skrypt biotechnologia med[1], UMED wojlek I rok, CHEMIA MEDYCZNA, Chemia medyczna


Akademia Medyczna im. Karola Marcinkowskiego w Poznaniu

MATERIAŁY DO ĆWICZEŃ Z CHEMII ANALITYCZNEJ
JAKOŚCIOWEJ I ILOŚCIOWEJ
Z ELEMENTAMI CHEMII INSTRUMENTALNEJ
I CHEMII FIZYCZNEJ
DLA STUDENTÓW BIOTECHNOLOGII MEDYCZNEJ

(w trakcie przygotowania)

pod redakcją

prof. nadzw. dr hab. farm. Michała H. Umbreita

Poznań 2005

CZĘŚĆ OGÓLNA

REGULAMIN PRACOWNI CHEMII ANALITYCZNEJ JAKOŚCIOWEJ

  1. Każdy student zobowiązany jest przystąpić do kolokwium w dniu wyznaczonym programem ćwiczeń.

  2. Każdy student zobowiązany jest nosić w pracowni czysty, biały płaszcz laboratoryjny.

  3. Każdy student zobowiązany jest do zachowania czystości swego miejsca pracy oraz poszanowania sprzętu i mienia Zakładu.

  4. Na każdych ćwiczeniach wyznacza się dwóch dyżurnych, którzy są zobowiązani do:

a/ dopilnowania studentów w grupie aby zostawili

porządek na swoich miejscach pracy

b/ uporządkowania całej sali po ćwiczeniach

/sprawdzenie zamknięcia kurków od wody i gazu,

c/ dyżurni po zakończeniu ćwiczeń i wypełnieniu

regulaminowych obowiązków zgłaszają się do

dyżurującego asystenta, powiadamiając o

wykonaniu zadania.

  1. Podczas ćwiczeń zabrania się na sali głośnych

rozmów oraz nieuzasadnionego opuszczania miejsca pracy.

  1. Każdy student winien prowadzić bieżące notatki laboratoryjne z wykonywanych analiz.

  2. Każda nieobecność na ćwiczeniach i seminariach musi być usprawiedliwiona.

  3. W laboratorium należy pracować zgodnie z przepisami bezpieczeństwa i higieny pracy.

PRZEPISY BHP

  1. Studenci są odpowiedzialni za zachowanie czystości sali ćwiczeń.

  2. Kwasy i alkalia /szczególnie stężone/ należy zlewać do specjalnie na ten cel przeznaczonych naczyń.

  3. Do zlewów nie wolno wrzucać ciał stałych /bibuła, sączki, osady, stłuczone szkło itp./.

  4. Prace z substancjami lotnymi i łatwopalnymi należy przeprowadzać bardzo ostrożnie i ściśle wg przepisów wykonywania analiz.

  5. W przypadku pożaru w Pracowni należy zastosować odpowiednie środki gaszące: gaśnice a tylko w niektórych przypadkach dopuszczalne jest użycie wody.

  6. W przypadku doznanych w czasie pracy obrażeń ciała należy zastosować się do instrukcji „Pierwsza pomoc w nagłych wypadkach”.

  7. Wszelkie prace z substancjami wydzielającymi trujące lub żrące pary /cyjanki, brom, stęż. solny, kwas azotowy(V) lub siarkowy(VI) należy wykonać pod wyciągiem.

  8. Studentów odrabiających ćwiczenia obowiązuje oszczędność użycia chemikaliów, gazu, elektryczności i wody.

PIERWSZA POMOC W NAGŁYCH WYPADKACH

  1. Przy każdym wypadku, nawet najdrobniejszym, należy natychmiast powiadomić asystenta.

  2. Po zaistnieniu poważnego wypadku należy natychmiast zawiadomić Pogotowie Ratunkowe tel. 112 lub 999, równocześnie przystępując do udzielenia pierwszej pomocy.

  3. Przy oparzeniach termicznych miejsce oparzone pokryć suchym, jałowym opatrunkiem.

  4. Przy ranach powstałych od szkła należy usunąć z miejsca zranionego odłamki i założyć suchy, jałowy opatrunek.

  5. Przy oparzeniach kwasem, miejsce oparzone jak najszybciej zmyć dużą ilością wody, następnie przemyć 3% roztworem wodorowęglanu(IV) sodu(I).

  6. Przy oparzeniach ługiem miejsce oparzone zmyć jak najszybciej dużą ilością wody, a następnie rozcieńczonym 1% roztworem kwasu octowego.

  7. Przy oparzeniach oczu kwasem lub ługiem natychmiast przemyć oczy roztworem soli fizjologicznej, w razie braku - dużą ilością wody.

  8. W przypadku dostania się do oczu jakiegokolwiek ciała obcego, należy natychmiast przemyć oczy dużą ilością wody.

  9. W przypadku oparzenia skóry bromem należy przemyć miejsce oparzone rozpuszczalnikiem organicznym jak etanol, benzyna, a następnie nałożyć opatrunek nasycony gliceryną.

  10. Osobę zatrutą gazami trującymi jak np. gaz z sieci miejskiej oraz gazy toksyczne, tj. AsH3, NO2, CO, H2S, SO2, NH3, Cl2, HCl, Br2 należy wyprowadzić lub wynieść do innego, dobrze wywietrzonego pomieszczenia.

PRZYKŁADOWE OPRACOWANIE PROTOKOŁU ANALIZY

Z CHEMII ANALITYCZNEJ JAKOŚCIOWEJ

  1. Analiza pojedyncza kationów lub anionów

ANALIZA NR .....

Rodzaj substancji analizowanej: bezbarwny, przeźroczysty roztwór o odczynie obojętnym

Kation

Reakcje charakterystyczne

Ag+

  1. AgNO3 + HCl →↓AgCl + HNO3

biały, serowaty

○NH3∙H2O, Na2S2O3, stęż.HCl

AgCl + 2NH3∙H2O →○[Ag(NH3)2]Cl + 2H2O

[Ag(NH3)2]Cl + 2HNO3 →↓AgCl + 2NH4NO3

2. 2AgNO3+2NaOH →↓Ag2O + 2NaNO3 + H2O

brunatny

○ w nadmiarze odczynnika

  1. 2AgNO3 + K2CrO4 →↓Ag2CrO4 + 2KNO3

czerwono-brunatny

○ w NH3∙H2O, HNO3

○ CH3COOH

Wykryto kation: Ag+

Nazwa

Rysunek

Zastosowanie

Zlewka

0x01 graphic

Ogrzewanie i przygotowywanie roztworów, przeprowadzanie reakcji

chemicznych w cieczach

Kolba

płaskodenna

j.w.

Kolba stożkowa

/kolba Erlenmayera/

j.w. oraz szczególnie przydatna w analizie miareczkowej

Kolba miarowa

Przygotowanie roztworów mianowanych

Uchwyt do biuret

Zamocowanie biuret na statywie metalowym

Nazwa

Rysunek

Zastosowanie

Szkiełko

zegarkowe

Przykrywanie zlewek, kolb, parownic i in., odważanie substancji stałych nielotnych, odparowywanie b. małych objętości

Probówka

Ogrzewanie małych objętości cieczy, przeprowadzanie reakcji chemicznych, szczególnie dla celów jakościowych

Probówka do analizy półmikro

j.w.

Naczyńko wagowe

Odważanie substancji stałych łatwo lotnych, pochłaniających parę wodną CO2

Wkraplacz

Odmierzanie cieczy kroplami podczas wykonywania analizy

Nazwa

Rysunek

Zastosowanie

Lejek

Sączenie przez sączki z bibuły

Lejek

szybkosączący

Sączenie przez sączki z bibuły, wykorzystywany

w analizie ilościowej

Tryskawka

Przemywanie osadów na sączkach, spłukiwanie substancji

Parownica

porcelanowa

Odparowywanie cieczy, suszenie osadów, słabe prażenie osadów

Łyżeczka

i łopatka

porcelanowa

Przenoszenie substancji stałych

Nazwa

Rysunek

Zastosowanie

Cylinder

Miarowy

/menzurka/

Odmierzanie objętości cieczy w sposób przybliżony

Pipeta

Dokładne odmierzanie cieczy w objętości, na jaką pipeta jest wycechowana

Pipeta

z podziałką

Dokładne odmierzanie różnych objętości cieczy

Nazwa

Rysunek

Zastosowanie

Trójkąt

ceramiczny

Podtrzymywanie tygli porcelanowych podczas prażenia

Trójnóg

Łącznie z siatką ceramiczną lub trójkątem ceramicznym służy do podtrzymywania naczyń lub tygli podczas ogrzewania

Siatka ceramiczna

Stanowi podkładkę, na której ustawia się ogrzewane naczynia

Statyw

metalowy

Zestawienie prostej aparatury laborat.

Uchwyt z łącznikiem krzyżowym

j.w.

Łącznik

z kółkiem

j.w.

Mycie naczyń laboratoryjnych

Sprzęt laboratoryjny wykorzystywany w pracowni chemicznej powinien być przed użyciem starannie umyty. Brudne naczynia szklane i porcelanowe są często przyczyną błędów w analizie. Znajdujące się bowiem w naczyniach laboratoryjnych nawet niewielkie ilości zanieczyszczeń mogą wpływać na wynik analizy.

