ANALIZA JAKOŚCIOWA KATIONÓW I ANIONÓW- PŁYNY PROSTE
Wstęp
Chemiczna analiza jakościowa polega na określaniu z jakich pierwiastków, względnie związków chemicznych składa się badana próbka. W celu wykrycia (identyfikacji) poszczególnych składników w próbce przeprowadza się obserwacje właściwości fizycznych, fizykochemicznych i chemicznych badanego materiału, na podstawie których można wyciągać wnioski. Przy rozwiązywaniu praktycznych problemów analitycznych, ważne jest, aby zgromadzić możliwie dużo informacji o badanym materiale, takich jak: orientacyjny (spodziewany) skład, źródło pochodzenia, sposób pobrania, transportu i przechowywania próbki.
W dalszej części niniejszego opracowania będą omawiane jedynie klasyczne (nieinstrumentalne) metody analizy jakościowej.
Próbki pobierane lub otrzymane do analizy mogą być gazowe, stałe lub ciekłe (roztwory).
Analiza w roztworach wodnych (na drodze mokrej) ma najszersze zastosowanie. Próbki gazowe można poddać wstępnym czynnościom, jak:
• badanie barwy i zapachu (UWAGA- wiele gazów jest toksycznych ,
• badanie palności.
Jednak zwykle nie można pominąć rutynowego rozpuszczenia gazu w wodzie, które pozwoli
na przeprowadzenie dalszej analizy na drodze mokrej.
Próbki stałe mogą być wstępnie analizowane na drodze suchej:
• obserwacja barwy i kształtu ziaren,
• badanie twardości,
• obserwacja zmian w trakcie podgrzewania, albo stapiania próbki z innymi substancjami. Również i w tyra przypadku należy potwierdzić uzyskane wyniki poprzez ujednorodnienie (sproszkowanie) próbki, rozpuszczenie proszku i przeprowadzenie analizy na drodze mokrej. Proszki przeprowadza się do roztworu próbując rozpuścić je kolejno w:
• wodzie (na zimno, ewentualnie gorąco),
• w rozcieńczonych roztworach kwasów (zwykle HCl lub HNO3) na zimno, ewentualnie na gorąco
• w stężonych roztworach HCl lub HNO3
• w wodzie królewskiej ( stężone r-ry HCl i HNO3 w stosunku 3:1)
W przypadku kiedy proszek nie uległ roztworzeniu przy pomocy powyższych metod należy poddać go spiekaniu lub stapianiu z odpowiednimi topnikami. Otrzymany spiek lub stop wyługowywuje się wrzącą wodą. Można też poddać próbkę roztwarzaniu w kwasach, w autoklawie pod zwiększonym ciśnieniem. Należy pamiętać, że przystępując do roztwarzania proszków musimy korzystać z fachowej literatury lub porady osób bardziej doświadczonych, gdyż możemy się narazić na utratę zdrowia (szczególnie dotyczy to pracy ze stężonymi kwasami). Możemy też spowodować poważne straty materialne np. niszcząc tygle z metali szlachetnych, niewłaściwie dobranych do danego stapiania.
W uzyskanych roztworach wodnych składniki próbki występują w postaci jonów prostych np. Ag+, Al3+ ,Cu- lub jonów złożonych np. NH4+, SO42-. Dalsza analiza będzie więc polegać na identyfikacji występujących w tych roztworach kationów i anionów. Roztwory zawierające tylko jeden kation i anion nazywane są płynami prostymi. Roztwory wielu jonów są nazywane płynami złożonymi.
Wstępnie można rozróżnić kilka jonów po barwie roztworów, w których występują np. - niebieski kolor akwajonu , - zielony, – różowy, – żółto- pomarańczowe zabarwienie pochodzące od powstałego w czasie hydrolizy soli żelaza (III), – zielony. Niektóre jony posiadają charakterystyczne zapachy: woń amoniaku- jon amonowy, octu- jon octanowy , siarkowodoru- anion siarczkowy.
W przypadku systematycznej analizy płynów złożonych należy pamiętać o konieczności wykonania prób wstępnych i usunięcia (zamaskowania) substancji przeszkadzających.
1. Próby wstępne- wykrywanie jonów, które mogą zniknąć w czasie analizy, takich jak Fe2+, CO3-". Oprócz tego wstępnie wykrywane są substancje, które będą wprowadzane w czasie analizy, np. sole amonowe, czy węglany.
2. Typowe substancje przeszkadzające: szczawiany, winiany, borany, fosforany, krzemiany, fluorki, tiocyjaniany.
Podstawę analizy jonów na drodze mokrej stanowią reakcje strąceniowe, w wyniku których powstają osady. Wyróżnia się dwie grupy osadów:
* osady krystaliczne- powstają w wyniku tworzenia się zarodków krystalizacyjnych i ichdalszego wzrostu
• osady koloidalne (bezpostaciowe)- powstają w procesie strącenia się (koagulacji) roztworukoloidalnego pod wpływem mocnych elektrolitów i podwyższonej temperatury.
Reakcje chemiczne strącania, których przebieg jest typowy tylko dla pewnej grupy jonów (reakcje z odczynnikiem grupowym) pozwalają zawęzić obszar poszukiwań analitycznych. Na grupowym strącaniu opiera się klasyczny podział kationów Freseniusa. Reakcje chemiczne, których efekty są charakterystyczne tylko dla danego jonu nazywamy reakcjami specyficznymi. Pozwalają one na jednoznaczne określenie z jaką substancja ma analityk'do czynienia. Jednak najczęściej do ostatecznych wniosków można dojść obserwując pewną ilość reakcji, których zestawienie charakteryzuje tylko jeden jon.
