16.14: Analyse qualitative inorganique

Pour les solutions contenant des mélanges de cations différents, l'identité de chaque cation peut être déterminée grâce à l'analyse qualitative. Cette technique implique une série de précipitations sélectives avec différents réactifs chimiques, chaque réaction produisant un précipité caractéristique pour un groupe précis de cations. Les ions métalliques d'un groupe sont séparés en faisant varier le pH, en chauffant le mélange pour dissoudre un précipité ou en ajoutant d'autres réactifs pour former des ions complexes.

Par exemple, les cations du groupe IV, qui se composent de carbonates et de phosphatases insolubles comme Ba²⁺, Ca²⁺ et Mg²⁺, forment tous des précipités blancs en présence de phosphate diammonique ((NH₄)₂HPO₄) dans une solution basique. Les précipités sont dissous dans de l'acide acétique dilué. Pour identifier chaque cation, un test de confirmation est effectué.

Les trois cations forment des sels de chromate jaune vif lors de l'addition de chromate de potassium (K₂CrO₄) ; toutefois, seul le chromate de baryum (BaCrO₄) est insoluble dans l'acide acétique.  La solution peut être filtrée et le filtrat contient Ca²⁺ et Mg²⁺.

Le filtrat peut maintenant être divisé en deux parties pour tester les cations restants. Si la solution forme un précipité blanc en présence d'une solution d'oxalate d'ammonium (NH₄)₂C₂O₄), les ions Ca²⁺ peuvent être confirmés. Le précipité blanc est celui de l'oxalate de calcium, qui est insoluble dans l'eau et l'acide acétique.

Mg²⁺ est identifié grâce à un test de cavité du charbon. Dans ce test, les carbonates métalliques sont décomposés en oxyde métallique correspondant dans une cavité du charbon de bois. La couleur du résidu indique le cation possible. L'oxyde de magnésium (MgO) laisse un résidu blanc dans la cavité du charbon de bois. Ce résidu est traité avec quelques gouttes de solution de nitrate de cobalt (Co(NO₃)₂). Avec la chaleur, le nitrate de cobalt se décompose en oxyde de cobalt (II), qui forme un amalgame rose (CoO-MgO), confirmant la présence de Mg²⁺.

Lorsqu'une solution inconnue contient un mélange de plusieurs ions métalliques différents, les cations peuvent être identifiés par une série systématique de précipitations sélectives, appelée analyse qualitative. A chaque étape de l'analyse, un réactif précipitant différent est ajouté. Ces réactifs précipitent sélectivement certains cations sous forme de sels insolubles, qui peuvent être éliminés, tandis que les autres restent en solution.

Dans les solutions aqueuses, il y a 22 cations courants qui peuvent être divisés en cinq groupes basés sur les produits de solubilité de leurs sels insolubles. Les cations du groupe 1 sont des ions métalliques qui forment des chlorures insolubles. La plupart des sels de chlorure sont solubles dans l'eau.

Ainsi, lorsque la solution aqueuse d'ions métalliques est traitée avec six molaires d'acide chlorhydrique, un précipité indiquerait un métal d'ion du groupe 1 comme l'argent, le plomb ou le mercure. Si aucun précipité ne se forme, cela indique qu'il n'y a pas de cations du groupe 1 présents dans la solution. Ce mélange est ensuite centrifugé ou filtré pour séparer le précipité solide et le surnageant aqueux.

Ensuite, du gaz de sulfure d'hydrogène est barboté à travers le surnageant acide. La réaction entre les ions métalliques et le sulfure d'hydrogène produit du sulfure métallique et des protons. En raison de l'ajout d'acide chlorhydrique à l'étape précédente, la forte concentration de protons déplace l'équilibre vers les réactifs.

Ainsi, dans des conditions acidiques, seul le métal du groupe 2 les ions qui forment des sels de sulfure hautement insolubles précipitent, tandis que d'autres sulfures métalliques légèrement plus solubles restent en solution. Ensuite, les cations du groupe 3, qui consistent des sulfures et hydroxydes insolubles dans les bases, sont précipités. De l'hydroxyde de sodium est ajouté au surnageant de l'étape précédente pour établir les conditions de base.

Cette addition épuise les protons de la réaction de sulfure métallique de précipitation et équilibre se déplace vers les produits. En conséquence, de nombreux sulfures métalliques étaient solubles dans des conditions acidiques deviennent maintenant insolubles et forment des précipités. De plus, les ions métalliques qui forment des hydroxydes insolubles, comme le fer, l'aluminium et le chrome, précipitent hors de la solution.

Lorsque ce mélange est séparé, seuls les ions des métaux alcalins et alcalino-terreux restent en solution. Les métaux alcalino-terreux, qui constituent les cations du groupe 4, forment des phosphates insolubles. L'ajout d'hydrogénophosphate de diammonium au surnageant basique provoque l'apparition de magnésium, calcium, de baryum et de strontium pour précipiter.

Le liquide décanté de cette étape contient le groupe 5 cations. Ces cations ne forment pas de sels insolubles et doivent être identifiés individuellement. Si vous ajoutez de l'hydroxyde de sodium à la solution dans les étapes précédentes a libéré un gaz avec l'odeur caractéristique de l'ammoniaque, puis des ions ammonium étaient présents dans le mélange.

Les ions sodium et potassium peuvent être identifiés par un test de flamme. Les ions sodium produisent une flamme jaune vif tandis qu'une flamme violette indique des ions potassium.