Przeczytaj

bg‑yellow

Podział kationów na grupy analityczne

Aby ułatwić wykrycie obecności poszczególnych kationów w roztworze wodnym, kationy te zgrupowano w pięć grup analitycznychgrupa analitycznagrup analitycznych. Podstawą podziału na grupy analityczne jest podobny wynik pewnej charakterystycznej reakcji chemicznej.

Do $I$ grupy analitycznej zaliczamy kationy ${Ag}^{+}$ , ${Pb}^{2+}$ i ${Hg}^{2 +}$ . Odczynnikiem charakterystycznym (odczynnikiem grupowym) dla tych jonów jest kwas chlorowodorowy o stężeniu $2 \frac{mol}{{dm}^{3}}$ . Wskazane kationy w obecności anionów chlorkowych tworzą trudno rozpuszczalne chlorki.

Kationy $II$ grupy ( $IIA$ : ${Cd}^{2 +}$ , ${Cu}^{2 +}$ , ${Hg}^{2 +}$ , ${Pb}^{2 +}$ , ${Bi}^{3 +}$ ; $IIB$ : ${Sn}^{2 +}$ , ${Sn}^{4 +}$ , ${As}^{3 +}$ , ${Sb}^{3 +}$ , ${Sb}^{5 +}$ , ${As}^{5 +}$ ) można wydzielić z roztworu badanego przy użyciu kwasu siarkowodorowego ( $H_{2} S$ ) jako odczynnika grupowego, w środowisku kwasowym uzyskanym przez dodanie kwasu chlorowodorowego, którego stężenie wynosi $2 \frac{mol}{{dm}^{3}}$ .

$III$ grupa kationów ( ${Fe}^{2 +}$ , ${Fe}^{3 +}$ , ${Mn}^{2 +}$ , ${Ni}^{2 +}$ , ${Co}^{2 +}$ , ${Al}^{3 +}$ , ${Zn}^{2 +}$ , ${Cr}^{3 +}$ ) daje trudno rozpuszczalne osady pod wpływem siarczku amonu ${({NH}_{4})}_{2} S$ w środowisku zasadowego buforu amonowego (chlorek amonu ${NH}_{4} Cl$ i woda amoniakalna – wywołanie zasadowego odczynu środowiska).

Kationy $IV$ grupy ( ${Ca}^{2 +}$ , ${Ba}^{2 +}$ , ${Sr}^{2 +}$ ) dają trudno rozpuszczalne osady pod wpływem działania ${({NH}_{4})}_{2} {CO}_{3}$ węglanu amonu w środowisku buforu amonowego (chlorek amonu ${NH}_{4} Cl$ i woda amoniakalna).

$V$ grupa ( $K^{+}$ , ${Na}^{+}$ , ${Mg}^{2 +}$ oraz ${NH}_{4}^{+}$ ) nie posiada odczynnika grupowego. Kationy tej grupy nie tworzą także osadów w żadnym z odczynników grupowych grup $I$ – $IV$ . Każdy kation $V$ grupy analitycznej jest wykrywany za pomocą reakcji charakterystycznej poszczególnych kationów.

W toku wykrywania kationów należy stwierdzić przynależność danego kationu do odpowiedniej grupy, a dopiero potem zweryfikować go na podstawie odpowiednich reakcji charakterystycznych. Odczynnik strącający – np. jony grupy $IV$ – strąca wszystkie grupy wcześniejsze, dlatego analizę złożonej mieszaniny zaczynamy od $I$ grupy i oddzielamy kolejno pozostałe grupy aż do grupy $V$ .

bg‑yellow

$I$ grupa kationów

Przykładem są jony ${Ag}^{+}$ oraz ${Pb}^{2 +}$ , które tworzą bezbarwne roztwory. Podczas reakcji chemicznej z kwasem chlorowodorowym o stężeniu $2 \frac{mol}{{dm}^{3}}$ , który jest odczynnikiem grupowym dla jonów $I$ grupy analitycznej, wytrąca się osad.

bg‑gray2

Jony ${Ag}^{+}$

R15N2Th0iJqzX

Reakcja z wodorotlenkiem sodu (NaOH):
Wytrąca sie brunatny osad tlenku srebra.

