A kvalitatív analitikai kémia. A kvalitatív analitikai kémia. A kvalitatív analitikai kémia. A kvalitatív analitikai kémia

A kvalitatív analitikai kémia

A kvalitatív analitikai kémia

Analízis: • egy bonyolultabb rendszer egyszerűbb összetevőkre való lebontása Kémiai analízis: • annak eldöntése, hogy egy ismeretlen anyag milyen komponensekből tevődik össze → minőségi vagy kvalitatív analitikai kémia • e komponensek milyen mennyiségi arányokban szerepelnek → mennyiségi vagy kvantitatív analitikai kémia

Az analitikai kémia fogalma, kialakulása: • Az analitika kialkulása egyidős a kémiával • alkémia - egyiptomi eredet, arab közvetítés - XII.sz.-tól Európában is jelen van – aranycsinálás a célja • Magyarországon: Nagy Lajos (1367) egyetem Pécsett • Bercsényi Miklós, Martonovics Ignác is hivő • Az elemátalakítás sikerét kémiai analízis döntheti el • A modern kémia kialakulása többé kevésbé szinkronban van az analitikai fejlődéssel is pl. súlyviszonytörvények, tapasztalati képlet meghatározása

• szoros kapcsolat a két kémiai ág között, ugyanazok a fizikai, kémiai változások vizsgálata vezet eredményre

A kvalitatív analitikai kémia • 1750: Francis Home: hamuzsír meghatározása titrimetriás módszerrel • 1791: Francois Antoine Descroizilles francia gyógyszerész: hipoklorit mennyiségi meghatározása (indigó segítségével) • 1833: Guy-Lussac: argentometria titrálás • 1855: Karl Fridrich Mohr: „normal” oldat, büretta, pipetta mérőlombik • Karl Remigius Fresenius (1818-1897) 1841: Anleitung zur qualitativen chemischen Analyse: szulfidos rendszer kidolgozása → ma is ismert, használt rendszer • Metallurgia igényei: ércelemzés, Bergman Berselius

A kvalitatív analitikai kémia Feladata, módszerei: • felhasználható mindenütt, ahol anyagok összetételének megállapítására, minőségének ellenőrzésére van szükség: – ipari folyamatokban: kiindulási anyagok, közbenső termékek, végtermékek analitikai ellenőrzése – biológia, orvostudomány: testnedvek összetételének meghatározása → betegségek diagnosztizálása – csillagászat, meteorológia, űrkutatás stb. – gyógyszeranalitika

Kvalitatív analitika

A kvalitatív analitikai kémia • Magyarországon: Hagyományosan erős iskolák: • Than Károly – jodometria • Winkler Lajos – preciziós gravimetria, gázanalízis, gyógyszervizsgálatok • Schulek Elemér – 1944-től a Budapesten tanszékvezető, megteremtette a korszerű gyógyszervizsgálatok alapjait •Erdey László, Burger Kálmán, Barcza lajos Feladata, módszerei: • a fizikai, kémiai törvényszerűségek tudatos alkalmazása analitikai feladatok megoldásására • a szervetlen kémiai anyagismeret a kémiai gondolkodásmód kialakításoknak igen hasznos eszköze

A kvalitatív analitikai kémia Gyógyszeranalitika: • gyógyszergyártás kiindulási anyagainak, közbenső és végső termékeinek ellenőrzése • gyógyszerek stabilitásvizsgálata • tárolás során keletkező bomlástermékek analízise • gyógyszerek hatásvizsgálata: a szervezetben keletkező lebontási termékek analízise Fontosabb módszerek: • klasszikus kémiai eszközöket (mérleg, büretta, kémcső) használó módszerek: klasszikus kémiai analízis • egyéb műszereket is alkalmazó módszerek: műszeres analitika

1

Alkalmazott módszerek The electromagnetic spectrum Spektroszkópiai módszerek: az anyag és az elektromágneses sugárzás kölcsönhatását vizsgálja → minőségre, mennyiségre is információt szolgáltat látható sugarak tartománya UV-sugarzás

γ-sugárzás kozmikus sugárzás

1·10-3

IR-sugárzás

röntgensugárzás

0,01

10

380

780

rádióhullámok mikrohullámúsugárzás

3·105

1·109

nm

Alkalmazott módszerek Spektroszkópiai módszerek: atomok, molekulák meghatározott energiájú, illetve hullámhosszú fényt nyelnek el → a gerjesztésre alkalmas fény energiáját (hullámhosszát, frekvenciáját) keressük → színkép (spektrum) • γ-sugárzás (0,5-10 pm): magátmenetek gerjesztése → γfluoreszcencia, Mössbauer spektroszkópia • röntgensugarak (0,01-10 nm): belső elektronok gerjesztése → röntgen-emissziós, -abszorpciós, -fluoreszcens módszerek

Alkalmazott módszerek Elektrokémiai módszerek: • Elektród felületén lejátszódó redoxi, illetve ioncserével járó folyamatok: → potenciálkülönbség → potenciometria • Elektrolízis során áthaladó töltésmennyiség mérése → coulombmetria • Elektrolízis során termelődött anyag mennyisége → elektrogravimetria, elektromos gázanalízis • Elektromos tér hatására bekövetkező ionvándorlás → konduktometria • Áram intenzitásának mérése, annak függése az alkalmazott potenciáltól → voltammetria (polarografia)


Alkalmazott módszerek Spektroszkópiai módszerek: • ultraibolya (10-380 nm), látható sugarak (380-780 nm) tartománya: külső elektronhéjak és molekuláknál rezgési és forgási átmenetek gerjesztése → elektrongerjesztési spektrometria (spektrofotometria) • infravörös sugárzás (1-30 μm): rezgési és forgási átmenetek gerjesztése → infravörös spektroszkópia • mikrohullámú sugárzás (0,3 mm-1 m): magspinátmenetek gerjesztése → elektronspinrezonancia (ESR), mágneses magrezonancia spektroszkópia (MMR, NMR)

Alkalmazott módszerek Diffrakciós módszerek: • elektromágneses sugárzás = röntgen • elektrondiffrakciós • neutrondiffrakciós • egykristály röntgen “szerkezet” Kromatográfiás módszerek: • a minta komponensei egy álló és egy azzal érintkező mozgó fázis között oszlanak meg • Elválasztás alapját képező folyamatok: adszorpció, abszorpció, kemiszorpció adszorpciós kromatográfia abszorpciós kromatográfia ioncserélő kromatográfia

2

Alkalmazott módszerek Kromatográfiás módszerek: • fázisok halmazállapota szerinti megkülönböztetés • vékonyrétegkromatográfia • papírkromatográfia • gélkromatográfia stb. A klasszikus kvalitatív analitika módszerei: • az érzékszerveinket használjuk • a látás legfontosabb • szaglás (H2S, NH3 veszélyes) • tapintás → hőmérséklet változás • hallás: robbanás, pezsgés • izlelés tilos (kivéve a borkóstolást)

A klasszikus analitikai kémia módszerei Klasszikus kvalitatív analitika: olyan rendszerezett reakciók végrehajtása, amelyek látható változással járnak Oldat: – csapadékképződés – oldódás – színváltozás – gázfejlődés (NH3, H2S veszélyes) Szilárd:

Következtetés: pozitív és negatív eredményből

A kvalitatív analitikai kémia Reakciók csoportosítása az analitikai kémia szempontjai szerint: Igen sokféle szempontból lehet: • egyensúlyra vezető – vagy nem • gyors – lassú • egyesülés – bomlás • exoterm – endoterm