Mycie naczyń w przypadku widocznego na ścianach osadu polega na mechanicznym usuwaniu zanieczyszczeń. Przylegające do ścian naczynia cząstki najłatwiej usuwa się specjalnymi szczoteczkami. Do mycia naczyń laboratoryjnych w pracowni najczęściej wykorzystuje się roztwory detergentów. Jeżeli stosowanie sposobu zmydlania nie daje oczekiwanych rezultatów, należy do mycia zastosować środki silnie utleniające.

KOLOKWIA - zagadnienia

  1. Analiza kationów Ag+, Hg2+, As3+, Mn2+, Fe2+/3+, Ca2+, Mg2+, Na+, K+, NH4+ i anionów Cl-, Br-, I-, CO32-, PO43-, NO3-, MnO4-, SO42-.

  2. Analiza wagowa, alkacymetria i redoksymetria

a/ podstawy teoretyczne analizy wagowej; oznaczenie żelaza w postaci Fe2O3,

b/ podstawy teoretyczne analizy miareczkowej,

c/ podstawy teoretyczne analizy alkacymetrycznej oraz nastawianie miana roztworu HCl na KHCO3 i oznaczenie zawartości NaOH w analizie,

d/ podstawy teoretyczne analizy redoksymetrycznej oraz oznaczenie zawartości H2C2O4.

  1. W czasie wykonywania ćwiczeń z chemii instrumentalnej sprawdzanie wiadomości odbywać się będzie w formie kontroli bieżącej.

Zajęcia w/w obejmować będą następujące zagadnienia:

1/ Spektrometria w nadfiolecie (UV)

2/ Spektrofotometria w podczerweieni (IR)

3/ Chromatografia

  1. chromatografia cienkowarstwowa

  2. chromatografia gazowa

4/ Statystyka chemiczna

5/ Równowagi fazowe.

ANALIZA KATIONÓW

Systematyczna analiza kationów opiera się na wytrącaniu osadów zawierających kationy zaliczane do jednej z grup analitycznych.

Do wytrącania kationów w postaci trudno rozpuszczalnych soli służą tzw. odczynniki grupowe.

W analizie jakościowej wykrywa się najczęściej 24 kationy, zaliczane do 5 grup analitycznych (tabela X).

Ze względu na niewielką liczbę godzin przewidzianych w programie na wykonanie analiz kationów, studenci kierunku Biotechnologii Medycznej zostaną zapoznani z wykrywaniem wg toku analizy tylko wybranych jonów (w tab. nr X zaznaczono te kationy pogrubioną czcionką).

Tabela X.

Podział kationów na grupy analityczne wg Freseniusa

Grupa

Odczynnik

grupowy

Jony wykrywane

Skład osadu

I

3M HCl

Ag+, Pb2+, Hg22+

AgCl,PbCl2, Hg2Cl2

II

H2S (AKT)

środowisko

kwaśne

(HCl)

Hg2+, Pb2+, Bi3+,

Cu2+, Cd2+, Sn2+,

Sn4+, As3+, As5+,

Sb3+, Sb5+

HgS, PbS, Bi2S3, CuS, CdS,

SnS, SnS2, As2S3, As2S5,

Sb2S3, Sb2S5

III

H2S (AKT)

NH3∙H2O

i NH4Cl

Al3+, Cr3+, Fe2+, Fe3+,Ni2+,Co2+,

Mn2+, Zn2+

Al./OH/3, Cr/OH/3, Fe2S3,

FeS, NiS, CoS, MnS, ZnS

IV

/NH4/2CO3

wobec

NH3∙H2O

i NH4Cl

Ca2+, Sr2+, Ba2+

CaCO3, SrCO3, BaCO3

V

Brak

Mg2+, Na+, K+, NH4+

Brak

SREBRO - ARGENTUM - Ag 2.8.18.18.1

Z = 47 Masa molowa. = 107,87 g/mol

11 grupa (I podgrupa) układu okresowego;

stopień utlenienia +1, +2

Srebro należy do metali ciężkich, w szeregu napięciowym znajduje się za wodorem i dlatego nie wypiera go z kwasów. Reakcję srebra z kwasami utleniającymi przedstawić można w następujący sposób:

Ag + kwas → sól + tlenek + H2O

utleniający srebra obojętny

Ag + 2HNO3 → AgNO3 + ↑NO2 + H2O

Srebro i jego związki mają w lecznictwie zastosowanie jako środki o właściwościach ściągających, żrących i antyseptycznych. Mechanizm działania soli srebra na ustrój polega na tym, że uwolniony jon srebra wytrąca białko, tworząc osad białczanu srebra. Sole srebra podane do wewnątrz wywołują zatrucie organizmu.

Wykrywanie jonów srebra - Ag+

  1. Odczynnik grupowy - kwas solny HCl oraz rozpuszczalne sole zawierające jony Cl- wytrącają z obojętnych i kwaśnych roztworów osad AgCl

AgNO3 + HCl → ↓AgCl + HNO3

Ag+ + Cl- → ↓AgCl

↓AgCl - chlorek srebra, biały, serowaty, fiołkowieje na świetle; nie rozpuszcza się

w HNO3;

jest rozpuszczalny w NH3∙H2O, KCN, Na2S2O3 i stęż. HCl

a/ NH3∙H2O

↓AgCl + 2NH3∙H2O → [Ag(NH3)2]Cl + 2H2O

powstaje roztwór - chlorek diamosrebra(I) sól kompleksowa, z której pod wpływem rozcieńczonego HNO3 wydziela się ponownie biały osad AgCl

[Ag(NH3)2]Cl + 2HNO3 → ↓AgCl + 2NH4NO3

b/ KCN

↓AgCl + 2KCN → K[Ag/CN/2] + KCl

dicyjanosrebrzan(I) potasu

c/ Na2S2O3

↓AgCl + 2Na2S2O3 → Na3[Ag/S2O3/2] + NaCl

ditiosiarczanosrebrzan (I)

trisodu

d/ stężony HCl

↓AgCl + HCl → H[AgCl2]

kwas chlorosrebrowy

  1. Bromek lub jodek potasu: KBr, KJ wytrąca osady

AgNO3 + KBr → ↓AgBr + KNO3

AgNO3 + KJ → ↓AgJ + KNO3

↓AgBr - bromek srebra, jasnożółty; rozpuszczalny w NH3∙H2O

↓AgJ - jodek srebra, żółty; nierozpuszczalny nawet w stężonym NH3∙H2O

  1. Wodorotlenek sodu NaOH wytrąca osad

2AgNO3 + 2NaOH → ↓Ag2O + 2NaNO3 + H2O

↓Ag2O - tlenek srebra, czarno-brunatny; nie rozpuszcza się w nadmiarze odczynnika

.

  1. Amoniak NH3∙H2O wytrąca osad nietrwały, początkowo biały, brunatniejący, który rozpuszcza się w nadmiarze odczynnika z utworzeniem jonu kompleksowego.

AgNO3 + NH3∙H2O → ↓AgOH + NH4NO3

↓2AgOH → ↓Ag2O + H2O

↓Ag2O + 4NH3∙H2O → 2[Ag/NH3/2]OH + 3H2O

wodorotlenek

diaamoosrebra (I)

  1. Chromian(VI) potasu K2CrO4 lub dichromian(VI) potasu K2Cr2O7 wytrąca osad

2AgNO3 + K2Cr2O7 → ↓Ag2Cr2O7 + 2KNO3

↓Ag2CrO4 - chromian(VI)srebra(I), brunatno-czerwony; rozpuszcza się w NH3∙H2O i HNO3,

nie rozpuszcza się w rozcieńczonym CH3COOH

↓Ag2Cr2O7 - dichromian(VI) srebra(I) czerwono-brunatny, rozpuszczalność analogiczna

jak Ag2CrO4

  1. Siarkowodór H2S (AKT)wytrąca z roztworów kwaśnych, obojętnych i amoniakalnych osad

2AgNO3 + H2S → ↓Ag2S + 2HNO3

↓Ag2S - siarczek srebra(I) czarny, nie rozpuszcza się w NH3∙H2O, rozcieńczonym HNO3,

rozpuszcza się w stężonym, gorącym HNO3.

RTĘĆ - HYDRARGYRUM - Hg 2.8.18.32.10.2

Z = 80 Masa molowa. = 200,6 g/mol

12 grupa (II podgrupa) układu okresowego;

Stopień utlenienia +1, +2

Rtęć należy do metali ciężkich, w szeregu napięciowym znajduje się za wodorem. Metal ten nie rozpuszcza się w kwasie solnym oraz rozcieńczonym kwasie siarkowym. Ogrzewany w gorącym, stężonym kwasie siarkowym lub azotowym tworzy odpowiednie sole:

3Hg + 8HNO3 → 3Hg/NO3/2 + ↑2NO + 4H2O

Pary rtęci są trujące.

W lecznictwie wykorzystuje się metaliczną rtęć oraz jej sole. Związki rtęci są truciznami protoplazmy i wskutek tego dobrymi środkami dezynfekcyjnymi. Rtęć z innymi metalami tworzy stopy zwane amalgamatami, stosowanymi min. w dentystyce.