2 A g^{+} + 2 O H^{-} \to A_{2} O ↓ + H_{2} O

, Reakcja z wodnym roztworem amoniaku (NH_3aq)
W wyniku dodawania amoniaku niewielkmi porcjami, strąca się brunatny osad tlenku srebra, który rotwarza się w nadmiarze odczynnika.

2 A g^{+} + 2 O H^{-} \to A_{2} O ↓ + H_{2} O

A_{2} O ↓ + H_{2} O + 4 N H_{3} \to 2 [A g (N H_{3})_{2}]^{+} + 2 O H^{-}

, Reakcja z jodkiem potasu (KI)
Wytrąca się żółty, serowaty osad jodku srebra, który roztwarza się w NH_3(aq).

A g^{+} + I^{-} \to A g I ↓

, Reakcja z chromianem(VI) potasu (K₂CrO₄)
W wyniku dodawania chromianu(VI) potasu, strąca się czerwonobrunatny osad chromianu(VI) srebra, który jest roztwarzalny w amoniaku i kwasie azotowym(V).

2 A g^{+} + C r {O_{4}}^{2 -} \to A g_{2} C r O_{4} ↓

bg‑gray2

Jony ${Pb}^{2+}$

R9OqPC7LMOBPS

Reakcje jonów Ag⁺ Reakcja z wodorotlenkiem sodu (NaOH):
Wytrąca sie brunatny osad tlenku srebra.

2 A g^{+} + 2 O H^{-} \to A_{2} O ↓ + H_{2} O

Reakcja z wodnym roztworem amoniaku (NH_3aq):
W wyniku dodawania amoniaku niewielkmi porcjami strąca się brunatny osad tlenku srebra, który rotwarza się w nadmiarze odczynnika.

2 A g^{+} + 2 O H^{-} \to A_{2} O ↓ + H_{2} O

A_{2} O ↓ + H_{2} O + 4 N H_{3} \to 2 [A g (N H_{3})_{2}]^{+} + 2 O H^{-}

Reakcja z jodkiem potasu (KI):
Wytrąca się żółty, serowaty osad jodku srebra, który roztwarza się w NH_3(aq).

A g^{+} + I^{-} \to A g I ↓

Reakcja z chromianem(VI) potasu (K₂CrO₄):
W wyniku dodawania chromianu(VI) potasu strąca się czerwonobrunatny osad chromianu(VI) srebra, który jest roztwarzalny w amoniaku i kwasie azotowym(V).

2 A g^{+} + C r {O_{4}}^{2 -} \to A g_{2} C r O_{4} ↓

, Reakcje jonów Pb²⁺ Reakcja z wodorotlenkiem sodu (NaOH):
Wytrąca się biały osad wodorotlenku ołowiu(II) roztwarzalny w namiarze wodorotlenku sodu.

P b^{2 +} + 2 O H^{-} \to P b (O H)_{2} ↓

P b (O H)_{2} ↓ + 2 O H^{-} \to [P b (O H)_{4}]^{2 -}

Reakcja z wodnym roztworem amoniaku (NH_3(aq)):
Wytrąca się biały osad wodorotlenku ołowiu(II) nieroztwarzalny w nadmiarze wody amoniakalnej.

P b^{2 +} + 2 O H^{-} \to P b (O H)_{2} ↓

Reakcja z jodkiem potasu (KI):
Wytrąca się żółty osad jodku ołowiu(II) rospuszczalny w gorącej wodzie.

