Clasificarea acido-bazică a cationilor în analiza calitativă

Clasificarea acido-bazică a cationilor în analiza calitativă *• Noţiuni- clieie • Grupă analitică de ioni • Reactiv de grupă • Clasificarea cationilor şi anionilor în grupe analitice • Reacţii de identificare • Identificarea cationilor şi anionilor • Interferenţa reacţiilor de identificare Obiectivele unei analize calitative ar fi uşor de atins dacă fiecare dintre speciile componente ale probei analizate ar avea reacţii specifice. Cu părere de rău însă, numărul speciilor, care au reacţii specifice şi ar putea fi identificate în prezenţa altora, este redus. Din aceste motive, pentru efectuarea analizei calitative, au fost elaborate metode care includ operaţii de fracţionare a componentelor probei de analizat în grupe mai puţin numeroase. Astfel, numărul speciilor interferente la identificarea fiecărei componente ar fi mai mic, ceea ce ar face posibilă selectarea reacţiilor analitice pentru punerea în -------------------------- evidenţă a componentelor probei de analizat. Aceste selecţii de ioni sunt numite grupe analitice, iar reactivii folosiţi cu scopul separării - reactivi de grupă. Clasificarea cationilor în grupe analitice este bazată pe proprietăţile chimice ale compuşilor ce se obţin la interacţiunea lor cu diferiţi reactivi. În funcţie de natura reactivilor folosiţi pentru clasificarea cationilor în grupe analitice, deosebim: • metoda cu utilizarea acidului sulfhidric; • metoda fosfat-amoniacală; • metoda acido-bazică. Formarea grupelor analitice se bazează pe proprietatea unui set de ioni de a reacţiona şi de a da semnale analitice asemănătoare cu un reactiv analitic. Acest reactiv este numit reactiv de grupă şi permite să se separe grupa dată de ioni de restul speciilor prezente în amestec. În clasificarea acido-bazică, cationii sunt repartizaţi în şase grupe analitice. Separarea cationilor în grupe analitice se efectuează într-o anumită ordine, prin precipitarea cationilor grupei analitice în cauză şi înlăturarea acesteia. Aşa cum s-a menţionat anterior, necesitatea separării cationilor în grupe mai mici este determinată de influenţa jenantă a unor cationi în timpul analizei şi are ca scop micşorarea numărului de cationi care pot fi prezenţi împreună (pentru înlăturarea acţiunii jenante) şi identificarea lor. 6.1. Noţiune de analiză calitativă 148 Metoda acido-bazică de separare a cationilor are unele dezavantaje. De exemplu, clorura de plumb, sulfatul de calciu, hidroxidul de cupru şi alţi compuşi au o solubilitate relativ mare şi precipitarea acestor cationi nu este completă la acţiunea reactivilor de grupă. De aceea, în unele cazuri, la soluţia apoasă analizată se adaugă alcool etilic pentru micşorarea solubilităţii compuşilor respectivi. Tabelul 6.1. Clasificarea acido-bazică a cationilor în grupe analitice Grupa analitică I II III IV V VI Componenţa cationică Ag+, Pb2+, Hg22+ Ba2+, Sr2+, Ca2+ Al3+, Cr3+, Zn2+, Sn2+ Fe2+ , Fe3+, Mn2+, Bi3+, Mg2+ Cu2+, Cd2+, Ni2+, Co2+, Hg2+ K+, Na+, nh4+ Reactivul de grupă HCl (2 M) H2SO4 (1 M) NaOH (6M), exces NaOH (6M), exces NH4OH (conc.), exces nu este Organoleptica produselor reacţiei Precipitate albe cristaline şi cazeinice Precipitate albe cristaline Hidroxocomplecşi solubili Precipitate amorfe de hidroxizi Compuşi coordinativi solubili - Sunt evidenţiaţi (cu bold) cationii a căror studiere este prevăzută de curriculum. v O Q. ro U Separarea cationilor unei grupe analitice din proba de analizat şi identificarea lor necesită efectuarea unui şir de operaţii într-o consecutivitate strictă. Pentru majoritatea analizelor, acest şir include: • adăugarea reactivului de grupă la soluţia de analizat; • sedimentarea forţată a precipitatului prin centrifugare; • separarea precipitatului de centrifugat; • verificarea plenitudinii precipitării; • spălarea precipitatului; • solubilizarea precipitatelor grupei separate sau trecerea lor într-o formă accesibilă analizei; • examinarea grupei analitice. Conform schemei de separare, amestecul de cationi poate fi divizat în grupe analitice în formă de precipitate sau de compuşi solubili, precipitatele fiind apoi solubilizate, iar componenţa lor - identificată. Separarea grupelor analitice se efectuează treptat. 