A kvalitatív analitikai kémia Reakciók csoportosítása az analitikai kémia szempontjai szerint: Itt a cél: azonosítás – vizuális észleléssel, azaz olyan reakciókat keresünk, amelyek látható változással, illetve annak elmaradásával szolgáltatnak információt: - színváltozás (a reakció során új fázis nem képződik) - csapadékképződés, csapadékoldódás - gázfejlődés (hevítésre: olvadás, szublimáció, színváltozás)

A kvalitatív analitikai kémia Ezen reakciók három nagy csoportba sorolhatók be, mint minden reakció • sav-bázis (protonátadás-protonátvétel, savi állandó, erős sav, gyenge sav) • redoxi (elektronátadás, elektronátvétel) • komplexképződés (hard-soft savak és –bázisok reakciója, stabilitási állandó)


– hő hatásra történő változás – oldódás (kétféle információ: igen, nem, elvileg azonos értékűek)

A reakciók csoportosítása Reakciók csoportosítása gyakorlati szempontok alapján Felhasznált anyagmennyiség alapján: Felhasznált anyagmennyiség Makro 100 mg Félmikro 10 mg Mikro 1 mg Ultramikro 0,1 mg Szubmikro 0,01 mg Módszer

Kimutatható minimális mennyiség 10-100 µg 1-10 µg 10−3-1 µg 10−6-0,1 µg <10−6 µg

Szokásos oldattérfogat 1 cm3 0,1 cm3 0,01 cm3 0,001 cm3 0,0001 cm3

3

A reakciók csoportosítása Reakciók csoportosítása gyakorlati szempontok alapján Alkalmazott technika alapján: - kémcsőreakció - cseppreakció - reakció szűrőpapíron - „pontszerű” reakció (ioncserélő gyanta, gyöngy)

A reakciók csoportosítása Csoport reakció: I. anionosztály: savval reagál II. anionosztály: Ba2+-ionnal reagál III. anionosztály: Ag+-ionnal reagál

I. kationosztály: S2− ionnal csapadékot képez savas közegben III. kationosztály: S2− ionnal csapadékot képez lúgos közegben

A reakciók csoportosítása Reakciók csoportosítása szelektivitás alapján Általános reakció: egy reagens szinte valamennyi ionnal reagál 2 Mn+ + n CO32− = M2(CO3)n (alkálifémionok kivételével) Csoport reakció: a kationok, illetve anionok meghatározott körével játszódik le → az elválasztás alapját képezheti pl. hidroxid: - nincs csapadék - a kezdetben leváló csapadék a reagens feleslegében oldódik - a levált csapadék ammóniában oldódik - a levált csapadék sem hidroxidfeleslegben, sem ammóniában nem oldódik

A reakciók csoportosítása Specifikus reakció: egy reakció pozitív eredménye – szigorúan előírt és betartott feltételek mellett – egyértelműen egy anyag (ion) jelenlétére utal, míg elmaradása esetén az adott anyag (ion) jelenléte kizárható Példa: I. anionosztályon belül: S2− + nitroprusszid-nátrium: S2− + [Fe(CN)5NO]2− = [Fe(CN)5NOS]4− ibolyavörös szín III. kationosztály: Fe2+ + 2 α,α’-dipiridil = [Fe(α,α’-dipiridil)2]2+ vörös színű komplex

A reakciók csoportosítása Szelektiv reakció: közel áll a specifikushoz: azok a reakciók, melyek egy korlátozott számú és ismert anyagokat tartalmazó rendszerben egyértelműen az egyik komponensre jellemzők Példa: II. anionosztályon belül: PO43− + 3 Ag+ = Ag3PO4 sárga csap. I. kationosztályon belül: Pb2+ + SO42− = PbSO4 fehér csap. Szelektivitás fokozható: álcázás (maszkirozás) Co2+ + 4 SCN– [Co(SCN)4]2– (kék) [Fe(SCN)4]– (vérvörös) Fe3+ + 4 SCN– + F–: Fe3+ + 6 F–


[FeF6]3– színtelen

A reakciók érzékenysége Csapadékos reakció: oldhatósági szorzat határozza meg Színreakció: az abszorpció értéke (A) határozza meg, ami az ε-tól és c-től függ Egyensúlyi reakció: stabilitási állandó határozza meg kimutatási határ (μg): az a μg-ban kifejezett mennyiség, mely az adott reakcióval még észlelhető határtérfogat (cm3) az a maximális térfogat amiből még a minimális anyagmennyiség (azaz a kimutatási határ) kimutatható

4

A reakciók érzékenysége határkoncentráció (c) =

kimutatási határ (μg) határtérfogat (cm 3 )

Ez a koncentráció megegyezik az ún. ppm egységgel (parts per million) mg/kg, mg/dm3, μg/cm3 (1 kg =106 mg) Az analitikában azonban történeti okok miatt a határhígítást is használjuk. Határhígítás (H) =

10 6 ⋅ határtérfogat (cm 3 ) 10 6 = kimutatási határ (μg) határkoncentráció

A reakciók érzékenysége a) kimutatási határ: 2 μg határtérfogat: 1 cm3 2 μg határkoncentráció: c = 3 = 2 ppm

1 cm

106 H= = 5⋅105, 2

log 5⋅105 = pD = 5,7

b) kimutatási határ: 10 μg határtérfogat: 1 cm3 log 105 = pD = 5

lg (határhígítás) = lg H = pD pD értéke minél nagyobb, annál érzékenyebb a reakció

Előkészítő műveletek Mintavétel: Mintának tükrözni kell a vizsgálandó anyag összetételét. (Általában kis töredék a minta az egészéhez képest.) • Ez viszonylag egyszerű oldatok, gázelegyek esetén (homogenizálás) • Szilárd anyagok: több helyről vesszük, keverjük: pl. porítás: mozsár → dörzsölés, malom → őrlés A minta helyes kezelése: • higroszkópos anyag (védelem a nedvességtől) • oxidálódó anyag (védelem a levegőtől) • mintavételnél használt anyagok

Előkészítő műveletek Feltárás: • savas jellemű anyagok feltárása bázikus jellemű anyaggal: pl. szilikátok feltárása: alkáli-karbonátok, alkáli-lúgok, bórax • bázikus jellemű anyagok feltárása savas jellemű anyaggal pl. fémoxidok, fémek feltárása: alkálipiroszulfátok (SO3), ammónium-sók, tömény kénsav • oxidáló komponensek feltárása: redukáló anyagokkal pl. C, vaspor, elemi kén • redukáló komponensek feltárása: oxidáló anyagokkal pl. Na2O2, NaNO3


Előkészítő műveletek A minta oldása: vizes oldat a cél Oldás: (fizikai vagy kémiai oldás) • víz (hideg, meleg) • híg HCl (esetleg HClO4) • híg NaOH • cc. HCl • cc. NaOH • híg HNO3 • cc. HNO3, • királyvíz 1:3 HNO3:HCl • feltárás: sav-bázis vagy redoxi reakció

Csapadékképződési reakciók Csapadékképződés: • A csapadékkéződés a leggyakrabban „kihasznált” reakciótipus a kvalitatív analitikában • A szilárd anyag az esetek többségében új fázisként oldatokból keletkezik – az oldódás ellentéte.

