TEMAT IIREAKCJE 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

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.

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.

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.

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. NH3, SO2, NO2), analiza płomieniowa – charakterystyczne zabarwienie płomienia palnika pod którym umieszczono drucik platynowy z badaną substancją lub jej roztwórem (np. Na+ - żółty, Ca2+ - 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.

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.

Grupy kationów i odczynniki grupoweGrupa Kationy Odczynnik grupowy Osady Uwagi

I Ag+, Hg22+,

Pb2+3 M HCl AgCl, PbCl2, Hg2Cl2 (białe) Chlorki nierozpuszczalne w

H2O i rozcieńczonym HCl

II Ca2+, Sr2+, Ba2+

3 M H2SO4 lub 3 M (NH4)2CO3

CaSO4, SrSO4, BaSO4 lub CaCO3, SrCO3, BaCO3

Siarczany (VI) lub węglany nierozpuszczalne w H2O i w kwasach

IIIA Hg2+, Bi3+, Cu2+, Cd2+

H2S lub CH3CSNH2w rozc. H2SO4

HgS, CuS (czarne), BiS3 (ciemnobrunatny),CdS, As2S3, As2S5, SnS2 (żółte), SnS (brunatny),Sb2S3, Sb2S5 (pomarańczowe)

Siarczki nierozpuszczalne w rozcieńczonym HCl i H2SO4

IIIB As3+, As5+, Sn2+, Sn4+, Sb3+, Sb5+

IV Co2+, Ni2+, Mn2+, Zn2+, Fe3+, Fe2+, Al3+, Cr3+

CH3CSNH2 wobec NH3·H2O i NH4Cl

CoS, NiS, Fe2S3, FeS (czarne),MnS (cielisty),ZnS, Al(OH)3 (białe),Cr(OH)3 (szarozielony)

Siarczki nierozpuszczalne w H2O, rozpuszczalne w rozcieńczonych kwasach

V Na+, K+, NH4+,

Mg2+Brak odczynnika grupowego

- Nie wytrącają się zodczynnikami grupowymi grup I-IV

Reakcje analityczne kationów I grupy – I sposóbKation Odczynnik Produkt Efekt analityczny

Ag+ srebra (I)

3 M HCl AgCl↓ Biały osad rozpuszczalny w NH3·H2O, po dodaniu HNO3wytrąca się ponownie AgCl

KI AgI↓ Jasnożółty osad

K2CrO4 Ag2CrO4↓ Osad brunatny

NaOH Ag2O↓ Brunatny osad, nierozp. w nadm.

NH3·H2O Ag2O↓ Brunatny osad, rozp. w nadm.

ditizon, pH<7 (HNO3) Żółte zabarwienie warstwy ditizonu

ditizon, pH>7 (alk) Fioletowe zabarwienie warstwy ditizonu

Pb2+

ołowiu (II)3 M HCl PbCl2↓ Biały osad, rozpuszczalny w gorącej H2O

KI PbI2↓ Żółty osad

K2CrO4 PbCrO4↓ Żółty osad

NaOH Pb(OH)2↓ Biały osad, rozp. w nadm.

NH3·H2O Pb(OH)2↓ Biały osad, nierozp. w nadm.

Ditizon, pH<7 (NaOH) Pomarańczowe zabarwienie warstwy ditizonu

Hg22+

rtęci (I)3 M HCl Hg2Cl2↓ Biały osad (czernieje od NH3·H2O)

KI Hg2I2↓ Żółtozielony osad

K2CrO4 Hg2CrO4↓ Brunatny osad

NaOH Hg2O↓ Czarny osad

NH3·H2O Hg↓ Czarny osad

Reakcje analityczne kationów I grupy – II sposóbZadać 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. Pb2+

Osad nie rozpuszcza się. Możliwe jony: Ag+ oraz Hg22+

Odlać płyn z nad osadu. Osad zalać wodą amoniakalną NH3·H2O

Osad rozpuszcza się. Ag+ Osad nie rozpuszcza się, czernieje. Hg2

2+

Wykonać reakcje sprawdzające

KI – osad żółty KI – jasnożółty osad KI – biały osad (czernieje od NH3·H2O)

K2CrO4 – osad żółty, rozp. w rozc. HNO3

K2CrO4 – osad brunatny K2CrO4 – osad brunatny

NaOH – osad biały, rozp. w nadm. odczynnika

NaOH – brunatny osad, nierozp. w nadm. NaOH - czarny osad

NH3·H2O – biały osad, nierozp. w nadm.

