Katedra i Zakład Chemii Medycznej
- 1 -
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 Ca
2+
1. Węglan amonu w obecności buforu amonowego (NH
4
Cl/NH
3
·H
2
O)
wytrąca biały osad węglanu wapnia
CaCl
2
+ (NH
4
)
2
CO
3
→ CaCO
3
+ 2 NH
4
Cl
biały
Osad łatwo rozpuszcza się w kwasach z wydzieleniem dwutlenku węgla
CaCO
3
+ 2HCl → CaCl
2
+ H
2
O + CO
2
↑
2. Szczawian amonu wytrąca biały osad szczawianu wapnia
CaCl
2
+ (NH
4
)
2
C
2
O
4
→ CaC
2
O
4
+ 2NH
4
Cl
biały
W odróżnieniu od CaCO
3
szczawian nie rozpuszcza się w CH
3
COOH.
• Reakcje charakterystyczne kationu magnezowego Mg
2+
1. Wodorotlenek sodu lub potasu wytrąca biały osad wodorotlenku magnezu
MgCl
2
+ 2KOH → Mg(OH)
2
+ 2KCl
biały
Osad rozpuszcza się w roztworach soli amonowych
Mg(OH)
2
+ 2NH
4
Cl → MgCl
2
+ 2NH
3
·H
2
O
2. Wodorofosforan(V) sodu w obecności jonów NH
4
+
i wodnego roztworu amoniaku
NH
3
·H
2
O wytrąca biały krystaliczny osad fosforanu(V) amonu i magnezu
Na
2
HPO
4
+ MgCl
2
+ NH
3
·H
2
O → Mg0H
4
PO
4
+ 2NaCl + H
2
O
biały
Katedra i Zakład Chemii Medycznej
- 2 -
B. Metale zaliczane do mikroelementów
• Reakcje charakterystyczne kationu miedzi(II) Cu
2+
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(NO
3
)
2
+ H
2
S → CuS + 2HNO
3
czarny
Osad roztwarza się na gorąco w 6-molowym roztworze kwasu azotowego(V)
3CuS + 8HNO
3
→ 3Cu(NO
3
)
2
+ 2NO↑ + 3S + 4H
2
O
2. Wodorotlenek sodu lub potasu wytrąca niebieski osad wodorotlenku miedzi(II)
Cu(NO
3
)
2
+ 2KOH → Cu(OH)
2
+ 2KNO
3
niebieski
Podczas ogrzewania wodorotlenek ulega rozkładowi. Wydziela się czarny tlenek
miedzi(II)
Cu(OH)
2
→ CuO + H
2
O
czarny
3. Wodny roztwór amoniaku NH
3
·H
2
O wytrąca jasnoniebieski osad hydroksosoli -
siarczanu(VI) hydroksomiedzi(II)
2CuSO
4
+ 2NH
3
.
H
2
O → (CuOH)
2
SO
4
+ (NH
4
)
2
SO
4
jasnoniebieski
W nadmiarze amoniaku tworzy się łatwo rozpuszczalny związek kompleksowy, a
roztwór zabarwia się na kolor ciemnoniebieski pochodzący od jonu tetraaminamiedzi(II)
[Cu(NH
3
)
4
]
2+
(CuOH)
2
SO
4
+ 8NH
3
.
H
2
O → 2[Cu(0H
3
)
4
]
2+
+ SO
4
2-
+ 2OH
-
+ 8H
2
O
ciemnoniebieski
• Reakcje charakterystyczne kationu żelaza(II) Fe
2+
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)
FeCl
2
+ H
2
S → FeS + 2HCl
czarny
Osad roztwarza się w kwasach mineralnych.
