Otázka: Kvalitativní analýza anorganických látek
Předmět: Chemie
Přidal(a): Václav Kadlec
Chemické postupy, jenž se užívají při kvalitativní analýze anorganických látek
- Úvod
- Předběžná analýza
- Chování látek za zvýšené teploty
- Důkaz NH4+
- Důkaz kyanidu
- Vlastní kvalitativní analýza kationtů v jednotném vzorku
- Analýza kationtů ve směsi
- Kvalitativní analýza aniontů
- Předběžná analýza
- Předběžné zjištění přítomností aniontů těkavých kyselin
- Klasifikace aniontů
- Příklady specifických reakce
- Kationty
- Anionty
- Závěr
Kvalitativní analýza je postup, při němž jsou v dané látce dokazovány ionty či funkční skupiny, za pomocí různých reakcí. Vzhledem k důležitosti tohoto oboru je samozřejmé, že dnes existuje mnoho různých postupů založených nejen na chemických vlastnostech vzorku, ale také na jejich vlastnostech fyzikálních a pro člověka okem či čichem nezaznamenatelných. Tyto metody se nazývají instrumentální. Jako příklad bych uvedl optickou stáčivost polarizovaného světla. Zde se však pokusím rozepsat některé klasické metody.
Mezi postupy řazené do předběžné analýzy řadíme základní vlastnosti, jež jsou vnímatelné lidskými smysly. Dále je to rozpustnost, pH a chování látek za zvýšené teploty. Také jsou do této části zařazeny důkazy, které je nutno provést ještě před samotnou systematickou analýzou.
Chování látek za zvýšené teploty
Tato zkouška není zcela určující, avšak je možné díky ní zúžit pole možných variant. Řadí se sem několik základních postupů. Prvním je zahřívání samotného vzorku v pevném skupenství:
| Látka hoří a uhelnatí | Organická |
| látka nehoří, mění se a zanechává zbytek | sloučeniny těžkých kovů |
| látka sublimuje | amonné, rtuťné a rtuťnaté soli |
| látka dekrepituje „prská“ | obsahuje vodu |
| látka se taví a po zchladnutí tuhne | soli alkalických kovů* |
| Látky se nemění | oxidy, fosforečnany, křemičitany |
*zde se pak přistupuje k druhé zkoušce
Druhým postupem je plamená zkouška. Tento postup je na rozdíl od prvého dosti průkaznější. Zde je využíváno velkého uvolnění energie při návratu do základního stavu u kationtů některých kovů. Tato energie je totiž vyzářena viditelným světlem o specifické vlnové délce ( barev ). To se projeví změnou zbarvení plamene.
Návod: Platinový drátek s očkem namočíme do koncentrované kyseliny chlorovodíkové a vyžíháme v plameni, dokud plamen nebude bezbarvý. Poté drátek smočíme v roztoku (popř. do očka nabereme část) a vložíme zpět do plamene. Zde pozorujeme změny zbarvení. Aby pokus byl průkazný, musíme dát pozor na sodné sloučeniny, které se často vyskytují coby příměsi.
| Lithný | Karmín |
| Sodný | Žlutý |
| Draselný | Fialový |
| Vápenatý | Cihlová červeň |
| Barnatý | Zelený |
Třetí postup je již mnohem univerzálnější a o vzorku nám toho vypoví mnohem víc. Jedná se o zkoušku na dřevěném uhlí. Tento postup je velmi podobný prvnímu postupu, avšak možná reakce s dřevěným uhlím upřesňuje možné výsledky.
Návod: Do důlku v dřevěném uhlí vložíme vzorek, který zahříváme kahanem, jehož plamen přivádíme dmuchavkou. Možné výsledky viz tabulka u postupu jedna. Oproti těmto výsledkům se však přidávají možnosti vyredukování čistého kovu a také možnost náletu.
| Hnědočervený až černý nálet | CuO, CdO, Fe2O3 |
| Žlutý až zelený nálet | Cr2O3, Bi2O3, PbO, SnO |
| Žlutý, po vychladnutí bílý | ZnO |
| Bílý | SnO2, Al2O3, Sb2O3 |
Do malé nádobky vložíme část rozpuštěného vzorku, který alkalizujeme 20% NaOH. Poté nádobku přikryjeme jiným skleněným předmětem, na jehož spodek jsme připevnili univerzální indikační papírek. Pokud papírek zmodrá, tak jde o důkaz unikajícího NH3. Toto ověříme i jiným pokusem. Např. pomocí Nesslerova činidla
Filtrační papír se navlhčíme velmi zředěným zamoniakalizovaným roztokem měďnaté soli a ovane plynným sulfanem, aby se zbarvil hnědě vyloučeným koloidním sulfidem měďnatým. Na toto se přeneseme kapku zalkalizovaného původního roztoku. Pokud jsou přítomny kyanidové ionty, tak se objeví bílá skvrna.