P b^{2+} + I^{-} \to P b I_{2} ↓

Przebieg dośwaidczenia. Do niewielkiej porcji próbki dodać kilka kropel roztworu jodku potasu. Probówkę z wytrąconym osadem ogrzać, Jeżeli po ogrzaniu w dalszym ciągu pozostał osad należy go usunąć przez odwirowanie lub odsączenie. Roztwór pozostawić do ostygnięcia - wytrącają się blaszki PbI₂.
Reakcja z chromianem(VI) potasu K₂CrO₄:
W wyniku dodawania chromianu(VI) potasu do badanej próbki strąca się osad chromianu(VI) ołowiu(II). Reakcję należy prowadzić w obecności kwasu octowego.

P b^{2 +} + C r {O_{4}}^{2 -} \to P b C r O_{4} ↓

bg‑gray2

Podsumowanie $I$ grupy analitycznej kationów

Reagent	${Ag}^{+}$	${Pb}^{2 +}$
$NaOH$	${Ag}_{2} O ↓$ brunatny osad, roztwarzalny w ${HNO}_{3}$	$Pb {(OH)}_{2} ↓$ biały osad, roztwarzalny w nadmiarze $NaOH$ z utworzeniem ${[Pb {(OH)}_{4}]}^{2 -}$
${NH}_{3 (aq)}$	${Ag}_{2} O ↓$ roztwarzalny w nadmiarze ${NH}_{3 (aq)}$	$Pb {(OH)}_{2} ↓$ biały osad nieroztwarzalny w nadmiarze ${NH}_{3}_{(aq)}$
$H_{2} {SO}_{4}$	${Ag}_{2} {SO}_{4} ↓$ biały osad, rozpuszczalny w gorącej wodzie	${PbSO}_{4} ↓$ biały osad, roztwarzalny w stężonym roztworze $NaOH$
$K_{2} {CrO}_{4}$	${Ag}_{2} {CrO}_{4} ↓$ czerwonobrunatny osad, roztwarzalny w ${NH}_{3 (aq)}$ i ${HNO}_{3}$ , nieroztwarzalny w ${CH}_{3} COOH$	${PbCrO}_{4} ↓$ żółty osad, roztwarzalny w $NaOH$ i ${CH}_{3} COOH$ , nieroztwarzalny w ${NH}_{3 (aq)}$
$KI$	$AgI ↓$ żółty osad, roztwarzalny w $KCN$ i ${Na}_{2} S_{2} O_{5}$	${PbI}_{2} ↓$ żółty osad, rozpuszczalny w gorącej wodzie i roztwarzalny w ${CH}_{3} COOH$

bg‑yellow

II grupa kationów

Przykładem kationów $II$ grupy analitycznej są: ${Cd}^{2 +}$ , ${Cu}^{2 +}$ i ${Hg}^{2 +}$ . W reakcji z siarkowodorem (na zimno) lub AKT (amidem kwasu tiooctowego, po ogrzaniu), w obecności kwasu solnego o stężeniu $2 \frac{mol}{{dm}^{3}}$ , następuje wytrącenie osadu.

Jony	Siarczki	Barwa
${Hg}^{2 +}$	$HgS$	czarny
${Cd}^{2 +}$	$CdS$	żółty lub żółtoczerwony
${Cu}^{2 +}$	$CuS$	czarny

bg‑gray2

Jony ${Cu}^{2+}$

Jony ${Cu}^{2 +}$ to jedyne jony z tej grupy, które nadają barwę roztworom, co znacznie ułatwia ich wykrycie.

RCczvLDFikTHV

Reakcje jonów Cu²⁺ Jony

{Cu}^{2 +}

to jedyne jony z tej grupy, które nadają barwę roztworom, co znacznie ułatwia jego wykrycie.

Reakcja z wodorotlenkiem sodu ( $NaOH$ ):
Wytrąca się niebieski osad wodorotlenku miedzi(II). Podczas gotowania przechodzi w czarny osad

CuO

2 NaOH + {Cu}^{2 +} \to Cu (OH)_{2} ↓ + 2 {Na}^{+}

Reakcja z wodnym roztworem amoniaku ( ${NH}_{3 (aq)}$ ):
Wytrąca się rozcieńczony i w małej ilości niebieskozielony osad hydroksosoli

{Cu}_{2} (OH)_{2} {SO}_{4}

lub strąca niebieski galaretowaty wodorotlenek miedzi(II). W nadmiarze amoniaku, tworzy się rozpuszczalny w wodzie kompleks tetraaminamiedzi(II) o barwie granatowej.