2. Wodorotlenek sodu lub potasu wytrąca brudnozielony osad wodorotlenku żelaza(II)
FeCl
2
+ 2KOH → Fe(OH)
2
+ 2KCl
brudnozielony
Wodorotlenek żelaza(II) na powietrzu ulega utlenieniu do czerwonobrunatnego
wodorotlenku żelaza(III)
4Fe(OH)
2
+ 2 H
2
O + O
2
→ 4Fe(OH)
3
czerwonobrunatny
3. K
3
[Fe(CN)
6
]
–
heksacyjanożelazian(III)
potasu
wytrąca
ciemnobłękitny
osad
heksacyjanożelazianu(III) żelaza(II) tzw. “błękit Turnbulla”
3FeCl
2
+ 2K
3
[Fe(CN)
6
] → Fe
3
[Fe(C0)
6
]
2
+ 6KCl
błękitny
Katedra i Zakład Chemii Medycznej
- 3 -
• Reakcje charakterystyczne kationu żelaza(III) Fe
3+
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)
Fe
2
(SO
4
)
3
+ 3H
2
S → Fe
2
S
3
+ 3H
2
SO
4
czarny
2. Wodorotlenek sodowy lub potasowy wytrąca czerwonobrunatny osad wodorotlenku
żelaza(III)
Fe
2
(SO
4
)
3
+ 6KOH → 2 Fe(OH)
3
+ 3K
2
SO
4
czerwonobrunatny
3. K
4
[Fe(CN)
6
]
–
heksacyjanożelazian(II)
potasu
wytrąca
błękitny
osad
heksacyjanożelazianu(II) żelaza(III), tzw. “błękit pruski”
2Fe
2
(SO
4
)
3
+ 3K
4
[Fe(CN)
6
] → Fe
4
[Fe(C0)
6
]
3
+ 6K
2
SO
4
błękitny
4. KNCS (izotiocyjanian potasu) tworzy z jonami Fe
3+
dobrze rozpuszczalny w wodzie
triizotiocyjanian żelaza(III), związek o krwistoczerwonej barwie, tzw. “smoczą krew”
Fe
2
(SO
4
)
3
+ 6KNCS → 2Fe(0CS)
3
+ 3K
2
SO
4
krwistoczerwony
• Reakcje charakterystyczne kationu cynku Zn
2+
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(NO
3
)
2
+ H
2
S →
→
→
→ ZnS + 2HNO
3
biały
Osad roztwarza się w kwasach mineralnych.
2. Wodorotlenek sodu lub potasu wytrąca biały osad wodorotlenku cynku
Zn(NO
3
)
2
+ 2KOH → Zn(OH)
2
+ 2KNO
3
biały
Osad posiada właściwości amfoteryczne
Zn(OH)
2
+ 2HCl → ZnCl
2
+ 2H
2
O
Zn(OH)
2
+ 2KOH → K
2
[Zn(OH)
4
]
tetrahydroksocynkan potasu
3. K
4
[Fe(CN)
6
]
–
heksacyjanożelazian(II)
potasu
wytrąca
biały
osad
heksacyjanożelazianu(II) cynku
2Zn(NO
3
)
2
+ K
4
[Fe(CN)
6
] → Zn
2
[Fe(C0)]
6
+ 4KNO
3
Biały
• Reakcje charakterystyczne jonu Ag
+
1. Odczynnik grupowy dla grupy I – HCl o stężeniu 3 mol/dm
3
powoduje wytrącenie
białego osadu chlorku srebra
AgNO
3
+ HCl → AgCl↓ + HNO
3
biały
Ag
+
+ Cl
-
→ AgCl↓
Osad ulega roztworzeniu w stężonym wodnym roztworze amoniaku NH
3
· H
2
O
AgCl↓ + 2NH
3
· H
2
O → [Ag(NH
3
)
2
]Cl + 2H
2
O
Katedra i Zakład Chemii Medycznej
- 4 -
Dodanie HNO
3
o stężeniu 6 mol/dm
