Ćwiczenie 1: Elementy analizy jakościowej

Ćwiczenie 1: Elementy analizy jakościowej

Katedra i Zakład Chemii Medycznej
Ćwiczenie 1: Elementy analizy jakościowej
Analiza chemiczna stanowi zbiór metod stosowanych w celu ustalenia składu
jakościowego i ilościowego substancji.
Wśród metod analitycznych możemy wyróżnić:
1) metody klasyczne - wykonywane bez użycia aparatury, oparte na reakcjach chemicznych
2) metody instrumentalne - wykorzystujące skomplikowaną zwykle aparaturę, oparte na
połączeniu reakcji chemicznych i zjawisk fizycznych.
Analiza chemiczna dzieli się na analizę jakościową i ilościową.
Celem analizy jakościowej jest zidentyfikowanie składników badanej próbki.
Czynności zmierzające do wykonania tego zadania określane są mianem wykrywania.
Celem analizy ilościowej jest określenie ilości składników badanej próbki. Czynności
zmierzające do wykonania tego zadania określane są mianem oznaczania.
Celem ćwiczenia jest identyfikacja (wykrycie) kationu bądź anionu zawartego w
analizowanym roztworze. Identyfikacji dokonujemy wykorzystując podane poniżej reakcje
charakterystyczne dla wybranych jonów.
Reakcje charakterystyczne wybranych kationów
odznaczających się czynnością fizjologiczną
A. Metale zaliczane do makroelementów
• Reakcje charakterystyczne kationu wapniowego Ca2+
1. Węglan amonu w obecności buforu amonowego (NH4Cl/NH3·H2O)
wytrąca biały osad węglanu wapnia
CaCl2 + (NH4)2CO3 → CaCO3 + 2 NH4Cl
biały
Osad łatwo rozpuszcza się w kwasach z wydzieleniem dwutlenku węgla
CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + H2O + CO2↑
2. Szczawian amonu wytrąca biały osad szczawianu wapnia
CaCl2 + (NH4)2C2O4 → CaC2O4 + 2NH4Cl
biały
W odróżnieniu od CaCO3 szczawian nie rozpuszcza się w CH3COOH.
• Reakcje charakterystyczne kationu magnezowego Mg2+
1. Wodorotlenek sodu lub potasu wytrąca biały osad wodorotlenku magnezu
MgCl2 + 2KOH → Mg(OH)2 + 2KCl
biały
Osad rozpuszcza się w roztworach soli amonowych
Mg(OH)2 + 2NH4Cl → MgCl2 + 2NH3·H2O
2. Wodorofosforan(V) sodu w obecności jonów NH4+ i wodnego roztworu amoniaku
NH3·H2O wytrąca biały krystaliczny osad fosforanu(V) amonu i magnezu
Na2HPO4 + MgCl2 + NH3·H2O → Mg0H4PO4 + 2NaCl + H2O
biały
-1-
Katedra i Zakład Chemii Medycznej
B. Metale zaliczane do mikroelementów
• Reakcje charakterystyczne kationu miedzi(II) Cu2+
1. Jony siarczkowe pochodzące z hydrolizy AKT po ogrzaniu wytrącają czarny osad
siarczku miedzi(II) w środowisku kwaśnym (przed dodaniem AKT należy sprawdzić
odczyn próbki i ewentualnie zakwasić 2-molowym HCl wobec papierka uniwersalnego)
Cu(NO3)2 + H2S → CuS + 2HNO3
czarny
Osad roztwarza się na gorąco w 6-molowym roztworze kwasu azotowego(V)
3CuS + 8HNO3 → 3Cu(NO3)2 + 2NO↑ + 3S + 4H2O
2. Wodorotlenek sodu lub potasu wytrąca niebieski osad wodorotlenku miedzi(II)
Cu(NO3)2 + 2KOH → Cu(OH)2 + 2KNO3
niebieski
Podczas ogrzewania wodorotlenek ulega rozkładowi. Wydziela się czarny tlenek
miedzi(II)
Cu(OH)2 → CuO + H2O
czarny
3. Wodny roztwór amoniaku NH3·H2O wytrąca jasnoniebieski osad hydroksosoli siarczanu(VI) hydroksomiedzi(II)
2CuSO4 + 2NH3 . H2O → (CuOH)2SO4 + (NH4)2SO4
jasnoniebieski
W nadmiarze amoniaku tworzy się łatwo rozpuszczalny związek kompleksowy, a
roztwór zabarwia się na kolor ciemnoniebieski pochodzący od jonu tetraaminamiedzi(II)
[Cu(NH3)4]2+
(CuOH)2SO4 + 8NH3 . H2O → 2[Cu(0H3)4]2+ + SO42- + 2OH- + 8H2O
ciemnoniebieski
• Reakcje charakterystyczne kationu żelaza(II) Fe2+
1. Jony siarczkowe pochodzące z hydrolizy AKT na gorąco wytrącają czarny osad siarczku
żelaza(II) w środowisku słabo zasadowym (przed dodaniem AKT należy sprawdzić
odczyn próbki i w razie potrzeby zalkalizować wobec papierka uniwersalnego za pomocą
buforu amonowego)
FeCl2 + H2S → FeS + 2HCl
czarny
Osad roztwarza się w kwasach mineralnych.