Vlastní kvalitativní analýza kationtů v jednotném vzorku
Při čistém vzorku se užívá specifických reakcí. Problémem tohoto postupu je velké množství rušivých elementů. Opravdu specifických reakcí je velmi málo, a tak může dojít k záměně.
Např: Měďnaté kationty vytvářejí s amoniakem modře zbarvený komplex, avšak k podobně zabarvenému komplexu dochází i při reakci kationtů nikelnatých.
Kvůli takovýmto případům je třeba znát možné záměny a pomocí jiných reakcí dokázat, že k nim nedošlo.
Zde se užívá skupinových reakcí, abychom opět omezili rozsah možných kationtů. K tomuto účelu se užívají dvě skupiny činidel, které postupně vytváří sraženiny, díky nimž se kationty rozdělí do pěti základních analytických skupin. Zde se budu věnovat sulfanové variantě, kde je druhá skupina ještě rozdělena podskupiny A a B.
| Třída | Činidlo A | Činidlo B | Podtřída | Např. kationty | ||
| I. | HCl | Není | není | Pb2+, Ag+, Hg2+ | ||
| II. | H2S |
|
A | Cu2+,Cd | ||
|
B | Sn2+ | ||||
| III. |
|
Není | Není | Fe2+,Fe3+,Ni2+,Co2+,Zn2+,Mn2+ | ||
| IV. | (NH4)2CO3 | Není | Není | Ca2+,Sr2+,Ba2+ | ||
| V. | Není | Není | Není | Li+,Na+,K+,Mg2+,NH4+ |
Postup: Roztok vzorku rozdělíme, abychom mohli později v něm dokazovat pomocí skupinových a specifických reakcí dané kationty. Do části vzorku přidáme první činidlo(tj. 18% HCl). Pokud vznikne sraženina, tak víme, že ve vzorku jsou přítomné kationty z první třídy. Vzniklou sraženinu odfiltrujeme a dále pracujeme s filtrátem.
Filtrát rozdělíme opět na dvě části. K jednomu z filtrátů přidáme roztok sirovodíku. Vznikne-li sraženina,opět ji odfiltrujeme. Sraženina je dále použita k rozdělení do dvou podskupin A a B. To dokážeme přidáním sulfidu sodného a polysulfidu amonného. Sraženina, jež zůstane je tvořena kationty třídy II.a, které opět odfiltrujeme. Tak získáme roztok ve kterém se nachází kationty II.b třídy.
Vezmeme filtrát po třídě II. a opakujeme stejný postup s rozdílem, že nyní přidáme
(NH4)2S. Tím získáme sraženinu tvořenou kationty III. třídy.
Postup se opakujeme s (NH4)2CO3. Tím získáme sraženinu kationtů IV. třídy a filtrát třídy V.
Poté pomocí specifických reakcí určíme přesnější složení.
Pro analýzu aniontů se dosud neověřil žádný pevně daný univerzální postup. Proto se zde více vychází z předběžných postupů. Po zjištění možných skupin aniontů již zjišťujeme pomocí selektivních reakcí konkrétní anionty.
Předběžné zjištění přítomností aniontů těkavých kyselin
Toto předběžné zjištění provádíme z původního vzorku proto, že při úpravách roztoku mohou některé kyseliny vytěkat. K vzorku přidáme po kapkách zředěnou kyselinu sírovou, dokud nedojde k reakci a pak mírně zahříváme. Při této zkoušce stále pozorujeme změny probíhající ve vzorku. Čichem opatrně zjišťujeme pach unikajících plynů (z tohoto důvodu je třeba při předběžných zkouškách otestovat přítomnost prudce jedovatého kyanidu). Některé anionty např. CO32 a NO2– uvolňují při okyselení roztoku těkavé kyseliny.Může se to projevit vznikem bublinek a někdy i zakalením roztoku.
CO32- – Unikající CO2 je bezbarvý a slabě nakyslého zápachu.
SO32- – unikající SO2 je bezbarvý, štiplavě páchne po hořící síře.