5

Csapadékképződési reakciók Csapadékképződés: • Egy oldószer és egy szilárd anyag érintkezik → a szilárd anyag és az oldat egyensúlyba kerül: ΔG= 0 • Dinamikus egyensúly: a beoldódás és kiválás sebessége egyezik meg – az oldat telített az adott körülmények között. • Az oldékonyság (S, (általában: mol/dm3) a telített oldat koncentrációját jelenti az adott rosszul oldódó anyagra nézve (egyéb megadás: g anyag/100 g oldószer, g/dm3 stb.)

Csapadékképződési reakciók A csapadékok típusai: • finom eloszlású kolloidális csapadék → könnyen észlelhető, nehezen szűrhető • nagyobb részecskeméretű csapadék → könnyebben szűrhető • melegítés: finom eloszlású csapadék → nagyobb részecskeméretű csapadék • Hőmérséklet nő: csapadék oldhatósága nő → finom eloszlású csapadék oldhatósága nagyobb mértékben nő → nagyméretű részecskére telített, kisméretű részecskére telítetlen

Csapadékképződési reakciók A csapadékok öregedése • A csapadékok fokozatos átalakulását összefoglalóan a csapadék öregedésének hivjuk. • méretváltozás - átkristályosodás • polimorf átalakulás • hőmozgás okozta átalakulás • a fémhidroxidok vízvesztése: Al(OH)3 = AlO(OH) + H2O • Következmény: az oldékonysági viszonyok jelentős megváltozása.


Csapadékképződési reakciók Csapadékképződés feltétele: • Túltelített állapot: nem egyensúlyi állapot (metastabilis). (Az új fázis képződése nem egyszerű folyamat: szükséges feltétele a túltelítettség létrejötte: pl. egy forrón telített oldatot lehűtünk, oldhatóság általában csökken a hőmérséklettel, de van kivétel, pl. alkáliföldfémek szulfátjai) • Gócképződés (kristálygócok kialakulása) • Gócnövekedés (kristálygócok növekedése)

Csapadékképződési reakciók A csapadékok típusai: • gócképződés sebessége > gócnövekedés sebessége → kisméretű részecskék • gócképződés sebessége < gócnövekedés sebessége → nagyméretű részecskék • csapadékok módosulatai: legkevésbé stabilis forma válik le → átalakul a stabilis módosulattá (Ostwald szabály) pl. NiS: α-módosulat a kevésbé stabilis, savas oldatban nem válik le β-módosulat: stabilis, savas oldatban nem oldható

Csapadékképződési reakciók A csapadékok képződését kísérő egyéb folyamatok • A frissen képződő szilárd anyag felülete igen sok aktív helyet tartalmaz – ionok kötődhetnek meg → kolloidok stabilizálódása • Igen kis koncentrációban jelenlévő komponensek, amelyek önállóan nem képeznek csapadékot, beépülhetnek más csapadékokba, ún. együttleválás következhet be. pl. CdS szerves közegben Zn2+-et visz magával, noha a ZnS ilyen körülmények között jól oldódik

6

Csapadékképződési reakciók A csapadékképződés egyensúlya MpAq (oldott) p Mq+ + q Ap– MpAq(szil) Az oldat fázisra alkalmazható a tömeghatás törvénye

Kd =

q+ p

p− q

[M ] ⋅ [A ] [M p A q ]

[MpAq] = állandó Kd⋅konst = L = [Mq+]p⋅[Ap–]q ↓ oldékonysági szorzat pL = –lg L

Csapadékképződési reakciók A csapadékképződés egyensúlya Kevésbé oldódó csapadékok telített oldatában az anion és kation egyensúlyi koncetrációjának megfelelő hatványon vett szorzata állandó. Ez az állandó az oldékonysági (oldhatósági) szorzat pl. AgCl: Ca3(PO4)2:

Csapadékképződési reakciók A csapadékképződés egyensúlya Ha a rendszerben idegen elektrolit nincs jelen, a rosszul oldódó só, illetve komponensei koncetrációi között a sztöchiometriai együtthatók figyelembevételével összefüggést adhatunk meg MpAq (oldott) p Mq+ + q Ap– MpAq(szil) 3 [MpAq] = S (mol/dm ) [M] = p ⋅ S, [A] = q ⋅ S L = [M]p [A]q = (p ⋅ S)p ⋅(q ⋅ S)q = pp⋅qq⋅S(p+q) S = p+q

L p ⋅ qq p

Csapadékok oldódása L definiciójából következik, hogy ha az ionok koncentrációjának megfelelő hatványon vett szorzata „meghaladja” L értékét, akkor csapadék válik ki, mindaddig, míg az egyensúly be nem áll. Ez fordítva is igaz: ha csökkentjük valamely ion(ok) koncentrációját, akkor ez a szorzat is csökken, L szorzat értéke alá jutva a csapadék feloldódik.


L = [Ag+]⋅[Cl–] L = [Ca2+]3⋅[PO43–]2

Csapadékképződési reakciók pl. [AgCl] = S, [Ag+] = [Cl–] = S, L = [Ag+]⋅[Cl–] = S2 S = L = 1,8 ⋅10 −10 = 1,34⋅10–5 mol/dm3

[Ca3(PO4)2] = S [Ca2+] = 3S, [PO43–] = 2S 2+ 3 2 3– L = [Ca ] ⋅[PO4 ] = (3S)3⋅(2S)2 = 108⋅S5 S=5

L 2 ⋅10 −28 =5 108 108

= 1,131⋅10–6 mol/dm3

Csapadékok oldódása pl. [Ag+], [Cl–] < 1,34⋅10–5 mol/dm3 → AgCl csapadék nem válik le, illetve feloldódik [Ca2+] < 3,393⋅10–6 mol/dm3, [PO43–] < 2,262⋅10–6 mol/dm3 → Ca3(PO4)2 csapadék nem válik le, illetve feloldódik Az egyes ionok koncentrációja csökkenthető: - komplexképződési reakciókkal - redoxi reakciókkal - protonálódási reakciókkal

7

Csatolt egyensúlyok

Csatolt egyensúlyok 3 Ba2+ + 2 PO43– = Ba3(PO4)2

redoxireakció: oxidáció redukció

A(y-1)A(y+1)+

M(x+1)+ M(x-1)+

komplexképződés

[MLn]

[M*Am] [MyAx+1]y–

nL

csapadékképződés

sav-bázis


M*

Mx+

+

M(OH)(x-1)+ + H+ „fémhidrolízis”

Ay–

komplexképződés

Ay–

MyAx

HA + OH– anion protonálódása

[MLn]

[M*Am] [MyAx+1]y–

nL


sav-bázis

M*

Mx+

+



sav-bázis

komplexképződés

[MLn]

Ay–

MyAx


sav-bázis

+

Ay–


Al3+ + 6 F– A(y-1)- [AlF6]3– M(x+1)+ M(x-1)+ A(y+1)+

komplexképződés

[MLn]

[M*Am] [MyAx+1]y–

nL


sav-bázis

M*

Mx+

+


Pb2+ + 4[ML OH]– komplexképződés n

Ay–

MyAx

Cu2+ + S2– = CuS M(OH)(x-1)+ + H+ HA + OH– CuS + 8„fémhidrolízis” HNO3 = Cu2+ + 8 NO SO42– + 4 H2O 2 + protonálódása anion


Ay–

MyAx

Ca2+ + 2 F– = CaF2

redoxireakció: oxidáció M(x+1)+ redukció M(x-1)+ Pb2+ + SO42– = PbSO4

M*

Mx+

Ay–

Ay–

Ay–

MyAx



[M*Am] [MyAx+1]y–

nL


+


Ay–

A(y-1)A(y+1)+

M(x+1)+ M(x-1)+

M*

Mx+


Csatolt egyensúlyok redoxireakció: oxidáció redukció

2– [M*A Cr Hy2A Ox+1]y– 2O7m] +[M


2 [Ag(S2O3)2]3–

redoxireakció: A(y-1)oxidáció M(x+1)+ Al3+ + 3 OH– (x-1)+ = Al(OH)3 (y+1)+ redukció M A Al(OH)3 +OH– [Al(OH)4]– komplexképződés

