Analiza jakościowa

Gdy nieznany roztwór zawiera mieszaninę kilku różnych jonów metali, kationy można zidentyfikować za pomocą systematycznej serii selektywnych wytrąceń, zwanej analizą jakościową.

Na każdym etapie analizy dodawany jest inny odczynnik strącający. Odczynniki te selektywnie wytrącają niektóre kationy w postaci nierozpuszczalnych soli, które można usunąć, podczas gdy inne pozostają w roztworze.

W roztworach wodnych występują 22 powszechnie występujące kationy, które można podzielić na pięć grup na podstawie produktów rozpuszczalności ich nierozpuszczalnych soli.

Kationy grupy 1 to jony metali, które tworzą nierozpuszczalne chlorki.

Większość soli chlorkowych jest rozpuszczalna w wodzie. Tak więc, gdy wodny roztwór jonów metali jest traktowany 6 M kwasem solnym, osad wskazywałby na jon metalu z grupy 1, taki jak srebro, ołów lub rtęć.

Jeśli nie tworzy się osad, oznacza to, że w roztworze nie ma kationów grupy 1. Mieszanina ta jest następnie odwirowywana lub filtrowana w celu oddzielenia stałego osadu i wodnego supernatantu.

Następnie gazowy siarkowodór jest przepuszczany przez kwaśny supernatant. W wyniku reakcji między jonami metali a siarkowodorem powstaje siarczek metalu i protony.

Ze względu na dodanie kwasu solnego w poprzednim etapie, wysokie stężenie protonów przesuwa równowagę w kierunku reagentów.

Tak więc w warunkach kwaśnych wytrąca się tylko jony metali z grupy 2, które tworzą wysoce nierozpuszczalne sole siarczkowe, podczas gdy inne siarczki metali, które są nieco lepiej rozpuszczalne, pozostają w roztworze.

Następnie wytrąca się kationy grupy 3, które składają się z nierozpuszczalnych w zasadach siarczków i wodorotlenków.

Wodorotlenek sodu dodaje się do supernatantu z poprzedniego etapu w celu ustalenia warunków podstawowych. Dodatek ten zubaża protony z reakcji wytrącania siarczku metalu, a równowaga przesuwa się w kierunku produktów.

W rezultacie wiele siarczków metali, które były rozpuszczalne w środowisku kwaśnym, teraz staje się nierozpuszczalnych i tworzy osady.

Dodatkowo jony metali, które tworzą nierozpuszczalne wodorotlenki, takie jak żelazo, aluminium i chrom, wytrącają się z roztworu.

Po oddzieleniu tej mieszaniny w roztworze pozostają tylko jony metali alkalicznych i ziem alkalicznych.

Metale ziem alkalicznych, które stanowią kationy grupy 4, tworzą nierozpuszczalne fosforany.

Dodanie wodorofosforanu dwuamonu do zasadowego supernatantu powoduje wytrącanie się jonów magnezu, wapnia, baru i strontu.

Ciecz zdekantowana z tego etapu zawiera kationy z grupy 5. Kationy te nie tworzą nierozpuszczalnych soli i muszą być identyfikowane indywidualnie.

Jeśli dodanie wodorotlenku sodu do roztworu w poprzednich etapach uwolniło gaz o charakterystycznym zapachu amoniaku, oznacza to, że w mieszaninie obecne były jony amonowe.

Jony sodu i potasu można zidentyfikować za pomocą testu płomieniowego. Jony sodu wytwarzają jasnożółty płomień, podczas gdy fioletowy płomień wskazuje na jony potasu.