Analiza probei de sare simpla

1. Identificarea cationului

O varianta de separarea si identificare a cationilor se poate realiza prin utilizarea reactivilor de grupa, se adauga reactivului grupei a I-a analitice, (HCl), continuand in ordine cu ceilalti reactivi de grupa (H₂S, (NH₄)₂S, (NH₄)₂CO₃). Precipitatele izolate sunt prelucrate dupa schema de separare a fiecarei grupe analitice, certificandu-se prezenta ionilor prin reactii caracteristice.

O alta varianta de separare si identificare a cationilor, mai simplificata, in care amestecul contine unul sau doi cationi, presupune selectarea in grupele analitice pe baza precipitatelor hidroxizilor formati, in urma tratarii probei de analizat cu solutie NaOH 2n, prin urmarirea pH-ului la care are loc precipitarea (tabel 3).

Varianta I

Se primeste in lucru o proba de sare solida. O parte din aceasta proba (1/4) se dizolva in aproximativ 10 mL apa distilata si va reprezenta solutia initiala folosita la determinarile ulterioare.

A. In solutie initial se identifica ionul NH₄⁺, prin doua reactii caracteristice executate pe hartie din filtru (vezi reactiile de identificare pentru ionul NH₄⁺).

t⁰

a.     Solutia initiala + (Na⁺+OH^-) Hg₂(NO₃)₂    => pata neagra (Hg⁰)

concentrat   hartie filtru

t⁰

b.     Solutia initiala + (Na⁺+OH^-) Reactiv Nessler => pata buna

concentrat   hartie filtru

Obtinerea de pata neagra la tratarea hartiei de filtru cu azotit mercuros, respectiv pata bruna la tratarea hartiei de filtru cu reactivul Nessler, confirma prezenta ionului NH₄⁺ in proba de analizat.

B. Identificarea cationilor grupei I-a analitice: Ag⁺, Pb⁺², Hg₂⁺².

Intr-o eprubeta la 3-4 picaturi din solutia initiala se adauga 3-4 picaturi solutie HC1 2n. Daca se obtine un precipitat alb se confirma prezenta unui cation din grupa a I-a analitica, respectiv AgC1, PbC1₂, Hg₂C1 (precipitate albe).

Pe o cantitate mica (urme) din precipitatul alb obtinut se verifica solubilizarea acestuia in diversi solventi.

a. Daca precipitatul este insolubil in apa distilata la cald, se presupune prezenta ionului Ag⁺ sau Hg⁺², iar daca precipitatul se dizolva se confirma prezenta Pb⁺². Cu solutia initiala se executa reactii caracteristice pentru identificarea ionului Pb⁺².

b. In urme din precipitatul alb obtinut se adauga apoi solutie NH₄OH 2n, pentru identificarea prezentei ionului Ag⁺ sau Hg₂⁺².

b₁. Daca precipitatul se dizolva se presupune existenta ionului Ag⁺. Cu solutia initiala se executa reactii caracteristice pentru ionul Ag⁺.

b₂. Daca precipitatul alb trece in negru, se presupune existenta ionului Hg₂⁺². Cu solutia initiala se executa reactii caracteristice ionului Hg⁺².

C. Identificarea cationilor grupei a II-a analitice: Cu⁺², Hg⁺², Sn⁺².

Intr-o eprubeta la 3-4 picaturi din solutia initiala se adauga 3-4 picaturi de solutie HC1 2n si reactivul de grupa H₂S (sau HC1 si Na₂S).

a. Daca se obtine un precipitat brun in solutie se presupune prezenta precipitatul SnS. Se verifica solubilizarea precipitatul (in urme din precipitatul obtinut) in HC1conc. Daca precipitatul se dizolva se presupune existenta Sn⁺². Cu solutia initiala se vor executa reactii caracteristice pentru ionul Sn⁺².

b. Daca se obtine un precipitat negru in solutie se presupune prezenta precipitatelor CuS sau HgS. Se verifica solubilizarea precipitatului negru (in urme) in HNO₃ diluat.

b₁. Daca precipitatul se dizolva se presupune existenta ionului Cu⁺². Cu solutia initiala se vor executa reactii caracteristice pentru ionului Cu⁺².

b₂. Daca precipitatul negru se dizolva in HNO₃ conc. se presupune prezenta ionului Hg⁺². Cu solutia initiala se vor executa reactii caracteristice pentru ionul Hg⁺².

