie rozp. w HNO 3 Cl, Br, I, CN, SCN, [Fe(CN) 6 ] 4, [Fe(CN) 6 ] 3 S 2, CH 3 COO, NO 2 SO 3 2, CO 3 2, C 2 O 4 2, C 4 H 4 O 6 2, BO 2 S 2 O 3 2, CrO 4 2, Cr 2 O 7 2, AsO 4 3, AsO 3 3, PO 4 3 NO 3, ClO 3, MnO 4 SO 4 2, F VII AgNO 3 - żółty osad rozp. w HNO 3 BaCl 2 - biały osad rozp. w HNO 3 SiO 3 2 46
Reakcje anionów z azotanem srebra badany roztwór powinien być obojętny; jeśli nie jest zobojętniamy: roztworem wodorotlenku sodu kwasem octowym może zawierać tylko kationy: amonowy pierwiastków alkalicznych pierwiastków ziem alkalicznych do badanego roztworu dodaje się 2% roztwór AgNO 3 tak długo, jak wytrąca się osad 47
Reakcje anionów z azotanem srebra Cl - Cl + AgNO 3 AgCl + NO 3 AgCl - biały serowaty osad, rozpuszczalny w amoniaku i tiosiarczanie; fioletowieje na świetle (fotochemiczny rozkład) Br Br + AgNO 3 AgBr + NO 3 AgBr jasnożółty, serowaty, zieleniejący na świetle rozpuszczalny w stęż. NH 3 H 2 O, Na 2 S 2 O 3 nierozpuszczalny w kwasach 48
Reakcje anionów z azotanem srebra I - AgNO 3 + I AgI + NO 3 AgI - żółty, serowaty; rozpuszczalny w Na 2 S 2 O 3, KCN nierozpuszczalny w roz. NH 3 H 2 O, HNO 3 CO 3 2 CO 3 2 + 2AgNO 3 Ag 2 CO 3 + 2NO 3 Ag 2 CO 3 węglan(iv) srebra(i), biały rozpuszczalny w HNO 3, amoniaku po ogrzaniu wydziela się brunatny Ag 2 O Ag 2 CO 3 Ag 2 O + 2CO 2 49
Reakcje anionów z azotanem srebra HPO 4 2 HPO 4 2 3AgNO 3 Ag 3 PO 4 + H + + 3NO 3 HPO 4 2 + H + H 2 PO 4 Ag 3 PO 4 - żółty osad, rozpuszczalny w roz. HNO 3, CH 3 COOH, NH 3 H 2 O NO 2 - NO 2 + AgNO 3 AgNO 2 + 3NO 3 AgNO 2 białe igły, rozpuszczalne w gorącej wodzie (niezbyt rozcieńczonych roztwory NO 2- ) 50
Reakcje anionów z chlorkiem baru CO 3 2 BaCO 3 biały, krystaliczny osad rozpuszczalny w kwasie węglowym HPO 4 2 Ba 3 (PO 4 ) 2 biały krystaliczny osad SO 4 2- BaSO 4 biały, krystaliczny osad, nierozpuszczalny w kwasach mineralnych 51
Izomeria strukturalna Izomeria jonowa: siarczan pentaaminabromokobaltu(iii) - ciemnofioletowy [Co(NH 3 ) 5 Br]SO 4 ligand samodzielny jon bromek pentaaminasiarczanokobaltu czerwony. [Co(NH 3 ) 5 SO 4 ]Br Różnice w reaktywności chemicznej. Pierwszy tworzy osad z roztworem chlorku baru, drugi z azotanem srebra. [Co(NH 3 ) 5 Br]SO 4 + BaCl 2 -> [Co(NH 3 ) 5 Br]Cl 2 + BaSO 4 [Co(NH 3 ) 5 SO 4 ]Br + AgNO 3 -> [Co(NH 3 ) 5 SO 4 ]NO 3 + AgBr 53
http://alevelchem.com/aqa_a_level_chemistry/unit3.3/331/analysis.htm 54
http://alevelchem.com/aqa_a_level_chemistry/unit3.3/331/analysis.htm 55