Wykrywanie jonów rtęci(II) - Hg2+

  1. Odczynnik grupowy - siarkowodór H2S (AKT) w środowisku zakwaszonym HCl wytrąca

osad HgS

3HgCl3 + 2H2S → ↓HgCl2∙2HgS + 4HCl

biały chlorosiarczek

rtęci(II)

↓HgCl2∙2HgS + H2S → ↓3HgS + 2HCl

czarny siarczek

rtęci(II)

↓HgS - nie rozpuszcza się w rozcieńczonych kwasach na

zimno i na gorąco; rozpuszcza się w wodzie królewskiej /aqua regia - mieszanina stężonego HCl i stężonego HNO3 w stosunku 3:1/

3HCl + HNO3 → ↑CL2 + ↑NOCl + 2H2O

chlorek

nitrozylu

Woda królewska działa chlorująco na HgS

↓3HgS + 2HNO3 + 6HCl → 3HgCl2 + ↓3S + ↑2NO + 4H2O

Uwaga! Ze względu na trujące właściwości chloru i tlenku azotu rozpuszczanie należy wykonywać pod wyciągiem.

  1. Amoniak NH3∙H2O wytrąca osad

HgCl2 + 2NH3∙H2O → ↓HgNH2Cl + NH4Cl + H2O

Chlorek amidortęci(II)

W przypadku soli Hg/NO3/2 powstaje

0x08 graphic
0x08 graphic

  1. Jodek potasu KJ wytrąca osad

HgCl2 + 2KJ → ↓HgJ2 + 2KCl

↓HgJ2 - jodek rtęciowy, czerwony, rozpuszcza się w nadmiarze KJ

↓HgJ2 + 2KJ → K2[HgJ4]

tetrajodortęcian(II) potasu

Roztwór K2[HgJ4] zalkalizowany KOH znany jest pod nazwą odczynnika Nesslera

/do wykrywania jonu amonowego/.

  1. Chlorek cyny(II) SnCl2 redukuje sole rtęci(II) najpierw do soli rtęci(I) a następnie do metalicznej rtęci

2HgCl2 + SnCl2 → ↓Hg2Cl2 + SnCl4

chlorek rtęci(I)

/kalomel/

↓Hg2Cl2 + SnCl2 → ↓2Hgo + SnCl4

rtęć metaliczna - czarna

ARSEN - ARSENIUM - As 2.8.18.5

Z = 33 Masa molowa. = 74,92 g/mol

15 grupa (V grupa) układu okresowego;

Stopień utlenienia -3, +3, +5

Arsen właściwościami fizycznymi zbliżony jest do metali, natomiast chemicznymi do niemetali.

Arsen oraz jego związki wykazują charakter amfoteryczny tj; rozpuszczają się w kwasach i zasadach.

Arsen działa w małych dawkach pobudzająco na aktywność krwiotwórczą szpiku kostnego, wpływa hamująco na ogólną przemianę materii, co zaznacza się przyrostem masy ciała. Z ustroju wydalany jest przez nerki; może ulegać kumulacji. Odkłada się w tkankach oraz włosach, paznokciach, kościach - pobudza ich wzrost.

Wykrywanie jonów arsenu(III) - As3+

  1. Odczynnik grupowy - siarkowodór H2S (AKT) w roztworze kwaśnym wytrąca As2S3

2AsCl3 + 3H2S → ↓As 2S3 + 6HCl

↓As2S3 - siarczek arsenu(III), żółty; rozpuszcza się w /NH4/2S; NaOH i KOH, /NH4/2CO3, HNO3 stęż.

a/ ↓As2S3 + 3/NH4/2S → 2/NH4/3AsS3

tioarsenian(III) amonu

b/ ↓As2S3 + 6KOH → K3AsS3 + K3AsO3 + 3H2O

tioarsenian(III) arsenian(III)

potasu potasu

c/ ↓As2S3 + 3/NH4/2CO3 → /NH4/3AsS3 + /NH4/3AsO3 + ↑3CO2

d/ ↓3As2S3 + 28HNO3 + 4H2O → 6H3AsO4 + 9H2SO4 + ↑28NO

Obliczenie współczynników reakcji rozpuszczania As2S3 w HNO3 /stęż./ przedstawia się następująco:

0x08 graphic

0x08 graphic
2As+3 - 2x2ē = 4ē → 2As+5

utlenianie

3 S-2 - 3x8ē = 24ē → 3 S+6

0x08 graphic
suma 28ē

28

3

84

N+5 + 3ē → N2+ redukcja

3

28

  1. Wodorotlenek sodu - NaOH wytrąca osad, który następnie rozpuszcza się w nadmiarze odczynnika (amfoteryczność As/OH/3 )

AsCl3 + 3NaOH → ↓As/OH/3 + 3NaCl

↓As/OH/3 + NaOH → Na[As/OH/4] 0x01 graphic
NaAsO2

arsenian(III) sodu

  1. Azotan srebra(I) - AgNO3 wytrąca osad żółty, rozpuszczalny w HNO3 i w NH3∙H2O

AsCl3 + 4AgNO3 0x01 graphic
↓AgAsO2 + ↓3AgCl + 4HNO3 + H2O

4. Nadtlenek wodoru - H2O2 - utlenia związki As3+ do As5+

0x08 graphic

Anion arsenianu(V) /As+5/ wykrywa się za pomocą:

  1. Próba Gutzeita - polega na redukcji związków arsenu /As3+ oraz As5+/ do gazowego arsenowodoru, który tworzy z AgNO3 początkowo zabarwienie żółte, przechodzące w czarne, na skutek redukcji do metalicznego srebra:

6AgNO3 + AsH3 → ↓Ag3As∙3AgNO3 + 3HNO3

Ag3As∙3AgNO3 + 3H2O → H3AsO3 + 3HNO3 + ↓6Ago

Wykonanie:

Do probówki zawierającej analizowany roztwór dodaje się metalicznego cynku /Zn/

i rozc. H2SO4. Wylot probówki zakrywa się zwitkiem waty lub podziurkowaną bibułą,

na której umieszcza się parę kryształków AgNO3, względnie zwilża 50% roztworem

AgNO3. Obecność As w próbie powoduje powstanie żółtej a następnie czarnej barwy

AgNO3.

MANGAN - MANGANUM - Mn 2.8.13.2

Z = 25 Masa molowa. = 54,93 g/mol

7 grupa(VII podgrupa) układu okresowego;

Stopień utlenienia +2, +3, +4, +6, +7

Mangan rozpuszcza się w gorącej wodzie, w kwasach /nawet octowym/ i zasadach. Największe znaczenie mają związki manganu na +2 i +7 stopniu utlenienia. Wszystkie związki manganu są barwne: sole manganu(II) /Mn+2/ bezwodne są białe, w roztworze bladoróżowe, sole manganu /Mn+3/ - manganiany(III) są czerwone, manganiany(VI) /Mn+6/ bezwodne są fioletowe, w roztworze zielone, natomiast związki Mn+7 - manganiany(VII) ( do niedawna nazywane „nadmanganiany”) zarówno w stanie stałym jak i w roztworze są ciemnofioletowe.

Właściwości chemiczne związków manganu zależą od stopnia utlenienia i są: Mn+2 - zasadowe, Mn+3 - słabo zasadowe, Mn+4 - amfoteryczne, Mn+6 i Mn+7- charakter kwasowy.

Mangan jest jednym z najbardziej rozpowszechnionych /poza żelazem/ pierwiastkiem w tkankach i cieczach ustroju. Jest to pierwiastek nieodzowny dla normalnego rozwoju organizmu, wpływa katalizująco na aktywność katalazy. Niedobór manganu powoduje zahamowanie wzrostu, nieprawidłową mineralizację kości, niedorozwój narządów płciowych. Zapotrzebowanie dzienne manganu wynosi 4-5 mg.

Wykrywanie jonów manganu(II) - Mn2+

  1. Odczynnik grupowy H2S (AKT) wytrąca wobec mieszaniny buforowej, złożonej z NH3∙H2O i NH4Cl osad MnS

MnCl2 + /NH4/2S → ↓MnS + 2NH4Cl

MnS - siarczek manganu(II), cielisty, rozpuszczalny w kwasach mineralnych oraz

CH3COOH

  1. Wodorotlenek sodu - NaOH wytrąca osad

MnCl2 + 2NaOH → ↓Mn/OH/2 + 2NaCl

Mn/OH/2 - wodorotlenek manganu(II); rozpuszczalny w kwasach oraz solach amonowych; nierozpuszczalny w nadmiarze NaOH

  1. Utlenianie soli manganu(II) do jonu manganianu(VII)

2Mn/NO3/2 + 5NaBiO3 + 16HNO3 → 2HMnO4 + 5Bi/NO3/3 + 5NaNO3 + 7H2O

/in subst./

0x08 graphic
Powstające w reakcji jony manganianowe(VII) zabarwiają roztwór na fiołkowo. Reakcji przeszkadzają inne reduktory, natomiast nie przeszkadzają duże ilości jonów Mn2+ jak również nieduża ilość chlorków.