S2O32- – kromě unikajícího SO2 se roztok bíle zakalí vyloučenou sírou.
SH–, S2- – uniká plynný sulfan, charakteristicky páchnoucí po shnilých vejcích.
Sx2- – Kromě unikajícího H2S se roztok zakalí vylučující se sírou.
CN– – Uniká prudce jedovatý kyanovodík, který zapáchá po hořkých mandlích.
NO2– – Dusitany uvolňují za chladu nejdříve kyselinu dusitou, která při vyšších koncentracích barví roztok slabě modře. Je nestálá a rychle se rozkládá.Vznikající NO se ihned oxiduje vzdušným kyslíkem na hnědý NO2.
Anionty se klasifikují do tří tříd na základě srážecích reakcí s barnatými a stříbrnými kationty. Z toho první třída je dále dělena na 3 podtřídy.
| Třída | Činidlo | Reakce s dalšími činidly | podtřída | anionty |
| I. | Ba(No3)2 | Sraženina je rozpustná v CH3COOH | A | SO42- |
| Sraženina je rozp. v zřeď. HNO3 | B | SO32-,F–,CrO42- | ||
| Sraženina je rozp. v obou zmíněných | C | PO43-, CO32- | ||
| II. | AgNO3 | Není | Není | Cl–,Br–,I–,S2- |
| III. | není | Není | není | NO3–,NO2– |
Postup při klasifikaci aniontů je stejný jako při klasifikaci kationtů.
Ag+– S chlorovodíkem vytváří bílou nerozpustnou sraženinu, která však po přidání amoniaku vytváří rozpustný komplex(chlorid diamminstříbrný). Tento po přidání kyseliny dusičné opět přechází v bílou sraženinu oxidu stříbrného.
Cu2+-Přidáním roztoku amoniaku se sráží na modrozelený hydroxid měďnatý. Ten poté přechází do tmavomodrého tetraamminměďnatého komplexu.
Sn2+– Do roztoku namočíme vnější stranu těžkotavitelné zkumavky, která je naplněna z půli vodou. Tu poté vložíme do nesvítivé části plamene. Modré zbarvení poukazuje na přítomnost cínu.
Mn2+ – V prostředí kyseliny dusičné smísíme vzorek s oxidem olovičitým a přivedeme k varu. Manganaté kationty se oxidují až na fialově zbarvené ionty manganisté. Tuto reakci mohou narušit halogenové anionty a proto je třeba je vysrážet.
Zde nastává problém. Specifické reakce pro Ba2+, Sr 2+ a Ca 2+ podobné. Po přidání sádrové vody vzniká z Ba2+ a Sr 2+ bílá sraženina. Podobný účinek má i kyselina šťavelová. S ní tvoří bílou sraženinu Sr 2+ a Ca 2+. Tato reakce má však tu výhodu, že strontnaté kationty tvoří sraženinu jen v neutrálním prostředí.
NH4– viz předběžné postupy
Alkalické kovy- viz plamená zkouška
SO42- – S barnatými solemi tvoří bílou sraženinu, která je nerozpustná v zředěné HNO3
SO32—Po přidání do jodového roztoku jej odbarví a zároveň sníží jeho pH.
CO32—Reakcí se stříbrnými ionty přechází v nažloutlou sraženinu, která po zahřátí přechází na hnědý oxid stříbrný.
I—Po přidání rtuťnatých solí k sraženině jodidu stříbrného vzniká červeně zbarvený jodid rtuťnatý
NO2–– Dusitan v kyselém prostředí oxiduje jodid draselný na jod, který je snadné dokázat modrým zbarvením škrobového mazu.
Analytická chemie je vědní disciplína, která postupuje kupředu velmi rychle. Avšak stále zde velmi záleží na zkušenost, jelikož je zde možné dopustit se mnoha omylů. Proto je třeba každý pokus opakovat a to za nezměněných podmínek.
Zdroje:
http://www.vscht.cz/ktk/www_324/lab/texty/ana/analytika.pdf
http://meloun.upce.cz/docs/analchem1/skripta.pdf
http://anl.zshk.cz/vyuka/predbezne-zkousky-a-zkousky-na-suche-ceste.aspx
http://anl.zshk.cz/vyuka/zkousky-na-mokre-ceste.aspx
http://www.vscht.cz/anl/kvalita/kvalita.pdf
HONZA, MAREČEK: Chemie pro čtyřletá gymnázia, 3.ed. Praha 2005
Další podobné materiály na webu:
