Transcript Analytická chemie

Analytická chemie
Analytická chemie
• zkoumá složení (kvalitu) a množství
(kvantitu) látek
– kvalitativní analýza
• dokazuje přítomnost prvků, skupin nebo sloučenin
– kvantitativní analýza
• určuje látkové množství, hmotnost nebo koncentraci
• předpokladem správně provedené analýzy je
v první řadě vhodný vzorek
– musí mít průměrné složení zkoumané látky
– měl by být stejnorodý
Analytická chemie
• metody analytické chemie
– podle způsobu práce se zkoumanou látkou
• metody chemické
– založené na chemických reakcích zkoumané látky
• metody instrumentální
– založené na využití přístrojů a výpočetní techniky
– podle množství zkoumané látky
• makroanalytické (více než 0,1 g nebo 10 ml)
• semimikroanalytické (0,1> >0,01 nebo >0,1 ml)
• mikroanalytické (0,01> >0,001 nebo 0,1> >0,01 ml)
Kvalitativní analýza
• úkolem je:
– dokázat přítomnost nebo nepřítomnost látky
– zjistit složení neznámého vzorku
• hlavní rozdíly mezi anorganickou a
organickou analýzou:
Anorganická analýza
Organická analýza
Důkazy založeny na rychlých reakcích iontů
Reakce molekul v roztocích jsou pomalejší
Důkaz iontu je zpravidla dostačující informace
Nutná je identifikace molekuly
Ionty lze dokázat i ve směsích
K identifikaci je nutné chemické individuum
Důkaz je často založen na subjektivních metodách
Identifikace obvykle vyžaduje instrumentálních
metod
Kvalitativní analýza
• obecné zásady:
– nikdy nepoužít všechen vzorek
• kvůli případnému opakování některé reakce,
provedení dalších reakcí
– zvolit vhodnou metodu podle množství vzorku
– zaznamenávat všechna pozorování
– popsat vzorek před začátkem analýzy
– vzorek rozpouštět až po provedení zkoušek s
pevnou látkou
– dbát na čistotu laboratorního nádobí a látek
Kvalitativní analýza anorganických
látek
• velká část anorganických látek jsou látky
iontové
– často rozpustné ve vodě
• při rozpouštění disociují na ionty
– zjištění složení látky tedy sestává z
• důkazu aniontu
• důkazu kationtu
Kvalitativní analýza anorganických
látek
• reakce využitelné při analýze musejí splňovat:
1. Reakce musí být doprovázena na první pohled viditelnou změnou
(např. vyloučením sraženiny, úplným rozpuštěním sraženiny,
změnou barvy apod.).
2. Reakce musí mít vysokou rovnovážnou konstantu. Musí proběhnout
téměř úplně ve směru k produktům.
3. Reakce musí proběhnou velmi rychle (prakticky okamžitě) již za
normální nebo mírně zvýšené teploty.
4. Reakce musí být pro určitou látku (= ion) nebo skupinu látek
(= skupinu iontů) charakteristická.
Kvalitativní analýza anorganických
látek
– většinou využíváme srážecí, komplexotvorné
nebo redoxní reakce
• postup kvalittativní analýzy anorganických
látek
– orientační zkoušky
– selektivní reakce
– specifické reakce
Kvalitativní analýza anorganických
látek
• orientační zkoušky
– popis vzorku – barva, vzhled krystalů,...
– pH reakce
a) neutrální: voda, soli silných kyselin a silných
zásad;
b) alkalická: hydroxidy, soli slabých kyselin a silných
zásad;
c) kyselá: kyseliny, soli silných kyselin a slabých
zásad
Kvalitativní analýza anorganických
látek
– odparek
a) žádný: voda, těkavé kyseliny, NH4OH
b) odparek: soli, ostatní látky
– rozpustnost
• ve vodě, kyselinách, (taveninách)
– vývoj plynů
• s H2SO4
–
–
–
–
CO2 (CO32-, HCO3-) – důkaz: reakce s Ba(OH)2
SO2 (SO32-, HSO3-) – důkaz: čichem, reakce s Cr2O72H2S (S2-, HS-) – důkaz: čichem, reakce s Pb(CH3COO)2
NO + NO2 (NO2-) – důkaz hnědé dýmy
Kvalitativní analýza anorganických
látek
• s NaOH
– NH3 (NH4+) – důkaz: pH papírek, čich
– zkouška v plameni
•
•
•
•
•
těká – soli NH4+, Hg, As,...
