POLITECHNIKA KOSZALIŃSKA Laboratorium z CHEMII
Ćwiczenie Nr 2	Temat:	REAKCJE CHARAKTERYSTYCZNE KATIONÓW
Wykonali:	Wydział Budownictwa i Inżynierii Środowiska Semestr II, Grupa A, SN, BL
Data wykonania: 5 kwietnia 2008r.	Data przyjęcia:		Podpis sprawdzającego:

1. Wiadomości wstępne:

Kationy zostały podzielone na 5 grup. Do roztworu dodaje się odpowiedni odczynnik grupowy. Jeśli nastąpiło strącenie osadu (węglanu, chlorku, siarczanu) oznacza to, że jakieś kationy z danej grupy są obecne w roztworze.

Kationy metali w klasyczny sposób dzieli się na 5 grup analitycznych

• I grupa kationów

Pierwsza grupa kationów zawiera Ag⁺, Pb²⁺ i Hg₂²⁺, Tl⁺, Cu⁺, Au⁺.

Chlorki tych kationów są trudno rozpuszczalne i białe, tylko chlorek ołowiu(II) rozpuszcza się częściowo w wodzie, więc dlatego jest umieszczony zarówno w I jak i w II analitycznej grupie kationów, podczas gdy prawie wszystkie inne chlorki są dobrze rozpuszczalne w wodzie. Odczynnikiem grupowym jest więc kwas solny.

• II grupa kationów

Druga grupa to Cd²⁺, Bi³⁺, Cu²⁺, As³⁺, As⁵⁺, Sb³⁺, Sb⁵⁺, Sn²⁺, Sn⁴⁺ oraz Hg²⁺.

Tworzą one siarczki nierozpuszczalne w wodzie i w kwasach. Odczynnikiem grupowym może być dowolne źródło anionów S^2- w środowisku kwaśnym, przy czym najwygodniejszym jest AKT (tioacetamid - CH₃CSNH₂) w środowisku rozcieńczonego HCl. Dzielą się one na podgrupę miedzi i siarkosoli. Odróżniamy te podgrupy przez dodanie KOH. Do osadu przechodzi podgrupa miedzi, czyli Hg²⁺, Cu²⁺, Cd²⁺ oraz Bi³⁺. Natomiast podgrupa siarkosoli pozostaje w roztworze, głównie As³⁺ i As⁵⁺.

• III grupa kationów

Trzecia grupa to Zn²⁺, Ni²⁺, Co²⁺, Mn²⁺, Fe²⁺, Fe³⁺, Al³⁺ oraz Cr³⁺.

Tworzą one siarczki nierozpuszczalne w wodzie, ale rozpuszczalne w kwasach. Podobnie jak w grupie II, odczynnikiem grupowym może być dowolne źródło anionów S^2- w środowisku obojętnym lub słabo kwaśnym. Często stosuje się tioacetamid.

• IV grupa kationów

Czwarta grupa to Ca²⁺, Sr²⁺ i Ba²⁺.

Tworzą one nierozpuszczalne w wodzie węglany. Odczynnikiem grupowym jest więc węglan amonu w środowisku buforu amonowego. Ponieważ węglany kationów grup I, II i III są również nierozpuszczalne, należy je najpierw oddzielić.

• V grupa kationów

W skład tej grupy wchodzą Mg²⁺, Li⁺, Na⁺, K⁺ oraz NH₄⁺, przy czym właściwości Mg²⁺ odbiegają trochę od właściwości innych kationów tej grupy.

Kationy tej grupy nie tworzą prawie żadnych trudno rozpuszczalnych związków, grupa ta nie ma więc żadnego odczynnika grupowego.