2– + 2 H+ [ML CrO n]4

nL

2– = Ag S O 2 Ag+ + S2O Csatolt egyensúlyok 3 2 2 3

Ag2S2O3 + 3 S2O32–

PO43– + H+ HPO42– A(y-1)M(x+1)+ M(x-1)+ A(y+1)+ 2 Ag+ + CrO42– = Ag2CrO4

A(y-1)A(y+1)+

2– [Pb(OH)4][M*A y– m] [MyAx+1]

nL


sav-bázis

M*

Mx+

+


Ay–

Ay–

MyAx


8

Csatolt egyensúlyok redoxireakció: Ag+ + Cl– = AgCl oxidáció M(x+1)+ Ag+ + 2 NH3 [Ag(NH3)(x-1)+ ]+ redukció M2 komplexképződés

[M*Am] [MyAx+1]y–

nL

sav-bázis

M*

Mx+

+


Hg2+ + S2– = HgSCsatolt

Ay–

MyAx


egyensúlyok

[MLn]

M*

Mx+

+

Ay–

[MLn]

[M*Am] [MyAx+1]y–

nL


sav-bázis

M*

Mx+

+


Ay–

Ay–

MyAx


A p-mező elemeinek anionjai Halogének: ClO4–, ClO3–, BrO3–, IO3–, OCl–, F–, Cl–, Br–, I– Oxigéncsoport (16. csoport): H2O2, SO42–, SO32–, S2O32–, S2–, Sx2–

[M*Am] [MyAx+1]y–

nL


komplexképződés

Ay–

HgS + 4 Br2 + 4 H2O = [HgBr4]2– + SO42– + 4 Br– + 8 H+ redoxireakció: A(y-1)oxidáció M(x+1)+ redukció M(x-1)+ A(y+1)+ komplexképződés

egyensúlyok

2 Cr(OH)3 + 4 OH– + 3 H2O2 = 2 CrO42– + 8 H2O redoxireakció: A(y-1)oxidáció M(x+1)+ redukció M(x-1)+ A(y+1)+

A(y-1)A(y+1)+

[MLn]


Cr3+ + 3 OH– = Cr(OH) 3 Csatolt

Ay–

MyAx

Co2+ + S2– = CoS sav-bázis M(OH)(x-1)+ + H+ HA + OH– CoS + 4Br2 + 4HCl + 4H2O = [CoCl4]2– + SO42– + 8Br– + 12 H+ „fémhidrolízis” anion protonálódása

Nitrogéncsoport (15. csoport): NO3–, NO2–, PO43–, HPO42–, H2PO4– Széncsoport (14. csoport): CO32–, HCO3–, SiO32–, CN–, SCN–, CH3COO– 13. csoport: B(OH)4–

A p-mező elemeinek anionjai Analitikai besorolás: I. osztály: OCl–, SO32–, S2O32–, S2–, Sx2–, CO32–, HCO3–, SiO32–, II. osztály: BrO3–, IO3–, F–, SO42–, PO43–, HPO42–, H2PO4–, B(OH)4–

A p-mező elemeinek anionjai Csoportok jellemzése: • csoportreakció • sav-bázis sajátság (milyen az aniont tartalmazó oldat kémhatása → milyen erősségű sav anionja) • csapadékképzési tulajdonság • komplexképzési tuladonság • redoxi sajátságok

III. osztály: Cl–, Br–, I–, CN–, SCN– IV. osztály: ClO4–, ClO3–, H2O2, NO3–, NO2–, CH3COO–


9

Az I. anionosztály jellemzése OCl–, SO32–, S2O32–, S2–, Sx2–, CO32–, HCO3–, SiO32–: Csoportreakció: Oldatukat erős savval savanyítva észlelhető változás következik be (gázfejlődés, csapadékképződés) • OCl– + 2 H+ + Cl– = Cl2 + H2O Cl2 kimutatása KI-os szűrőpapírral • SO32– + 2 H+ = SO2 + H2O SO2 kimutatása KIO3-os szűrőpapírral • S2O32– + 2 H+ = SO2 + S + H2O SO2 kimutatása KIO3-os szűrőpapírral + fehér csapadék (S)

Az I. anionosztály jellemzése OCl–, SO32–, S2O32–, S2–, Sx2–, CO32–, HCO3–, SiO32–: • KI-dal reagál: OCl–: OCl– + 2 I− + 2 H+ = Cl− + I2 + H2O • I2-dal reagál: SO32–, S2O32−, S2–, Sx2– SO32– + I2 + H2O = SO42− + 2 I− + 2 H+ 2 S2O32− + I2 = S4O62− + 2 I− S2– + I2 = S + 2 I−

Az I. anionosztály jellemzése OCl–, SO32–, S2O32–, S2–, Sx2–, CO32–, HCO3–, SiO32–: Redoxi sajátság: redukál (I2-dal reagál): SO32–, S2O32−, S2–, Sx2– oxidál (KI-dal reagál): OCl– Komplexképző sajátság: S2O32−: [Ag(S2O3)2]3− SO32–: [Ag(SO3)2]3−


Az I. anionosztály jellemzése OCl–,

SO32–, S2O32–, S2–, Sx2–, CO32–, HCO3–, SiO32–: + 2 H+ = H2S • H2S kimutatása Pb(CH3COO)2-os szűrőpapírral • Sx2– + 2 H+ = H2S + (x-1) S H2S kimutatása Pb(CH3COO)2-os szűrőpapírral + fehér csapadék (S) S2–

• CO32– + 2 H+ = CO2 + H2O CO2 kimutatása Ba(OH)2-oldattal • HCO3– + H+ = CO2 + H2O CO2 kimutatása Ba(OH)2-oldattal kocsonyás csapadék • SiO32–+ 2 H+ = H2SiO3

Az I. anionosztály jellemzése sav-bázis sajátság: valamennyi anion gyenge savból származtatható, kivétel a tioszulfát (a tiokénsav erős sav): • OCl–, SO32–, S2–, Sx2–, CO32– lúgos kémhatású • HCO3– gyengén lúgos (melegítésre bomlik → lúgosodik: CO32– + CO2 + H2O) 2 HCO3– 2– • S2O3 semleges • SiO32– csak lúgos közegben létezik • Izopolisav, heteropolisav képzésre való hajlam: SiO32–

Az I. anionosztály jellemzése OCl–, SO32–, S2O32–, S2–, Sx2–, CO32–, HCO3–, SiO32–: Csapadékképző tulajdonság • Ba2+-ionnal csapadékot képez: SiO32–, SO32–, S2O32−, CO32–, HCO3– 2+ (Mg -ionnal viszont a CO32– ad csapadékot, a HCO3– nem) • Ag+-ionnal csapadékot képez: OCl– (AgCl), SO32– (Ag2SO3 – feleslegben oldódik [Ag(SO3)2]3−), S2–, Sx2– (Ag2S) CO32– (Ag2CO3, Ag2O) • számos fémionnal csapadékot képez: S2–, Sx2–

