Clasificarea anionilor în grupe analitice.

Clasificarea anionilor în grupe analitice. Reactivii de grupă Clasificarea anionilor, mai frecvent folosită în analiza calitativă, se bazează pe solubilitatea sărurilor formate de aceştia cu ionii de bariu şi de argint. În funcţie de solubilitatea acestor compuşi în apă şi în acid azotic diluat, anionii sunt clasificaţi în trei grupe analitice. Anionii din grupa I (SO42-, CO32-, PO43-, SO32-, SiO32- etc.) formează, cu ionii Ba2+ în mediu neutru sau slab bazic, săruri puţin solubile (BaSO4 este insolubil şi în mediu acid). Reactivul de grupă este clorura de bariu (2 mol/l) în mediu neutru sau slab bazic. 153Noţiune de analiză calitativă 154 V O Anionii grupei a Il-a (Cl-, I-, S1 2-, Br- etc.) formează cu ionii Ag+ săruri care, spre deosebire de cele ale anionilor grupei I cu cationii acestui metal, sunt puţin solubile în soluţii diluate de acid azotic. Sărurile anionilor grupei a III-a cu ionii Ag+ sunt solubile în apă. Anionii grupei a II-a nu colorează soluţiile. Reactivul de grupă al anionilor grupei a Il-a este nitratul de argint (2 mol/l) în soluţie de acid azotic diluat. Anionii grupei a III-a (NO3-, CH3COO-, NO2 ) nu au reactiv de grupă. O altă metodă de clasificare a anionilor în analiza calitativă se bazează pe proprietăţile oxido-reducătoare ale acestora. Conform proprietăţilor redox (o altă denumire pentru oxidoreducere), anionii sunt clasificaţi, de asemenea, în trei grupe: Anionii reducători: S2-, SO32-, I-, C2O42-, S2O32- ş.a. Reactivul de grupă este permanganatul de potasiu (soluţie 0,005 mol/l) în mediu de acid sulfuric (1 mol/l), care se decolorează la interacţiunea cu reducătorii. Anionii oxidanţi: MnO4- , Cr2O72-, CrO42-, NO3- ş.a. În mediu de acid sulfuric (2 mol/l), anionii oxidanţi interacţionează cu soluţia de iodură de potasiu KI. Iodul eliminat colorează soluţia în galben. Dacă la soluţia de iod se adaugă 2-3 ml de benzen sau de cloroform, se observă colorarea fazei organice în roz-violet. Anionii indiferenţi: SO42- , CO32- , PO43- , SiO32- , CH3COO- ş.a. Anionii indiferenţi sunt inerţi faţă de oxidanţi şi de reducători. Spre deosebire de cationi, majoritatea anionilor pot fi identificaţi în prezenţa celorlalţi, de aceea analiza amestecului de anioni nu necesită obligatoriu separarea lor în grupe analitice. EXPERIENŢA DE LABORATOR nr.6 Efectuarea reacţiilor de identificare a anionilor Cl-, CO32-, SO42- Amintiţi-vă „Normele de lucru cu substanţele chimice" (pag. 20). Îndepliniţi reacţiile de identificare a anionilor SO42-, Cl- şi CO32-, completaţi tabelul propus şi analizaţi rezultatele obţinute. Reacţii de identificare a anionilor, condiţiile de efectuare şi semnalele lor analitice Nr. Anionul cercetat Reactivul adăugat Semnalul analitic Ecuaţia reacţiei Condiţiile realizării reacţiei Proprietăţile produsului reacţiei Observaţii 1 SO42- BaCl2, 0,5 M Precipitat cristalin alb SO42- + Ba2+ = BaSO4| Mediu de hno3 Insolubil în acizi şi în alcalii Cristale mărunte cubice Reacţii de identificare a ionului SO42 Ionii SO42 fac parte din grupa întâi analitică de anioni Ionii SO42- reprezintă restul acidului sulfuric H2SO4, care este un acid tare (el cedează, după tărie, numai acizilor percloric, azotic şi celor halogenaţi). Sulfaţii de bariu, de calciu şi de plumb sunt săruri puţin solubile în apă. BaSO4 nu se dizolvă nici în acizi şi nici în alcalii. 