2. Wodorotlenek sodu lub potasu wytrąca brudnozielony osad wodorotlenku żelaza(II)
FeCl2 + 2KOH → Fe(OH)2 + 2KCl
brudnozielony
Wodorotlenek żelaza(II) na powietrzu ulega utlenieniu do czerwonobrunatnego
wodorotlenku żelaza(III)
4Fe(OH)2 + 2 H2O + O2 → 4Fe(OH)3
czerwonobrunatny
3. K3[Fe(CN)6] – heksacyjanożelazian(III) potasu wytrąca ciemnobłękitny osad
heksacyjanożelazianu(III) żelaza(II) tzw. “błękit Turnbulla”
3FeCl2 + 2K3[Fe(CN)6] → Fe3[Fe(C0)6]2 + 6KCl
błękitny
-2-
Katedra i Zakład Chemii Medycznej
• Reakcje charakterystyczne kationu żelaza(III) Fe3+
1. Jony siarczkowe z AKT na gorąco wytrącają czarny osad siarczku żelaza(III) w
środowisku słabo zasadowym (przed dodaniem AKT należy sprawdzić odczyn próbki i w
razie potrzeby zalkalizować za pomocą buforu amonowego wobec papierka
uniwersalnego)
Fe2(SO4)3 + 3H2S → Fe2S3 + 3H2SO4
czarny
2. Wodorotlenek sodowy lub potasowy wytrąca czerwonobrunatny osad wodorotlenku
żelaza(III)
Fe2(SO4)3 + 6KOH → 2 Fe(OH)3 + 3K2SO4
czerwonobrunatny
3. K4[Fe(CN)6]
–
heksacyjanożelazian(II)
potasu
wytrąca
błękitny
osad
heksacyjanożelazianu(II) żelaza(III), tzw. “błękit pruski”
2Fe2(SO4)3 + 3K4[Fe(CN)6] → Fe4[Fe(C0)6]3 + 6K2SO4
błękitny
4. KNCS (izotiocyjanian potasu) tworzy z jonami Fe3+ dobrze rozpuszczalny w wodzie
triizotiocyjanian żelaza(III), związek o krwistoczerwonej barwie, tzw. “smoczą krew”
Fe2(SO4)3 + 6KNCS → 2Fe(0CS)3 + 3K2SO4
krwistoczerwony
• Reakcje charakterystyczne kationu cynku Zn2+
1. Jony siarczkowe z AKT wytrącają na gorąco biały osad siarczku cynku w środowisku
słabo zasadowym (przed dodaniem AKT należy sprawdzić odczyn próbki i w razie
potrzeby zalkalizować za pomocą buforu amonowego wobec papierka uniwersalnego)
Zn(NO3)2 + H2S → ZnS + 2HNO3
biały
Osad roztwarza się w kwasach mineralnych.