Observatii. Daca la adaugarea de Na₂S in cantitate mica se obtine un precipitat alb, aceasta se datoreaza formarii sulfului opalescent oxidat (S⁰), de catre un cation sau anion oxidat prezent in solutie. Drept urmare se adauga o cantitate mai mare de Na₂S. Daca nici in aceasta situatie nu se obtine un precipitat brun sau negru este posibil ca in proba de analizat sa fie prezent un cation sau un anion oxidat care trece S^-2 S⁰ si nu este prezent deci, un cation al grupei a II-a analitice.

D. Identificarea cationilor grupei a III-a analitice: Al⁺³, Fe⁺², Fe⁺³, Mn⁺², Ni⁺²

Intr-o eprubeta la 3-4 picaturi proba de analizat se adauga 3-4 picaturi solutie NH₄Cl-NH₄OH si 3-4 picaturi solutie Na₂S (mediu bazic) si se urmareste efectul.

a. Daca se obtine un precipitat alb se presupune formarea precipitatului Al(OH)₃, deci prezenta ionuluiAl⁺³. Cu solutia initiala se executa reactii caracteristice pentru ionul Al⁺³.

b. Daca se obtine un precipitat roz se presupune formarea precipitatului MnS, deci prezenta ionului Mn⁺² si se executa reactii caracteristice cu solutia initiala.

Observatie. La solutia initiala foarte diluata cu multa apa distilata, deci o concentratie mica de ion Mn⁺², se adauga KIO₄ (solid) si HNO₃ conc. si daca la incalzire se obtine o solutie roz ce trece in violet, se certifica prezenta ionului Mn⁺².

c. Daca se obtine un precipitat negru, acesta se poate datora formarii precipitatelor FeS, Fe₂S₃, NiS.

c₁. Daca precipitatul negru se dizolva in HC 2n sunt precipitate ce contin ionul Fe⁺² sau Fe⁺³. Cu solutia initiala se vor executa reactii caracteristice comparative pentru cei doi cationi.

c₂. Daca precipitatul este negru si se dizolva in HNO₃ conc. se presupune prezenta precipitatului NiS, cationul presupus este Ni⁺². Cu solutia initiala se vor executa reactii caracteristice pentru ionul Ni⁺².

Observatii: Este posibila prezenta in solutie a unui oxidat care reduce S^-2 S⁰(opalescenta alba). Daca precipitatul alb obtinut nu se dizolva in exces de NaOH se presupune ca nu este prezent un cation al grupei a III-a (ionul Al⁺³).

E. Identificarea cationilor grupei a IV-a analitice: Ca⁺², Ba⁺²

Intr-o eprubeta la 3-4 picaturi de solutie initiala se adauga 3-4 picaturi solutie (NH₄),CO₃ si se urmareste efectul.

a. Daca se obtine un precipitat alb se presupune existenta precipitatelor CaCO₃ si BaCO₃. Daca la adaugarea solutiei CH₃COOH 2n apare efervescenta, aceasta este datorita formarii CO₂. Cu solutia initiala se vor executa reactii caracteristice comparative pentru Ca⁺² si Ba⁺².

Observatii:

Daca cu solutia initiala si H₂SO₄ 2n se obtine un precipitat alb este precipitat BaSO₄. Nu se obtine un precipitat de CaSO₄ decat cu H₂SO₄ conc.

Daca cu solutia initiala si solutie K₂CrO₄ se obtine un precipitat galben este precipitatul BaCrO₄. Nu precipita CaCrO₄ decat la adaugare de alcool, cand apare o coloratie galbena.

b. Daca nu se obtine nici un precipitat nu este prezent un cation al grupei a IV-a analitice.

F. Identificarea cationilor grupei a V-a analitice: K⁺, Na⁺, Mg⁺².

La 3-4 picaturi din solutia initiala se adauga NaOH si se urmareste efectul.

a.     Daca se obtine un precipitat alb se presupune prezenta Mg(OH)₂. Cu solutia initiala prin reactii caracteristice se cauta prezenta Mg⁺² (vezi identificarea ionului Mg⁺²).

b.     Daca nu se formeaza nici un precipitat alb cu NaOH, nu este prezent ionul Mg⁺². Cu solutia initiala se cauta prezenta ionului K⁺ si a ionului Na⁺ prin reactii caracteristice.

Varianta a II-a

Se primeste proba de analizat care contine cationii studiati. In proba solida se procedeaza la analiza preliminara, obtinandu-se informatii asupra ionilor prezenti sau absenti. O cantitate mica din proba solida (1/3) se dizolva in apa distilata.

1.     In solutia obtinuta se incearca identificarea ionului NH₄⁺ (care ulterior poate fi introdus prin intermediul reactivilor) si a ionului Na⁺, prin reactii caracteristice. Reactii pozitive obtinute pentru unul sau altul dintre cationi certifica prezenta cationului in proba.

