TEMAT II REAKCJE ROZPOZNAWALNE KATIONÓW I ANIONÓW. ANALIZA SOLI. ZWIĄZKI KOMPLEKSOWE.

TEMAT II

REAKCJE 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. NH

, SO

, NO

),



analiza płomieniowa – charakterystyczne zabarwienie płomienia palnika pod

którym umieszczono drucik platynowy z badaną substancją lub jej roztwórem

(np. Na

- żółty, Ca

- 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 grupowe

Grupa 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, BaSO₄lub CaCO₃, SrCO₃, BaCO₃

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

IIIA Hg²⁺, Bi³⁺, Cu²⁺, Cd²⁺

H₂S lub CH₃CSNH₂ w 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 z

odczynnikami grupowymi grup I-IV

Reakcje analityczne kationów I grupy – I sposób

Kation Odczynnik Produkt Efekt analityczny

Ag+

srebra (I)

3 M HCl AgCl↓ Biały osad rozpuszczalny w NH₃·H₂O, po dodaniu HNO₃ wytrąca 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 sposób

Zadać 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.

Hg₂²⁺

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. NH ₃ ·H ₂ O

H ₂ O, temp

3 M HCl

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 osad

Ba²⁺: nie strąca osadu

Nie II S^2-, CH₃COO^-, NO₂^- Ag⁺: strąca osad

Ba²⁺: nie strąca osadu

Tak III SO₃^2-, CO₃^2-, C₂O₄^2-, BO₂^- Ag⁺: strąca biały osad

Ba²⁺: strąca biały osad

Tak Tak IV S₂O₃^2-, CrO₄^2-, Cr₂O₇^2-, AsO₃^3-, AsO₄^3-,

PO₄^3-

Ag⁺: strąca barwny osad Ba²⁺: strąca osadu

Tak Tak V NO₃^-, MnO₄^-, ClO₃^-, ClO₄^- Ag⁺: nie strąca osadu

Ba²⁺: nie strąca osadu

- - VI SO₄^2-, F^-, SiF₆^2- Ag₊: strąca osad

Ba²⁺: strąca osadu nie

VII SiO₃^2- Ag⁺: strąca żółty osad

Ba²⁺: strąca biały osadu

Tak Tak

Grupy analityczne anionów

Reakcje analityczne anionów

Reakcje analityczne anionów

Budowa wzoru związku koordynacyjnego odbywa się na podstawie

zasady:

[AtomCentralny_LigandyNaładowane_LigandyObojętne]

- 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. (NH

)(H

O), „N” jest przed „O”.

-

Wzory ligandów (składających się z więcej niż jednego

rodzaju atomów) obejmowane są nawiasami okrągłymi, czyli

np. Cl

(C

O

)

Przykład: [Cr(NH

)(H

O)

]

WYBRANE ZASADY NAZEWNICTWA PROSTYCH KOMPLEKSÓW

Budowa nazwy związku koordynacyjnego

Wielokrotność_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)

- Wielokrotność

o 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(H

O)

](NO

)

azotan(V) heksaakwakobaltu(II)

[CoCl(NH

)

(H

O)]

kation akwatetraaminachlorokobaltu(III)

[CoCl(NH

)

]Cl

chlorek pentaaminachlorokobaltu(III)

K

[Fe(SCN)

] heksatiocyjanianożelazian(III) potasu

[Cr(OH)(H

O)5]

kation pentaakwahydroksochromu(III)

[CrCl

(H

O)

]Cl chlorek tetraakwadichlorochromu(III)

Przykłady nazewnictwa związków kompleksowych