3
powoduje ponowne wytrącenie osadu
[Ag(NH
3
)
2
]Cl + 2HNO
3
→ AgCl↓ + 2NH
4
NO
3
2. KOH lub 0aOH powoduje wytrącenie brunatnego osadu tlenku srebra
2AgNO
3
+ 2KOH → Ag
2
O↓ + 2KNO
3
+ H
2
O
brunatny
2Ag
+
+ 2OH
-
→ Ag
2
O↓ + H
2
O
Osad ulega roztworzeniu w stężonym wodnym roztworze amoniaku NH
3
· H
2
O
Ag
2
O↓ + 4NH
3
· H
2
O → 2[Ag(NH
3
)
2
]OH + 3H
2
O
3. K
2
CrO
4
powoduje wytrącenie czerwobrunatnego osadu chromianu srebra
2AgNO
3
+ K
2
CrO
4
→ Ag
2
CrO
4
↓ + 2KNO
3
czerwonobrunatny
2Ag
+
+ CrO
4
2-
→ Ag
2
CrO
4
↓
3. KI
powoduje wytrącenie żółtego osadu jodku srebra
AgNO
3
+ KI → AgI↓ + KNO
3
żółty
Ag
+
+ I
-
→ AgI↓
C. Metale toksyczne
• Reakcje charakterystyczne kationu ołowiu(II) Pb
2+
1. 3 molowy HCl wytrąca z roztworu zawierającego jony ołowiu(II) biały osad chlorku
ołowiu(II)
Pb(NO
3
)
2
+ 2HCl → PbCl
2
+ 2HNO
3
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(NO
3
)
2
+ 2KOH → Pb(OH)
2
+ 2KNO
3
biały
Osad
roztwarza
się
w
nadmiarze
odczynnika
tworząc
rozpuszczalny
tetrahydroksołowian(II) potasu. Świadczy to o amfoterycznych właściwościach
wodorotlenku ołowiu(II)
Pb(OH)
2
+ 2KOH → K
2
[Pb(OH)
4
]
3. KI wytrąca żółty osad jodku ołowiu(II)
Pb(NO
3
)
2
+ 2KI → PbI
2
+ 2KNO
3
żółty
Osad rozpuszcza się w gorącej wodzie. Po oziębieniu krystalizuje w postaci żółtych
blaszek
4. K
2
CrO
4
wytrąca żółty osad chromianu(VI) ołowiu(II)
Pb(NO
3
)
2
+ K
2
CrO
4
→ PbCrO
4
+ 2KNO
3
żółty
Katedra i Zakład Chemii Medycznej
- 5 -
• Reakcje charakterystyczne kationu rtęci(II) Hg
2+
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(NO
3
)
2
+ H
2
S → HgS + 2HNO
3
czarny
Siarczek nie roztwarza się w kwasach mineralnych (HCl, HNO
3
, H
2
SO
4
) natomiast
roztwarza się w wodzie królewskiej. Woda królewska jest to mieszanina stężonego HCl i
stężonego HNO
3
w stosunku objętościowym 3:1, posiadająca silne właściwości
utleniające ze względu na wydzielający się chlor “in statu nascendi”
3HCl + HNO
3
→ 2Cl
0
+ NOCl + 2H
2
O
HgS + 2Cl → HgCl
2
+ S
2. Wodorotlenek sodowy lub potasowy wytrąca żółty osad tlenku rtęci(II)
Hg(NO
3
)
2
+ 2KOH → HgO + 2KNO
3
+ H
2
O
żółty
3. KI wytrąca czerwony osad jodku rtęci(II)
Hg(NO
3
)
2
+ 2KI → HgI
2
+ 2KNO
3
czerwony
Jodek rtęci(II) w nadmiarze KI roztwarza się tworząc bezbarwny kompleks
tetrajodortęcianu(II) potasu.