2. Reakcje charakterystyczne:

Reakcje kationów z HCL
Pb^2+ + 2Cl^− → PbCl2 ↓	wytrącił się biały osad - chlorku ołowiu

Reakcje kationów NH4OH
Pb^2+ + 2OH^− → Pb(OH)2 ↓	mleczno-biały osad - wodorotlenek ołowiu
Cu^2+ + 2OH^− → Cu(OH)2 ↓	ciemno niebieski (atramentowy) osad wodorotlenku miedzi II.
Fe^3+ + 3OH^− → Fe(OH)3 ↓	wytrącił się jasnobrązowy (bursztynowy) osad

Reakcje kationów z KJ
Pb^2+ + 2J^− → PbJ2 ↓	osad żółty jodu ołowiu
Cu^2+ + 2J^− → CuJ2 ↓	wytrącił się brązowo jasny (mętny) osad jodu miedzi

Reakcje kationów K4Fe(CN)6
2Pb^2+ + [Fe(CN)6]^4− → Pb2[Fe(CN)6] ↓	biało-mleczny osad
2Cu^2+ + [Fe(CN)6]^4− → Cu2[Fe(CN)6] ↓	osad w kolorze ciemny brąz
4Fe^3+ + 3[Fe(CN)6]^4− → Fe4[Fe(CN)6]3 ↓	ciemny granatowy osad

Reakcje kationów KSCN
Pb^2+ + 2SCN^− → Pb(SCN)2 ↓	biały osad
Cu^2+ + 2SCN^− → Cu (SCN)2 ↓	osad czerwono-grafitowy
Fe^3+ + 3SCN^− ↔ [Fe(SCN)3]^2+ ↓	osad o barwie bordowej
Reakcje kationów H2 SO4
Pb^2+ + SO4^2− → PbSO4↓	wytrącił się biały osad
Ba^2+ + SO4^2− → BaSO4↓	jasny biało-mleczny osad

Reakcje kationów KOH
Pb^2+ + 2OH^− → Pb(OH)2 ↓	kolor bezbarwny
Cu^2+ + 2OH^− → Cu(OH)2 ↓	osad niebieski-błękitny
Fe^3+ + 3OH^− → Fe(OH)3 ↓	osad o rdzawym kolorze

Reakcje kationów K2CrO4
Pb^2+ + CrO4^2− → PbCrO4 ↓	barwa żółta
Cu^2+ + CrO4^2− → CuCrO4 ↓	osad o rdzawym zabarwienie
2Fe^3+ + 3CrO4^2− → Fe2(CrO4)3 ↓	osad o pomarańczowym kolorze
Ba^2+ + CrO4^2− → BaCrO4 ↓	jasny żółto-mleczny osad

Reakcje kationów Na2S
Pb^2+ + S^2− → PbS ↓	czarny kolor
Cu^2+ + S^2− → Cu CrO4 ↓	zielono-oliwkowy osad
2Fe^3+ + S^2− → Fe2(CrO4)3 ↓	osad o żółtym-słomkowym kolorze

Reakcje kationów Na2CO3
Pb^2+ + CO3^2− → Pb CO3 ↓	biały osad
Cu^2+ + CO3^2− → Cu CO3 ↓	osad o barwie niebiesko-błękitnej
2Fe^3+ + 3 CO3^2− → Fe2(CO3)3 ↓	osad o rdzawym jasnym kolorze
Ba^2+ + CO3^2− → Ba CO3 ↓	biały osad

3. Wnioski:

W celu wykrycia (identyfikacji) poszczególnych składników w próbce przeprowadza się obserwacje właściwości fizycznych, fizykochemicznych i chemicznych badanego materiału, na podstawie których można wyciągać wnioski.

Bardzo ważnym krokiem w wykrywaniu kationów jest dodanie do roztworu odpowiedniego odczynnika grupowego. Jeśli nastąpiło strącenie osadu, oznacza to, że kation z danej grupy jest obecny w roztworze.

To właśnie dzięki odczynnikom grupowym można stwierdzić po określonej barwie osadu, do jakiej grupy analitycznej należy dany kation i co to jest za kation. Wstępnie można rozróżnić kilka jonów po barwie roztworów, w których występują np. Cu²⁺ - niebieski kolor, Fe³⁺ - żółto- pomarańczowe zabarwienie pochodzące od Fe(OH)₃ powstałego w czasie hydrolizy soli żelaza