Wykonanie:

Do analizy dodaje się kilka kropli stęż. HNO3 i ogrzewa do wrzenia. W osobnej probówce ogrzewa się wodną zawiesinę NaBiO3 poczym zawartość obu probówek łączy się.

ŻELAZO - FERRUM - Fe 2.8.14.2

Z = 26 Masa molowa. = 55,85 g/mol

8 grupa (VIII grupa) układu okresowego /triada żelazowców/;

Stopień utlenienia +2, +3

Żelazo należy do metali ciężkich, w szeregu napięciowym znajduje się przed wodorem, oznacza to, że z kwasów wypiera wodór. Jony żelaza na +2 stopniu utleniania wykazują właściwości redukujące, natomiast jony Fe3+ mogą działać utleniająco.

Sole żelaza(II) mają barwę zieloną a żelaza(III) brunatną lub żółtą.

Związki żelaza spełniają ważną rolę w organizmie. Dla procesów biochemicznych szczególne znaczenie mają jego kompleksy metaloorganiczne z porfirynami, proteinami i in. Do tej grupy związków należą: hemoglobina /Fe+2/, katalaza /Fe+3/. Niedobór żelaza może wywoływać schorzenie zwane niedokrwistością /anemia/. Sole żelaza są resorbowane z przewodu pokarmowego, przy czym sole żelaza trójwartościowego nie ulegają resorpcji. Sole żelaza dwuwartościowego resorbują się w ilości 20-25%. Wchłanianie zależy od ilości kwasu solnego w żołądku i poziomu witaminy C w ustroju.

Wykrywanie jonów żelaza - Fe 2+/3+

  1. Odczynnik grupowy H2S( AKT) w środowisku zasadowym wytrąca osady FeS i Fe2S3

FeSO4 + /NH4/2S → ↓FeS + /NH4/2SO4

czarny

2FeCl3 + 3/NH4/2S → ↓Fe2S3 + 6NH4Cl

czarny

↓FeS i ↓Fe2S3 - rozpuszcza się w kwasach

  1. Wodorotlenek sodu - NaOH wytrąca osady

FeSO4 + 2NaOH → ↓Fe/OH/2 + Na2SO4

wodorotlenek żelaza(II),

brunatnozielony

FeCl3 + 3NaOH → ↓Fe/OH/3 + 3NaCl

wodorotlenek żelaza(III)

czerwonobrunatny

↓Fe/OH/2 na powietrzu łatwo utlenia się do ↓Fe/OH/3

Oba wodorotlenki nie rozpuszczają się w nadmiarze odczynnika; są łatwo rozpuszczalne w kwasach.

  1. Tiocyjanian amonu (rodanek amonu lub potasu) NH4SCN, KSCN

Fe2+ - nie wytrąca się osad i barwa roztworu nie zmienia się

Fe3+ - reaguje z utworzeniem krwistoczerwonego roztworu, barwa nie znika po zakwaszeniu

HCl /odróżnienie od octanów/

FeCl3 + 3KSCN → Fe/SCN/3 + 3KCl

Tritiocyjanian żelaza(III)

  1. Cyjanek potasu - KCN wytrąca osady

FeSO4 + 2KCN → ↓Fe/CN/2 + K2SO4

cyjanek żelaza(II) żółto-brunatny

rozpuszczalny w KCN

↓Fe/CN/2 + 4KCN → K4[Fe/CN/6]

heksacyjanożelazian(II) potasu

żółty roztwór

FeCl3 + 3KCN → ↓Fe/CN/3 + 3KCl

cyjanek żelaza(III)

rozpuszczalny w KCN

↓Fe/CN/3 + 3KCN → K3[Fe/CN/6]

heksacyjanożelazian(III) potasu,

żółto-zielony roztwór

  1. Heksacyjanożelazian(II) potasu - K4[Fe/CN/6]

2Fe2+ + [Fe/CN/6]4- → Fe2[Fe/CN/6]

heksacyjanożelazian(II) żelaza(II)

osad na powietrzu niebieszczeje, ponieważ tworzy się tzw. błękit pruski Fe4[Fe/CN/6]3

4Fe3+ 3[Fe/CN/6]4- → Fe4[Fe/CN/6]3

heksacyjanożelazian(II) żelaza(III)

/błękit pruski/

nierozpuszczalny w rozc. HCl;

rozpuszczalny w stęż. HCl

WAPŃ - CALCIUM - Ca 2.8.8.2

Z = 20 Masa molowa = 40,08g/mol

2 grupa (II grupa) układu okresowego

stopień utlenienia +2

Wapń jest pierwiastkiem lekkim, rozkładającym w normalnych warunkach wodę z wydzieleniem wodoru.

Jony wapnia są niezbędne dla normalnej czynności serca jak i konieczne dla zachowania prawidłowej aktywności układu mięśniowo-nerwowego. Wapń jest składnikiem kości, zębów i jak również błon komórkowych, wpływając na ich przepuszczalność i utrzymanie integralności. Mając możność odkładania się w tkankach znekrotyzowanych wapń hamuje patologiczną przepuszczalność naczyń włosowatych i ułatwia leczenie niektórych procesów zapalnych. Jony Ca2+ wprowadzone do jelit wpływają hamująco na ich

perystaltykę. Nadmiar w ustroju jonów wapnia wpływa na wydalanie jonów sodowych /wzrost diurezy/. Duże znaczenie ma zawartość wapnia we krwi gdzie występuje głównie

w osoczu. Jony wapnia są też nieodzowne dla przemiany protrombiny w trembinę w procesie krzepnięcia krwi.

Wykrywanie jonów wapnia - Ca2+

  1. Odczynnik grupowy - węglan amonowy /NH4/2CO3 w środowisku zasadowym wytrąca osad CaCO3

CaCl2 + /NH4/2CO3 → ↓CaCO3 + 2NH4Cl

węglan wapnia,

biały, bezpostaciowy,

po ogrzaniu krystaliczny

↓CaCO3 - rozpuszcza się w HCl, HNO3, CH3COOH

  1. Chromian(VI) potasu (K2CrO4) i dichromian(VI) potasu (K2Cr2O7) - nie wytrąca osadu

  1. Kwas szczawiowy /COOH/2 - wytrąca osad z roztworów alkalicznych lub po zbuforowaniu CH3COONa

CaCl2 + /COOH/2 → ↓CaC2O4 + 2HCl

↓CaC2O4 szczawian wapnia, biały, rozpuszcza się w kwasach mineralnych;

nie rozpuszcza się w CH3COOH, nawet po ogrzaniu.

  1. Zabarwienie płomienia

Lotne sole wapniowe /chlorki/ barwią płomień na kolor ceglasto-czerwony.

MAGNEZ - MAGNESIUM - Mg 2.8.2

Z = 12 Masa molowa. = 35,453 g/mol

2 grupa (II grupa) układu okresowego

stopień utlenienia +2

Magnez jest metalem srebrzystobiałym. Na powietrzu w obecności wilgoci pokrywa się warstwą tlenku magnezu. Z wodą w temperaturze pokojowej reaguje bardzo słabo, natomiast z parą wodną w temperaturze 100oC reaguje bardzo energicznie.

Mg + H2O → ↓MgO + ↑H2

Sole magnezu rozpuszczalne w wodzie: chlorek, bromek, jodek, azotan (V), octan.

Sole magnezu nierozpuszczalne w wodzie: Mg/OH/2, MgCO3, MgNH4PO4∙6H2O, MgNH4AsO4∙6H2O

Magnez jest niezbędny w prawidłowym przebiegu procesów metabolicznych dostarczających energii, jak również w syntezie białek oraz fosforylacji beztlenowej. Największe ilości magnezu znajdują się w szkielecie i mięśniu sercowym jak również w wątrobie. Bez uzupełniania niedoboru magnezu niemożliwe staje się m.in. wyrównanie komórkowego niedoboru potasu, co jest jednym z ważniejszych czynników proarytmicznych.

Wykrywanie jonów magnezu - Mg2+

  1. Wodorotlenek sodu lub potasu NaOH lub KOH wytrąca z roztworów galaretowaty osad

MgCl2 + 2NaOH → ↓Mg/OH/2 + 2NaCl

wodorotlenek magnezu,

biały

  1. Amoniak NH3∙H2O wytrąca z obojętnych roztworów galaretowaty osad

MgCl2 + 2NH3∙H2O → ↓Mg/OH/2 + 2NH4Cl

wodorotlenek magnezu,

biały

3. Szczawian amonu /NH4/2CO3 ze stężonych roztworów wytrąca osad

MgCl2 + /NH4/2C2O4 + 2H2O → ↓MgC2O4∙2H2O + 2NH4Cl

szczawian magnezu,

biały

4. Magnezon

0x08 graphic

z roztworów zalkalizowanych NaOH lub KOH wytrąca niebieski osad

Wykonanie:

Do roztworu dodaje się kilka kropli odczynnika i alkalizuje się roztworem NaOH. Fioletowo-czerwony roztwór barwi się w obecności Mg2+ na niebiesko, a w obecności dużej ilości jonów Mg2+ powstaje niebieski osad.