10

A II. anionosztály jellemzése BrO3–, IO3–, F–, SO42–, PO43–, HPO42–, H2PO4–, B(OH)4– Csoportreakció: Erős sav hatására nincs észlelhető változás és semleges közegben Ba2+-ionnal csapadékot képeznek • Ba(BrO3)2, Ba(IO3)2, BaF2 – csak töményebb oldatból választhatók le, savakban nehezen (melegítésre, főzve oldódnak) • BaSO4 – gyakorlatilag semmiben nem oldódik • Ba3(PO4)2, BaHPO4 – ecetsavban nem, híg salétromsavban oldódnak • Ba(B(OH)4)2 – híg savakban (pl. ecetsav) könnyen oldódik

A II. anionosztály jellemzése BrO3–, IO3–, F–, SO42–, PO43–, HPO42–, H2PO4–, B(OH)4– sav-bázis sajátság: a H3PO4 (háromértékű) és a HF gyenge sav, a HBrO3 HIO3, H2SO4 erős sav: erősen lúgos kémhatású • PO43– • HPO42–, F– gyengén lúgos gyengén savas • H2PO4– • BrO3 –, IO3 –, SO42– semleges • Izopolisav, heteropolisav képzésre való hajlam: PO43–, B(OH)4–

A II. anionosztály jellemzése BrO3–, IO3–, F–, SO42–, PO43–, HPO42–, H2PO4–, B(OH)4– Csapadékképző tulajdonság • Ag+-ionnal csapadék képez: BrO3–, IO3–, F– , SO42– – töményebb oldatból leválhat a csapadék PO43–, HPO42–, H2PO4– – Ag3PO4 sárga csapadék, savban könnyen oldódik • egyéb jellemző csapadékok: • Pb2+: SO42– → PbSO4 (Pb(BrO3)2, Pb(IO3)2 is leválhat) • magnézia-mixtúra: PO43– → MgNH4PO4 • (NH4)2MoO4: PO43– → (NH4)3(PMo12O40) sárga csap.


A II. anionosztály jellemzése BrO3–, IO3–, F–, SO42–, PO43–, HPO42–, H2PO4–, B(OH)4– • KI-dal reagál: BrO3–, IO3– BrO3– + 6 I− + 6 H+ = Br− + 3 I2 + 3 H2O IO3– + 5 I− + 6 H+ = 3 I2 + 3 H2O • I2-dal reagál: egyik anion sem

A II. anionosztály jellemzése BrO3–, IO3–, F–, SO42–, PO43–, HPO42–, H2PO4–, B(OH)4– Redoxi sajátság: redukál (I2-dal reagál): BrO3–, IO3– pl: 2 BrO3– + 5 Zn + 12 H+ = Br2 + 5 Zn2+ + 6 H2O 2 BrO3– + 5 SO32– + 2 H+ = Br2 + 5 SO42– + H2O 2 IO3– + 5 Zn + 12 H+ = I2 + 5 Zn2+ + 6 H2O 2 IO3– + 5 SO32– + 2 H+ = I2 + 5 SO42– + H2O Komplexképző sajátság: F−: [AlF6]3−: Al(OH)3 + 6 F− = [AlF6]3− + 3 OH− PO43–, HPO42–, H2PO4–, B(OH)4– (kevésbé jellemző)

A III. anionosztály jellemzése Cl–, Br–, I–, CN–, SCN– Csoportreakció: Erős sav hatására nincs észlelhető változás, semleges közegben Ba2+-ionnal nem képeznek csapadékot és Ag+ionnal csapadékot képeznek, amelyek híg salétromsavban nem oldódnak

11

A III. anionosztály jellemzése Cl–,

Br–, I–,

CN–,

SCN–

•AgCl – fehér csapadék, ammónia-, Na2S2O3-, KCN-oldat könnyen oldja • AgBr – sárgásfehér csapadék, Na2S2O3-, KCN-oldat könnyen, ammónia nehezebben oldja • AgI – sárga csapadék, Na2S2O3-, ammónia- nem, KCN-oldat oldja • AgCN – fehér csapadék, csak Ag+-felesleggel választható le, ammónia-, Na2S2O3-, KCN-oldat könnyen oldja • AgSCN – sárgásfehér csapadék, Na2S2O3-, KCN-oldat könnyen, ammónia nehezebben oldja

A III. anionosztály jellemzése Cl–, Br–, I–, CN–, SCN– Redoxi sajátság: valamennyi könnyen oxidálható: Cl2 + 2 Br– = 2 Cl– + Br2 Cl2 + 2 I– = 2 Cl– + I2 Br2 + CN− = BrCN + Br− 4 Br2 + SCN− + 4 H2O = BrCN + 7 Br− + SO42− + 8 H+

A III. anionosztály jellemzése Cl–, Br–, I–, CN–, SCN– • KI-dal reagál: egyik anion sem • I2-dal reagál: egyik anion sem sav-bázis sajátság: a HCN nagyon gyenge sav, a többi anion erős savból származtatható • CN– erősen lúgos kémhatású • Cl–, Br–, I–, CN–, SCN– semleges A HCN igen mérgező, CN–--iont tartalmazó oldat savanyítása szigorúan tilos !!

A III. anionosztály jellemzése Cl–, Br–, I–, CN–, SCN– Komplexképző sajátság: valamennyi ionra jellemző kloro-, bromo- és jodo-komplexek kevésbé stabilisak pl. [HgI4]2−, [PbI4]2− CN−, SCN− jó komplexképzők pl: [Ag(CN)2]−, [Cu(CN)4]3−, [Fe(CN)6]4− [Fe(SCN)6]4−, [Fe(SCN)6]3− Csapadékképző tulajdonság Pb2+: Cl–, Br–, I–, CN–: PbCl2 (fehér), PbI2 (sárga) stb. Cu+: Cl–, Br–, I–, CN–, SCN–: CuCl, CuI, CuSCN stb.

A IV. anionosztály jellemzése ClO4–, ClO3–, H2O2, NO3–, NO2–, CH3COO– Csoportreakció: Nem adja az I-III. anionosztály reakcióit • KI-dal reagál: H2O2, NO2–: H2O2 + 2 I– + 2 H+ = 2 H2O + I2 2 NO2– + 2 I– + 4 H+ = 2 NO + 2 H2O + I2 • I2-dal reagál: egyik anion sem


A IV. anionosztály jellemzése ClO4–, ClO3–, H2O2, NO3–, NO2–, CH3COO– sav-bázis sajátság: a HNO2 és CH3COOH gyenge sav, a többi anion erős savból származtatható • NO2–, CH3COO– gyengén lúgos kémhatású • ClO4–, ClO3–, H2O2, NO3– semleges Redoxi sajátság: redukál: megfelelő körülmények között (pH, erélyes oxidálószer) H2O2: H2O2 + Cr2O72− + H+ → Cr3+ + O2

12

A IV. anionosztály jellemzése ClO4–, ClO3–, H2O2, NO3–, NO2–, CH3COO– Redoxi sajátság: oxidál (KI-dal reagál): H2O2, NO2– ClO4–, ClO3–, NO3– csak erélyes körülmények között redukálható 2 TiO2+ + Zn + 4 H+ = 2 Ti3++ Zn2++ 2 H2O 8 Ti3+ + ClO4– + 4 H2O = 8 TiO2+ + Cl− + 8 H+ 3 Zn + 6 H+ + ClO3– = 3 Zn2+ + Cl− + 3 H2O Zn + 2 H+ + NO3– = Zn2+ + NO2– + H2O 4 Zn + 7 OH− + NO3– + 6 H2O= NH3 + [Zn(OH)4]2−