2. Wodorotlenek sodu lub potasu wytrąca biały osad wodorotlenku cynku
Zn(NO3)2 + 2KOH → Zn(OH)2 + 2KNO3
biały
Osad posiada właściwości amfoteryczne
Zn(OH)2 + 2HCl → ZnCl2 + 2H2O
Zn(OH)2 + 2KOH → K2[Zn(OH)4]
tetrahydroksocynkan potasu
3. K4[Fe(CN)6]
–
heksacyjanożelazian(II)
potasu
wytrąca
biały
osad
heksacyjanożelazianu(II) cynku
2Zn(NO3)2 + K4[Fe(CN)6] → Zn2[Fe(C0)]6 + 4KNO3
Biały
• Reakcje charakterystyczne jonu Ag+
1. Odczynnik grupowy dla grupy I – HCl o stężeniu 3 mol/dm3 powoduje wytrącenie
białego osadu chlorku srebra
AgNO3 + HCl → AgCl↓ + HNO3
biały
Ag+ + Cl- → AgCl↓
Osad ulega roztworzeniu w stężonym wodnym roztworze amoniaku NH3 · H2O
AgCl↓ + 2NH3 · H2O → [Ag(NH3)2]Cl + 2H2O
-3-
Katedra i Zakład Chemii Medycznej
Dodanie HNO3 o stężeniu 6 mol/dm3 powoduje ponowne wytrącenie osadu
[Ag(NH3)2]Cl + 2HNO3 → AgCl↓ + 2NH4NO3
2. KOH lub 0aOH powoduje wytrącenie brunatnego osadu tlenku srebra
2AgNO3 + 2KOH → Ag2O↓ + 2KNO3 + H2O
brunatny
2Ag+ + 2OH- → Ag2O↓ + H2O
Osad ulega roztworzeniu w stężonym wodnym roztworze amoniaku NH3 · H2O
Ag2O↓ + 4NH3 · H2O → 2[Ag(NH3)2]OH + 3H2O
3. K2CrO4 powoduje wytrącenie czerwobrunatnego osadu chromianu srebra
2AgNO3 + K2CrO4 → Ag2CrO4↓ + 2KNO3
czerwonobrunatny
+
2Ag + CrO42- → Ag2CrO4↓
3. KI powoduje wytrącenie żółtego osadu jodku srebra
AgNO3 + KI → AgI↓ + KNO3
żółty
+
Ag + I → AgI↓
C. Metale toksyczne
• Reakcje charakterystyczne kationu ołowiu(II) Pb2+
1. 3 molowy HCl wytrąca z roztworu zawierającego jony ołowiu(II) biały osad chlorku
ołowiu(II)
Pb(NO3)2 + 2HCl → PbCl2 + 2HNO3
biały
Osad rozpuszcza się w gorącej wodzie, roztwarza się w stężonym HCl oraz w stężonych
roztworach chlorków metali alkalicznych.
2. Wodorotlenek potasu lub sodu wytrąca biały osad amfoterycznego wodorotlenku
ołowiu(II)
Pb(NO3)2 + 2KOH → Pb(OH)2 + 2KNO3
biały
Osad
roztwarza
się
w
nadmiarze
odczynnika
tworząc
rozpuszczalny
tetrahydroksołowian(II) potasu. Świadczy to o amfoterycznych właściwościach
wodorotlenku ołowiu(II)
Pb(OH)2 + 2KOH → K2[Pb(OH)4]
3. KI wytrąca żółty osad jodku ołowiu(II)
Pb(NO3)2 + 2KI → PbI2 + 2KNO3
żółty
Osad rozpuszcza się w gorącej wodzie. Po oziębieniu krystalizuje w postaci żółtych
blaszek
4. K2CrO4 wytrąca żółty osad chromianu(VI) ołowiu(II)
Pb(NO3)2 + K2CrO4 → PbCrO4 + 2KNO3
żółty
-4-
Katedra i Zakład Chemii Medycznej
• Reakcje charakterystyczne kationu rtęci(II) Hg2+
Rtęć i jej związki, zwłaszcza na drugim stopniu utlenienia, stanowią jedne
z najniebezpieczniejszych trucizn.
1. Jony siarczkowe z AKT na gorąco wytrącają czarny osad siarczku rtęci(II) w środowisku
kwaśnym (przed dodaniem AKT należy sprawdzić odczyn próbki i ewentualnie zakwasić
2-molowym HCl wobec papierka uniwersalnego)
Hg(NO3)2 + H2S → HgS + 2HNO3
czarny
Siarczek nie roztwarza się w kwasach mineralnych (HCl, HNO3, H2SO4) natomiast
roztwarza się w wodzie królewskiej. Woda królewska jest to mieszanina stężonego HCl i
stężonego HNO3 w stosunku objętościowym 3:1, posiadająca silne właściwości
utleniające ze względu na wydzielający się chlor “in statu nascendi”
3HCl + HNO3 → 2Cl0 + NOCl + 2H2O
HgS + 2Cl → HgCl2 + S
2. Wodorotlenek sodowy lub potasowy wytrąca żółty osad tlenku rtęci(II)
Hg(NO3)2 + 2KOH → HgO + 2KNO3 + H2O
żółty
3. KI wytrąca czerwony osad jodku rtęci(II)
Hg(NO3)2 + 2KI → HgI2 + 2KNO3
czerwony
Jodek rtęci(II) w nadmiarze KI roztwarza się tworząc bezbarwny kompleks
tetrajodortęcianu(II) potasu.