1) Separarea şi identificarea ionilor din grupa I. La soluţia de analizat, ce conţine ioni de plumb, se adaugă soluţie de acid clorhidric. Are loc formarea unui precipitat de culoare albă. Deoarece clorura de plumb are o solubilitate mai mare de 10-6 mol/l, pentru precipitarea cantitativă a ionilor de Pb2+ la soluţia analizată se adaugă un volum egal de alcool etilic (PbCl2 are o solubilitate mai mică în solventul mixt apă-alcool etilic). Soluţia cu precipitat se centrifughează şi se verifică plenitudinea precipitării ionilor de plumb. Pentru aceasta, la centrifugat se mai adaugă câteva picături de reactiv de grupă. Dacă nu se formează precipitat sau dacă soluţia nu se tulbură, precipitarea se consideră completă. În caz contrar, se adaugă încă o porţiune de precipitant şi, după centrifugarea soluţiei, iarăşi se verifică plenitudinea precipitării. După precipitarea completă a ionilor de plumb, soluţia se centrifughează, precipitatul se separă de soluţie şi se spală de 2-3 ori cu câţiva mililitri de apă distilată rece pentru a înlătura ionii străini. Apoi, precipitatul se tratează cu apă fierbinte. Clorura de plumb se dizolvă. În soluţie, după răcirea ei, se efectuează reacţiile de identificare a ionilor de Pb2+. 2) Separarea şi identificarea cationilor din grupa a II-a. Centrifugatul obţinut după separarea cationilor din grupa I se tratează cu La separarea unui grup de ioni din amestec, întotdeauna se verifică plenitudinea precipitării sau complexării lor. soluţie de acid sulfuric. În prezenţa cationilor de bariu şi de calciu, are loc formarea unui precipitat de culoare albă (sulfatul de calciu în solvent mixt apă-alcool etilic este mai puţin solubil): Me2+ + SO42- = MeSO4 (Me = Ba, Ca) După atingerea precipitării complete şi centrifugarea soluţiei cu precipitat, acesta din urmă se separă de centrifugat şi se spală cu câţiva mililitri de apă distilată rece. Sulfatul de bariu este insolubil în acizi şi în alcalii, iar sulfatul de calciu se dizolvă în soluţie de sulfat de amoniu (se formează hidrogenosulfatul de calciu) şi, parţial, în acid azotic. Pentru solubilizare, precipitatul se tratează la fierbere de mai multe ori cu volume mici (5-7 ml) de soluţie saturată de carbonat de sodiu separând de fiecare dată soluţia de precipitat după ce precipitatul se dizolvă în soluţie de acid acetic: MeSO4ţ + Na2CO3 = MeCO3ţ + Na2SO4 MeCO3| + 2CH3COOH = Me(CH3COO)2 + CO2Î + H2O (Me = Ba, Ca) În soluţia obţinută, se identifică ionii de bariu şi de calciu. 3) Separarea şi identificarea cationilor din grupa a IV-a. Centrifugatul obţinut după separarea cationilor din grupa a Il-a se tratează cu un surplus de soluţie de hidroxid de sodiu (6 mol/l) (o parte din hidroxidul de sodiu se consumă pentru neutralizarea acizilor din soluţie). Cationii grupelor a IlI-a şi a Vl-a vor rămâne în soluţie, iar cationii grupelor a IV-a şi a V-a vor trece în precipitat sub formă de hidroxizi insolubili. În cazul analizei amestecului de cationi cu componenţa indicată anterior, ionii de Fe3+ se vor precipita în formă de Fe(OH)3 care are o solubilitate foarte mică: Fe3+ + 3OH- = Fe(OH)3i După verificarea plenitudinii precipitării ionilor de Fe3+ şi centrifugarea soluţiei, precipitatul se separă, se spală cu apă distilată şi se dizolvă în acid clorhidric cu concentraţia de 2 mol/l. În soluţia obţinută se identifică ionii de fier (III). 4) Cationii NH4+ se identifică în filtratul obţinut după separarea precipitatului de Fe(OH)3 sau într-o porţiune de soluţie iniţială.