A IV. anionosztály jellemzése ClO4–, ClO3–, H2O2, NO3–, NO2–, CH3COO– Egyéb jellemző reakciók: NO2–: 2 Fe2+ + 2 H+ + 3 NO2– = 2 [Fe(NO)]2++ NO3– + H2O NO3–, NO2–: Griess-Ilosvay reagens NO3–: cc. kénsav + FeSO4 3 Fe2+ + NO3– + 4 H+ = 3 Fe3+ + NO + 2 H2O Fe2+ + NO = [Fe(NO)]2+ H2O2: TiO2+→ TiO22+

A kationok csoportosítási lehetőségei Kationok osztályai: II. osztály: savas közegben szulfidionnal csapadékot képeznek, amelyek ammónium-szulfidban, ammóniumpoliszulfidban, illetve erős lúgban (KOH) oldódnak: As(III), As(V), Sb(III), Sb(V), Sn2+, Sn4+ III. osztály: savas közegben nem nem képeznek szulfidionnal csapadékot, ammónium-szulfid hatására csapadékot adnak (MS, M(OH)3 csapadék) Co2+, Ni2+, Fe2+, Fe3+, Mn2+, Cr3+, Al3+, Zn2+


A IV. anionosztály jellemzése ClO4–, ClO3–, H2O2, NO3–, NO2–, CH3COO– Komplexképző sajátság: ClO4–, ClO3–, NO3–: nem jellemző NO2–, H2O2, CH3COO–: gyenge komplexképző [Co(NO)6]3−, [Cu(CH3COO)3]−, CrO5, TiO22+ Csapadékképző tulajdonság K+: ClO4–: KClO4 – fehér csapadék, csak töményebb oldatból válik le Cu+: Cl–, Br–, I–, CN–, SCN–: CuCl, CuI, CuSCN stb.

A kationok csoportosítási lehetőségei Kationok osztályai: I. osztály: savas közegben szulfidionnal csapadékot képeznek, amelyek ammónium-szulfidban, ammóniumpoliszulfidban, illetve erős lúgban (KOH) nem oldódnak: Ag+, Pb2+, Hg22+, Hg2+, Cu2+, Bi3+, Cd2+

I. A osztály HCl-dal csapadékot képez Ag+, Pb2+, Hg22+,

I. B osztály HCl-dal nem képez csapadékot Hg2+, Cu2+, Bi3+, Cd2+

A kationok csoportosítási lehetőségei Kationok osztályai: IV. osztály: sem savas, sem lúgos közegben nem képeznek szulfidion hatására csapadékot, ammónium-karbonáttal csapadékot képeznek Ca2+, Sr2+, Ba2+ V. osztály: sem szulfidionnal, sem ammónium-karbonáttal nem képeznek csapadékot Mg2+, Li+, Na+, K+, NH4+

13

A csoportosítás szervetlen kémiai alapjai Szulfidcsapadékok oldhatósága: pL 12,6 17,2 22,9 18,5 23,9 20,4 25,5

szulfid CdS PbS CuS HgS Ag2S Cu2S Bi2S3

pL 26,1 26,6 35,2 52,4 48,8 46,7 71,8

100

molszázalék

szulfid MnS FeS ZnS NiS(α) NiS(β) CoS(α) CoS(β)

A csoportosítás szervetlen kémiai alapjai A kénhidrogén deprotonálódási egyensúlya H3O+ + HS– H2S + H2O – HS + H2O H3O+ + S2– HS−

H2S

80 60 40 20

2−

S

0 0

2

4

6

8

10

12

14

pH

A pH szerepe a szulfidcsapadékok leválasztásában c(H2S) = 0,1 mol/dm3 [H2S] = 0,1 mol/dm3

molszázalék

100

[HS–] = 0,09 mol/dm3

HS−

H2S

A pH szerepe a szulfidcsapadékok leválasztásában L(HgS) = 3,98⋅10–53 L(CuS) = 6,31⋅10–36 L(CdS) = 7,94⋅10–27

80 60

pH = 1, [S2–] = 1⋅10–21 mol/dm3 Csapadék válik le, 3,98 ⋅10 −53 ha [Hg2+] > = 3,98⋅10–32 mol/dm3 − 21

[H2S] = 0,09 mol/dm3

40 [H2S] = 0,008 mol/dm3

20

2−

S

[S2–] = 1⋅10–21 mol/dm3

0 0

2

4

[S2–] = 1⋅10–10 mol/dm3

6

8

10

12

14

pH

1⋅10 6,31 ⋅10 −36 ha [Cu2+] > = 6,31⋅10–15 mol/dm3 1⋅10 − 21 7,94 ⋅10 −27 ha [Cd2+] > = 7,94⋅10–6 mol/dm3 1⋅10 − 21

A pH szerepe a szulfidcsapadékok leválasztásában

A pH szerepe a szulfidcsapadékok leválasztásában

L(MnS) = 2,51⋅10–13 L(FeS) = 6,31⋅10–18 L(CoS(α)) = 3,98⋅10–21 L(CoS(β)) = 3,16⋅10–26

L(MnS) = 2,51⋅10–13 L(CoS(α)) = 3,98⋅10–21 L(CoS(β)) = 3,16⋅10–26 pH = 6, [S2–] = 2⋅10–11 mol/dm3

pH = 1, [S2–] = 1⋅10–21 mol/dm3 Csapadék válik le, ha [Mn2+] > 2,51⋅108 mol/dm3 ha [Fe2+] > 6,31⋅103 mol/dm3 ha [Co2+] > 3,98 mol/dm3 ha [Co2+] > 3,16⋅10–5 mol/dm3


Csapadék válik le, ha [Mn2+] > 2,51⋅10–2 mol/dm3 ha [Co2+] > 10–10 mol/dm3 ha [Co2+] > 3,16⋅10–5 mol/dm3

14

Tiosavak, tiobázisok, tiosók

Tiosavak, tiobázisok, tiosók

Tiosavak: a sav egy vagy több oxigénjét kénre cseréljuk le:

H

O

H

O

O S O

H

O

H

O

S

S O

kénsav (szulfát)

tiokénsav (tioszulfát)

H3AsO3 arzénessav (arzenit)

H3AsS3 tioarzénessav (tioarzenit)

Tiosavak, tiobázisok, tiosók Sav-bázis reakciók: Sav és bázis reakciója: H2CO3 + 2 NaOH = Na2CO3 + 2 H2O H3AsO3 + 3 NaOH = Na3AsO3 + 3 H2O Savanhidrid és bázis reakciója: CO2 + 2 NaOH = Na2CO3 + H2O Savanhidrid és bázisanhidrid reakciója: - nátrium-karbonát CO2 + Na2O = Na2CO3 As2O3 + Na2O = Na3AsO3 - nátrium-arzenit As2S3 + 3 (NH4)2S = 2 (NH4)3AsS3 - nátrium-tioarzenit

I. kationosztály elválasztási sémája Ag+, Pb2+, Hg22+, Hg2+, Bi3+, Cu2+, Cd2+, As(III), Sb(III), Sn2+, Sn(IV), Co2+, Ni2+, Fe3+, Fe2+, Mn2+, Cr3+, Al3+, Zn2+, (I-V. osztály) Ca2+, Sr2+, Ba2+, NH4+, Mg2+, K+, Na+, Li+ +2 M HCl csapadék (I/A osztály): AgCl, Hg2Cl2, PbCl2


szűrlet 1. (I/B-V. osztály): Pb2+, Hg2+, Bi3+, Cu2+, Cd2+, As(III), Sb(III), Sn2+, Sn(IV), Co2+, Ni2+, Fe3+, Fe2+, Mn2+, Cr3+, Al3+, Zn2+, Ca2+, Sr2+, Ba2+, NH4+, Mg2+, K+, Na+, Li+