praská – hydráty, zpravidla vzorek mění i barvu
taví se – soli alkalických kovů
třaská – NO3-, ClO3-, ClO4barví plamen – Li+, Na+, K+, Ca2+, Sr2+, Ba2+, Cu2+
Kvalitativní analýza anorganických
látek
• selektivní zkoušky
– selektivní (skupinová) činidla reagují se
skupinami prvků a umožňují je tak rozdělovat do
skupin (analytických tříd)
• specifické zkoušky
– reakce se specifickým činidlem umožňuje
konečné a jednoznačné určení prvku (skupiny)
Určování kationtu
• jako první ověřujeme přítomnost amoniaku
– amonné ionty jsou obsaženy v některých
skupinových činidel
– důkaz amoniaku
• reakce s alkalickými hydroxidy
NH4+ + NaOH → NH3 + Na+ + H2O
• reakce s Nesslerovým činidlem (K2[HgI4])
– ke vzorku se přidá pár kapek hydroxidu a činidla
» pozitivní reakce – vznik žluté až hnědé sraženiny
– reakce je velmi citlivá
Určování kationtu
• Dělení kationtů do tříd
– pro zjednodušení práce jsou kationty
rozděleny do skupin podle reakcí se
skupinovými činidly
– nejběžnější je sirovovodíkový způsob
Určování kationtů
• důkazy kationtů selektivními a specifickými
činidly
– I. třída (Ag+, Pb2+)
• Ag+
– reakce s dichromanem
» pozitivní výsledek:
vznik červenohnědé sraženiny Ag2Cr2O7
rozpustná ve zředěné HNO3 a NH3
• Pb2+
– reakce s dichromanem
» pozitivní výsledek:
vznik žluté sraženiny
Určování kationtů
– II. skupina (Cu2+)
• Cu2+
– barví plamen modrozeleně
– reakce se žlutou krevní solí K4[Fe(CN)6] v mírně
kyselém nebo neutrálním prostředí
» pozitivní výsledek
» červenohnědá sraženina
– reakce s kupronem v mírně kyselém prostředí
» pozitivní výsledek:
vzniká zelená sraženina nerozpustná v NH3
Určování kationtů
– III. skupina (Al3+, Fe2+,3+, Mn2+, Zn2+, Co2+…)
• Al3+
– reakce s alizarinem za přítomnosti amoniaku
» pozitivní výsledek:
vznik červeného laku
• Fe3+
– reakce se žlutou krevní solí K4[Fe(CN)6]
» pozitivní výsledek
vznik tmavě modré sraženiny berlínské modři
Určování kationtů
– reakce s SCN» pozitivní výsledek
vznik intenzivně červeného roztoku, lze vytřepat do
etheru
– reakce s kyselinou salicylovou
» pozitivní výsledek
vznik intenzivního červenofialového zbarvení
– reakce s kyselinou chromotropovou v přítomnosti
octanu
» pozitivní výsledek
vznik itenzivně hnědého roztoku
Určování kationtů
• Fe2+
– reakce s červenou krevní solí K3[Fe(CN)6]
» pozitivní výsledek
vznik modré sraženiny berlínské modři
– reakce se žlutou krevní solí K4[Fe(CN)6]
» pozitivní výsledek
vznik bílé sraženiny, na vzduchu postupně modrá až do
barvy berlínské modři (často ihned)
• Co2+
– reakce s thiosíranem sodným
» pozitivní výsledek
krystalová drť thiosíranu se zbarví jasně modře
Určování kationtů
– reakce s dusitanem draselným
» pozitivní výsledek
v přebytku dusitanu vznikne žlutá sraženina
K3[Co(NO2)6]
– reakce s thiokyanatanem amonným
» pozitivní výsledek
vznik modrého roztoku [Co(SCN)4]2-
• Mn2+
– reakce s hydroxidy (reakce s hydroxidy)
» pozitivní výsledek
slabě růžová sraženina, postupně hnědne
lze urychlit přítomností H2O2
Určování kationtů
– reakce se sulfidem amonným (reakce s (NH4)2S)
» pozitivní výsledek
vznik narůžovělé sraženiny, na vzduchu postupně
hnědne
• Ni2+
– reakce s amoniakem (reakce s amoniakem)
» pozitivní výsledek
světle zelená sraženi rozpustná v nadbytku NH3 na
modrý roztok
– reakce s diacethylglyoximem (Čugajevovým činidlem)
» pozitivní výsledek
vznik červené sraženiny v amoniakálním nebo
octanovém prostředí
Určování kationtů
• Zn2+
– reakce s hexakyanoželeznatanem draselným
(reakce s K4[Fe(CN)6])
» pozitivní výsledek