1. Identificarea ionului SO42- prin precipitarea sulfatului de bariu nu este jenată de nici un ion, dacă reacţia este efectuată în mediu de acid azotic de o concentraţie moderată. În alte condiţii, reacţia este jenată de amestecul de ioni SO32- şi S2-, deoarece, la acidularea soluţiei, se formează sulf (precipitat alb cu nuanţă gălbuie) care, la fel, nu se dizolvă în Efectuarea reacţiei: Circa 1 ml de soluţie de analizat se tratează cu un volum egal de acid clorhidric HCl concentrat şi amestecul se încălzeşte pe baia de apă până la fierbere. Dacă se formează precipitat, după răcirea soluţiei acesta se separă prin centrifugare şi la centrifugatul transparent obţinut se acizi şi poate fi confundat cu sulfatul de bariu BaSO4: BaCl2 + Na2SO4 = BaSO4 + 2NaCl 2S2- + SO32- + 6H+ = 3Sj + 3H2O adaugă câteva picături de soluţie de clorură sau nitrat de bariu. Formarea unui precipitat alb cristalin confirmă prezenţa ionilor SO42- în proba analizată. T arcini imediate Verificaţi solubilitatea BaSO4 în acizi şi alcalii. 2. Reacţia microcristaloscopică. Sărurile solubile de calciu formează, cu ionii SO42-, un precipitat alb cristalin, cu cristale aciforme (fig. 6.1). arcini imediate Vizualizaţi la microscop forma cristalelor de CaSO4 • 2H2O obţinute. K Efectuarea reacţiei: Pe o lamelă de sticlă, se aplică o picătură de soluţie de nitrat de calciu Ca(NO3)2 şi se tratează cu o picătură de soluţie care conţine ioni SO42-. Soluţia de pe lamelă se vaporizează pe baia de apă până la apariţia fazei solide şi precipitatul se vizualizează la microscop. Reacţii de identificare a ionului CO32 (HCO3 ) Ionii CO32- (HCO3-) fac parte din grupa I analitică de anioni Acidul carbonic H2CO3 este un acid slab, instabil în soluţii. Ionul CO32- poate fi conservat doar în soluţii alcaline, unde formează sărurile respective. Carbonaţii de potasiu, sodiu şi amoniu sunt solubili în apă, iar cationii celorlalte metale formează, cu CO32-, compuşi puţin solubili în formă de săruri neutre şi bazice (Al3+, Cr3+, Fe3+ din soluţiile carbonaţilor solubili se precipită în formă de hidroxizi). Soluţiile carbonaţilor de sodiu şi de potasiu au mediu bazic cauzat de procesul de hidroliză. 1. Acizii, inclusiv cel acetic, descompun carbonaţii şi hidrogenocarbonaţii cu eliminarea gazului CO2: CO32- + 2H+ = CO2Î + H2O HCO3- + H+ = CO2Î + H2O Dioxidul de carbon este recunoscut după proprietatea lui de a tulbura apa de var (se foloseşte aparatul de recunoaştere a gazelor): CO2 + Ca(OH)2 = CaCO3 j + H2O Prezintă interferenţe ionii SO32- şi S2O32-, care pot fi înlăturaţi prin oxidare până la SO42-. Ic Efectuarea reacţiei: La 2-3 ml de soluţie care conţine ionii CO32-, în aparatul de recunoaştere a gazelor se adaugă 4-5 picături de acid clorhidric de 2 mol/l. Tubul de evacuare a gazelor se introduce în soluţie saturată transparentă de Ca(OH)2. Se observă tulburarea soluţiei. 