SÓD - NATRIUM - Na 2.8.1

Z = 11 Masa molowa. = 22,99 g/mol

1 grupa (I grupa) układu okresowego

Stopień utlenienia +1

Sód jest pierwiastkiem lekkim, rozkładającym w normalnych warunkach wodę. Na powietrzu ulega natychmiastowemu procesowi utleniania.

Na ogół wszystkie sole sodu są rozpuszczalne w wodzie, za wyjątkiem np. heksafluorokrzemianu(IV)sodu i soli NaCH3COO∙Mg/CH3COO/2∙3UO2/CH3COO/2∙9H2O

Jony sodu są głównym kationem w cieczy pozakomórkowej. Wobec dużej ich zdolności wiązania wody, jony sodu są podstawowym czynnikiem regulacji osmotycznej płynów ustroju. Jony sodu oddziaływują również na enzymy (/aktywują adenilopirofosfatazę a hamują aktywność transfosforylazy).

Jony sodu łącznie z resztą kwasu węglowego stanowią tak zwaną rezerwę alkaliczną ustroju i wpływają na utrzymanie jego równowagi kwasowo-zasadowej.

Wykrywanie jonów sodu - Na+

  1. Oktaoctan magnezu i tris(ditlenkuuranu(VI))- wytrąca osad

NaCl + nMg/UO2/3CH3COO/8 0x01 graphic

0x01 graphic
0x01 graphic
NaCH3COO∙Mg/CH3COO/2∙3UO2/CH3COO/2∙9H2O

POTAS - KALIUM - K 2.8.8.1

Z = 19 Masa molowa. 39,096 g/mol

1 grupa (I grupa) układu okresowego

stopień utlenienia +1

Potas jest metalem lekkim, bardzo aktywnie rozkładającym wodę w normalnych warunkach. Na powietrzu ulega bardzo szybko procesowi utleniania.

Prawie wszystkie sole potasu są dobrze rozpuszczalne w wodzie, wyjątek stanowią połączenia jonu K+ z następującymi anionami: wodorowinianem, heksaazotano(III)kobaltanem(II), heksachloroplatynianem(IV) i chloranem(VII) . Jony potasu są w ustroju przede wszystkim składnikiem plazmy i głównym kationem nieorganicznym komórek. Wykazują bardzo dużą aktywność w regulowaniu ciśnienia osmotycznego płynów ustrojowych, gdyż wpływają na zwiększenie przepuszczalności ścian komórkowych. Aktywuje również transfosforylazę ATP - kwas pirogronowy oraz adenilopirofosfatazę i fosfotransacetylazę. Jony potasu w ustroju są antagonistami jonów sodu i wapnia. Są konieczne do normalnej pracy serca i produkcji w ustroju tłuszczów i białek oraz ich pochodnych.

Wykrywanie jonów potasu - K+

  1. Wodorowinian sodu NaHC4H4O6 wytrąca z roztworów obojętnych lub kwaśnych osad

KCl + NaHC4H4O6 → ↓KHC4H4O6 + NaCl

wodorowinian potasu,

biały

  1. Kwas heksachloroplatynowy(IV) H2PtCl6 wytrąca z roztworów stężonych osad

2KCl + H2PtCl6 → ↓K2[PtCl6] + 2HCl

heksachloroplatynian(IV) potasu,

krystaliczny, żółty

  1. Kwas nadchlorowy(VII) - HClO4 wytrąca osad

KCl + HClO4 → ↓KClO4 + HCl

chloran(VII) potasu,

biały

  1. Zabarwienie płomienia

Lotne sole potasowe barwią płomień na kolor fiołkowy /widoczny przez szkło kobaltowe - filtr światła/.

AMON - AMONIUM - NH4+

Masa molowa = 18,04 g/mol

Jony NH4+ są kationem kompleksowym, powstającym w wyniku reakcji protonu z amoniakiem.

NH3 + H+ → [ NH4]+

Jony amonowe tworzą słabą zasadę NH3∙H2O. Wodne roztwory soli amonowych ulegają hydrolizie.

Niektóre sole jak np.: NH4Cl i /NH4/2CO3 stosuje się do przygotowywania leków wykrztuśnych oraz wywołujących kwasicę ustroju. Jony te w organizmie przekształcają się w amoniak i następnie w mocznik.

Wykrywanie jonów amonu - NH4+

  1. Wodorotlenek sodu - NaOH oraz inne zasady rozkładają sole amonu z wydzieleniem amoniaku. Reakcja przebiega najlepiej na gorąco

NH4Cl + NaOH → ↑NH3 + H2O + NaCl

Sprawdzanie obecności NH3

  1. Charakterystyczny zapach NH3

  2. Umieścić wilgotny papierek lakmusowy u wylotu probówki. Zmiana barwy na kolor niebieski świadczy o obecności NH3

  3. Umieścić wilgotny papierek rtęciawy ( bibuła nasycona azotanem(V) rtęci(II) ) u wylotu probówki. Wystąpienie czarnej barwy na bibule /Hgo/ świadczy o obecności NH3

0x08 graphic

  1. Odczynnik Nesslera - K2[HgJ4] z obojętnych lub alkalicznych roztworów wytraca osad

barwa osadu zależna jest od stężenia jonów NH4+ i zmienia się od żółtej do czerwonbrunatnej.

0x08 graphic

Pytania kontrolne

  1. Podaj podział kationów na grupy analityczne wg Freseniusa.

  2. Porównaj roztwarzanie w kwasie solnym oraz w rozcieńczonym kwasie azotowym(V) następujących metali: Ag, Cu, Ca i Na.

  3. Dlaczego do wytrącania osadu AgCl nie wolno stosować stężonego HCl ?

  4. Napisz reakcje zachodzące podczas rozpuszczania AgCl w KCN i Na2S2O3.

  5. Jakimi odczynnikami należy podziałać na HgCl2 w celu otrzymania odczynnika Nesslera?

  6. Jak przebiega reakcja rozpuszczania HgS w wodzie królewskiej?

  7. Wymień odczynniki w których rozpuszcza się siarczek arsenu(III) i (V).

  8. Uzasadnij amfoteryczny charakter tlenku arsenu(III) /arszeniku/.

  9. Omów sposób wykonania próby Gutzeita.

  10. Napisz reakcję utleniania jonów manganu(II) do jonów manganianowych(VII).

  11. W postaci jakich jonów może występować mangan?

  12. Jakimi reakcjami można odróżnić jony Fe2+ od Fe3+?

  13. Wymień kationy, które można wykryć za pomocą zabarwienia płomienia.

  14. Napisz wzór strukturalny szczawianu wapnia.

  15. Dlaczego należy usunąć z analizy jony NH4+ przed przystąpieniem do wykrywania kationów?

  16. Jak odróżnisz jony potasu od jonów sodu ?

  17. Omów tok analizy rozdzielczej dla poznanych kationów.

ANALIZA ANIONÓW

Systematyczna analiza jakościowa anionów wg Bunsena obejmuje 7 grup analitycznych /tab. X/. Podział ten oparty jest na reakcjach anionów z jonami Ag+ i Pb2+, stosowanymi w postaci rozpuszczalnych soli.

Studentów I roku kierunku Biotechnologii Medycznej obowiązuje znajomość następujących anionów: Cl-, Br-, I-, CO32-, PO43-, NO3-, MnO4-.

Tabela X. Podział anionów na grupy wg Bunsena

Grupa

Odczynnik grupowy

Jony wykrywane

I

AgNO3 - ↓Ø HNO3

BaCl2 - osadu nie wytrąca

Cl-, Br-, I-, CN-, SCN-, [Fe(CN)6]4-, [Fe(CN)6]3-

II

AgNO3 - ↓O HNO3

BaCl2 - osadu nie wytrąca

S2-, CH3COO-, NO2-

III

AgNO3 - ↓O HNO3

BaCl2 - ↓O HNO3

SO32-, CO32-, C2O42-, C4H4O62-, BO2-

IV

AgNO3 - ↓barwne O HNO3

BaCl2 - ↓barwne OHNO3

S2O32-, CrO42-, Cr2O72-, AsO43-, AsO33-, PO43-

V

AgNO3 - osadu nie wytrąca

BaCl2 - osadu nie wytrąca

NO3-, ClO3-, MnO4-

VI

AgNO3 - osadu nie wytrąca

BaCl2 - ↓Ø HNO3

SO42-, F-

VII

AgNO3 - ↓ żółty O HNO3

BaCl2 - ↓ biały O HNO3

SiO32-

CHLOR - CHLORUM - Cl 2.8.7

Z = 17 Masa molowa = 35,453 g/mol

…17 (VII) grupa układu okresowego

stopień utlenienia: -1, +1, +3, +5, +7

Jony chlorkowe są anionami kwasu chlorowodorowego /solnego/ i jego soli, zwanych chlorkami. Kwas solny jest roztworem wodnym gazowego chlorowodoru; należy do mocnych kwasów. Chlorki są przeważnie solami dobrze rozpuszczalnymi w wodzie; do trudno rozpuszczalnych należą: AgCl, Hg2Cl2, PbCl2 i Cu2Cl2. Chlorki występują w organizmie ludzkim obok jonów sodu, potasu, wapnia i magnezu. Jony chlorkowe są ważnym składnikiem plazmy krwi oraz płynów ustrojowych. Kwas solny wchodzi w skład soku żołądkowego, tworząc kwaśne środowisko dla aktywowania enzymów trawiennych. Chlor i jego związki uwalniające w roztworach wodnych gazowy pierwiastek, wykorzystuje się jako środki odkażające. Chlor gazowy, będący silnym środkiem utleniającym, działa odkażająco już w stężeniach 2∙10-4 mol/dm3. Chlor stosowany jest do odkażania wody.