Reakcja z węglanem amonu ( ${({NH}_{4})}_{2} {CO}_{3}$ ):
Wytrąca się niebieskawy osad

{Cu}_{2} (OH)_{2} {CO}_{3}

.

Reakcja ze stężonym kwasem chlorowodorowym
Wytrąca się żółty osad

{CuCl}_{4}^{2 -}

bg‑gray2

Jony ${Cd}^{2+}$

R1EvbR5NAMPkA

Reakcje jonów Cd²⁺ Reakcja z wodorotlenkiem sodu ( $NaOH$ ):
Wytrąca się biały, bezpostaciowy osad wodorotlenku kadmu(II), który rotwarza się w kwasach i amoniaku.

2 NaOH + {Cd}^{2 +} \to Cd (OH)_{2} ↓ + 2 {Na}^{+}

Reakcja z wodnym roztworem amoniaku ( ${NH}_{3 (aq)}$ ):
Strąca się

Cd (OH)_{2}

, który roztwarza się w nadmiarze amoniaku, tworząc bezbarwny roztwór

{[Cd {({NH}_{3})}_{4}]}^{2 +}

Cd (OH)_{2} ↓ + 4 {NH}_{3} \to [Cd ({NH}_{3})_{4}]^{2+} + 2 {OH}^{-}

Reakcja z węglanem amonu ( ${({NH}_{4})}_{2} {CO}_{3}$ ):
Wytrąca się biały osad

{CdCO}_{3}

, roztwarzalny w amoniaku i kwasach mineralnych i kwasie octowym.

bg‑gray2

Jony ${Hg}^{2+}$

R1Bs9VYFhHHUB

Reakcja z wodorotlenkiem sodu ( $NaOH$ )
Wytrąca się żółty osad wodorotlenku rtęci(II), który łatwo roztwarza się w kwasach.

2 NaOH + {Hg}^{2 +} \to Hg (OH)_{2} ↓ + 2 {Na}^{+}

, Reakcja z wodnym roztworem amoniaku ( ${NH}_{3 (aq)}$ )
Strąca sie biały osad chlorku lub azotanu(V) amidortęci(II).

, Reakcja z węglanem amonu ( ${({NH}_{4})}_{2} {CO}_{3}$ )
Wytrąca się czerwonobrunatny osad

2 HgO \cdot {HgCO}_{3}

, który podczas gotowania rozkłada się na

HgO

(żółty) i

{CO}_{2}

.

, Reakcja z jodkiem potasu ( $KI$ )
Wytrąca się czerwony osad

{HgI}_{2}

, który łatwo roztwarza się w

KI

z utworzeniem bezbarwnego roztworu kompleksu

K_{2} [{HgI}_{4}]

{Hg}^{2 +} + 2 KI \to {HgI}_{2} ↓ + 2 K^{+}

{HgI}_{2} ↓ + 2 KI \to K_{2} [{HgI}_{4}]