Bázis – tiobázis: NaOH – NaHS NH3⋅H2O – NH4HS Savanhidrid - tiosavanhidrid As2S3 As2O3 arzén(III)-oxid arzén(III)-szulfid Bázisanhidrid - tiobázisanhidrid Na2S Na2O (NH4)2S

Tiosavak, tiobázisok, tiosók Szulfidok sav-bázis sajátságai: I. kationosztály: Ag2S, PbS, HgS, CuS, Bi2S3, CdS tiobázisanhidridek → ammónium-szulfidban, illetve lúgos közegben nem oldódnak (kivétel: HgS + 2 KOH + S2– = K2HgS2 + 2 OH–) II. kationosztály: As2S3, As2S5, Sb2S3, Sb2S5, SnS, SnS2 As2S3 + 3 (NH4)2S = 2 (NH4)3AsS3 As2S5 + 3 (NH4)2S = 2 (NH4)3AsS4 As2S3 + 6 OH– = AsS33– + AsO33– + 3 H2O Sb2S3 + 3 (NH4)2S = 2 (NH4)3SbS3 SnS + (NH4)2S2 = (NH4)2SnS3 SnS2 + (NH4)2S = (NH4)2SnS3

I. kationosztály elválasztási sémája csapadék (I/A osztály): AgCl, Hg2Cl2, PbCl2 +forró H2O szűrlet: Pb2+

csapadék: AgCl, Hg2Cl2

+CrO42– +NH3-oldat. csapadék: Hg + Hg(NH2)Cl fekete

csapadék: PbCrO4 sárga

szűrlet [Ag(NH3)2]+ +HNO3

csapadék AgCl fehér

15

I. kationosztály elválasztási sémája

I. kationosztály elválasztási sémája szűrlet 1. (I/B-V. osztály): Pb2+, Hg2+, Bi3+, Cu2+, Cd2+, As(III), Sb(III), Sn2+, Sn(IV), Co2+, Ni2+, Fe3+, Fe2+, Mn2+, Cr3+, Al3+, Zn2+, Ca2+, Sr2+, Ba2+, NH4+, Mg2+, K+, Na+, Li+

Ag+ + HCl = AgCl + H+ Pb2+ + 2HCl = PbCl2 + 2H+ Hg22+ + 2HCl = Hg2Cl2 + 2H+ Hg2Cl2 + NH3 = Hg + Hg(NH2)Cl AgCl + 2 NH3 = [Ag(NH3)2]+ + Cl– [Ag(NH3)2]+ + Cl– + H+ AgCl + 2 NH3

+H2S

csapadék (I/B és II. osztály): PbS, HgS, Bi2S3, CuS, CdS As2S3, Sb2S3, SnS, SnS2

Pb2+ + CrO42– = PbCrO4



csapadék (I/B és II. osztály): PbS, HgS, Bi2S3, CuS, CdS As2S3, Sb2S3, SnS, SnS2

+HNO3 (20%), melegítés csapadék HgS fekete

+(NH4)2Sx

csapadék (I/B osztály): PbS, HgS, Bi2S3, CuS, CdS

szűrlet Pb2+, Bi3+, Cu2+, Cd2

+királyvíz (brómos víz + 1,2 csepp 2 M HCl, esetleg Br2 + cc HCl) szűrlet (II. osztály): AsS43–, SbS43–, SnS32–

HgCl2

+HNO3 (20%), melegítés csapadék HgS fekete

szűrlet 2. (III-V. osztály) Co2+, Ni2+, Fe3+, Fe2+, Mn2+, Cr3+, Al3+, Zn2+, Ca2+, Sr2+, Ba2+, NH4+, Mg2+, K+, Na+, Li+

+SnCl2


Hg2Cl2 (fehér) Hg (megfeketedő)


I. kationosztály elválasztási sémája +HNO3 (20%), melegítés

Pb2+ + H2S = PbS + 2 H+ Hg2+ + H2S = HgS + 2 H+ 2 Bi3+ + 3 H2S = Bi2S3 + 6 H+ 2 H3AsO3 + 3 H2S = As2S3 + H2O

csapadék HgS fekete

+cc H2SO4, melegítés hígítás deszt. vízzel

PbS + 2 H+ = Pb2+ + H2S Bi2S3 + 6 H+ = 2 Bi3+ + 3 H2S HgS + 4 Br2 + 2 HCl + 4 H2O = HgCl2 +


SO42–

+8

Br–

+ 10

H+

csapadék PbSO4 (fehér) +H2S (PbS, fekete)

+NH3 oldat

2 HgCl2 + SnCl2 = Hg2Cl2 + SnCl4 Hg2Cl2 + SnCl2 = 2 Hg + SnCl4


szűrlet Bi3+, Cu2+, Cd2

csapadék Bi(OH)3

szűrlet [Cu(NH3)4]2+, [Cd(NH3)4]2+ mélykék

16


+NH3 oldat

Pb2+ + H2SO4 = PbSO4 + 2 H+

csapadék Bi(OH)3

Bi3+ + 3 NH3 + 3 H2O = Bi(OH)3 + 3 NH4+ Cu2+ + 4 NH3 [Cu(NH3)4]2+ Cd2+ + 4 NH3 [Cd(NH3)4]2+ H+ =


+HNO3 Bi3+

Bi3+

Bi(OH)3 + 3 + 3 H3O Bi3+ + 3 I– = BiI3 BiI3 + I– [BiI4]–

+KCN-oldat +H2S

+KI-oldat +felesleg

2 [Cu(NH3)4]2+ + 9 CN– + H2O = 2 [Cu(CN)4]3– + OCN– + 2 NH4+ + 6 NH3 [Cd(NH3)4]2+ + 4 CN– [Cd(CN)4]2–

II. kationosztály elválasztási sémája

csap: CdS sárga, [Cu(CN)4]3–

csap: BiI3 fekete [BiI4]– narancssárga

[Cd(CN)4]2– + S2– = CdS + 4 CN–

II. kationosztály elválasztási sémája

+(NH4)2Sx

csapadék (I/B osztály): PbS, HgS, Bi2S3, CuS, CdS

szűrlet [Cu(NH3)4]2+, [Cd(NH3)4]2+ mélykék

szűrlet: SbCl3, SnCl4 +Fe

szűrlet (II. osztály): AsS43–, SbS43–, SnS32–

csap: Sb(+Fe)

szűrlet: SnCl2 (+Fe2+)

+HNO3, (+borkősav) +H2S

HgCl2-oldathoz öntve

+2 M HCl csapadék As2S5, Sb2S5, SnS2, (+S)

szűrlet (szükségtelen)

csap: As2S5 sárga AsO43– Bettendorf reakció

szűrlet: SbCl3, SnCl4

+NH3+H2O2 szárazra párlás

II. kationosztály elválasztási sémája As2S3 + 3 (NH4)2S = 2 (NH4)3AsS3 As2S5 + 3 (NH4)2S = 2 (NH4)3AsS4 Sb2S3 + 3 (NH4)2S = 2 (NH4)3SbS3 SnS + (NH4)2S2 = (NH4)2SnS3 SnS2 + (NH4)2S = (NH4)2SnS3 2 H3AsO4 + 3 SnCl2 + 6 HCl = As + 3 SnCl4 + 3 H2O 2 SbCl3 + 3 Fe = 2 Sb + 3 Fe2+ + 6 Cl− SnCl4 + Fe = SnCl2 + FeCl2 SnCl2 + 2 HgCl2 = SnCl4 + Hg2Cl2 SnCl2 + Hg2Cl2 = SnCl4 + 2 Hg