vznik bílé sraženiny
– IV. skupina (Ca2+, Sr2+, Ba2+)
• Ba2+
– barví plamen zeleně
– reakce s chromanem nebo dichromanem
» pozitivní výsledek
vznik žuté sraženiny v prostředí kyseliny octové
Sr2+ a Ca2+ se za těchto podmínek nesrážejí
Určování kationtů
– reakce se sádrovou vodou (nasyceným roztokem CaSO4)
» pozitivní výsledek
okamžitý vznik bílé sraženiny (narozdíl od Sr2+, kde
vzniká pomalu)
• Sr2+
– barví plamen na šarlatově červený
– reakce se sádrovou vodou (nasyceným roztokem CaSO4)
» pozitivní výsledek
postupný vznik bílé sraženiny (narozdíl od Ba2+, kde
vzniká okamžitě)
– reakce s chromany nebo dichromany
» pozitivní výsledek
vznik žluté sraženiny rozpustné v kyselině octové
Určování kationtů
• Ca2+
– barví plamen cihlově červeně
– reakce se šťavelanem amonným (reakce se
šťavelanem amonným)
» pozitivní výsledek
vznik bílé sraženiny
– V. skupina (Na+, K+, Li+, Mg2+)
• Na+
– barví plamen oranžově
Určování kationtů
• K+
– barví plamen růžovofialově
– reakce s hexanitratokabaltitanem sodným
» pozitivní výsledek
vznik žluté sraženiny Fischerovy soli
– reakce s HClO4 nebo NaClO4 (reakce s HClO4 nebo NaClO4)
» pozitivní výsledek
vznik bílé sraženiny chloristanu draselného
• Li+
– barví plamen karmínově červeně
– reakce s fosforečnanem sodným (reakce s Na3PO4)
» pozitivní výsledek
vznik bílé sraženiny ve slabě zásaditém prostředí
Určování kationtů
• Mg2+
– reakce s magnesonem
» pozitivní výsledek
nezřetelná sraženina Mg(OH)2 se zbarví jasně
modře
– reakce s Na2HPO4 (reakce s Na2HPO4)
» pozitivní výsledek
vznik bílé sraženiny
Určování aniontů
• provádí se zpravidla až po důkazu kationtu
– informace o rozpustnosti sloučeniny a
kationtu může velmi výrazně zúžit výběr
možných aniontů
• velký význam mají předběžné zkoušky
– důkazové reakce aniontů jsou méně přesné
• anionty dělíme do tří analytických tříd
podle reakcí se skupinovými činidly
– BaCl2 a AgNO3
Určování aniontů
• předběžné zkoušky aniontů
– pH
• kyselá reakce vylučuje přítomnost aniontu slabých
kyselin
• zásaditá reakce poukazuje na přítomnost aniontu
slabé kyseliny
– barva roztoku
• pakliže není přítomen barevný kationt
– CrO42- žlutá, Cr2O72- oranžová, MnO4- fialová,...
Určování aniontů
– zjištění přítomnosti těkavých kyselin
• reakcí s kyselinou sírovou a zahřátím směsi
– mohou se uvolňovat CO2, SO2, NOx, HCN
– zjištění redukčních účinků sloučeniny
• reakce s roztokem manganistanu nebo jodu
– pozitivní výsledek
odbarvení roztoku (Mn2+, I-)
– zjištění oxidačních účinků sloučeniny
• reakce s jodidem draselným za přítomnosti škrobu
– pozitivní výsledek
zmodrání až zčernání roztoku (I2 + škrob)
Určování aniontů
• analytické třídy aniontů
– I. třída aniontů
• srážejí se barnatými kationty (BaCl2)
• I.A – sraženina je rozpustná v kyselině octové
– CO32-, PO43-, SiO32-
• I.B – sraženina je nerozpustná v kyselině octové i
dusičné
– IO3-, SO42-
• I.C – sraženina je rozpustná v kyselině dusičné,
ale ne v kyselině octové
– F-, SO32-, CrO42-, S2O32-
Určování aniontů
– II .třída aniontů
• vytvářejí sraženinu s Ag+
• II.A – sraženina je rozpustná ve zředěném amoniaku
– Cl–, CN–, [Fe(CN)6]3-
• II.B – sraženina se nerozpouští ani v koncentrovaném
roztoku NH3
– I–, S2-, [Fe(CN)6]4-
• II.C – sraženina se rozpouští v koncentrovaném
roztoku NH3
– Br– a SCN–
Určování aniontů
– III. třída aniontů
• nesráží se ani BaCl2 ani AgNO3
• NO3–, NO2–, ClO3–, ClO4–, CH3COO–
• selektivní reakce aniontů
– SO42• bílá sraženina BaSO4 na rozdíl od ostatních aniontů I.