Przebieg ćwiczenia
Na dwóch kolejnych zajęciach laboratoryjnych, każdy student wykona po jednym ćwiczeniu:
1 tydzień- oznaczenie kationów w siedmiu probówkach.
2 tydzień- wykrywanie kationu i anionu w pięciu probówkach.
Roztwory otrzymane do badania nazywane są zadaniami pierwotnymi (próbkami pierwotnymi). Poszczególne zadania są ponumerowane. W trakcie analizy należy postępować zgodnie z instrukcją wykrywania jonów, notując wyniki pojedynczych reakcji. Po wykryciu wszystkich jonów należy przedstawić swoje wyniki prowadzącemu w celu przeprowadzenia korekty. Błędne wyniki analiz należy poprawić. Aby zaliczyć ćwiczenie, po drugiej korekcie, nie może być więcej niż:
■ dwa błędy w przypadku analizy kationów,
■ trzy błędy w przypadku analizy kationów i anionów.
Po wykonaniu obu ćwiczeń należy przygotować sprawozdanie, opisujące przebieg analizy z przedstawieniem reakcji identyfikacyjnych. Należy także opisać trudności, które przyczyniły się do zaistnienia ewentualnych błędów w trakcie analizy.
INSTRUKCJA WYKRYWANIA KATIONÓW- PŁYNY PROSTE
1. Do pierwotnego zadania dodać HC1:
• powstaje biały osad- możliwe Ag+, Hg22+, Pb2+-badać dalei wg przepisu 1
• nie powstaje żaden osad, to:
2. Do pierwotnego zadania dodać NH4Cl (parę kropel) i małymi porcjami NH4OH. Jeżelipowstaje biały osad, to należy wlać nadmiar NH4OH:
• powstaje osad niebieski lub lazurowe zabarwienie- obecny Cu2+
• powstaje osad brunatno- zielony- obecny Fe2+
• powstaje osad brunatny- obecny Fe3+
• powstaje osad biały rozpuszczalny całkowicie w nadmiarze NH4OH - obecny Zn2+
• powstaje osad biały (ewentualnie lekko bnanatniejący)- możliwe Mn2+, Sn2+ Al3+- badać dalei wg przepisu 2
• nie tworzy się osad, ani nie powstaje jakiekolwiek zabarwienie, to:
3. Do pierwotnego zadania dodaje się NH4Cl i NH4OH (po parę kropel) i (NH4)2CO3:
• powstaje osad biały- możliwe Ba2+, Ca2+, Sr2+- badać dalei wg przepisu 3
• nie tworzy się osad, to:
4. Do pierwotnego zadania dodaje się NH4Cl, i NH4OH (po parę kropel) i Na2HPO4:
• powstaje biały osad- obecny Mg2+
• nie powstaje żaden osad- możliwe K+, Na+, NH4 + ,- badać dalei wg przepisu 4
Po identyfikacji kationu, należy wykonać potwierdzające reakcje szczegółowe.
PRZEPISY
Przepis 1
Do zadania pierwotnego dodać NaOH:
• powstaje biały osad- obecny Pb2+
• powstaje brunatny osad- obecny Ag+
• powstaje czarny osad- obecny Hg22+
Przepis 2
Znad powstałego w reakcji z NH4Cl i NH4OH osadu należy zlać nadmiar roztworu
(proces dekantacji). Osad następnie zalać mała ilością H202:
• jeżeli osad staje się brunatny- obecny Mn2+
• jeżeli osad się nie zmienia, to do pierwotnego zadania dodać parę kropli KMnO4:
a) roztwór odbarwia się- obecny Sn2+
b) roztwór nie odbarwia się- obecny Al3+
Przepis 3
Do pierwotnego zadania dodaje się nasycony roztwór CaS04
• jeżeli natychmiast powstał biały osad- obecny Ba2+
• jeżeli osad tworzy się po dłuższym czasie, po podgrzaniu- obecny Sr2+
• jeżeli nie powstaje osad- obecny Ca2+
Wynik tych reakcji należy potwierdzić wprowadzając do płomienia, na druciku platynowym próbkę zadania pierwotnego:
• intensywna zielono-żółta barwa płomienia wskazuje na bar
• purpurowo- czerwone, krótkie, ale intensywne świecenie potwierdza obecność strontu
• świecenie wapnia jest mało intensywne, koloru ceglastego (podobne do barwy płomienia)
Przepis 4
Do pierwotnego zadania dodaje się NaOH i podgrzewa do temperatury bliskiej wrzeniu:
• woń amoniaku świadczy o obecności jonu NH4+
Jeżeli próba wypadła negatywnie, to na druciku platynowym wprowadzamy do płomienia próbkę zadania pierwotnego:
• .żółto- pomarańczowe_bardzo intensywne zabarwienie wskazuje na obecność Na+
• krótki, fiołkowy błysk płomienia wskazuje na obecność K+
Po identyfikacji kationu należy wykonać potwierdzające reakcje szczegółowy.
REAKCJE SZCZEGÓŁOWE KATIONÓW
Pb2+
1. Biały osad PbCI jest rozpuszczalny w wodzie ...
michooo