Do dezynfekcji pomieszczeń stosuje się często sole kwasu chlorowego(I): chloran(I) sodu(I), NaOCl oraz chloran(I) wapnia(II), CaOCl2, tzw. wapno chlorowane.

Wykrywanie jonów chlorkowych - Cl-

1. AgNO3 + Cl- → ↓AgCl + NO3-

↓AgCl - chlorek srebra(I)

Uwaga! Charakterystyka osadu została podana przy wykrywaniu jonów Ag+ .

2. Pb/NO3/2 + 2Cl- → ↓PbCl2 + 2NO3-

↓PbCl2 - chlorek ołowiu(II), biały

rozpuszczalny w gorącej wodzie, po oziębieniu krystalizuje w postaci igieł

3. Hg2/NO3/2 + 2Cl- → ↓Hg2Cl2 + 2NO3-

↓Hg2Cl2 - chlorek rtęci(I), biały

czernieje pod wpływem NH3∙H2O

4. KMnO4

Roztwór KMnO4 utlenia chlorki w środowisku kwaśnym na gorąco, do wolnego chloru, ulegając podczas reakcji odbarwieniu

10NaCl + 2KMnO4 + 8H2SO4 → ↑5Cl2 + 2MnSO4 + 5Na2SO4 + K2SO4 + 8H2O

Wolny chlor identyfikuje się po charakterystycznym zapachu oraz po fioletowieniu papierka jodoskrobiowego (bibuła nasycona KI i skrobią).

BROM - BROMUM - Br 2.8.18.7

Z = 35 Masa molowa = 79,909 g/mol

…17 (VII) grupa układu okresowego

Stopień utlenienia: -1, +1, +3, +5, +7

Jony bromkowe są anionami kwasu bromowodorowego i jego soli zwanych bromkami. Kwas bromowodorowy jest wodnym roztworem gazowego bromowodoru. Do nierozpuszczalnych soli tego kwasu należą: AgBr, Hg2Br2, PbBr2 i Cu2Br2. Bromki są silniejszymi reduktorami od chlorków.

Jony bromkowe działają depresyjnie na czynności ośrodkowego układu nerwowego. Po podaniu większych dawek bromków metali alkalicznych następuje osłabienie i zwolnienie procesów myślowych, zanik pamięci i ogólne zmęczenie psychiczne. Jony bromkowe nie wywierają działania nasennego lecz tylko ułatwiają zasypianie.

Związki bromu stosuje się jako środki uspokajające w przypadku niektórych schorzeń nerwowych.

Wykrywanie jonów bromkowych - Br-

1. AgNO3 + Br- → ↓AgBr + NO3-

↓AgBr - bromek srebra(I), jasnożółty, serowaty, zieleniejący na świetle

rozpuszczalny w stęż. NH3∙H2O, Na2S2O3

nierozpuszczalny w kwasach

2. Pb/NO3/2 + Br- → ↓PbBr2 + 2NO3-

↓PbBr2 - bromek ołowiu(II), biały

rozpuszczalny w gorącej wodzie

  1. Właściwości redukujące jonów Br

  1. Cl2 aq. w obecności rozpuszczalnika organicznego np. CHCl3, CCl4

NaBr + Cl2o → 2NaCl + ↑Br2o

Reakcja ta polega na wypieraniu bromu z roztworu jego soli przez silniejszy utleniacz jakim jest chlor.

Wykonanie:

Do badanego roztworu w probówce dodać CHCl3 lub CCl4 a następnie kroplami - stale mieszając wodę chlorową. Rozpuszczalnik organiczny zabarwi się na kolor brunatno-czerwony. Nadmiar wody chlorowej utlenia wydzielony brom do bezbarwnego kwasu bromowego.

↑Br2o + 5Cl2o + 6H2O → 2HBrO3 + 10HCl

  1. K2Cr2O7 /stały/ w obecności stęż. H2SO4

K2Cr2O7 + 6HBr + 4H2SO4 → ↑3Br2o + Cr2(SO4)3 + K2SO4 + 7H2O

Wydzielający się brom utlenia bezbarwny odczynnik Schiffa do fiołkowej fuksyny.

Wykonanie:

Do probówki zawierającej suchą pozostałość po odparowaniu badanego roztworu dodać stałego K2Cr2O7 oraz kilka kropli stęż. H2SO4. Wylot probówki nakryć bibułą zwilżoną odczynnikiem Schiffa. Całość ostrożnie ogrzać.

Pojawienie się fiołkowej barwy bibuły nad wylotem probówki świadczy o obecności jonów Br-.

IOD - IODUM - I 2.8.18.7

Z = 53 Masa molowa = 126,904 g/mol

17 (VII) grupa układu okresowego

Stopień utlenienia: -1, +1, +3, +5, +7

Jony jodkowe są anionami mocnego kwasu jodowodorowego i jego soli zwanych jodkami. Jodki mają silniejsze właściwości redukujące od bromków. Do trudno rozpuszczalnych soli jodkowych należą: AgI, Hg2I2, HgI2, PbI2, Cu2I2 i BiI3.

Jod jest antyseptykiem a jego działanie oparte jest na wyzwalaniu tlenu /in statu nascendi/ w reakcji z wodą

I2o + H2O → HI + HIO

HIO → HI + ↑Oo

W organizmie ludzkim jod występuje w ilościach od 20-25 mg: połowa tej ilości w tarczycy. Brak jodu w tym organie powoduje powstawanie wola. Schorzenie to leczy się podawaniem jodków.

Jodki powodują także zwiększenie przenikliwości naczyń włosowatych, a tym samym ułatwiają wchłanianie uszkodzonych tkanek - zastosowanie w leczeniu gruźlicy kostnej i kiły. Oprócz tych właściwości jodki i jodany obniżają lepkość, a tym samym zmniejszają ciśnienie krwi. W nadciśnieniu, szczególnie połączonym z miażdżycą stosuje się: jodek sodu(I) i potasu(I) oraz jodan(V) sodu(I).

Jodki podaje się zwykle doustnie, jodany - podskórnie.

Wykrywanie jonów jodkowych - I-

1. AgNO3 + I- → ↓AgI + NO3-

↓AgI - jodek srebra(I), żółty, serowaty

rozpuszczalny w Na2S2O3, KCN

nierozpuszczalny w roz. NH3∙H2O, HNO3

2. Pb(NO3)2 + 2I- → ↓PbI2 + 2NO3-

↓PbI2 - jodek ołowiu(II), jasnożółty

rozpuszczalny w gorącej wodzie, KI

PbI2 + KI → K[PbI3]

trijodoołowian(II) potasu(I)

3. HgCl2 + 2I- → ↓HgI2 + 2Cl-

↓HgI2 - jodek rtęci(II), żółty, przechodzący w jasno-czerwony, rozpuszczalny w KI

HgI2 + 2KI → K2[HgI4]

tetrajodortęcian(II) potasu(I)

  1. Właściwości redukujące jonów I-

  1. Cl2aq. lub Br2aq. w obecności CHCl3, CCl4

2I- + Cl2o → I2o + 2Cl-

Wykonanie:

Próbę wykonać analogicznie jak przy wykrywaniu jonów Br-. Warstwa organiczna zabarwia się na kolor fioletowy od wydzielonego jodu.

Nadmiar wody chlorowej utlenia I2o do kwasu jodowego

I2o + 5Cl2o + 6H2O → 2HIO3 + 10HCl

  1. K2Cr2O7 /stały/ w obecności stęż. H2SO4

K2Cr2O7 + 6HI + 4H2SO4 → 3I2o + Cr2(SO4)3 + K2SO4 + 7H2O

Wydzielony jod zabarwia roztwór skrobi na kolor fioletowy.

WĘGIEL - CARBO - C 2.4

Z = 6 Masa molowa = 12,011 g/mol

14 (IV) grupa układu okresowego

Stopień utlenienia: od -4 do +4

Jony węglanowe(IV) są anionami słabego, diprotonowego kwasu węglowego(IV) i jego soli, zwanych węglanami(IV). Kwas węglowy(IV) jest nietrwały, łatwo rozpada się na CO2 i H2O. Jako kwas diprotonowy tworzy sole obojętne i wodorosole. Wodorowęglany i węglany obojętne metali alkalicznych są rozpuszczalne w wodzie. Węglany berylowców i metali ciężkich są z reguły nierozpuszczalne.

Węglany występujące w organizmie ludzkim wchodzą w skład układów buforowych H2CO3/NaHCO3, których zadaniem jest utrzymanie stałego pH krwi.