třídy není rozpustná ani ve zředěné HCl za horka
Určování aniontů
• reakce s Pb(CH3COO)2 (reakce s Pb(CH3COO)2)
– pozitivní výsledek
vznik bílé sraženiny rozpustné v alkalických hydroxidech
– SO32• středně silná redukční činidla
• reakce s manganistanem v kyselém prostředí
– pozitivní výsledek
odbarvení roztoku
Určování aniontů
• reakce s I2 a škrobem
– pozitivní výsledek
odbarvení roztoku
– S2• zředěné kyseliny uvolňují z roztoku zapáchající H2S
– CO32• kyselina sírová vytěsňuje z roztoku CO2
– důkaz reakcí s barytovou vodou Ba(OH)2 → bílý BaCO3
Určování aniontů
– CrO42•
•
•
•
žluté až žlutooranžové zbarvení roztoků
silné oxidační účinky, zejména v kyselém prostředí
okyselením přecházejí na oranžové dichromany
reakce s Ba(CH3COO)2 (v prostředí CH3COOH)
– pozitivní výsledek
vznik žluté sraženiny
• reakce s dusičnanem stříbrným
– pozitivní výsledek
vznik červenohnědé sraženiny rozpustné v NH3 a silných
kyselinách
Určování aniontů
• reakce s jodidem draselným v kyselém prostředí
– pozitivní výsledek
vznik zeleného roztoku Cr3+ a jodu
I2 lze potvrdit přidáním škrobu
• reakce s peroxidem vodíku za přítomnosti H2SO4
– pozitivní výsledek
vznik modrého roztoku CrO(O2)2
ve vodě nestálý CrO(O2)2 lze vytřepat do amylalkoholu
nebo etheru
Určování aniontů
– PO43• reakce s hořečnatou solucí
(reakce s MgCl2 + amonný pufr)
– pozitivní výsledek
vznik bílé sraženiny nerozpustné v NH3, rozpustné v
kyselinách
• reakce s molybdenovou solucí
(reakce s roztokem (NH4)2MoO4 v HNO3)
– pozitivní výsledek
vznik žluté krystalické sraženiny
Určování aniontů
• reakce s AgNO3 v neutrálním prostředí
– pozitivní výsledek
vznik žluté sraženiny rozpustné v NH3 i kyselinách
– SiO32• rozpustné křemičitany přecházejí v kyselém
prostředí na gelovitou kyselinu křemičitou
Určování aniontů
– Cl• chromylchloridová zkouška
– vzorek se odpaří dosucha, přidá se pevný K2Cr2O7 a pár
kapek koncentrované H2SO4
– pozitivní výsledek
vznik oranžovohnědých dýmů CrO2Cl2
– Br• reakce s chlorovou vodou
– pozitivní reakce
vznik Br2, který lze vytřepat do chloroformu (žlutá – hnědá)
Určování aniontů
– I• reakce s AgNO3 (reakce s AgNO3)
– pozitivní výsledek
vznik žlutého AgI, nerozpustného v NH3 a kyselinách,
rozpouští se působením S2O32-
• reakce s octanem olovnatým
– pozitivní výsledek
vznik charakteristicé sraženiny PbI2 („zlatý déšť“)
Určování aniontů
• reakce s Hg(NO3)2 v nadbytku
– pozitivní výsledek
vznik červenooranžové sraženiny HgI2
• reakce s chlorovou vodou
– pozitivní výsledek
vznik I2, lze jej vytřepat do chloroformu (růžová – fialová)
– F• reakce s CaCl2 (reakce s CaCl2)
– pozitivní výsledek
vznik špatně viditelné sraženiny CaF2
Určování aniontů
– NO2• lze je oxidovat i redukovat
• reakce s FeSO4 v prostředí zředěné CH3COOH
– pozitivní výsledek
vznik hnědého proužku => „kroužková reakce“
• reakce s KMnO4 v kyselém prostředí (KMnO4 + H+)
– pozitivní výsledek
odbarvení roztoku MnVII → MnII
Určování aniotnů
• reakce s roztokem KI a škrobem
– pozitivní výsledek
vznik I2, který se škrobem poskytuje modré zbarvení
– NO3• mají oxidační účinky
• reakce s FeSO4 v prostředí zředěné CH3COOH
– pozitivní výsledek
vznik hnědého proužku => „kroužková reakce“
• reakce s difenylaminem
– pozitivní výsledek
po podvrstvení vzorku dojde k vytvoření modrého kroužku na
rozhraní fází