bg‑gray2

Podsumowanie $II$ grupy analitycznej kationów

Reagent	${Hg}^{2 +}$	${Cu}^{2 +}$	${Cd}^{2 +}$
$H_{2} S$	$HgS ↓$ czarny osad, roztwarzalny w wodzie królewskiej, nieroztwarzalny w ${HNO}_{3}$	$CuS ↓$ czarny osad	$CdS ↓$ żółty osad aż do czerwonego (zależnie od $pH$ )
$NaOH$	$HgO ↓$ żółty osad, roztwarzalny w kwasach mineralnych	$Cu {(OH)}_{2} ↓$ niebieski osad, roztwarzalny w ${NH}_{3 (aq)}$ , powstaje ${[Cu {({NH}_{3})}_{4}]}^{2 +}$ , roztwarzalny w kwasach mineralnych	$Cd {(OH)}_{2} ↓$ biały osad, roztwarzalny w ${NH}_{3 (aq)}$
${NH}_{3 (aq)}$	z roztworu ${HgCl}_{2}$ ${HgNH}_{2} Cl ↓$ biały osad z $Hg {({NO}_{3})}_{2}$ ${Hg}_{2} O ({NH}_{2}) {NO}_{3} ↓$ biały osad	niebieski osad hydroksosoli, roztwarzalny w ${NH}_{3 (aq)}$ , powstaje fioletowy ${[Cu {({NH}_{3})}_{4}]}^{2 +}$	$Cd {(OH)}_{2} ↓$ biały osad, roztwarzalny w ${NH}_{3 (aq)}$ , powstaje bezbarwny ${[Cd {({NH}_{3})}_{4}]}^{2 +}$
${({NH}_{4})}_{2} {CO}_{3}$	z roztworu ${HgCl}_{2}$ ${HgNH}_{2} Cl ↓$ biały osad	${Cu}_{2} {(OH)}_{2} {CO}_{3} ↓$ jasnoniebieski osad, roztwarzalny w nadmiarze	${CdCO}_{3} ↓$ biały osad, roztwarzalny w ${NH}_{3 (aq)}$
${Na}_{2} {HPO}_{4}$	${Hg}_{3} {({PO}_{4})}_{2} ↓$ biały osad roztwarzalny w $NaCl$	${Cu}_{3} {({PO}_{4})}_{2} ↓$ niebieski osad, roztwarzalny w ${NH}_{3 (aq)}$ oraz kwasach mineralnych	${Cd}_{3} {({PO}_{4})}_{2} ↓$ biały osad, roztwarzalny w ${NH}_{3 (aq)}$
$K_{4} [Fe {(CN)}_{3}]$	${Hg}_{2} [Fe {(CN)}_{6}] ↓$ biały osad, roztwarzalny w $NaCl$	${Cu}_{2} [Fe {(CN)}_{6}] ↓$ czerwonobrunatny osad, roztwarzalny w ${NH}_{3 (aq)}$	${Cd}_{2} [Fe {(CN)}_{6}] ↓$ biały osad
$K_{2} {Cr}_{2} O_{7}$ lub $K_{2} {CrO}_{4}$	${HgCrO}_{4} ↓$ żółty osad	-	-
reduktory	${SnCl}_{2}$ strąca ${Hg}_{2} {Cl}_{2} ↓ + Hg$ szary osad	$Zn + H_{2} {SO}_{4}$ strąca $Cu$ czerwony osad	$Zn + H_{2} {SO}_{4}$ nie strąca

Słownik

chemia analityczna

dział chemii, który zajmuje się analizą związków chemicznych i mieszanin; dzieli się na analizę ilościową, jakościową i strukturalną; posiada duże znaczenie również w naukach, takich jak geologia, mikrobiologia, medycyna itd.

analiza chemiczna ilościowa

analiza, której celem jest ustalenie składu ilościowego próbki, np. zawartości procentowej poszczególnych składników próbki; poprzedza ją analiza jakościowa, ponieważ w pierwszej kolejności należy stwierdzić, jakie pierwiastki wchodzą w skład analizowanej próbki

analiza chemiczna jakościowa

analiza, której celem jest identyfikacja składników związków chemicznych lub mieszanin; w tym celu wykonuje się reakcje chemiczne, dzięki czemu wydzielają się osady trudno rozpuszczalnych związków, powstają barwne związki lub wydzielają się gazy

analiza chemiczna stukturalna

analiza, której celem jest ustalenie struktury badanego związku chemicznego – składu atomów i sposobu ich połączenia między sobą

analiza wybiórcza jonów

analiza wykrywania wybranych jonów w roztworach, polegająca na wykorzystaniu reakcji charakterystycznych dla danego jonu; za jej pomocą nie jest możliwa analiza każdego z jonów, ponieważ reakcji charakterystycznych jest niewiele

analiza systematyczna jonów

analiza, której celem jest rozdzielenie i zaszeregowanie jonów obecnych w roztworze do poszczególnych grup analitycznych, a następnie przeprowadzenie odpowiednich reakcji charakterystycznych

reakcja charaktrystyczna

reakcja chemiczna stosowana w chemii analitycznej umożliwiająca stosunkowo prostą identyfikację określonego indywiduum chemicznego (np. jon, grupa funkcyjna); przykładem reakcji charakterystycznej jest zmiana zabarwienia substancji $Y$ , powstająca w wyniku działania na nią substancją $X$

grupa analityczna

grupa, w której dane jony (kationy, aniony) zachowują się podobnie w obecności danego odczynnika w określonych warunkach eksperymentalnych

roztwór prosty

roztwór, zawierający albo jedną sól, albo jeden kwas, albo zasadę

roztwór złożony

roztwór, zawierający więcej niż jedną sól lub jeden kwas, lub zasadę

roztwarzanie

reakcja chemiczna przechodzenia substancji do roztworu; w przeciwieństwie do rozpuszczania nie jest możliwe odzyskania substancji wyjściowej w wyniku procesu odparowania rozpuszczalnika

związek kompleksowy

związek chemiczny, zawierający atom lub jon centralny otoczony ligandami (grupy lub jony związane z atomem lub jonem centralnym)

Carl Remigius Frasenius

chemik, niemiecki twórca podwalin jakościowej analizy chemicznej; opracował własną metodę systematycznej identyfikacji i oddzielania poszczególnych metali (kationów) i niemetali (anionów), wybierając spośród wielu reakcji te, które uznał za najbardziej charakterystyczne, a zastosowanie niewielkiej liczby odczynników doprowadziło do tego, że system ten był prosty i łatwy do nauczenia

Bibliografia

Bartynowska‑Meus Z., Analiza jakościowa jonów, wersja popr. P. Miśkowiec, B. Krajewska, Kraków 1994.

Dąbrowska B. E., Ćwiczenia z podstaw chemii i analizy jakościowej, pod. red. A. Reizer, Kraków 2000.

Kocjan R., *Chemia analityczna. T. 1. Analiza jakościowa. Analiza ilościowa klasyczna, Warszawa 2000, wyd. 1.

Minczewski J., Marczenko Z., Chemia analityczna. T. 1. Podstawy teoretyczne i analiza jakościowa, Warszawa 2009, wyd. 10.

Paśko J. R., Sitko R., Ćwiczenia laboratoryjne z chemii ogólnej i analitycznej. Skrypt dla studentów kierunku biologii, Kraków 1996.

Wprowadzenie

Wirtualne laboratorium – I

Podział kationów na grupy analityczne

$I$ grupa kationów

Jony ${Ag}^{+}$

Jony ${Pb}^{2+}$

Podsumowanie $I$ grupy analitycznej kationów

II grupa kationów

Jony ${Cu}^{2+}$

Jony ${Cd}^{2+}$

Jony ${Hg}^{2+}$

Podsumowanie $II$ grupy analitycznej kationów

Słownik

Bibliografia

Wprowadzenie

Wirtualne laboratorium – I

Przeczytaj

Podział kationów na grupy analityczne

I grupa kationów

Jony Ag+

Jony Pb2+

Podsumowanie I grupy analitycznej kationów

II grupa kationów

Jony Cu2+

Jony Cd2+

Jony Hg2+

Podsumowanie II grupy analitycznej kationów

Słownik

Bibliografia

$I$ grupa kationów

Jony ${Ag}^{+}$

Jony ${Pb}^{2+}$

Podsumowanie $I$ grupy analitycznej kationów

Jony ${Cu}^{2+}$

Jony ${Cd}^{2+}$

Jony ${Hg}^{2+}$

Podsumowanie $II$ grupy analitycznej kationów