Niektóre sole węglanowe są stosowane jako leki np. (NH4)2CO3 - działa wykrztuśnie. Węglany mogą być wykorzystywane również jako leki zobojętniające kwas solny w żołądku np. wodorowęglan(IV) sodu(I) NaHCO3, CaCO3 strącony, węglan(IV) magnezu(II) MgCO3.

Wykrywanie jonów węglanowych(IV) - CO32-

1. 2AgNO3 + CO32- → ↓Ag2CO3 + 2NO3-

↓Ag2CO3 - węglan(IV) srebra(I), biały

rozpuszczalny w HNO3, NH3∙H2O

Po ogrzaniu wydziela się brunatny Ag2O

Ag2CO3 → Ag2O + ↑2CO2

↓Ag2O - tlenek srebra(I), brunatny

nierozpuszczalny w nadmiarze odczynnika

2. BaCl2 + CO32- → ↓BaCO3 + 2Cl-

↓BaCO3 - węglan(IV) baru(II), biały

rozpuszczalny w HNO3

3. Kwasy /HCl, H2SO4/ rozkładają węglany z wydzieleniem CO2 powodując tzw. perlenie roztworu.

2HCl + CO32- → H2CO3 + 2Cl-

H2CO3 → H2O + ↑CO2

Wydzielający się CO2 powoduje zmętnienie wody wapiennej /roztwór Ca(OH)2/ lub wody barytowej /roztwór Ba(OH)2/ na skutek wytrącania osadów

↑CO2 + Ca(OH)2 → ↓CaCO3 + H2O

FOSFOR - PHOSPHOROS - P 2.8.5

Z = 15 Masa molowa = 30,979 g/mol

15 (V) grupa układu okresowego

Stopień utlenienia: -3 , +3, +4, +5

Jony fosforanowe(V) są anionami triprotonowego kwasu ortofosforowego(V). H3PO4 jako kwas triprotonowy tworzy sole obojętne i wodorosole. Najłatwiej zachodzi dysocjacja pierwszego etapu; kwas ortofosforowy(V) w roztworach wodnych zachowuje się jak kwas średniej mocy. Sole rozpuszczalne w wodzie: ortofosforany(V) potasowców oraz diwodorofosforany(V) wapniowców. Pozostałe fosforany(V) są nierozpuszczalne w wodzie.

Fosfor jest składnikiem organizmów żywych, zwierzęcych i roślinnych. Wchodzi w skład białka i kości. W kościach występuje fosforan(V) wapnia(II). Szczególnie bogata w fosfor jest tkanka mózgowa oraz nerwowa.

Wykrywanie jonów fosforanowych(V) - PO43-

1. 3AgNO3 + HPO42- → ↓Ag3PO4 + H+ + 3NO3-

HPO42- + H+ → H2PO4-

↓Ag3PO4 - żółty osad, rozpuszczalny w roz. HNO3, CH3COOH, NH3∙H2O

2. Ba/NO3/2 + HPO42- → ↓BaHPO4 + 2NO3-

↓BaHPO4 - biały osad, rozpuszczalny w roz. HNO3, HCl, CH3COOH.

4. Mieszanina magnezowa (MgCl2+ NH3∙H2O + NH4Cl) wytrąca z roztworów

krystaliczny osad

PO43- + Mg2+ + NH4+ → ↓MgNH4PO4

ortofosforan(V) amonowomagnezu(II) - biały

AZOT - NITROGENIUM - N2.5

Z = 7 Masa molowa = 14,006 g/mol

15 (V) grupa układu okresowego

Stopień utlenienia: -3, +1, +2, +3, +4, +5

Jony azotanowe(V) są anionami mocnego kwasu azotowego(V) i jego soli. Kwas azotowy(V) i azotany(V) są silnymi utleniaczami. Wszystkie azotany(V), z wyjątkiem niektórych tlenosoli np. BiONO3 /azotan(V) bizmutylu/ są dobrze rozpuszczalne w wodzie.

Niektóre azotany(V) znalazły zastosowanie w lecznictwie np. nitrogliceryna - bezpośrednio rozszerza naczynia krwionośne i jest wykorzystywana w leczeniu choroby wieńcowej.

Wykrywanie jonów azotanowych(V) - NO3-

  1. AgNO3 oraz BaCl2 nie wytrącają osadów z roztworów zawierających jony azotanowe(V)

  2. Właściwości utleniające azotanów - reakcja obrączkowa

2HNO2 + 6FeSO4 + 3H2SO4 → ↑2NO + 3Fe2(SO4)3 + 4H2O

Powstający tlenek azotu(II) łączy się z nadmiarem FeSO4

↑NO + FeSO4 → Fe(NO)SO4

brunatny

siarczan nitrozylożelaza(II)

Wykonanie

Przygotować nasycony roztwór soli żelaza(II) przez rozpuszczenie stałego FeSO4 w niewielkiej ilości wody. Ok. 0,5 cm3 tak przygotowanego roztworu przenieść do probówki i ostrożnie nawarstwić po ściance stęż. H2SO4 do uzyskania dwóch warstw. Następnie pipetką na granicę warstw wkroplić badany roztwór.

Powstanie brunatnej obrączki świadczy o obecności jonów NO3-.

Reakcja obrączkowa zachodzi również z jonami NO2-. Do wykonania próby należy jednak użyć kwasu siarkowego o stęż. 1 mol/dm3.

MANGAN - MANGANIUM - Mn2.8.13.2

Z = 25 Masa molowa = 54,930 g/mol

7 grupa układu okresowego, (VII podgrupa)

Stopień utlenienia:+2, +3, +4, +6, +7

Jony manganianowe(VII) są anionami mocnego kwasu manganowego(VII), który nie występuje w stanie wolnym; znane są natomiast jego sole trwałe, dobrze rozpuszczalne w wodzie - manganiany(VII). Wodne roztwory manganianów(VII) mają barwę fioletową. Najbardziej znaną solą kwasu manganowego(VII) jest manganian(VII) potasu(I), KMnO4 stosowany często jako środek odkażający. KMnO4 działa utleniająco w środowisku kwaśnym, obojętnym i zasadowym w stężeniach 1:1000 do 1:5000. Zewnętrznie stosowane są roztwory od 0,05 do 0,2%. W niższych stężeniach może być używany do płukania żołądka przy zatruciach cyjankami, fosforem lub alkaloidami.

Wykrywanie jonów manganianowych(VII) - MnO4-

  1. AgNO3 oraz BaCl2 nie wytrącają osadów z roztworów zawierających jony MnO4-

  2. Stężony HCl

2KMnO4 + 16HCl → 2KCl + 2MnCl2 + ↑5Cl2o + 8H2O

Wykonanie

Badany roztwór odparować w probówce do sucha i ochłodzić. Następnie dodać 1-2 krople stężonego HCl. Wydziela się żółto-zielony gaz (Cl2)o nieprzyjemnym zapachu.

  1. Właściwości utleniające jonów MnO4-

Aniony: Cl-, Br-, I-, SCN-, [Fe/(CN)6]4-, NO2-, S2-, SO32-, C2O42-, C4H4O62-, S2O32- oraz

kationy: Hg22+, Sn2+, Fe2+ a także H2O2

redukują w środowisku kwaśnym (1mol/dm3 H2SO4) jony MnO4- do Mn2+, powodując odbarwienie roztworu, np.

2KMnO4 + 14KCl + 8H2SO4 → 2MnCl2 + ↑5Cl2o + 8K2SO4 + 8H2O

0x08 graphic

Mn+7 + 5ē → Mn+2 x 2

2Cl- - 2ē → Cl2 x 5

Pytania kontrolne

  1. Podaj podział anionów na grupy analityczne wg Bunsena

  2. Czym różni się analiza anionów od analizy kationów? Jaką rolę spełniają w tym przypadku odczynniki grupowe?

  3. Uszereguj jony Cl-, Br- i I- wg wzrastających zdolności redukujących

  4. Podaj wzory i nazwy wszystkich możliwych związków kompleksowych powstających podczas rozpuszczania AgCl

  5. Napisz jak reagują jony Br- ze stałym K2Cr2O7 w środowisku kwaśnym

  6. Które aniony odbarwiają roztwór jodu?

  7. Napisz reakcję rozpuszczania jodku rtęci(II) w nadmiarze jodku potasu(I). Podaj barwę i nazwę powstającego związku

  8. Które aniony wydzielają jod z roztworu jodków w środowisku kwaśnym?

  9. Podaj barwy i wykaż różnicę rozpuszczalności następujących związków AgCl, AgBr i AgI

  10. Jakie znaczenie w organizmie posiadają jony jodkowe?

  11. Dlaczego zmętnienie roztworu, powstające podczas przepuszczania CO2 przez wodę barytową znika po pewnym czasie?

  12. Jakie aniony tworzą z roztworem AgNO3 osad czerniejący po ogrzaniu?

  13. Wymień ważniejsze reakcje służące do wykrywania jonów NO3-.

  14. Napisz reakcję odbarwiania manganianu(VII) potasu(I) jonami jodkowymi.

  15. Dlaczego aniony NO3- i MnO4- nie tworzą osadów z AgNO3 i BaCl2?

  16. Dlaczego próbkę badaną na aniony, w której sprawdzamy obecność utleniaczy nie należy zakwaszać kwasem azotowym(V)?

  17. Napisz wzory i podaj nazwy kwasów od których pochodzą poznane aniony.

Wykrywanie soli

Identyfikacja pojedynczej soli polega na wykryciu kationu i anionu, wchodzących w jej skład. Analizę rozpoczyna się od określenia barwy, zapachu oraz zachowania się soli podczas ogrzewania.