NH3·H2O – brunatny osad, rozp. w nadm. NH3·H2O – czarny osad

Ditizon, pH<7 (NaOH) -pomarańczowe zabarwienie

warstwy ditizonu

ditizon, pH<7 (HNO3) - żółte zabarwienie warstwy ditizonu

ditizon, pH>7 (alk) - fioletowe zabarwienie warstwy ditizonu

Zadanie złożone – I gr. analitycznej

stęż. NH3·H2O

H2O, temp

3 M HCl Roztwór badany

O1: AgCl, PbCl2, Hg2Cl2 (biały

osad)

O2: AgCl, Hg2Cl2

O3: Hg (czarny osad) R3: [Ag(NH3)2]+

O4: AgCl R4: NH4+

R2: Pb2+

r. sprawdzające:1) KI

2) K2CrO4

R1: kat. gr. II-IV

HNO3

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) H2SO4. Wytrącenie się białego osadu

wskazuje na obecność kationu II grupy analitycznej.

Nową próbkę zadać K2CrO4

Strąca się żółty osad,nierozpuszczalny w 6 M

CH3COOH

Strąca się żółty osad, rozpuszczalny w 6 M

CH3COOH

Osad nie wytrąca się

Ba2+ Sr2+ Ca2+

Reakcje sprawdzające

(NH4)2C2O4 – biały osad, rozp. w 6 M CH3COOH (na zimno)

(NH4)2C2O4 - biały osad, rozp. w 6 M CH3COOH (na gorąco)

(NH4)2C2O4 - biały osad, nierozp. w 6 M CH3COOH

Rodizonian sodu –czerwonobrunatne

zabarwienie, po dodaniu HCl czerwonoróżowe

Rodizonian sodu –brunatnoczerwone

zabarwienie, po dodaniu HCl znika

Rodizonian sodu – nie reaguje

Analiza płomieniowa –żółtozielone zabarwienie

płomienia

Analiza płomieniowa –karminowoczerwone

zabarwienie płomienia

Analiza płomieniowa –cieglastoczerwone zabarwienie

płomienia

Reakcje analityczne kationów III grupy

Reakcje analityczne kationów III grupy

Reakcje analityczne kationów IV grupy

Reakcje analityczne kationów IV grupy

Reakcje analityczne kationów V grupy

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 osadBa2+: nie strąca osadu

Nie

II S2-, CH3COO-, NO2- Ag+: strąca osad

Ba2+: nie strąca osaduTak

III SO32-, CO3

2-, C2O42-, BO2

- Ag+: strąca biały osadBa2+: strąca biały osad

Tak

Tak

IV S2O32-, CrO4

2-, Cr2O72-, AsO3

3-, AsO43-,

PO43-

Ag+: strąca barwny osadBa2+: strąca osadu

Tak

Tak

V NO3-, MnO4

-, ClO3-, ClO4

- Ag+: nie strąca osaduBa2+: nie strąca osadu

--

VI SO42-, F-, SiF6

2- Ag+: strąca osadBa2+: strąca osadu nie

VII SiO32- Ag+: strąca żółty osad

Ba2+: strąca biały osaduTakTak

Grupy analityczne anionów

Reakcje analityczne anionów

Reakcje analityczne anionów

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. (NH3)(H2O), „N” jest przed „O”.

- Wzory ligandów (składających się z więcej niż jednego rodzaju atomów) obejmowane są nawiasami okrągłymi, czyli

np. Cl2(C2O4)2

Przykład: [Cr(NH3)(H2O)4]3+

WYBRANE ZASADY NAZEWNICTWA PROSTYCH KOMPLEKSÓW

Budowa nazwy związku koordynacyjnegoWielokrotność_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)- Wielokrotnośćo 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–)

WYBRANE ZASADY NAZEWNICTWA PROSTYCH KOMPLEKSÓW

[Co(H2O)6](NO3)2 azotan(V) heksaakwakobaltu(II)

[CoCl(NH3)4(H2O)]2+ kation akwatetraaminachlorokobaltu(III)

[CoCl(NH3)5]Cl2 chlorek pentaaminachlorokobaltu(III)

K3[Fe(SCN)6] heksatiocyjanianożelazian(III) potasu

[Cr(OH)(H2O)5]2+ kation pentaakwahydroksochromu(III)

[CrCl2(H2O)4]Cl chlorek tetraakwadichlorochromu(III)

Przykłady nazewnictwa związków kompleksowych