Hg2Cl2 (fehér) Hg (megfeketedő)

SbO+→Sb2S3 narancssárga

+cc HCl, melegítés

III. kationosztály elválasztási sémája +H2S

szűrlet 2. (III-V. osztály): Co2+, Ni2+, Fe3+, Fe2+, Mn2+, Cr3+, Al3+, Zn2+, Ca2+, Sr2+, Ba2+, NH4+, Mg2+, K+, Na+, Li+ (+NH4Cl+NH3-oldat) (semlegesítés) +(NH4)2S

csapadék (III. osztály): CoS, NiS, FeS, MnS, Cr(OH)3, Al(OH)3, ZnS

szűrlet 3. (IV-V. osztály) Ca2+, Sr2+, Ba2+, NH4+, Mg2+, K+, Na+, Li+

17

III. kationosztály elválasztási sémája

III. kationosztály elválasztási sémája Co2+, Ni2+, Fe2+, Mn2+, Zn2+ M2+ + (NH4)2S = MS + 2 NH4+ Cr3+, Al3+ M3+ + 3 (NH4)2S + H2O = M(OH)3 + 6 NH4+ + 3 HS− 2 Fe3+ + 3 (NH4)2S = 2 FeS + S + 6 NH4+

csapadék (III. osztály): CoS, NiS, FeS, MnS, Cr(OH)3, Al(OH)3, ZnS +hideg 2 M HCl csapadék: CoS, NiS

szűrlet: Fe2+, Mn2+, Cr3+, Al3+, Zn2+

MS + 2 HCl = M2+ + 2 Cl− + H2S M(OH)3 + 6 HCl = M3+ + 6 Cl− + 3 H2O CoS + 4Br2 + 4HCl + 4H2O = [CoCl4]2– + SO42– + 8Br– + 12 H+

III. kationosztály elválasztási sémája +brómos víz + kevés 2 M HCl (CH3COOH, +30% H2O2, melegítés, esetleg királyvíz vagy Br2 + cc HCl)

csapadék: CoS, NiS

szűrlet: Co2+, Ni2+ (+H2O2)

csapadék: S, (szükségtelen)

III. kationosztály elválasztási sémája [CoCl4]2– + 4 CN– = [Co(CN)4]2– + 4 Cl– 2 [Co(CN)4]2– + H2O2 = 2 [Co(CN)4]3– + 2 OH– [Ni(CN)4]2– + 4 HCHO + 4 H2O + 6 NH3 = [Ni(NH3)6]2+ + + 4 HOCH2CN + 4 OH–

forralás az oldat egy részlete +NH3, +KCN, +H2O2 +HCHO +dimetilglioxim

Co2+,

CH3

az oldat egy részlete +szilárd NH4SCN, +dietiléter [Co(SCN)4]2– kék (az éteres fázisban)

Ni-dimetilglioxim vörös komplex ([Co(CN)6]3–)

O

Ni2+

Ni2+ a vizes fázisban

III. kationosztály elválasztási sémája szűrlet: Fe2+, Mn2+, Cr3+, Al3+, Zn2+ +30% NaOH +3% H2O2, melegítés

csapadék: Fe(OH)3, MnO(OH)2 a csapadék egy részlete +HCl (oldás, kiforralás) +SCN– [Fe(SCN)3] vörös


szűrlet: [Al(OH)4]–, [Zn(OH)4]2–, CrO42– a csapadék egy részlete +cc HNO3 +NaBiO3 MnO4– lila

NOH

CH3

CH3

NOH

N Ni

CH3

O

N

+ Ni2+

2

H

H3C + 2 H+

2+

N

N

O

O

H

H3C

III. kationosztály elválasztási sémája Mn2+ + H2O2 + H2O = MnO(OH)2 + 2 H+ 2 Fe2+ + H2O2 + 4 H2O = 2 Fe(OH)3 + 4 H+ 2 MnO(OH)2 + 3 BiO3− + 4 H+ = 2 MnO4− + 4 H2O + 3 BiO+ Fe3+ + 6 SCN− Fe(SCN)6− 2 [Cr(OH)4]− + 3 H2O2 + 2 OH− = 2 CrO42− + 8 H2O [Zn(OH)4]2− + 4 NH3 [Zn(NH3)4]2+ + 4 OH− Zn2+ + H2S = ZnS + 2 H+ 2 Mn2+ + 5 BiO3– + 4 H+ = 2 MnO4– + 5 BiO+ + 2 H2O

18

III. kationosztály elválasztási sémája

IV. kationosztály elválasztási sémája szűrlet 3. (IV-V. osztály) (gyengén lúgos): Ca2+, Sr2+, Ba2+, NH4+, Mg2+, K+, Na+, Li+

szűrlet: [Al(OH)4]–, [Zn(OH)4]2–, CrO42– +sok szilárd NH4Cl, forralás

HS– eltávolítása (+HCl, forralás)

szűrlet [Zn(NH3)6]2+, CrO42–

csapadék: Al(OH)3

+(NH4)2CO3

+CH3COOH +BaCl2

+fenolftalein, +NaF-oldat [AlF4]–+OH– ciklámen (fenolftalein)

csapadék: BaCrO4 sárga

szűrlet:

csapadék (IV. osztály): CaCO3, SrCO3, BaCO3

+H2S

Al(OH)3 + 6 F−

[AlF6]− + 3 OH−

szűrlet 4. (V. osztály): NH4+, Mg2+, K+, Na+, Li+

Zn2+

M2+ + CO32− = MCO3

csapadék: ZnS fehér

IV. kationosztály elválasztási sémája

IV. kationosztály elválasztási sémája

+(NH4)2CO3

szűrlet: Ca2+, Sr2+

csapadék (IV. osztály): CaCO3, SrCO3, BaCO3

+Na2CO3 CaCO3, SrCO3

+CH3COOH

+HCl

Ca2+, Sr2+, Ba2+

Ca2+, Sr2+ +NaCH3COO +K2Cr2O7 csapadék: BaCrO4 sárga

csapadék: SrSO4

+cc CaSO4

szűrlet: Ca2+ +NH3 +K4[Fe(CN)6]

szűrlet: Ca2+, Sr2+

Ca2+ + K4[Fe(CN)6] = K2Ca[Fe(CN)6+ 2 K+

2 Ba2+ + Cr2O72− + H2O = 2 BaCrO4+ 2 H+

csapadék: K2Ca[Fe(CN)6] fehér

V. kationosztály elválasztási sémája szűrlet 4. (V. osztály): NH4+, Mg2+, K+, Na+, Li+ Egyedi kísérletek a szűrlet egy-egy részletével NH4+ az eredeti mintából +NaOH, melegítés NH3 gáz (indikátorpapírral kimutatható)


Mg2+ +NH3 +Na2HPO4 csapadék: MgNH4PO4⋅6H2O fehér

K+ +HClO4 +etanol csapadék: KClO4 fehér

Na+, Li+ lángfestési próba

Mg2+ + NH3 + Na2HPO4 = MgNH4PO4 + 2 Na+ NH4+ + OH− = NH3 + H2O

19

A kvalitatív analitikai kémia. A kvalitatív analitikai kémia. A kvalitatív analitikai kémia. A kvalitatív analitikai kémia

Recommend Documents