HgI2 + 2KI → K2[HgI4]
UWAGA! Kwas siarkowodorowy jest substancją odznaczającą się bardzo dużą
toksycznością, dlatego w reakcjach wymagających jego obecności stosujemy roztwór wodny
AKT – amidu kwasu tiooctowego, który w środowisku kwaśnym bądź zasadowym w
podwyższonej temperaturze ulega hydrolizie:
CH3CS0H2 + 2H2O → CH3COONH4 + H2S
• Reakcje charakterystyczne jonu Hg22+
1. Odczynnik grupowy dla grupy I – HCl o stężeniu 3 mol/dm3 powoduje wytrącenie
białego osadu chlorku rtęci(I)
Hg2(NO3)2 + 2HCl → Hg2Cl2↓ + 2HNO3
biały
2+
Hg2 + 2Cl → Hg2Cl2↓
Pod wpływem stężonego wodnego roztworu amoniaku NH3 · H2O osad czernieje wskutek
wydzielania wolnej rtęci w reakcji:
Hg2Cl2↓ + 2NH3 · H2O → HgNH2Cl↓ + Hg↓ + NH4Cl + 2H2O
biały
czarny
2. KOH lub 0aOH powoduje wytrącenie czarnego osadu tlenku rtęci(I)
Hg2(NO3)2 + 2KOH → Hg2O↓ + 2KNO3 + H2O
czarny
2+
Hg2 + 2OH → Hg2O↓ + H2O
3. K2CrO4 powoduje wytrącenie brunatnego osadu chromianu rtęci(I)
Hg2(NO3)2 + K2CrO4 → Hg2CrO4↓ + 2KNO3
brunatny
Hg22+ + CrO42- → Hg2CrO4↓
-5-
Katedra i Zakład Chemii Medycznej
3. KI powoduje wytrącenie żółtozielonego osadu jodku rtęci(I)
Hg2(NO3)2 + 2KI → Hg2I2↓ + 2KNO3
żółtozielony
2+
Hg2 + 2I → Hg2I2↓
Reakcje charakterystyczne wybranych anionów
odznaczających się czynnością fizjologiczną
• Reakcje charakterystyczne anionu chlorkowego Cl1. Manganian(VII) potasu w środowisku kwasu siarkowego(VI) po ogrzaniu utlenia jon Cldo wolnego chloru. Roztwór odbarwia się.
10Cl- + 2MnO4- +16H+ → 2Mn2+ + 5Cl20 + 8H2O
2. AgNO3 wytrąca biały koloidalny osad chlorku srebra
NaCl + AgNO3 → AgCl +NaNO3
biały
Osad roztwarza się w wodnym roztworze amoniaku NH3·H2O.
AgCl + 2NH3·H2O → [Ag(NH3)2]Cl + 2H2O
chlorek diaminasrebra
3. Pb(NO3)2 wytrąca biały osad chlorku ołowiu(II)
2NaCl + Pb(NO3)2 → PbCl2 + 2NaNO3
biały
Osad rozpuszcza się w wodzie na gorąco.
• Reakcje charakterystyczne anionu węglanowego CO321. Anion węglanowy nie wykazuje właściwości redukcyjnych. Roztwór manganianu(VII)
potasu nie odbarwia się nawet po ogrzaniu.
2. Rozcieńczone kwasy mineralne i kwas octowy wypierają słaby kwas węglowy, który
ulega rozkładowi z wydzieleniem gazowego dwutlenku węgla
CO32- + 2H+ = H2CO3 → H2O + CO2↑
3. Chlorek wapnia wytrąca biały osad węglanu wapnia, który rozpuszcza się w kwasach
mineralnych i w kwasie octowym
Na2CO3 + CaCl2 → CaCO3 + 2 NaCl
biały
• Reakcje charakterystyczne anionu szczawianowego C2O421. Roztwór manganianu(VII) potasu w środowisku kwasu siarkowego(VI), po ogrzaniu
odbarwia się
5C2O42- + 2MnO4- + 16H+ → 2Mn2+ + 10CO2↑ + 8H2O
2. Chlorek wapnia wytrąca biały osad szczawianu, który w odróżnieniu od węglanu wapnia
nie rozpuszcza się w kwasie octowym nawet po ogrzaniu
Na2C2O4 + CaCl2 → CaC2O4 + 2 NaCl
biały
• Reakcje charakterystyczne anionu fosforanowego(V) PO431. Anion fosforanowy(V) nie wykazuje właściwości redukcyjnych, nie odbarwia roztworu
manganianu(VII) potasu nawet na gorąco.
2. Azotan(V) srebra wytrąca żółty osad fosforanu(V) srebra
Na3PO4 + 3AgNO3 → Ag3PO4 + 3NaNO3
żółty
Osad rozpuszcza się w rozcieńczonym kwasie azotowym(V) i w kwasie octowym.
-6-