2. Clorura de bariu formează, cu ionii CO32-, în mediu neutru sau slab bazic, un precipitat alb, solubil în acizi minerali, acid acetic şi la barbotarea excesului de dioxid de carbon: Ba2+ + CO32- = BaCO3j BaCO3 + CO2 + H2O = Ba(HCO3)2 IE Efectuarea reacţiei: Câteva picături de soluţie de hidrogenocarbonat sau carbonat de sodiu se tratează cu 3-4 picături de soluţie de hidroxid de amoniu NH4OH şi se adaugă 6-8 picături de soluţie de clorură de bariu BaCl2. Formarea unui precipitat 155Noţiune de analiză calitativă 156 V O Hidroxidul de amoniu se adaugă pentru identificarea ionului hidrogenocarbonat HCO3: Ba(HCC>3)2 + 2NH4OH = BaCOal + (NH4)2CO3 + 2H2O alb indică prezenţa în soluţia analizată a ionului CO32- sau HCO3-. Reacţii de identificare a ionului Cl Ionii Cl- fac parte din grupa a Il-a analitică de anioni Ionul Cl- este restul acidului clorhidric, care reprezintă soluţia apoasă a clorurii de hidrogen şi se plasează printre cei mai tari acizi minerali. Soluţiile concentrate ale acidului clorhidric fumegă (se degajă clorura de hidrogen). Sărurile acidului clorhidric, clorurile, sunt solubile în apă, cu excepţia AgCl, CuCl, Hg2Cl2, PbCl2. Nitratul de argint formează, cu ionii Cl-, un precipitat alb, AgCl, insolubil în soluţii de acizi, dar solubil în soluţii de NH4OH şi (NH4)2CO3: AgNO3 + NaCl = AgCl| + NaNO3 **AgCl + 2NH4OH = [Ag(NH3)2]Cl + 2H2O **AgCl + (NH4)2CO3 = [Ag(NH3)2]Cl + H2O + CO2Î La acidularea soluţiei de [Ag(NH3)2]Cl cu acid azotic, se formează un precipitat alb AgCl: [Ag(NH3)2]Cl + 2HNO3 = AgCl| + 2NH4NO3 LUCRAREA PRACTICĂ nr.5 IE Efectuarea reacţiei: La câteva picături de soluţie de analizat, se adaugă 3-4 picături de soluţie de nitrat de argint. Precipitatul obţinut se separă de soluţie şi se spală de câteva ori cu volume mici (2-3 ml) de apă distilată, apoi se adaugă 5-6 picături de soluţie de (NH4)2CO3 de 10%. Amestecul obţinut se agită bine cu bagheta de sticlă. După separarea sedimentului, la centrifugat se adaugă 2 picături de fenolftaleină şi acid azotic (2 mol/l), până la dispariţia culorii roz. Se observă tulburarea soluţiei, cauzată de formarea clorurii de argint. __ Identificarea ionilor din amestec Amintiţi-vă „Normele de lucru cu substanţele chimice" (pag. 20). Analiza calitativă a unui amestec de cationi poate fi realizată prin două tehnici: analiza fracţionată şi analiza sistematică. Esenţa analizei fracţionate constă în identificarea componentelor probei de analizat cu reacţii specifice în porţiuni separate de probă. Reacţiile specifice pot fi realizate în orice succesivitate, deoarece înlesnesc identificarea speciilor în cauză în prezenţa tuturor celorlalte. Numărul reacţiilor specifice este limitat, de aceea, în majoritatea cazurilor, componenţa calitativă a probelor se identifică folosind tehnici de analiză sistematică. Analiza sistematică presupune efectuarea unui şir de operaţi într-o anumită succesivitate, care asigură înlăturarea speciilor interferente şi realizarea reacţiilor de identificare a speciilor respective. Analiza unui amestec de cationi include următoarele etape: observaţii preliminare; cercetări preliminare; analiza sistematică ce include, la rândul său, separarea grupelor analitice de cationi şi identificarea lor. La etapa observaţiilor preliminare, se stabileşte aspectul organoleptic (culoarea, prezenţa sau absenţa precipitatului, mediul soluţiei) al probei de analizat. Dacă mediul este alcalin şi soluţia nu conţine precipitat, este puţin probabilă prezenţa cationilor, hidroxizii cărora sunt puţin solubili în apă şi în hidroxid de amoniu. Cercetările preliminare constau în efectuarea reacţiilor specifice cu care pot fi