Do wstępnych badań należy także próba barwienia płomienia palnika gazowego przez badaną sól, wprowadzoną do płomienia na druciku platynowym. Pierwiastki alkaliczne i ziem alkalicznych barwią płomień na charakterystyczny kolor co ułatwia ich późniejszą identyfikację.

Ponieważ analizę soli przeprowadza się przede wszystkim na drodze mokrej, należy rozpuścić przygotowaną do badania sól. W tym celu dobiera się odpowiedni rozpuszczalnik. Na wstępie należy sprawdzić rozpuszczalność w wodzie. Jeżeli substancja nie rozpuszcza się w wodzie (albo rozpuszcza się częściowo) bada się kolejno działanie rozcieńczonych a następnie stężonych kwasów HCl, HNO3 oraz mieszaniny - wody królewskiej.

Przeprowadzając trudno rozpuszczalną sól do roztworu dodaje się nadmiaru odczynnika rozpuszczającego i ewentualnie ogrzewa. Jeżeli sól rozpuszcza się zarówno w HCl oraz w HNO3 korzystniej jest stosować kwas azotowy, ponieważ azotany są mniej lotne od chlorków. Po rozpuszczeniu soli w kwasach usuwa się nadmiar użytego kwasu przez odparowanie roztworu do małej objętości. Roztwór po odparowaniu kwasu rozcieńcza się wodą destylowaną.

Sole nierozpuszczalne w wodzie i kwasach /np.BaSO4/ najczęściej stapia się z nadmiarem sody. Otrzymuje się wówczas związki nierozpuszczalne w wodzie lecz rozpuszczalne w rozcieńczonych kwasach.

Studentów I roku kierunku Biotechnologii Medycznej obowiązuje wykonanie analizy soli rozpuszczalnej w wodzie.

W skład analizowanej soli mogą wchodzić tylko kationy:

Ag+, Hg2+, As3+, Fe3+, Ca2+, Mg2+, Na+, K+, NH4+ oraz aniony: Cl-, Br-, J-, CO32-, PO43-, NO3-, MnO4-.

Opracowując sposób analizy soli uwzględniono wyłącznie związki rozpuszczalne w wodzie i zawierające wymienione jony.

Do probówki zawierającej niewielką ilość soli /ok. 0,5 g/ dodaje się 15 cm3 wody destylowanej, wytrząsa i w razie potrzeby ogrzewa. Uzyskane zabarwienie roztworu może pochodzić od soli: manganu, żelaza i chromu. Następnie należy zbadać papierkiem uniwersalnym odczyn roztworu. Uzyskany odczyn zasadowy wskazuje na obecność soli pochodzącej od mocnej zasady, kwaśny - od mocnego kwasu, obojętny - od mocnej zasady i mocnego kwasu lub słabej zasady i słabego kwasu.

Biorąc pod uwagę wnioski wynikające z prób wstępnych, przeprowadza się w otrzymanym roztworze analizę anionów i kationów.

Analiza anionów:

  1. Reakcja grupowa z KMnO4 - wykrywanie reduktorów

Ok. 1 cm3 roztworu badanej soli zakwasza się kilkoma kroplami rozc. H2SO4 i dodaje małymi porcjami rozcieńczony roztwór KMnO4. Jeżeli na zimno nie następuje odbarwienie, roztwór ogrzewa się do wrzenia. Odbarwienie roztworu KMnO4 jest spowodowane obecnością jonów Cl-, Br- lub I- /jeżeli zabarwienie manganianu(VII) potasu(I) utrzymuje się - jony te są nieobecne/.

  1. Reakcja grupowa z roztworem KI - wykrywanie utleniaczy

Ok. 1 cm3 otrzymanego roztworu soli zakwasza się roz. HCl, dodaje 1-2 cm3 roztworu KJ i ok. 0,5 cm3 roztworu skrobi.

Otrzymane niebieskie zabarwienie roztworu świadczy o obecności anionów MnO4- lub NO3-.

  1. Reakcja grupowa z roztworem AgNO3

Analizowany roztwór zakwasza się roz. HNO3 i dodaje nadmiaru AgNO3.

Wytrącenie osadu świadczy o obecności niżej wymienionych jonów:

Cl- - AgCl; biały

Br- - AgBr; jasno-żółty

I- - AgI; żółty

  1. Próba na wydzielanie gazów

Do oddzielnej porcji roztworu /lub krystalicznej soli/ dodaje się kwasu solnego o stężeniu 3 mol/dm3 i lekko wstrząsa zawartość probówki. Wydzielanie się pęcherzyków gazu /CO2/ wskazuje na obecność anionu CO32-.

Wyniki powyższych prób pozwalają na sformułowanie wniosków odnośnie występowania niektórych anionów w roztworze. Po stwierdzeniu nieobecności niektórych anionów, przystępuje się do wykrywania pozostałych, wykonując reakcje charakterystyczne, podane przy identyfikacji poszczególnych jonów.

Analiza kationów:

Po przeprowadzeniu analizy anionów znana jest rozpuszczalność soli i anion wchodzący w jej skład.

Przystępując do analizy kationów należy zapoznać się z tablicą rozpuszczalności soli i wyciągnąć odpowiednie wnioski odnośnie obecności kationu. Np. jeżeli sól rozpuszcza się w wodzie i zawiera anion SO42-, to próby na obecność jonów Ba2+ i Ca2+ są zbyteczne. Kationy te nie mogą być obecne, ponieważ tworzą z anionem siarczanowym trudno rozpuszczalne w wodzie związki.

Obecność anionu chlorowca Cl-, Br- lub I- w soli łatwo rozpuszczalnej w wodzie wyklucza obecność kationu Ag+.

Analizę kationów prowadzi się w sposób systematyczny, ustalając grupę do której kation należy. W tym celu na wstępie wykrywa się kation NH4+. Następnie przeprowadza się reakcje z odczynnikami grupowymi, co umożliwia ustalenie przynależności kationu do określonej grupy. Korzystając z reakcji specyficznych wykrywa się kation wchodzący w skład soli.

Rozpuszczalność wybranych soli w wodzie.

Chlorki, bromki, jodki:

Są rozpuszczalne z wyjątkiem AgCl, AgBr i AgI.

Węglany(IV):

Są na ogół trudno rozpuszczalne. Wyjątek stanowią węglany metali alkalicznych oraz amonu. Wszystkie węglany rozpuszczają się w gorącym, roz. HCl lub HNO3.

Siarczany:

Są na ogół dobrze rozpuszczalne. Wyjątek stanowią siarczany BaSO4, Pb SO4. Ag2SO4 i CaSO4 są również solami słabo rozpuszczalnymi w wodzie.

Azotany(V)

Są dobrze rozpuszczalne w wodzie.

Uwaga!

Wyjaśnienia stosowanych skrótów

↓ - osad

○ - osad rozpuszczalny

ø - osad nierozpuszczalny

1

36

jodgl

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic



Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
Cwiczenie 5[1], UMED wojlek I rok, CHEMIA MEDYCZNA, Chemia medyczna
kolo nr 2 pyt, UMED wojlek I rok, CHEMIA MEDYCZNA, Chemia medyczna
PKTy chemia[1], UMED wojlek I rok, CHEMIA MEDYCZNA, Chemia medyczna
Podać postać cis i trans podanego związku, UMED wojlek I rok, CHEMIA MEDYCZNA, Chemia medyczna
PYTANIA Z KARTKÓWEK Z CHEMII, medycyna UMed Łódź, 1 rok, chemia medyczna
o4 bartek, UMED wojlek I rok, Biofizyka, Biofiza, nn, statystyka
Biofizyka, UMED wojlek I rok, Biofizyka, Biofiza, egzaminegzamin, Opracowania egzamin (Caesaris), Bi
kolos z optyki, UMED wojlek I rok, Biofizyka, Biofiza, Koło 1 - Optyka, Giełda
m4(3), UMED wojlek I rok, Biofizyka, Biofiza, Koło 2 - Mechanika, Ćwicz3
Wszyscy kochamy biofizyk - ci ga, UMED wojlek I rok, Biofizyka, Biofiza, egzaminegzamin
Cw 2[1], UMED wojlek I rok, Biofizyka, Biofiza, Koło 2 - Mechanika, Ćwicz1
O2, UMED wojlek I rok, Biofizyka, Biofiza, Koło 1 - Optyka, 2
M1 przed 2 i 3, UMED wojlek I rok, Biofizyka, Biofiza, Koło 2 - Mechanika, Ćwicz1
m1, UMED wojlek I rok, Biofizyka, Biofiza, Koło 2 - Mechanika, Ćwicz1
Zagadnienia z biofizyki 6, UMED wojlek I rok, Biofizyka, Biofiza, Koło 2 - Mechanika

więcej podobnych podstron