2.     Daca in solutie nu s-a identificat ionul NH₄⁺ sau Na⁺, solutia se trateaza cu NaOH 2n. Solutia de lucru trecuta intr-un pahar Berzelius, la un pH-metru in care s-au imersat electrozii de lucru (sticla si colomel) cu agitare electromagnetica, se trateaza cu NaOH 2n in picatura, si in functie de pH–ul la care are loc precipitarea se slabeste grupa de precipitare a cationului (tabel 3).

Se urmareste culoarea precipitatului format si valoarea pH-ului la care acul instrumentului ramane constatat, in zona de precipitare. In aceasta zona cationul M⁺ⁿ si HO^- din NaOH precipita hidroxidul M(OH)_n, ca urmare pH–ul nu se modifica.

Reactia de precipitare are loc conform reactie:

M⁺² + 2NaOH M(OH)₂ + 2Na⁺

In momentul cand M⁺ⁿ a fost precipitat total, in solutie va ramane exces de HO^- si ca urmare pH-ul va creste, acul deplasandu-se spre urmatoarea zona de pH.

In concluzie, pentru a gasi zona de precipitare a cationului M⁺ⁿ din solutie, la adaus de NaOH in picatura se va prinde momentul cand apare opalescenta solutiei (incepe precipitarea M(OH)_n, apare culoarea precipitatului) si se mentine pH-ul constant, intrerupand adaosul de NaOH cand pH-ul creste vizibil (moment in care se sfarseste precipitarea M(OH)_n).

Tabel 1. Precipitate tip hidroxid in functie de pH-ul solutiei

Precipitatul se separa prin centrifugare sau filtrare, se dizolva in 1-2ml solutie CH₃COOH 2n. Solutia obtinuta este folosita la identificarea cationului, corespunzator zonei de pH determinata anterior, prin executarea reactiilor caracteristice.

3.     Daca solutia nu precipita cu NaOH 2n pana la pH 12 (sunt absenti cationii respectivi) solutia initiala se trateaza cu solutie de Na₂CO₃ si precipitatul eventual format (CaCO₃ sau BaCO₃) dizolvat apoi in CH₃COOH este utilizat la identificarea ionului Ba⁺² si Ca⁺², prin reactii comparative (vezi identificarea ionului Ca⁺² si Ba⁺²).

Daca solutia nu precipita cu solutie Na₂CO₃ se cauta in solutia initiala prezenta ionului K⁺.

Se certifica prezenta unui cation sau al altuia prin reactii caracteristice (vezi identificarea cationilor).

2. Identificarea anionului

Pentru recunoasterea anionilor se procedeaza la departajarea acestora in grupe analitice pe baza observatiilor ce se obtin la tratarea probei de analizat cu solutie AgNO₃ 2n si respectiv Ba(NO₃)₂ 2n (tabel 4).

Se primeste o proba de analizat solida care contine anionii studiati.

A. In proba solida se vor executa reactii preliminare cu mare atentie, obtinandu-se informatii asupra prezentei sau absentei unor anioni.

Se urmareste comportarea probei solide fata de H₂SO₄ 2n la rece si la cald. De obicei se degaja gaze incolore sau colorate, care se cunosc dupa miros si comportare.

Din reactiile executate la rece:

- Prezenta CO₂, un gaz efervescent, fara miros indica prezenta CO₃^-2; tulbura o solutie de Ba(OH)₂ iar la incalzire trece in BaCO₃ un precipitat alb.

- Prezenta SO₂, un gaz cu miros intepator indica prezenta SO₃^-2. Este pus in evidenta prin decolarea unei hartii de filtru imbibata cu solutie de iod.

- Prezenta H₂S, un gaz cu miros de oua stricate indica prezenta S^-2. Este pus in evidenta prin innegrirea unei hartii de filtru imbibata cu solutie de ioni de Pb⁺².

- Prezenta NO₂ si NO, gaze de culoare bruna indica prezenta ionilor NO₂^-.

- Prezenta CH₃COOH, un miros de otet, caracteristic indica prezenta ionului CH₃COO^-.

Comportarea fata de H₂SO₄ conc., se executa cand nu sunt indicatii preliminare urmarind comportarea in solutie de H₂SO₄ 2n. Reactiile se vor executa la rece sau la cald, insa se va lucra cu multa atentie existand pericolul unor mici accidente. Gazele pot fi incolore sau colorate.

- Prezenta HCl, un gaz cu miros intepator indica prezenta ionului Cl-. Folosind o bagheta de sticla umecta in NH₄OH se formeaza un fum alb de NH₄Cl.