identificate speciile respective în proba de analizat. Analiza sistematică se efectuează conform unei scheme, la alcătuirea căreia se ţine cont de componentele presupuse ale amestecului analizat. Rezultatele operaţiilor şi reacţiilor analitice efectuate se introduc în tabelul analizei şi, în baza lor, la finele analizei, se fac concluzii referitor la componenţa probei analizate. Reactivi, vase chimice şi ustensile necesare: soluţii de acizi, alcalii şi reactivi analitici folosiţi în analiza calitativă; set de eprubete cilindrice şi conice pentru centrifugare, pipetă, baghetă de sticlă, arzător de gaz (spirtieră), stropitoare, apă distilată, soluţie de fenolftaleină, hârtie de indicator universal, centrifugă, microscop. Modul de lucru: După efectuarea observaţiilor şi cercetărilor preliminare (pot fi identificaţi ionii NH4+, Ba2+, Fe3+), proba de analizat (soluţia) se împarte în trei părţi. O parte din probă este utilizată pentru a efectua operaţiile conform schemei care urmează, iar celelalte două părţi se păstrează pentru eventualele verificări (puteţi alcătui o altă schemă pentru efectuarea analizei amestecului de cationi propus). Rezultatele analizei amestecului de cationi Nr. d/o Operaţia efectuată Reactivul adăugat Semnalul analitic observat Ecuaţia reacţiei Concluzii 1 Determinarea mediului soluţiei Hârtie de indicator universal Se colorează în roz Pot fi prezenţi toţi cationii presupuşi 2 Identificarea ionului NH4+ NaOH în exces, toC Colorarea hârtiei umezite de indicator universal NH4+ + OH- ^ NH3ţ + h2o Ionul NH4+ este prezent În baza concluziilor făcute în urma fiecărei operaţii, la finele analizei se trag concluzii generale referitoare la conţinutul amestecului de cationi analizat. Schema analizei sistematice a unui amestec de cationi = 3+, NH4+ 1 + HCl 2 M, C2H5OH (~5 ml) Pb2+, Ba2+, Ca2+, Fe3+, NH4 preciptat 1 soluţia 1 PbCl2 soluţia 2 j + H2O, t°C + H2SO4 1 M preciptat 2 Pb2+ f soluţia 3 identificare I BaSO4, CaSO4 preciptat3 ^ + Na2CO3 (sat.) toC BaCO3, CaCO3 3 3 preciptat 4 f~ soluţia 5 | +CH3COOH Ba2+, Ca2+, identificare ^ Fe(OH)3 soluţia 6 ^ + HCl Fe3+ identificare ijr Notă: Verificaţi p le n itu d in e a precipitării la sep a ra re a fiecărei g r u p e d e cationi. + NaOH6M ^ soluţia 4 NH4+(NH4OH) i identificare Ba2+, Ca2+, Fe3+, NH4+ Fe3+, NH4+ 157 EVALUARE 1. Argumentaţi necesitatea separării cationilor în grupe analitice în analiza calitativă. 2. Distingeţi deosebirile dintre reactivul de grupă şi reactivul specific. 3. Numiţi apartenenţa cationilor Ca2+, Fe3+ şi NH4+ la grupe analitice. Indicaţi reactivii de grupă şi produsele interacţiunii lor cu aceşti cationi. 4. Propuneţi o modalitate de separare a sulfaţilor de Pb2+, Ba2+, Ca2+. Scrieţi ecuaţiile reacţiilor. 5. Descrieţi operaţiile care trebuie efectuate pentru a identifica ionul Cl-. Scrieţi ecuaţiile reacţiilor. 6. Relataţi despre clasificările cationilor în grupe analitice. 7. Ce reacţie permite să se identifice ionul Ca2+ în prezenţa ionilor Pb2+ şi Ba2+? 8. Numiţi reactivul care permite să se identifice ionul NH4+ în prezenţa tuturor celorlalţi cationi. 9. Explicaţi de ce, pentru anionii grupei I, reactivul de grupă este soluţia de BaCl2, în mediu neutru sau slab bazic, iar pentru anionii grupei a Il-a - nitratul de argint, în mediu de acid azotic 2