HgI
2
+ 2KI → K
2
[HgI
4
]
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:
CH
3
CS0H
2
+ 2H
2
O → CH
3
COONH
4
+ H
2
S
• Reakcje charakterystyczne jonu Hg
2
2+
1. Odczynnik grupowy dla grupy I – HCl o stężeniu 3 mol/dm
3
powoduje wytrącenie
białego osadu chlorku rtęci(I)
Hg
2
(NO
3
)
2
+ 2HCl → Hg
2
Cl
2
↓ + 2HNO
3
biały
Hg
2
2+
+ 2Cl
-
→ Hg
2
Cl
2
↓
Pod wpływem stężonego wodnego roztworu amoniaku NH
3
· H
2
O osad czernieje wskutek
wydzielania wolnej rtęci w reakcji:
Hg
2
Cl
2
↓ + 2NH
3
· H
2
O → HgNH
2
Cl↓ + Hg↓ + NH
4
Cl +
2H
2
O
biały czarny
2. KOH lub 0aOH powoduje wytrącenie czarnego osadu tlenku rtęci(I)
Hg
2
(NO
3
)
2
+ 2KOH → Hg
2
O↓ + 2KNO
3
+ H
2
O
czarny
Hg
2
2+
+ 2OH
-
→ Hg
2
O↓ + H
2
O
3. K
2
CrO
4
powoduje wytrącenie brunatnego osadu chromianu rtęci(I)
Hg
2
(NO
3
)
2
+ K
2
CrO
4
→ Hg
2
CrO
4
↓ + 2KNO
3
brunatny
Hg
2
2+
+ CrO
4
2-
→ Hg
2
CrO
4
↓
Katedra i Zakład Chemii Medycznej
- 6 -
3. KI
powoduje wytrącenie żółtozielonego osadu jodku rtęci(I)
Hg
2
(NO
3
)
2
+ 2KI → Hg
2
I
2
↓ + 2KNO
3
żółtozielony
Hg
2
2+
+ 2I
-
→ Hg
2
I
2
↓
Reakcje charakterystyczne wybranych anionów
odznaczających się czynnością fizjologiczną
• Reakcje charakterystyczne anionu chlorkowego Cl
-
1. Manganian(VII) potasu w środowisku kwasu siarkowego(VI) po ogrzaniu utlenia jon Cl
-
do wolnego chloru. Roztwór odbarwia się.
10Cl
-
+ 2MnO
4
-
+16H
+
→ 2Mn
2+
+ 5Cl
2
0
+ 8H
2
O
2. AgNO
3
wytrąca biały koloidalny osad chlorku srebra
NaCl + AgNO
3
→ AgCl +NaNO
3
biały
Osad roztwarza się w wodnym roztworze amoniaku NH
3
·H
2
O.
AgCl + 2NH
3
·H
2
O → [Ag(NH
3
)
2
]Cl + 2H
2
O
chlorek diaminasrebra
3. Pb(NO
3
)
2
wytrąca biały osad chlorku ołowiu(II)
2NaCl + Pb(NO
3
)
2
→ PbCl
2
+ 2NaNO
3
biały
Osad rozpuszcza się w wodzie na gorąco.
• Reakcje charakterystyczne anionu węglanowego CO
3
2-
1. 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
CO
3
2-
+ 2H
+
= H
2
CO
3
→ H
2
O + CO
2
↑
3. Chlorek wapnia wytrąca biały osad węglanu wapnia, który rozpuszcza się w kwasach
mineralnych i w kwasie octowym
Na
2
CO
3
+ CaCl
2
→ CaCO
3
+ 2 NaCl
biały
• Reakcje charakterystyczne anionu szczawianowego C
2
O
4
2-
1. Roztwór manganianu(VII) potasu w środowisku kwasu siarkowego(VI), po ogrzaniu
odbarwia się
5C
2
O
4
2-
+ 2MnO
4
-
+ 16H
+
→ 2Mn
2+
+ 10CO
2
↑ + 8H
2
O
2. Chlorek wapnia wytrąca biały osad szczawianu, który w odróżnieniu od węglanu wapnia
nie rozpuszcza się w kwasie octowym nawet po ogrzaniu
Na
2
C
2
O
4
+ CaCl
2
→ CaC
2
O
4
+ 2 NaCl
biały
• Reakcje charakterystyczne anionu fosforanowego(V) PO
4
3-
1. 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
Na
3
PO
4
+ 3AgNO
3
→ Ag
3
PO
4
+ 3NaNO
3
żółty
Osad rozpuszcza się w rozcieńczonym kwasie azotowym(V) i w kwasie octowym.