- Prezenta I₂, degajare de vapori violeti si o solutie brun-violet indica prezenta ionului I^-.

- Prezenta NO₂, gaze de culoare bruna indica prezenta ionului NO₃^-. Reactia se executa cu eprubeta uscata in care se introduce sare solida si H₂SO₄ conc. si se incalzeste la fierbere.

B. Se stabileste grupa din care face parte anionul prin comportarea fata de solutiile de AgNO₃ 2n si Ba(NO₃)₂ 2n.

Se dizolva o cantitate de sare solida (1/3 din proba) in apa distilata. Se vor executa reactii cu Ba(NO₃)₂ si AgNO₃ si se va verifica solubilitatea precipitatelor obtinute in HNO₃ 2n. In functie de culoarea precipitatelor si solubilitatea acestora in HNO₃ 2n se stabileste grupa analitica pentru ionul prezent in conformitate cu tabelul 2 sau 4.            

B.1. Se verifica precipitarea solutiei cu AgNO₃ 2n si solubilizarea precipitatului format. Intr-o eprubeta la 3-4 picaturi solutie initiala se adauga solutie de AgNO₃ 2n. Daca se formeaza:

- un precipitat alb-galbui, insolubil in HNO₃ 2n este prezent un anion din grupa I-a analitica, Cl^- sau I^-.

- un precipitat alb care este solubil in HNO₃ 2n este prezent un anion din grupa a II-a analitica, NO^-2, CH₃COOH sau un anion din grupa a III-a analitica, CO₃^-2 sau SO₃^-2.

- un precipitat negru Ag₂S, solubil in HNO₃ 2n indica prezenta S^-2 din grupa a II-a analitica.

Tabel 2. Clasificarea anionilor in grupe analitice

Observatie: Daca nu se obtine un precipitat cu AgNO₃ 2n o parte din proba solida se trateaza cu AgNO₃ conc. Daca se formeaza precipitat alb solubil in HNO₃ 2n se presupune ca este prezent ionul NO₃^- sau CH₃COO^-.

- un precipitat alb-galbui solubil in HNO₃ 2n este prezent un anion din grupa a IV-a analitica, PO₄^-3 sau un anion din grupa a III-a analitica, CO₃^-2, sau SO₃^-2.

B. 2. Se verifica precipitarea solutiei cu Ba(NO₃)2 2n si solubilizarea precipitatului format. La 3-4 picaturi solutie initiala se adauga 3-4 picaturi solutie Ba(NO₃)2 2n. Daca se formeaza:

- un precipitat alb solubil in HNO₃ 2n, este prezent un anion din grupa a II-a analitica, CO₃^-2, SO₃^-2 sau un anion din grupa a IV-a analitica, PO₄^-3.

- daca nu se obtine un precipitat este prezent un anion din grupa I-a analitica (Cl^-, I^-) sau din grupa a II-a analitica (S^-2, NO₂^-, CH₃COO^-), grupa a V-a analitica (NO₃^-) si respectiv grupa a IV-a analitica (SO₄^-2).

- daca solutia analizata nu precipita nici cu AgNO₃, nici cu Ba(NO₃)₂ este prezent un anion din grupa a V-a analitica (NO₃^-).

C. Cu solutia de analizat se executa probe redox.

c₁. La 3-4 picaturi solutie initiala se adauga 3-4 picaturi solutie HCl 2n si 3-4 picaturi solutie reducatoare de KI.

- daca solutia devine bruna se presupune trecerea I^- la I₂, deci prezenta ionului NO₂^-, care se reduce la NO, apar vapori bruni. Obs. Este prezent eventual in proba cationul oxidant (Fe⁺³, Cu⁺²) care se reduce cu formare de I₂.

c2. La 3-4 picaturi solutie initiala se adauga solutie oxidant KMnO₄, de culoare violeta.

- daca solutia este decolorata se presupune prezenta anionilor reducatori: I-, NO₂^-, sau a SO₃^-2. Obs. Este prezent eventual in proba cationul reducator (Fe⁺², Sn⁺² etc.) care reduce ionul Mn⁺⁷ la Mn⁺² incolor.

- daca solutia analizata nu da reactii pozitive nici cu KI, nici cu KMnO₄ este prezent in solutie un anion stabil redox (Cl-, CH₃COO^-, CO₃^-2, PO₄^-3, NO₃^-, SO₄^-2).

Pentru confirmarea certa a anionului prezent in proba analizata se vor interpreta concluziile obtinute la punctele A, B si C, cu solutia initiala executand cele mai caracteristice reactii pentru anionul presupus. Daca si aceste ultime reactii sunt pozitive, indubitabil nu este prezent in proba decat acest anion.